Добірка наукової літератури з теми "Métaux/métalloïdes"

Issus de la croûte terrestre et répartis non uniformément dans celle-ci, les métaux (alcalins, alcalino-terreux, métaux de transition et métalloïdes) sont extraits des mines pour être utilisés dans de nombreux procédés industriels ou dans des biens de consommation courante, avant d’être dispersés de nouveau dans l’environnement et de bouleverser des écosystèmes qui ne sont pas prêts à les accueillir. En cours de chaîne, la station de récupération des ressources de l’eau (StaRRE) est un réceptacle avant dispersion dans l’environnement. Cette étude s’appuie sur l’analyse de données de différents pays (France, Suisse, États-Unis, Allemagne, Angleterre). Elle évalue la pertinence de récupérer un ou plusieurs métaux parmi 49 selon des perspectives stratégiques, financières, minières et technologiques. Deux outils de hiérarchisation des métaux vis-à-vis de leur intérêt pour l’économie circulaire sont développés : la criticité et le potentiel financier. La StaRRE est comparée à d’autres gisements pour évaluer sa pertinence en tant que future mine urbaine. Un fort potentiel de récupération pour le magnésium sur l’ensemble de la station est démontré. La récupération des métaux réglementés, comme le chrome et le cuivre, depuis les boues d’épuration est la plus pertinente. D’autres métaux présents majoritairement dans les cendres issues de l’incinération des boues, tels que le palladium, le platine ou le tungstène, nécessitent une investigation plus avancée. Dans les eaux traitées de station d’épuration, on observe une dichotomie d’intérêt (forte criticité vs fort potentiel financier) pour une douzaine de métaux, dont des éléments majeurs (calcium, potassium, sodium, silicium) et des métaux réglementés (nickel et zinc). Enfin, la récupération reste un défi technologique à de telles concentrations et est peu explorée dans la littérature scientifique.

De nombreux métaux et métalloïdes sont indispensables au développement des sociétés humaines, qui ont exploité les gisements de divers éléments stratégiques depuis des siècles, voire des millénaires. Cependant, les êtres vivants dits " supérieurs " sont sensibles à la toxicité des métaux et métalloïdes : ces derniers peuvent causer des dommages importants à la santé des populations exposées, ainsi qu'à l'ensemble des écosystèmes contaminés. Les milieux riches en métaux et métalloïdes offrent cependant des niches écologiques favorables au développement de certains micro-organismes. La microflore de ces environnements est capable de résister à de fortes concentrations en métaux, et de nombreuses bactéries peuvent utiliser des métaux et des métalloïdes en tant que donneurs ou accepteurs d'électrons. Elles participent ainsi activement aux cycles biogéochimiques de ces éléments. Le présent mémoire est une synthèse des travaux réalisés par l'auteur entre 1990 et 2010 dans le domaine des biotechnologies et de la biogéochimie. Ces études ont été focalisées sur des processus bactériens de solubilisation ou d'immobilisation des métaux et/ou métalloïdes, en milieu neutre, modérément acide ou très acide. Les principaux sujets de recherche abordés ont été les suivants : * la biolixiviation acidophile des minerais sulfurés, et les interactions entre bactéries et fer dissous, * l'oxydation biologique de l'arsenic dans les environnements miniers, et l'application de ce phénomène dans le domaine du traitement des eaux, * l'utilisation de l'As(III) comme source d'énergie par des bactéries isolées, * les phénomènes de bio-réduction et bio-précipitation de métaux et métalloïdes, en particulier du chrome et de l'arsenic, en conditions de sulfato-réduction. Les différents travaux évoqués dans le présent mémoire ont porté soit sur la biogéochimie d'environnements pollués, soit sur la mise au point de procédés de bioremédiation. Le projet de recherche proposé pour les années à venir conservera cette dualité processus/procédés. Il sera focalisé sur les réactions qui modifient les formes des métaux et métalloïdes en présence de catalyseurs microbiens, et s'efforcera de quantifier le bénéfice potentiel tiré de ces réactions par les micro-organismes, en fonction des conditions physico-chimiques. Cette démarche permettra de cibler la recherche de niches écologiques où des métabolismes bactériens originaux, potentiellement exploitables en termes de procédés, pourraient être mis en évidence.

Nous avons élaboré, par trempe rapide, les alliages amorphes Mt8 0XRXxMe20 (Mt=CO, Fe, R=Er, Gd et Me=B, Si) et étudié leurs propriétés magnétiques sous champs intenses jusqu'à 15t. Nous avons également effectué des études par effet Mössbauer et de résonance nucléaire afin de mieux interpréter nos résultats. Ces études nous ont permis d'obtenir des renseignements concernant les diverses interactions magnétiques, l'anisotropie aléatoire. . . Par exemple, dans nos alliages les spins d'er forment un cône sous l'influence de l'anisotropie locale. Dans les alliages à base de CO, le couplage antiferromagnétique Er-CO peut être brisé pour des champs supérieurs à h#s qui dépend fortement de la teneur en Er, indiquant une modification de la structure locale. Par contre, dans les alliages CO-GD-B, le couplage CO-GD est antiparallèle et qui est stable à 15 t. Les études magnétiques et celles par effet Mössbauer montrent que, dans Fe6 5Er 1 5B 1 2Si8 même à 15 t. , la structure de spin de Fe et d'Er reste non-colinéaire. En utilisant la théorie du champ moyen, on décrit la variation thermique de l'aimantation, en bon accord avec les résultats expérimentaux. Les différents paramètres j#m#t#-#m#t et j#m#t#-#r ont été déterminés. Le moment de gd a 4k est de 7 B et celui d'Er respectivement 6. 5 B et 8 B dans les alliages à base de CO et de Fe

Des particules ultrafines y compris nanométriques, enrichies en métaux (PM) sont émises dans l'atmosphère en zones industrielles et urbaines, puis sont transférées vers les écosystèmes terrestres et aquatiques, avec des conséquences sur la qualité des plantes et la santé humaine. Dans un contexte socio-scientifique mondial où la réglementation sur l’impact (éco)toxicologique des substances et les pressions de l'espace public se renforcent, des études d'impacts environnement-santé sur tout le cycle de vie des PM sont indispensables. La thèse visait tout d'abord l’étude du devenir et de l’impact des métaux des PM: leur cinétique de transfert, les mécanismes de phytodisponibilité, phytotoxicité, et les risques pour la santé humaine lors de l’ingestion de végétaux pollués. Ensuite, à travers le cas de potagers urbains en Chine, une étude socio-scientifique a été réalisée afin de proposer des moyens de gestion durable des risques environnement-santé. Les légumes peuvent accumuler des quantités importantes de métaux par absorption foliaire lorsque des PM pénètrent par les stomates. Des PM de PbO et des nano-CuO induisent une forte phytotoxicité (réduction de la biomasse et des échanges gazeux, nécroses). La phytotoxicité n’est pas simplement régie par la concentration totale en métaux car des bio-transformations se produisent et modifient les formes chimiques des métaux. L’analyse par résonance paramagnétique électronique (EPR) a mis en évidence un changement de spéciation du cuivre dans les tissus des feuilles. Par ailleurs, une influence significative de la nature du métal, de l’espèce végétale et du type d’exposition (foliaire/racinaire) sur la bioaccessibilité gastro-intestinale des éléments a été démontrée. A proximité d’un incinérateur de déchets ou d’une autoroute, l’absorption foliaire des PM induit des concentrations élevée en métaux dans les plantes, en plus du transfert sol-plante. Une bioaccessibilité humaine relativement élevée (60-79%) a été mesurée, suggérant un risque potentiel pour la santé en cas de consommation régulière. Les jardins potagers étudiés présentent un risque sanitaire faible (cas de l’incinérateur) ou modéré (cas de l’autoroute) à l'égard de la consommation humaine des légumes étudiés. Mais, une exposition à différents polluants organiques en plus des métaux est souvent possible. Cette thèse souligne l'importance de prendre en compte l'influence de l'atmosphère en plus de la qualité du sol pour estimer la qualité des plantes consommées cultivées en zones anthropisées (fermes et jardins urbains), pour la gestion durable des agricultures urbaines
Ultrafine particles including nanosized enriched with metal(loid)s (PM) are emitted into the atmosphere of industrial or urban areas, these PM can transfer into soil and water ecosystems and have consequences on plant quality and human health. In a global socio-scientific context that regulation on (eco)toxicity of chemicals and public space pressures are recently increased, studies of environmental and health impacts throughout the life cycle of PM are of crucial sanitary concern. The PhD aims first to study metal(loid)s present in the PM: their transfer kinetic and mechanism of phytoavailability, phytotoxicity, and human health risks-ingestion bioaccessibility. Then, through the case of vegetable gardens near an incinerator and a highway in China, a socio-scientific study was performed in order to give suggestions for sustainable environmental and health risk management for these sites. Vegetables can significantly accumulate metal(loid)s by foliar uptake when PM directly enter into leaves through stomata apertures. Ultrafine PbO and nano-CuO particles caused serious phytotoxicity (reduced biomass and gaseous exchange, and necrosis) after interaction with leaf surface. Phytotoxicity of metal(loid)s is not simply governed by their total concentration, but also depended on the potential bio-transformation. Electron paramagnetic resonance (EPR) analysis clearly evidenced copper speciation change in leaf tissues. Moreover, a significant influence of the nature of metal, plant species and the exposure pathways (foliar/root) on gastro-bioaccessibility of metal(loid)s had been demonstrated. For a social-scientific study near waste incinerator and roadside, we found that atmosphere PM fallouts can induce significant metal foliar uptake in addition to soil-plant transfer. The relatively high human bioaccessibility of metal (60-79%) was measured, suggesting a potential health risk in the case of regular consumption of polluted vegetables. Vegetable gardens present a low (waste incinerator) or moderate (highway) health risk with respect to human consumption quantity of the investigated vegetables, but exposure to different organic pollutants in addition to metals is often possible. Our studies highlight the importance of taking atmosphere and soil quality into account for estimating the quality of consumed plants grown in anthropic areas (farms and kitchen gardens), and for sustainable management of urban agricultures

Les écosystèmes côtiers méditerranéens sont soumis à de multiples sources de contamination (activités agricoles, industrielles et touristiques) impactant à des degrés divers les compartiments environnementaux (colonne d'eau, sédiments, biota, ...). En particulier, des études précédentes ont démontré que les sédiments de la Rade de Toulon présentent un niveau de multi-contamination très important, qui pourrait avoir des conséquences non-négligeables sur l'écosystème côtier, ce qui nécessite la réalisation de différentes études complémentaires visant à mieux comprendre les processus régissant le transfert potentiel des polluants vers le milieu environnant. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse consistent à étudier les processus contrôlant la dynamique des polluants inorganiques dans la colonne sédimentaire et à l'interface eau/sédiment et à évaluer leur remobilisation potentielle vers la colonne d'eau. Trois modes principaux de dispersion peuvent conduire à une remobilisation des contaminants: (1) la diagénèse précoce mobilisant des éléments nutritifs et des éléments traces métalliques et métalloïdes, (2) la remobilisation des contaminants lors de remises en suspension sédimentaire, et (3) le flux diffusif à l'interface eau/sédiment en lien avec la mobilité des contaminants dans la colonne sédimentaire. Pour atteindre ses objectifs, ce projet de thèse combine des approches in-situ (carottage d'interface, extraction de l'eau interstitielle, traitement/analyse des eaux interstitielles et des fractions solides, …), des expériences en laboratoire (suivi cinétique de la remobilisation des contaminants lors des mélanges eau/sédiment, extractions séquentielles…), des outils de modélisation (calcul de la spéciation chimique, simulation de la partition dissous/particulaire, simulation des profils sédimentaires, réactivité de la matière organique, …) ainsi que le traçage des sources de contamination et de leur transfert entre différents compartiments environnements à l'aide des isotopes stables du Pb. Ces travaux ont été réalisés en étroite collaboration avec le LASEM et avec la contribution de différents partenaires (EPOC/Université de Bordeaux, Ruđer Bošković Institut/Croatie, CAM/Université de Lausanne/Suisse, IFREMER, IRSN, …)
Mediterranean coastal ecosystems are exposed to several contamination sources (agricultural, industrial and touristic activities) impacting the environmental compartments (water column, sediment, biota ...) at various scales. Some previous studies showed, in particular, that the sediments of Toulon Bay present important contents of several contaminants, which may have non-negligible impacts on the coastal ecosystem, and which require further studies to better understand the processes governing the potential pollutants transfer to the surrounding environment. In this context, the objectives of this PhD are to study the processes controlling the inorganic pollutants dynamic in the sediment column and at the sediment/water interface and to assess their potential remobilization to the water column. Three main modes of dispersion can lead to contaminants remobilization : (1) the early diagenesis mobilizing nutrients, trace metals and metalloids, (2) the contaminants remobilization during sediment resuspension events, and (3) the diffusive flux from the sediment/water interface due to the sedimentary mobility of contaminants. To achieve its goals, this PhD project combines in-situ approaches (interface coring, extraction, treatment and analysis of porewater and solid fractions, ...), laboratory experiments (kinetic monitoring of contaminants remobilization during sediment resuspension, sequential extractions, ...), modeling tools (chemical speciation calculation, dissolved/particulate partition simulation, depth profiles simulation, organic matter reactivity, …) and contamination sources tracking and transfer between various environmental compartments using Pb stable isotopes. These studies were performed in close cooperation with the LASEM and with the contribution of different partners (EPOC/University of Bordeaux, Ruđer Bošković Institute/Croatia, CAM/University of Lausanne/Suisse, IFREMER, IRSN, …)

Des pollutions des sols (péri)urbains et urbaines fortement peuplées en métaux et metalloïdes persistants (éco)toxiques sont couramment observées à l’échelle globale. Certains éléments (Se, Cu…) ont des rôles biologiques et par contre d’autres (Pb, Cd…) ont uniquement un impact (éco)toxique qui peut être influencé par leur spéciation et compartimentation qui modifient leurs transferts et biodisponibilité. Dans une optique de gestion des sols et d’alimentation durables, des questions scientifiques pluridisciplinaires sont à creuser concernant : (i) les mécanismes en jeu dans la biodisponibilité et l’impact sur les organismes vivants des éléments inorganiques en lien avec leur spéciation ; (ii) la co-gestion des risques environnement-santé induits par des installations industrielles classées : ICPE en France (ex. usine de recyclage de batteries) avec les riverains qui cultivent des potagers ou les employés. Dans ce contexte, ont été étudiés : (i) le transfert des métaux entre phase solide et solution du sol sous l’influence des vers de terre sur un site ICPE; (ii) le transfert et la bioaccessibilité du Se en conditions contrôlées pour 2 formes chimiques; (iii) le risque sanitaire pour les riverains d’un site ICPE qui jardinent, et les facteurs influant les plombémies des professionnels (étude statistique des données). Une review bibliographique de la qualité du manioc en lien avec les pratiques culturales et culinaires et les caractéristiques de l’environnement a finalement été réalisée pour compléter la démarche « Sciences et Société » de la thèse. L’analyse des différents isotopes du plomb dans les sols aux alentours de l’usine de recyclage a permis de conclure que 84 à 100% du plomb des sols de surface est d’origine anthropique. Un comportement d’évitement des zones les plus polluées en plomb a été observé pour l’espèce de vers de terre A. caliginosa. Le transfert racinaire, la translocation du sélénium vers le maïs et sa bioaccessibilité dans le grain sont plus élevés dans le cas du séléniate (facteur de translocation de 1.1, et bioaccessibilité humaine de 89,3%) par rapport au sélénite (0.13, et bioaccessibilité de 82,7%). L’étude de la qualité des cultures des jardins proches de l’usine (à Bazoches), en relation avec la qualité du sol (faible contamination, pH basique et teneur élevée en matières organiques qui réduisent les transferts) et de l’atmosphère a mis en évidence un transfert atmosphère-plante qui dépend du métal (le Cd est le plus biodisponible) et du végétal. Les concentrations en Pb et Cd suivent respectivement les séquences : [laitue>poireau>céleri>carotte] et [laitue>céleri>carotte>poireau]. Pour réduire l’exposition des populations, un lavage soigneux des productions avant la consommation est préconisé
Pollution of (peri)urban soils by (eco)toxic metal(loid)s is commonly observed on a global scale. Some elements (Se, Cu ...) have biological roles and other (Pb, Cd ...) only have an (eco)toxic impact influenced by their speciation and compartmentalization that can change their transfers and bioavailability. With the perspective of sustainable management of soil and food, multidisciplinary scientific questions are digging for: (i) the mechanisms involved in the bioavailability and impact on living organisms of inorganic elements related to speciation; (ii) the co-management of environmental-health risks from industrial regulated plants (ICPE in France, such as former battery recycling plant) with residents who grow vegetable gardens or employees. In this context, were studied: (1) the transfer of metals between solid phase and soil solution under the influence of earthworms on a ICPE site; (2) the transfer and bioavailability of Se in controlled conditions for two chemical forms; (3) the health risk for the residents with gardening activities near ICPE plant and factors influencing blood lead of professionals (statistical analysis of data). A literature review of the quality of cassava in connection with the cultivation and culinary practices and characteristics of the environment was finally performed to complete the "Science and Society" process of the thesis. From the analysis of different isotopes of lead in the soil around the recycling plant it was concluded that 84 to 100% of lead in surface soils has anthropogenic origin. Avoidance behavior in the most lead polluted areas was observed for A. caliginosa earthworm species. The selenium root transfer, translocation to corn and its bioavailability in the grain are higher in the case of selenate (translocation factor of 1.1, and human bioavailability of 89.3%) compared to selenite (0.13 and bioaccessibility 82.7%). The study of crops quality in the gardens near the ICPE plant (in Bazoches), in relation to atmosphere and soil quality (low Pb contamination, alkaline pH and high organic content that reduce pollutants transfers) highlighted an atmosphere-plant transfer which depends on the metal (Cd is the most bioavailable) and plant species. Pb and Cd concentrations follow respectively the sequences: [lettuce> Leek> celery> carrot] and [lettuce> celery> carrot> leek]. To reduce population exposure, thorough washing of productions before consumption is recommended

L'étude a été réalisée sur le principal système hydrologique endoréique de l'altiplano bolivien constitué par les sous-bassins du lac Titicaca-rivière Desaguadero-lac Poopó-salar du Coipasa (TDPS). Cette région est caractérisée par la présence de deux cordillères fortement minéralisées : une Occidentale liée aux dépôts épithermaux et de Cu et une Orientale liée aux nombreuses ceintures métallogéniques, où la ceinture d'étain est la plus connue. Le Département d'Oruro est situé dans la partie centrale de cette ceinture. Le présent travail a été motivé par le fait que bien que cette ville ait été soumise à des activités minières depuis le XVIIème siècle, les caractéristiques géochimiques et les processus de dispersion qui affectent cette zone sont peu connus. Une étude géochimique détaillée de cinq carottes sédimentaires lacustres (Lac Uru Uru) a été réalisée. Un traitement statistique des concentrations particulaires dans les sédiments et des sols a permis de proposer un fond géochimique naturel et une ligne de base actuelle pour la région et a permis de montrer d'une part que la normalisation aux teneurs de la croûte continentale supérieure (UCC) pour évaluer un degré de pollution n'était pas pertinente pour cette région naturellement enrichie en métaux traces et métalloïdes. D'autre part, nous proposons que l'impact anthropique dans les sols superficiels est liée à la dispersion des éléments traces par la Fonderie de Vinto, tandis que le lac Uru Uru est plutôt influencé par les activités minières. La documentation des processus de diagenèse précoce dans les sédiments lacustres, liée à la dégradation de la matière organique, a montré une importante redistribution post-dépôt de métaux traces et métalloïdes, provoquant à la fois un changement de spéciation chimique de ces éléments mais aussi des enrichissements authigéniques sous formes de sulfures. En particulier, la déstabilisation des oxyhydroxides de Mn et Fe joue un rôle important dans cette redistribution. La diagenèse précoce est fortement influencée par la variabilité saisonnière des précipitations, avec un rôle majeur de l'évaporation. La diffusion à l'interface eau-sédiment, contrôlée par les gradients de concentration issus des réactions redox de la diagenèse précoce, indique que les sédiments du Lac Uru Uru sont une source de métaux traces et métalloïdes, en particulier d'arsenic, pour la colonne d'eau sus-jacente. Ce travail a également permis de montrer que le dépôt des métaux traces et métalloïdes dans le lac Uru Uru soit influencé principalement par trois sources: la géologie locale, la formation des minéraux authigènes lors de la diagenèse précoce sous l'influence probable des événements froid ENSO (La Niña) et les gangues et minerais d'origines minier
This study was performed within the main altiplanic hydrological system constituted by the Lake Titicaca-Desaguadero River- Lake Poopó-Coipasa salar (TDPS) sub-basins. This region is characterized by the presence of two highly mineralized ranges: the Cordillera Occidental related to epithermal and sedimentary Cu deposits and the Cordillera Oriental associated with numerous metallogenic belts, where the Bolivian Tin Belt is very well known. The Oruro Department is located in the central part of this belt. This study has been motivated by the fact that despite this city has been exposed to intense mining activities since the XVIIth century, very little is known about the geochemical characteristics and the dispersion processes affecting this area. A detailed geochemistry study was performed in five lacustrine sedimentary cores (Lake Uru Uru). Statistical analyses of sediment and soil concentrations allowed us to propose a geochemical background and a present time geochemical baseline for the Altiplano sediments and has allowed us to propose that the upper continental crust (UCC) composition is not adequate to obtain enrichment factors in this region, naturally enriched in trace metals and metalloids. Furthermore, we propose that the anthropogenic impact in superficial soils is associated with trace elements dispersion from the Vinto Foundry, whereas Lake Uru Uru sediments are related to mining activities. Post-depositional redistribution of trace metals and metalloids during early diagenesis are related to a change in chemical speciation of these elements and moreover, authigenic enrichment, mainly as sulfides. Particularly, Fe and Mn oxyhydroxides destabilization plays a preponderant role in this redistribution. Early diagenesis is influenced importantly by seasonal precipitation variability, with an important role of evaporation. Trace elements diffusion into the water-sediment interface, controlled by concentration gradients resulting from redox reactions during early diagenesis, show that Lake Uru Uru sediments are a source of trace metals and metalloids, particularly arsenic, into the overlying water column. This work has also shown that trace metals and metalloids deposition within Lake Uru Uru sediments is mainly influenced by three sources : local geology, authigenic minerals formation during early diagenesis influenced probably by cold ENSO (La Niña) events and mining origin gangues and ores

L’étude réalisée porte sur l’évaluation du niveau de contamination par les éléments traces métalliques (ETM) des sédiments de la rade de Toulon, une rade semi-fermée soumise à un fort impact anthropique. Le prélèvement de carottes d’interface en 52 points répartis sur l’intégralité de la Rade a permis d’établir une cartographie précise des caractéristiques sédimentaires et des teneurs en métaux/métalloïdes. Les résultats obtenus sur les sédiments de surface ont montré l’état de contamination significatif de la rade (en particulier en Cu, Hg, Pb, et Zn), notamment dans les zones les plus enclavées de la petite rade, où les teneurs peuvent dépasser de plusieurs ordres de grandeur les limites définies par la législation en vue d’opérations de dragage. La distribution de la contamination observée a clairement indiqué un export de la petite vers la grande rade (normalement moins exposée), probablement gouverné par des processus hydrodynamiques responsables de la remise en suspension du sédiment contaminé. Les profils sédimentaires de carottes d’interface prélevées dans des zones de contamination contrastée ont révélé la présence systématique de pics de contamination dans les 20 premiers cm. Compte tenu des taux de sédimentation déterminés, ceci démontrerait que la rade a été soumise à un épisode de multi-contaminations majeur, probablement lié aux conséquences de la 2nde guerre mondiale. L’analyse des eaux interstitielles et surnageantes (paramètres physico-chimiques, majeurs, traceurs diagénétiques et ETM) de ces carottes d’interface a permis d’étudier la mobilité des ETM dans le sédiment. Les profils obtenus apparaissent essentiellement contrôlés par des mécanismes diagénétiques et démontrent le rôle exercé par les principales phases porteuses présentes dans le sédiment (oxy-hydroxydes de Fe et de Mn, sulfures) sur la mobilité des ETM. La modélisation de ces profils a permis d’évaluer les flux diffusifs à l’interface eau sédiment, afin de déterminer l’action du sédiment, en tant que puits ou source de contamination pour la colonne d’eau. Les flux diffusifs sortant calculés apparaissent relativement faibles en comparaison des teneurs totales mesurées dans le sédiment, démontrant que la majorité des ETM est fortement immobilisée dans le sédiment.Enfin, ce travail a été complété par des expériences de remise en suspension en laboratoire et sur le terrain, visant à simuler différents scénarios possibles (tempête,trafic maritime, dragage). Dans les conditions étudiées, si pour certains ETM la remobilisation en solution est faible (ex. As, Hg), elle peut au contraire être très significative pour d’autres (ex. Cd, Cu, Pb) conduisant à une contamination non négligeable de la colonne d’eau
This study deals with the assessment of sediment contamination levels by trace metals in the Toulon bay, a semi-closed Mediterranean area submitted to heavy anthropogenic inputs. The sampling of interface cores in 52 points located in thewhole bay allowed establishing a precise mapping of the sedimentary characteristics and the metals/metalloids contents. The obtained results from the surface sediments revealed a significant contamination of the bay (especially for Cu, Hg, Pb and Zn), mainly in the most enclosed parts of the small bay. There, the levels may exceed by several orders of magnitude the limits concerning dredging operations defined by the French legislation. The observed contamination distribution clearly indicated an export from the small to the large bay (normally less exposed) probably governed by hydrodynamic processes, responsible for the contaminated sediment resuspension. The sedimentary profiles of interface cores sampled in contrasted contamination areas revealed the presence of systematic contamination peaks in the first 20 cm. Taking into account the calculated sedimentation rate, this would demonstrate that the Toulon bay was submitted to a strong multi-contamination, probably linked to the 2nd world war. The analysis of interstitial waters (physico-chemical parameters,major, trace metals, and diagenetic tracers) allowed studying trace metals mobility. The obtained profiles appeared mainly controlled by diagenetic mechanisms and showed the major role of the main carrier phases present in the sediments (oxyhydroxides of Fe and Mn, sulphides). The modeling of these profiles led to the determination of the diffusive fluxes at the sediment/water interface, and so, to the action of the sediment as a sink or a source of contamination for the water column.The calculated outgoing diffusive fluxes appeared relatively low in comparison to the total contents measured in the sediment, proving that the main part of the studied trace metals remains in the sediment. Finally, resuspension experiments in lab and on field were performed with the aim to simulate different possible scenarios (storm,nautical traffic, dredging). Under the studied conditions, the remobilization can be low for some trace metals (e.g. As, Hg), but it may contrariwise be quite important for others (e.g. Cd, Cu, Pb) leading to a non-negligible contamination of the water column

La mesure des effets des éléments en traces métalliques (ETM) sur les microorganismes, acteurs majeurs du fonctionnement des sols, constitue une approche complémentaire des analyses physico-chimiques dans l'évaluation de leur impact éco-toxicologique. La démarche scientifique présentée ici visait à déterminer dans quelle mesure la diversité, l'abondance et l'expression de gènes bactériens de résistance aux métaux et métalloïdes pourraient constituer des biomarqueurs pertinents des concentrations biodisponibles en ETM dans les sols contaminés et de leur impact sur les communautés bactériennes. Dans cette étude, nous nous sommes focalisés sur les gènes de résistance arsB/ACR3(1) codant les pompes d'efflux de l'arsénite, largement répandues chez les procaryotes, et aioA codant une arsénite-oxydase. Une technique de PCR en temps réel, utilisant des amorces dégénérées conçues au cours de travaux de thèse précédents (Achour et al., 2007 ; Quéméneur et al., 2008), a été développée pour quantifier ces gènes cibles et leurs transcrits dans des systèmes d'étude de plus en plus complexes, de la culture liquide aux microcosmes de sols. Cette recherche d'interprétations physiologiques et écologiques des réponses bactériennes à une exposition à l'arsenic a été intégrée dans le projet ANR Multipolsite (ANR CES 2008). Il a dès lors été possible d'étudier, dans un contexte d'atténuation naturelle et de phytoremédiation, l'abondance des gènes arsB, ACR3(1) et aioA in situ et sur le long terme en fonction de différents traitements telles que la présence de végétation et la désorption-thermique de ce sol multi-contaminé aux HAP et aux ETM. Ces travaux ont également abouti à la conception d'amorces dégénérées ciblant les gènes de résistance aux cadmium, zinc et plomb, gènes codant les ATPases de type PIB étant des pompes d'efflux spécifiques de ces ETM
Arsenic is a widespread toxic metalloid which is a major issue of public health. Its presence in the environment is naturally due to the geochemical background, i.e. the weathering of parent material and volcanic eruptions, but the main contamination sources are anthropogenic activities such as mining and metalworking industry. We describe a real-time PCR assay for the quantitative detection of arsB and ACR3(1) arsenite transporter gene families, two ubiquitous and key determinants of arsenic resistance in prokaryotes. The aioA gene encoding the large subunit of arsenite-oxidase was monitored in parallel. This study aimed to determine whether diversity, abundance and expression of these arsenite efflux pumps could serve as suitable biomarkers of metalloid stress and provide means to assess the impact of contamination on soil bacterial communities. The assay was applied in batch growth experiments using a wasteland soil bacterial community as an inoculum to investigate the effect of increasing arsenic concentrations on genes and transcripts abundances. To confirm previous results, further studies on the abundance and expression of arsB and ACR3(1) in indigenous soil bacterial communities exposed to different levels of arsenic over various time periods have helped to gain a better understanding of how these genes contribute to the adaptation of the communities to arsenic stress and their role in shaping the community structure and diversity. On the other hand, metal transporting PIB-type ATPases are critical components of bacterial resistance to cadmium, zinc and lead. We therefore designed degenerate PCR primers targeting PIB-type ATPases and tested their specificity on reference strains, metal-resistant soil isolates and soil metagenomic DNA

Le phytomanagement est un mode de gestion de sites et sols pollués émergent qui inclut la valorisation de la biomasse produite. Pour alimenter les retours d’expérience en conditions réelles et sur le long terme, deux essais de phytomanagement de 1 ha chacun (sites A et B) ont été mis en place à Fresnes-sur-Escaut (Hauts-de-France) en 2011/2012 sur un terrain de gestion de sédiments de curage contaminés par des éléments potentiellement toxiques ou EPT (Cd, Cu, Pb et Zn). Dans ce contexte, les travaux de thèse réalisés sur ces sites avaient pour objectifs d’étudier : (1) la dynamique et la performance des espèces végétales sélectionnées (Deschampsia cespitosa, peupliers Skado et I-214, saule Tordis et Inger), des plantes colonisatrices et envahissantes, (2) l’effet des amendements (inoculum de champignons mycorhiziens, amendement minéral basique) sur la mobilité des EPT dans le sol, sur l’accumulation des EPT dans les parties aériennes des plantes et impact sur la diversité microbienne des sols et des racines ligneuses.L’efficacité de l’espèce herbacée D. cespitosa pour le phytomanagement du site B a été démontrée. Tolérante aux conditions du site, cette plante a présenté de faibles concentrations en Cd, Cu et Pb dans ses parties aériennes et a formé un couvert dense et pérenne. La végétalisation du site A par des plantes colonisatrices était hétérogène avec une dominance de l’espèce Urtica dioïca.Sur les parcelles amendées et non amendées, les concentrations mesurées chez U. dioïca étaient plus élevées en Cd, Pb, Cu et Zn comparées aux mêmes plantes issues de sols non contaminés. Selon les calculs préliminaires de risques basés sur les concentrations mesurées dans les plantes herbacées enrichies en Cd et Zn, les risques liés à leur ingestion par les herbivores se sont avérés négligeables.Concernant les saules et les peupliers dédiés à la production d’énergie, de fortes concentrations en Cd et en Zn ont été mesurées dans les feuilles quels que soient les amendements. Ces feuilles peuvent représenter un risque pour les herbivores. Contrairement aux peupliers très tolérants aux conditions du milieu, une réduction de la croissance et du taux de survie des saules a été mesurée sur les parcelles amendées et non amendées en présence de D. cespitosa, liée à une forte compétition souterraine avec D. cespitosa. L’utilisation de tests écotoxicologiques a permis d’identifier d’autres facteurs dont la phytotoxicité du sol. Par ailleurs, aucun effet des amendements biologiques et chimiques n’a été observé sur la mobilité et la spéciation des EPT après 4 ou 5 années de phytomanagement. Leur effet sur le transfert des EPT était très variable en fonction des espèces, des niveaux de pollution et du temps. L’étude des communautés microbiennes dans les racines ligneuses a révélé un impact de la végétation herbacée et de la pollution mais aucun effet lié aux amendements n’a été observé
Phytomanagement is an emerging approach that includes plant biomass valorization for the management of polluted soils and sites. To evaluate the long-term performance of this strategy at field scale, two phytomanaged sites of 1 ha each (sites A and B) were implanted in Fresnes-sur-Escaut (Hauts-de-France) in 2011/2012 at a dredged-sediment disposal site contaminated with potentially toxic elements or PTE (Cd, Cu, Pb et Zn). The thesis work is based on the study of the two sites with the following objectives: (1) study the dynamics of selected plants (Deschampsia cespitosa, Skado and I-214 poplars, Tordis and Inger willows), colonizing plants and invaders, (2) study the efficiency of amendments (mycorrhizal fungi inoculum, basic mineral amendment) on sediment PTE mobility, on aerial plant parts PTE accumulation and on the microbial diversity in soils and tree roots.The efficiency of the grass D. cespitosa for phytomanagement at the site B has been highlighted. The plant was tolerant to the site conditions, had low concentrations of Cd, Cu and Pb in shoots and formed a dense and perennial plant cover. At the site A, the herbaceous plant cover formed by plant colonists was heterogenous with a dominance of the species Urtica dioïca.In amended and non-amended plots, U. dioïca showed higher concentrations of Cd, Cu, Pb and Zn than the same plants from uncontaminated soils. According to risk calculations based on Cd and Zn concentrations, there was no risk related to the ingestion of these herbaceous plants by herbivorous animals. Concerning poplars and willows dedicated to energy production, high Cd and Zn concentrations were found in their leaves regardless of the amendments. These leaves may pose a risk for herbivorous animals. Unlike poplars which were very tolerant to the site conditions, willows showed a reduction of growth and survival rate in the amended and non-amended plots sown with D. cespitosa, because of belowground competition with D. cespitosa. Ecotoxicological tests revealed that soil phytotoxicity was also responsible of the willow growth reduction. Besides, the biological and chemical amendments had no significant effect on PTE mobility and speciation in soils after 4 or 5 years of phytomanagement. Their effects on PTE transfers in plants varied depending on the species, levels of pollution and time. The study of microbial communities in tree roots revealed that the herbaceous cover and soil pollution had a significant impact on microbial composition whereas the amendments did not affect the microbial communities

Parmi les chimiothérapies anticancéreuses utilisées, les complexes métalliques dont le cisplatine ou cis diamine-dichloro platine (CDDP) se sont avérés très efficaces. Des médicaments à base de métaux et métalloïdes sont aussi utilisés pour les traitements antiparasitaires dont les traitements anti Leishmania. Cependant, malgré la variété des médicaments utilisés dans le traitement de ces affections, les cellules deviennent résistantes à ceux-ci. Afin d'apporter des informations sur les mécanismes d'action des médicaments à base de métaux et métalloïdes, le but de notre travail à été : 1)- de déterminer quels sont, dans les cellules, les sites d'accumulation des composés à base de Pt2+ ; 2)- de contribuer à la compréhension des mécanismes d'entrée du platine dans les cellules ; 3)- de comprendre l'efficacité des différents composés à base d'antimoine dans l'activité leishmanicide in vivo ou in vitro et sur l'activité cytotoxique dans les cellules surexprimant ou non la MRP1. Les résultats obtenus ont montré que le platine s'accumule dans les mitochondries et que cette accumulation dépend aussi bien de l'énergie que du potentiel de la membrane mitochondriale. Nous avons aussi montré que le platine pourrait interagir avec l'un, au moins, des transporteurs du glucose, notamment le transporteur Na+/glucose. Concernant les complexes d'antimoine, nos résultats ont montré que l'antimoine trivalent (SbIII) contenu dans les complexes d'antimoine pentavalent (SbV) est responsable de leur activité cytotoxique ou leishmanicide. D'autre part, l'efficacité des complexes antimoniés pentavalents est réduite par leur complexation avec la N-méthyl D-glucamine.