Dissertations / Theses on the topic 'Ecotoxicologie aquatique'

La contamination environnementale par les médicaments est une préoccupation majeure de ces dernières décennies. Les antibiotiques et les hormones ont été au cœur de l'attention mais certaines familles de médicaments ne font encore l'objet que de très peu d'études. C'est notamment le cas des psychotropes, et particulièrement des anxiolytiques. L'oxazépam, médicament fréquemment utilisé dans le traitement de l'anxiété et métabolite de nombreuses benzodiazépines, est l'un des psychotropes les plus fréquemment détectés dans les eaux de surface. Cette molécule a fait l'objet depuis quelques années, de plusieurs études écotoxicologiques qui se sont essentiellement focalisées sur les perturbations du comportement chez le poisson. Cependant, très peu d'études se sont encore intéressées à ses effets sur les invertébrés aquatiques. Ainsi, cette thèse à pour objectif d'évaluer l'impact de concentrations environnementales d'oxazépam sur le cycle de vie d'un gastéropode d'eau douce ubiquitaire en Europe, Radix balthica. Nous nous sommes demandé si, et comment l'oxazépam affectait trois étapes clés de la vie de l'organisme : la reproduction, le développement embryonnaire et la croissance, en couplant des approches physiologiques, comportementales et moléculaires. Ce travail se présente donc en trois volets, correspondant aux trois étapes du cycle de vie (reproduction, développement embryonnaire et croissance). Pour chacun des trois volets, des expérimentations ont été menées en exposants les organismes à des concentrations d'oxazépam maximales mesurées en sortie d'effluents (10 µg/L) et en rivière (0,8 µg/L). Plusieurs paramètres physiologiques (e.g. état de l'appareil reproducteur, fertilité, taux d'éclosion, croissance, prise alimentaire) et comportementaux (e.g. interactions sociales, locomotion) ont été analysés pour répondre aux questions posées. Les parties axées sur l'embryogénèse et la croissance ont fait l'objet d'une analyse transcriptomique afin d'obtenir des informations sur les potentiels mécanismes de toxicité impliqués au niveau moléculaire. Au stade adulte, l'oxazépam affecte la reproduction en augmentant la densité de spermatozoïdes à forte concentration (10 µg/L) et diminue la quantité d'œufs par ponte à faible concentration (0,8 µg/L). Une diminution de l'activité locomotrice a également été observée pour les deux concentrations d'oxazépam testées. Les études menées sur le stade embryonnaire ont montré une variabilité inter-population importante qui ne permet pas de conclure sur de potentiels effets de l'oxazépam. Enfin, en ce qui concerne le stade juvénile, les résultats ont montré un effet important de l'oxazépam sur la prise alimentaire, avec un effet stimulant à faible concentration et inhibiteur à forte concentration. Il a également été montré une réduction de la mortalité après exposition à la plus faible concentration d'oxazépam. L'analyse transcriptomique ciblée a permis de mettre en évidence une sous-expression globale de gènes impliqués dans la transmission nerveuse et liés à différentes fonctions comme le comportement alimentaire, la croissance, la locomotion ou encore la chémoréception. L'ensemble de ces résultats nous permet d'enrichir les connaissances toxicologiques quant aux effet de l'oxazépam sur un invertébré aquatique
Freshwater contamination by pharmaceuticals is becoming a major concern over the last decades. Antibiotics and hormonal treatments have been the focus of attention but some pharmaceutical families are not subject to many studies yet. This is especially true for psychoactive drugs, and particularly anxiolytics. Among anxiolytics, oxazepam is one of the most frequently detected psychotropic in surface waters in connection with its high consumption but also to its status of metabolite of many benzodiazepines. This molecule has been subject to some ecotoxicological studies mainly focused on behavioural disturbance in fish. However, very few studies are interested in its effects on aquatic invertebrates. Thus, this thesis aims to assess the impact of environmental relevant oxazepam concentrations on the life cycle of a freshwater gastropod widespread in Europe, Radix balthica. We asked if and how oxazepam affected three important steps of the life of this organism: reproduction, embryonic development and growth, coupling physiological, behavioural and molecular approaches. This work consists into three parts, corresponding to the three steps previously described (reproduction, embryonic development and growth). For each of these stages, organisms have been exposed to relevant oxazepam concentrations: 10 µg/L corresponding to the maximal concentration found in STEP effluents and 0.8 µg/L corresponding to the maximal concentration found in river. Numerous physiological (e.g. reproductive apparatus state, fertility, hatching rate, growth, feeding rate) and behavioral parameters (e.g. social interactions, locomotion) have been tested to answer the question raised. Studies on embryogenesis and growth have been completed by a transcriptomic analysis to bring information on potential toxicity mechanisms at molecular level. Results showed that, at the adult stage (reproduction), oxazepam increased spermatozoa density at high concentration (10 µg/L) and decreased the number of eggs per eggmass at low concentration (0.8 µg/L). A decrease of the locomotor activity has also been observed for both oxazepam concentrations. Studies led on the embryonic stage showed a high inter-population variability which did not allow conclusions on potential effects of oxazepam. Finally, concerning the juvenile stage, results showed a significant effect of oxazepam on feeding rate with an activator effect at low concentration and an inhibitory effect at high dose. A reduction of mortality after exposure has also been demonstrated at the lowest concentration. Transcriptomic analysis revealed a global under-expression of genes involved in neural transmission linked to many functions, such as feeding behavior, growth, locomotion or chemoreception. Taken together, these results enhance the ecotoxicological knowledge of oxazepam impact on an aquatic invertebrate

Les éléments terres rares (REE) représentent un groupe de 17 métaux composé des lanthanides, de l'yttrium et du scandium qui partagent des propriétés physicochimiques similaires. Ils ont de nombreuses applications, notamment dans les hautes technologies et la production d'énergie renouvelable. Les activités minières, industrielles, médicales, agricoles et les stations épuration (STEP) rejettent des REE dans les milieux aquatiques. Cela soulève des préoccupations concernant leur potentielle toxicité sur les organismes aquatiques qui reste encore mal comprise. L'objectif principal de cette thèse consistait à analyser la spéciation, la bioaccumulation et les effets biologiques de différents REE sur plusieurs espèces clés des écosystèmes dulçaquicoles dans la perspective d'évaluer le risque environnemental des REE de façon fiable et intégrée. Trois REE représentatifs du groupe ont été testés individuellement et en mélange : le néodyme (Nd), le gadolinium (Gd) et l'ytterbium (Yb). Une approche complémentaire combinant microcosmes (tests standardisés) et mésocosmes a permis d'étudier leur toxicité à différents niveaux d'organisation biologique chez cinq espèces appartenant à différents niveaux trophiques : l'algue unicellulaire Raphidocelis subcapitata, le macrophyte Myriophyllum spicatum, le crustacé Daphnia magna, le bivalve Corbicula fluminea et le poisson Danio rerio. Le devenir, la spéciation et la bioaccumulation des REE dans différents milieux d'exposition (avec ou sans matière organique dissoute = DOM ; avec différentes formes de phosphore) ont été étudiés par modélisation et en mesurant les concentrations de REE dans le milieu et dans les organismes afin de mieux comprendre les effets biologiques observés. Les résultats ont démontré de fortes relations entre spéciation, bioaccumulation et toxicité se manifestant par une diminution de la toxicité et/ou de la bioaccumulation de Nd, Gd et Yb chez toutes les espèces étudiées en présence de DOM et de phosphore inorganique (KH2PO4) qui ont complexé et précipité les REE réduisant leur biodisponibilité. Ces résultats ont mis en évidence l'importance de prendre en compte la spéciation, en utilisant les concentrations dissoutes mesurées et en remplaçant le phosphore inorganique par du phosphore organique, pour éviter une sous-estimation de la toxicité des REE. Nd, Gd et Yb ont été significativement accumulés par les espèces étudiées entraînant des effets toxiques aux niveaux individuel et subindividuel. La distribution interne de Nd, Gd et Yb et plusieurs effets observés indiquent que la perturbation de l'osmorégulation et de l'homéostasie élémentaire est un mécanisme d'action majeur des REE. Les trois REE ont eu des effets additifs en mélange quel que soit l'espèce et le milieu testés. En considérant l'ensemble des résultats et la présence simultanée des tous les REE dans l'environnement, nous avons proposé une approche originale d'évaluation du risque des REE en mélange plutôt qu'individuellement. La valeur seuil de toxicité du mélange de REE a été déterminée à 3,2 µg L-1 en utilisant une approche de distribution de la sensibilité des espèces (SSD). Le risque calculé à partir des tests monospécifiques, de la SSD et les résultats de l'expérience en mésocosme testant différentes espèces à trois niveaux trophiques ont montré que les rejets miniers et industriels actuels pouvaient fortement impacter tous les niveaux trophiques, en particulier les producteurs primaires. Pour le moment, les rejets de STEP représentent un risque limité mais nous avons mis en évidence que Gd, sous sa forme utilisée en imagerie médicale, pouvait être accumulé et induire des effets sur les organismes aquatiques. Le risque environnemental des REE est actuellement limité à quelques hotspots mais il pourrait se répandre dans le futur avec l'accroissement de l'utilisation et des rejets de REE
Rare earth elements (REE) are a group of seventeen metals composed of the lanthanide series, yttrium and scandium, which share similar physicochemical properties. They have diverse applications, including in hi-tech and green energy areas. Mining, industrial, medical, agricultural activities and wastewater treatment plant (WWTP) release REE in aquatic systems. This raises environmental concerns on their potential toxicity towards aquatic organisms, which is still poorly understood. The main objective of the thesis was to analyse speciation, bioaccumulation and biological effects of different REE on several key freshwater species to allow a reliable environmental risk assessment of REE. Three representative REE have been tested individually and in mixture: neodymium (Nd), gadolinium (Gd) and ytterbium (Yb). A complementary approach combining microcosms (standard tests) and mesocosms afforded to study their toxicity at several levels of biological organization in five species belonging to different trophic levels: a unicellular alga Raphidocelis subcapitata, a macrophyte Myriophyllum spicatum, a crustacean Daphnia magna, a bivalve Corbicula fluminea and a fish Danio rerio. Fate, speciation and bioaccumulation of REE in different exposure media (with and without dissolved organic matter = DOM; with different forms of phosphorous = P) were studied by modelling and measuring REE concentrations in the medium and in the organisms to better understand the observed biological effects. The results demonstrate strong links between speciation, bioaccumulation and toxicity shown by a decrease of toxicity and/or bioaccumulation of Nd, Gd and Yb in all studied species in the presence of DOM and inorganic phosphorous, which complexed and precipitated with REE reducing their bioavailability. These results highlight that it is essential to consider speciation, by using measured dissolved concentrations and replacing inorganic P by organic P, in order to prevent an underestimation of REE toxicity. Nd, Gd and Yb were significantly accumulated in studied species, leading to harmful effects at individual and subindividual levels. Internal distribution of Nd, Gd and Yb and several effects indicated that elementary homeostasis and osmoregulation disturbance is a relevant toxic mechanism of REE. The three REE induced additive mixture effects regardless of the type of species or exposure medium. Taking into account all these results and the fact that REE occur in mixtures in the environment, we propose an original approach by assessing environmental risk of REE in mixture instead of individually. The threshold concentration of REE mixture was determined at 3.2 µg L-1 by using the species sensitivity distribution (SSD) approach. The calculated risk from tests with individual organisms and the SSD together with results from a mesocosm experiment testing different species at three trophic levels show that current mining and industrial releases could strongly affect all trophic levels in aquatic ecosystems, especially primary producers. At present, WWTP effluents should pose a limited risk. However, we demonstrated that Gd, in constrat-agent form used in medicine, can be accumulated and provoke direct effects on aquatic organisms. The environmental risk of REE is currently restricted to some hotspots but it may get higher and more widespread in the future because of the increasing REE uses and releases

L'ubiquisme des diatomées et leur diversité taxonomique a favorisé l'utilisation croissante de ces algues pour l'évaluation des conditions environnementales en eaux douces. La contamination métallique qui affecte certains cours d'eau peut conduire à des modifications de la structure des communautés et de la morphologie des individus. Dans ces travaux, les caractéristiques des biofilms périphytiques ont été étudiées sur le terrain (bassin versant du Riou-Mort, Sud-Ouest de la France) et en conditions expérimentales. La présence de métaux (ici : cadmium, zinc) induit non seulement un remplacement des espèces sensibles (Cyclotella meneghiniana, Navicula gregaria, Navicula veneta) par des espèces plus tolérantes (notamment Eolimna minima), mais également une diminution de la taille de certains individus et / ou l'apparition d'anomalies morphologiques affectant de nombreuses espèces. Le rôle structurant d'autres facteurs abiotiques sur les communautés diatomiques a de plus été souligné, particulièrement celui de la présence de nutriments en concentrations élevées qui stimule la production de biomasse et modifie la structure des assemblages au profit d'espèces saprophiles. L'action protectrice de la matrice organique vis-à-vis des contaminants métalliques a également été confirmée au travers de ces travaux. La pertinence de l'utilisation des diatomées pour la bioindication des pollutions métalliques a été validée, et ces études fournissent une base à l'élaboration d'un indice diatomique de pollution métallique probable.

Ce travail de recherche est une mise au point méthodologique en conditions de laboratoire en ecotoxicologie sur les modèles physiques que sont les microcosmes aquatiques. Deux types de microcosme aquatique de laboratoire ont été utilisés : les microcosmes avec et sans renouvellement de milieu liquide. Le modèle physique microcosme de laboratoire présente des limites d'utilisation. Dans nos conditions d'expérience, la limite ultime correspondant à un mode de fonctionnement cohérent s'établit à 3 mois. Cette limite correspond à la réalisation de la plus grande partie des objectifs fixes du départ. Cette méthode a été appliquée sur trois produits chimiques: le dichloromethane (dcm), le xylyl-xylene (xx) et les effluents de lessives (avec et sans phosphates). Différents échantillons du milieu ont été dosés par chromatographie en phase gazeuse (cpg), chromatographie liquide à haute pression (clhp) ou par scintillateur liquide (sl). Les phénomènes ecotoxicologiques tels que: le transfert, le devenir, les effets et l'impact, ont pu être étudies quantitativement. Dans l'étude portant sur le dcm, les approches quantitatives et qualitatives ont été effectuées par dosage en cpg et sl. Les molécules de dcm et de #1#4c-dcm sont les molécules de référence qui ont permis le calcul des flux de dégradation des molécules de dcm dans les végétaux et animaux. Nous avons constaté que les vitesses de dégradation du dcm chez les végétaux étaient beaucoup plus grandes que chez les animaux. L’utilisation de méthode dérivée de clhp donne une valeur convenable de solubilité du compose xx entre 1 et 2 ppb. Ceci a confirmé les résultats de transferts du xx dans les microcosmes. Les impacts, constitués par les effets directs et indirects des lessives phosphatees (p) ou sans phosphates (sp), ont été déterminés par rapport aux comportements de microcosmes témoins. L’existence d'effets a été confirmé par un test statistique t de student. Les résultats montrent que les bactéries cellulolytiques sont tolérantes à la pollution par les effluents de lessives (p ou sp). Il y a cependant des effets directs significatifs sur les populations de daphnies dans le cas des lessives sans phosphates. L’ensemble des résultats confirme que notre méthode est capable de répondre à la plupart des objectifs des études ecotoxicologiques

Ce rapport d'HDR présente les résultats de 10 ans de travaux basés sur l'utilisation de microcosmes lentiques de laboratoire en écotoxicologie aquatique et propose une analyse critique de cette approche en faisant ressortir ses avantages par rapport aux tests monospécifiques mais aussi ses limites (variabilité notamment)

Afin d'evaluer l'interet de l'utilisation de mesocosmes pour l'etude des proprietes ecotoxicologiques des insecticides agricoles dans les milieux lentiques, nous avons envisage le devenir dans les differents compartiments biotiques et abiotiques et les effets sur divers peuplements de deux composes, le lindane et la deltamethrine. L'etude d'un peuplement malacologique naturel a permis de tester la representativite ecologique de nos mesocosmes. Au laboratoire, les gasteropodes se sont averes etre resistants a l'intoxication aigue par les deux molecules mais ils accumulent le lindane au niveau de leur masse viscerale. La deltamethrine est tres toxique pour les larves d'insectes aquatiques. Persistant 19 semaines dans l'eau, le lindane (250 g m. A. /ha) s'accumule a tous les niveaux. La deltamethrine (10 g m. A. /ha) est tres fugace (96 h dans l'eau) et ne s'accumule pas dans les sediments; si la bio-accumulation par les macrophytes est importante, elle n'est que transitoire chez les mollusques. Le lindane n'a pas provoque de perturbations des peuplements etudies. La deltamethrine a induit une proliferation du phytoplancton et dans une moindre mesure du periphyton. Chez les gasteropodes, la production secondaire est reduite et des deformations de la coquille sont apparues chez le planorbe anisus rotundatus. Les emergences d'insectes ont cesse pendant trois semaines; deux mois et demi apres le traitement est survenue une pullulation d'especes opportunistes et le peuplement s'est reconstitue grace a l'immigration d'imagos provenant des mesocosmes voisins. Tous ces resultats confirment l'interet de ce type d'etude

La pollution mondiale des eaux de surface par les plastiques ne cesse de croitre et soulève des problèmes économiques et écologiques. D'après de récentes études, les macro-déchets plastiques marins se dégradent en microparticules puis en nanoparticules par des effets mécaniques et photochimiques. La fraction nanométrique des plastiques environnementaux est encore inconnue car cela reste un challenge analytique pour les caractériser à l'état d'ultra-trace. Ces particules sont potentiellement toxiques par leur composition, leur taille et leur forme, mais peuvent le devenir encore plus, par l'agrégation avec de la matière organique, ou bien par l'adsorption de métaux trace ou de polluants organiques à leur surface. Le comportement des nanoplastiques dans les eaux de transition comme les estuaires ou les mangroves est encore méconnu et peu étudié. Le but de cette thèse est de (i) caractériser le comportement physico-chimique de nanoparticules de plastiques modèles dans un gradient de salinité, avec une technique originale utilisant la microfluidique ; (ii) étudier l’impact écotoxicologique de ces nanoparticules sur des bivalves, avec un mode d’exposition représentatif des conditions d’exposition in situ.Des latex de polystyrène, ainsi que des nanoplastiques mécaniquement vieillis provenant soit de pellets de polystyrène, soit de macroplastiques prélevés sur des plages de Guadeloupe (polyéthylène, polypropylène), ont été soumis à un gradient de salinité dans des conditions dynamiques à l'intérieur de micro-puces. Les résultats ont été comparés à ceux des protocoles classiques qui consistent à disperser des nanosphères standards dans un milieu salin homogène en condition statique. Les tailles, concentrations, morphologies et stabilité de ces nanoparticules, ont été mesurées en fonction des conditions physico-chimiques du milieu.L'impact écotoxicologique des nanoplastiques modèles, dispersés via un gradient de salinité, a ensuite été étudié sur des huitres des palétuviers : Isognomon alatus. Les expositions ont été réalisées par voie directe à des concentrations environnementales. Différents marqueurs tels que la production de métallothionéines et l’expression précoce des gènes ont été utilisées pour évaluer la toxicité des nanoplastiques. Cette thèse a également permis le développement d’un des instruments les plus sensibles pour l'analyse de nanoparticules à l'état d'ultra-traces : la détection de plasmas induits par laser (LIBD). Ces travaux mettent en évidence l’impact des gradients de salinité sur le comportement des nanoplastiques et leur importance dans l’évaluation de la toxicité sur les bivalves lors de la transition eau douce-eau de mer
Plastic pollution of surface water is constantly increasing and raises economic and ecological problems. According to recent studies, marine plastic debris breaks down into microparticles and nanoparticles by mechanical and photochemical processes. The nanometric fraction of environmental plastics is still unknown because there are still analytical challenges to characterize nanoparticles at trace concentrations. These particles are potentially toxic due to their composition, size and shape, but can become even more toxic, by aggregation with organic matter, or by surface adsorption of trace metals or organic contaminants. Up to date, there is limited studies about behavior of nanoplastics in transitional waters such as estuaries and mangroves. The aim of this thesis is to (i) characterize physico-chemical behavior of nanoplastic models in a salinity gradient, with an innovative methodology using microfluidics; (ii) study the ecotoxicological impact of these nanoparticles on bivalves, with an exposure representative of in situ conditions.Polystyrene latex, as well as mechanically aged nanoplastics from either pristine polystyrene pellets or from macro-plastics sampled on Guadeloupe beaches (polyethylene, polypropylene), were dispersed across a salinity gradient under dynamic conditions inside a microchip. Results were compared with conventional protocols i.e. dispersing standard nanospheres in a homogeneous saline medium under static conditions. Sizes, concentrations, morphologies, compositions and stability of these nanoparticles were measured as a function of the physicochemical conditions of the medium. Then, the ecotoxicological impact of model nanoplastics dispersed via a salinity gradient was studied on flat tree oysters: Isognomon alatus. Exposures were carried out by direct route at environmental concentrations. Different markers such as metallothionein production and early gene expression have been used to assess the toxicity of nanoplastics. This thesis also allowed the development of one of the most sensitive instruments for the analysis of nanoparticles at ultra-trace concentration: the Laser Induced Breakdown Detection (LIBD). This work highlights the impact of salinity gradients on the behavior of nanoplastics and its importance in the toxicity assessment on bivalves during the transition from freshwater to seawater

Comme ils conduisent à des modifications de sensibilité toxicologique et de traits d'histoire de vie au sein des populations naturelles exposées, les phénomènes d'adaptation à la contamination questionnent la pertinence de l'évaluation du risque environnemental lié au rejet de contaminants chimiques et sont devenus un champ de recherche important à développer en écotoxicologie. Centrés sur l'étude des capacités d'adaptation de l'amphipode d'eau douce Gammarus fossarum, les travaux présentés ici ont eu pour objectif d'avancer dans la compréhension des effets d'une exposition à long terme au cadmium à l'échelle populationnelle et en milieu naturel. En recourant à des méthodologies de biomonitoring par encagement, de culture et d'exposition au laboratoire et de suivi démographique in situ, une démarche couplant études a priori et rétrospectives sur populations naturelles, a permis d'identifier un phénomène d'augmentation de la tolérance et de modification de traits d'histoire de vie chez une population exposée historiquement au cadmium. Des approches de génétique quantitative conduites sur trois populations ont dans un deuxième temps mis en évidence (1) une faible héritabilité de la sensibilité au cadmium au sein de populations naïves ; et (2) un rôle majeur des effets parentaux induits par l'exposition comme mécanisme populationnel soutenant l'évolution de la tolérance chez cette espèce. Enfin, la caractérisation de la variabilité de la sensibilité au cadmium au sein du genre Gammarus (dix-sept populations) et la mise en regard de la divergence de la population tolérante vis-à-vis de cette variabilité, ont permis de discuter des implications de ces processus évolutifs induits par des expositions environnementales pour l'évaluation du risque lié aux substances chimiques. Ainsi, il apparaît nécessaire de prendre en compte les réponses adaptatives induites par la contamination des milieux comme source de variabilité et d'incertitude afin de proposer une évaluation du risque pertinente intégrant pleinement l'ensemble des impacts des contaminations environnementales sur les populations naturelles
Because they lead to changes in toxicological sensitivities and life history traits within field populations, evolutionary processes supporting adaptation to contamination challenge the relevance of environmental risk assessment of chemical contaminants. Hence their study becomes an important developing field of research in ecotoxicology. Focusing on the study of adaptive capacity of the freshwater amphipod Gammarus fossarum, this work aimed to gain insight into the effects of long term exposure to cadmium at the population scale in the field. By means of biomonitoring methodologies (caging), population demographic sampling, culture and exposure in the laboratory we identified a phenomenon of increased tolerance and modification of life history traits in a natural population historically exposed to cadmium. Quantitative genetics experiments conducted on three populations secondly demonstrated (1) a low heritability of sensitivity to cadmium in naïve populations ; and (2) a major role of parental effects induced by exposure as populational mechanism supporting the development of tolerance in this species. Finally, the characterization of the variability of cadmium sensitivity in the genus Gammarus (seventeen populations), and the analysis of the divergence of the tolerant population in comparison to this variability led us to discuss about the implications of these evolutionary processes induced by environmental exposure for risk assessment of chemicals. Thus, from these results it appears necessary to take into account adaptive responses induced by environmental contamination as a source of variability and uncertainty in order to provide a relevant risk assessment fully integrating all the impacts of environmental contamination on natural populations

Des echantillons aqueux naturels (eaux de la nappe phreatique et eaux de ruissellement prelevees in situ) et artificiels (lixiviats, percolats, eaux d'immersion) ont ete obtenus a partir de sols contamines et de dechets industriels stabilises. La toxicite et la genotoxicite de ces fractions aqueuses ont ete evaluees in vivo chez les larves aquatiques de l'amphibien xenopus laevis par 1) l'observation phenotypique de la toxicite suchronique 2) la mesure sur le foie de l'activite ethoxyresorufine-o-deethylase (erod) 3) la detection des adduits a l'adn dans le foie et le sang 4) la mesure du taux de micronoyaux sur erythrocytes. Les deux derniers biomarqueurs sont consideres comme indicateur de genotoxicite. Les principaux points abordes dans ce travail sont les suivants : - la faisabilite et la sensibilite de reponse des larves vis a vis des trois biomarqueurs ont ete montrees apres traitement au benzo(a)pyrene les reponses des trois biomarqueurs sont correlees lineairement deux a deux pour cette substance pure la complementarite des informations apportees par les trois biomarqueurs appliques simultanement sur un meme organisme superieur aquatique nous a permis de montrer : - la toxicite et la genotoxicite des echantillons aqueux de sols contamines par des haps, des metaux ou des solvants organiques et de dechets industriels stabilises (refiom, poussieres de chrome). - les transferts verticaux et lateraux des contaminants par analyse de la (geno)toxicite des eaux naturelles profondes (eaux de la nappe phreatique) et superficielles (eaux de ruissellement) prelevees in situ. - la representativite ecotoxicologique des techniques de lixiviation (extraction statique), de percolation (extraction dynamique par gravite) et de scenarios d'immersion.

Depuis 30 ans, l’utilisation croissante des Lanthanides dans les nouvelles technologies a entraîné des rejets importants de ces métaux vers les écosystèmes aquatiques. Dans une politique mondiale de développement durable visant à préserver la qualité des écosystèmes, la question de l’impact des Lanthanides sur les organismes aquatiques s’est naturellement posée. Néanmoins, les études restent peu nombreuses et aucun consensus ne subsiste concernant la toxicité des Lanthanides. Dans ce contexte, nous avons étudié la toxicité cellulaire des Lanthanides individuellement et en mélanges. Les effets toxiques ont été mis en évidence en mesurant la viabilité de cellules fibroblastiques (ZF4 ; ATCC®, CRL-2050™) et hépatiques (ZFL ; ATCC®, CRL-2643™) de poisson zèbre (Danio rerio), de cellules branchiales (RTgill-W1 ; ATCC®, CRL-2523™) de la truite arc-en-ciel (Oncorynchus mykiss), et des cellules primaires de glandes digestives de corbicule (Corbicula fluminea) exposées à ces métaux. Les résultats ont montré que les Lanthanides sont responsables d’effets toxiques directs sur nos modèles cellulaires. Concernant la toxicité des Lanthanides en mélanges, des effets synergiques ont été observés sur les 3 lignées cellulaires de poissons. Nous nous sommes également intéressés aux mécanismes de détoxification des Lanthanides dans les cellules ZF4 de Danio rerio. Nous avons décidé d’étudier ces acteurs en raison de leurs rôles respectifs dans les phases II et III de la détoxification cellulaire de métaux chez les bivalves et les poissons. Pour cela, la viabilité des cellules ZF4 a été mesurée après des expositions aux Lanthanides en présence d’inhibiteurs spécifiques des glutathion-S-transférases (acide éthacrynique) et des protéines MRP (MK571 et probénécide). Les résultats ont montré que les protéines MRP sensibles au MK571 jouent un rôle dans la détoxification des Lanthanides dans les cellules ZF4. Globalement, les résultats obtenus pour cette recherche ont confirmé que les effets toxiques des Lanthanides à l’échelle cellulaire sont pertinents pour prédire les effets in vivo, dans le cadre d’une évaluation de la toxicité de ces métaux
Since 30 years ago, the growing use of Lanthanides in new technologies has contributed to important releases of these metals into aquatic ecosystems. In a global sustainable development policy aimed at preserving the quality of ecosystems, the impact of Lanthanides on aquatic organisms has naturally been questioned. However, studies on the aquatic ecotoxicology of Lanthanides are incomplete, and no consensus is established yet. In this context, we studied the cellular toxicity of Lanthanides individually and in mixtures. To determine these toxic effects, cell viability was measured on Danio rerio fibroblast-like cells (ZF4; ATCC®, CRL-2050™), Danio rerio hepatic cells (ZFL; ATCC®, CRL-2643™), Oncorhynchus mykiss epithelial cells (RTgill-W1; ATCC®, CRL-2523™), and primary culture of Corbicula fluminea digestive glands exposed to Lanthanides. Direct toxicity of Lanthanides has been observed on all cellular models. Concerning the toxicity of Lanthanides in mixtures, synergistic effects have been underlined on the three fish cell lines. In this research, we focused on the mechanisms of the detoxification of Lanthanides in the case of ZF4 cells from Danio rerio. The effects of Lanthanides were assessed in the presence of specific inhibitors of glutathione-S-transferases (ethacrynic acid) and MRP-like (MK571 and probenecid), by cell viability measurements. We decided to study these actors of the cellular detoxification due to their respective roles in phases II and III of the cellular detoxification of metals in fishes and bivalves. Regarding the results, MRP-like proteins are effectively involved in the detoxification of Lanthanides in ZF4 cells. Overall, our results highlighted the relevance of the toxic effects of Lanthanides at the cellular level for the risk assessment of these metals

La contamination des milieux aquatiques urbains se caractérise aujourd'hui par un mélange de micropolluants d'origines et de types variés. Les conséquences de ce type de contamination, multiples mais faibles et chroniques, sur les écosystèmes aquatiques sont difficiles à évaluer. En effet, il est difficile d'une part de dresser un état des lieux précis de la contamination et d'autre part, de relier cette contamination à la réponse biologique des organismes exposés puisqu'elle n'engendre pas nécessairement des effets visibles et immédiats. Cette étude a pour objectif de développer une méthodologie permettant d'utiliser le périphyton pour évaluer l'impact d'une contamination urbaine typique. Les biofilms sont des communautés aquatiques complexes jouant un rôle primordial dans le fonctionnement des écosystèmes aquatiques. Leur réponse biologique à une perturbation peut s'évaluer au niveau structurel comme au niveau fonctionnel. Une première étape de ce travail a consisté à développer d'une part un test de toxicité aiguë permettant d'évaluer la tolérance de la composante hétérotrophe des biofilms selon le concept PICT, et d'autre part l'utilisation de la technique d'empreinte génétique ARISA pour évaluer des modifications de structure des communautés bactériennes et eucaryotes des biofilms. Les méthodologies développées ont ensuite été testées au laboratoire par des expositions de périphyton à des métaux à des concentrations environnementales. Par la suite, elles ont pu être déployées in situ : d'abord dans un gradient de contamination multi-métallique sur la Seine avec des prélèvements ponctuels de biofilms naturels ainsi qu'une expérience de transposition (amont/aval de l'agglomération parisienne). Enfin, le lien entre la tolérance du périphyton et la contamination métallique globale du milieu a été exploré à l'échelle d'un bassin versant. Les résultats sont prometteurs quant à l'utilisation du périphyton pour évaluer l'impact d'une contamination urbaine

Les changements globaux sont aujourd’hui une réalité et les activités humaines à l’origine de ces bouleversements tendent à augmenter avec par exemple l’utilisation toujours plus importante de produits chimiques. Les pollutions résultantes peuvent alors avoir un fort impact sur les écosystèmes, en particulier ceux d’eaux douces de surface.Cette thèse a d’abord montré au travers d’un échantillonnage à haute fréquence d’une rivière typiquement méditerranéenne (la Têt), lors d’un évènement pluvieux intense caractéristique, que des phénomènes de multicontaminations ont lieu avec la présence dans les eaux naturelles de sels nutritifs, éléments trace métalliques, pesticides et produits pharmaceutiques entre autres. Ces phénomènes de contaminations multiples sont principalement liés aux débordements du réseau urbain d’évacuation des eaux qui ont lieu au travers des débordements de déversoirs d’orage. Cette étude a également montré, grâce à l’utilisation de la nouvelle technique de séquençage haut-débit MiSeq, que les changements dans les diversités structurelles des communautés bactériennes aquatiques de la matière en suspension évoluent principalement en fonction de l’hydrodynamique de la rivière, les plus fortes dissimilarités entre les communautés s’observant lors du pic de débit. Les paramètres physico-chimiques environnementaux ont également un impact majeur sur la structure des communautés, ce qui pourrait amener suite à l’exploration des taxons bactériens associés à une dynamique de contaminations caractéristiques, à la découverte de biomarqueurs spécifiques de ces phénomènes
Global changes cannot be ignored nowadays and human activities causing these disruptions tend to increase with, for example, the growing use of chemicals. The resulting pollution can then have a strong impact on ecosystems, in particular those of fresh surface waters.This thesis first showed through a high-frequency sampling of a typically Mediterranean river (the Têt River), during a characteristic intense rainy event, that multicontaminations occur with the presence in natural waters of nutrients, trace metals, pesticides and pharmaceuticals among others. These multicontamination phenomena are mainly related to the overflows of the sewage system that take place through storm overflows. This study has also shown, through the use of the new MiSeq high-throughput sequencing technique, that changes in the structural diversities of aquatic bacterial communities of suspended matter evolve mainly according to the hydrodynamics of the river, the strongest dissimilarities between the communities being observed during peak flow. The physico-chemical environmental parameters also have a major impact on the structure of communities, which could lead to the exploration of bacterial taxa associated with a characteristic contaminations dynamic, to the discovery of specific biomarkers of these phenomena

La gestion des eaux pluviales constitue un défi important à relever dans les villes du monde entier : aujourd’hui on ne compte plus les problèmes d’inondation et de pollution, problèmes chroniques qui tendent à s’amplifier à mesure que l’urbanisation grandit en parallèle du changement climatique. Une gestion durable de ces eaux est au cœur des enjeux du XXIe siècle et afin de faire face à ces problèmes le Ministère de l’Écologie et du Développement Durable a engagé une opération de recherche sur cette thématique. Parmi les problèmes posés par les eaux pluviales, notre étude se focalise sur les rejets urbains de temps de pluie (RUTP). Ces rejets constituent un apport important et imprévisible de nombreux polluants pour les masses d’eaux réceptrices. La pollution des RUTP est étudiée depuis de nombreuses années et, alors que les connaissances en la matière s’affinent, il n’existe à l’heure actuelle aucune étude de grande ampleur permettant d’identifier l’impact des RUTP sur les écosystèmes récepteurs. Notre travail a consisté à étudier l’impact environnemental de différents échantillons de RUTP collectés sur 3 sites d’assainissement pluvial de l’agglomération lyonnaise. Pour cela nous avons sélectionné des bioindicateurs pertinents, les microalgues d’eau douce, organismes unicellulaires à la base des chaînes trophiques et très sensibles aux polluants présents dans les RUTP. Nous avons réalisé des bioessais écotoxicologiques connus de la littérature et contribué au développement de nouveaux indicateurs de toxicité complémentaires. De plus nous avons cherché à adapter ces bioessais pour permettre leur utilisation sur le terrain. En parallèle nous avons travaillé à l’amélioration d’un biocapteur enzymatique à cellules algales. Ses performances ont été évaluées sur des échantillons de RUTP avant d’œuvrer à la construction d’une station automatisée qui nous a permis de réaliser des mesures directement sur les sites d’assainissement (on line monitoring). Ce travail contribue à mettre en évidence l’impact important des RUTP sur le milieu récepteur tout en confirmant le caractère hétérogène de ce type d’effluent et l’intérêt des dispositifs de surveillance in situ
The stormwater management constitutes an important challenge for cities around the world: today there are countless problems of flooding and pollution, chronic problems that tend to amplify as urbanization grows. Sustainable management of these waters is at the heart of defies of the twenty-first century and to address these problems the Ministry of Ecology and Sustainable Development has launched a research operation. Among problems posed by stormwater, our study focuses on urban wet weather discharges (UWWD). These releases are an important and unpredictable contribution of many pollutants to the receiving water bodies. UWWD's pollution has been studied for many years and, while knowledge in the field matures, there is at present no large-scale study to identify the impact of UWWD on the receiving ecosystems. Our work consist in studying the impact of different UWWD samples collected at 3 storm sanitation sites of Lyon on the environment. We have relevant bioindicators, freshwater microalgae, unicellular organisms at the base of the trophic chain and very sensitive to pollutants present in the UWWD. We have undertaken ecotoxicological bioassays known from the literature and contributed to the development of new indicators of toxicity. Furthermore, we seek to adapt these bioassays to allow their use in the field. In parallel, we have worked to improve an enzyme biosensor algal cell. We evaluated its performances on samples of UWWD and then we built an automated measuring station to make measurements directly on the remediation site (online monitoring)

La gestion des eaux pluviales constitue un défi important à relever dans les villes du monde entier : aujourd'hui on ne compte plus les problèmes d'inondation et de pollution, problèmes chroniques qui tendent à s'amplifier à mesure que l'urbanisation grandit en parallèle du changement climatique. Une gestion durable de ces eaux est au cœur des enjeux du XXIe siècle et afin de faire face à ces problèmes le Ministère de l'Écologie et du Développement Durable a engagé une opération de recherche sur cette thématique. Parmi les problèmes posés par les eaux pluviales, notre étude se focalise sur les rejets urbains de temps de pluie (RUTP). Ces rejets constituent un apport important et imprévisible de nombreux polluants pour les masses d'eaux réceptrices. La pollution des RUTP est étudiée depuis de nombreuses années et, alors que les connaissances en la matière s'affinent, il n'existe à l'heure actuelle aucune étude de grande ampleur permettant d'identifier l'impact des RUTP sur les écosystèmes récepteurs. Notre travail a consisté à étudier l'impact environnemental de différents échantillons de RUTP collectés sur 3 sites d'assainissement pluvial de l'agglomération lyonnaise. Pour cela nous avons sélectionné des bioindicateurs pertinents, les microalgues d'eau douce, organismes unicellulaires à la base des chaînes trophiques et très sensibles aux polluants présents dans les RUTP. Nous avons réalisé des bioessais écotoxicologiques connus de la littérature et contribué au développement de nouveaux indicateurs de toxicité complémentaires. De plus nous avons cherché à adapter ces bioessais pour permettre leur utilisation sur le terrain. En parallèle nous avons travaillé à l'amélioration d'un biocapteur enzymatique à cellules algales. Ses performances ont été évaluées sur des échantillons de RUTP avant d'œuvrer à la construction d'une station automatisée qui nous a permis de réaliser des mesures directement sur les sites d'assainissement (on line monitoring). Ce travail contribue à mettre en évidence l'impact important des RUTP sur le milieu récepteur tout en confirmant le caractère hétérogène de ce type d'effluent et l'intérêt des dispositifs de surveillance in situ.

La contamination simultanée des écosystèmes aquatiques par des polluants et des nutriments est un problème majeur dont les effets sur les macrophytes sont encore méconnus. L'objectif de cette thèse était d'étudier les effets de deux types de polluants : herbicides et éléments trace métalliques (ETM), en combinaison avec des ressources variables (azote, phosphore, ou carbone) sur Myriophyllum spicatum, en utilisant des paramètres provenant de l'écologie chimique et de l'écotoxicologie. Les tests ont montré des effets contrastés des herbicides sur la plante, mais pas d'effet des ETM. Dans tous les cas, les modifications de ressources (nitrate, ratio N:P ou saccharose) ont induit des effets importants sur la physiologie et la stœchiométrie de la plante, pouvant altérer ses réponses à un stress supplémentaire comme les polluants. Ces résultats suggèrent qu'un déséquilibre des ressources en présence de polluants pourrait modifier leurs effets sur les macrophytes, et soulignent également la nécessité d'ajouter des paramètres plus informatifs dans les tests afin de répondre aux enjeux du stress multiple et améliorer l'évaluation du risque environnemental
Simultaneous contamination of aquatic ecosystems by pollutants and nutrients is a major problem whose effects on macrophytes are still unknown. The objective of this thesis was to study the effects of different pollutants, herbicides and trace metal elements (TME), in combination with varying resource availability (nitrogen, phosphorus, or carbon) on Myriophyllum spicatum, using parameters from chemical ecology and ecotoxicology. Tests showed contrasting effects of herbicides, but no effects of the TME. In all cases, resource modifications (nitrate, N:P ratio or sucrose) induced significant effects on the physiology and stoichiometry of the plant, which might alter its response to additional stress like pollutants. These results suggest that an imbalance of resources in the presence of pollutants may lead to unforeseen changes in the combined effects on macrophytes, and also highlight the need to add more informative parameters in tests to meet the challenges of multiple stress and improve environmental risk assessment

L'exposition à des mélanges complexes de substances chimiques dans l'environnement peut avoir de graves conséquences pour les animaux sauvages. En milieux naturels, ces organismes sont également affectés par de nombreux autres facteurs de stress, y compris le parasitisme. L'exposition chimique et l'infection parasitaire ont toutes deux été bien étudiées et documentées, mais dans de nombreux cas, elles ont été étudiées indépendamment l'une de l'autre. Cependant, il est crucial d'évaluer simultanément leur effet combiné étant donné que certains parasites peuvent interférer sur le devenir des polluants chez leur hôte grâce à leur capacité de bioaccumulation. Sur la base d'une étude de terrain, complétée par une approche expérimentale, j'ai étudié le devenir et les conséquences de six familles de contaminants organiques, et certains de leurs métabolites, dans un système hôte-parasite composé d'un poisson d'eau douce et de son parasite intestinal, Pomphorhynchussp. issus de la Marne, en France. Plus précisément, j'ai cherché à savoir si ces vers intestinaux étaient capables d'accumuler des substances toxiques et comment leur présence affectait la réponse au stress de leur hôte exposé aux contaminants environnementaux, à différents échelles biologiques à l'aide de biomarqueurs généraux (télomère, lysozyme, peroxydase, antioxydants, dommages oxydatifs, microbiote intestinal, indices de Fulton et hépatosomatique). Nous avons démontré que ces vers intestinaux étaient capables d'accumuler des contaminants organiques, de détoxifier leurs hôtes et que leurs effets sur l’hôte basculaient de négatifs à positifs à mesure que l'exposition aux contaminants organiques augmentait
Exposure to complex mixtures of environmental contaminants may have severe consequences in free-living. Under natural conditions, organisms are also exposed to other stressors, including parasites. Both chemical exposure and parasite infection have been well studied and documented, but have in many cases been investigated independently from one another. However, it is crucial to simultaneously assess their combined effect on wild organisms given that parasites may interfere with the fate of environmental contaminants within their host through their bioaccumulation capacity. Based on a field study, completed by an experimental approach, I investigated the fate and consequences of six families of organic contaminants, and some of their metabolites, in a host-parasite system composed of a freshwater fish, the European chub, Squalius cephalus, and its intestinal parasite, Pomphorhynchus sp. from the Marne River, France. Specifically, I investigated whether intestinal parasites were able to accumulate toxicants and how their presence affected the stress response of their definitive host exposed to environmental contaminants, at different biological levels with the use of general biomarkers (telomere, lysozyme, peroxidase, antioxidants, oxidative damage, gut microbiota, Fulton’s index and hepatosomatic index). Importantly, we demonstrated that intestinal worms were able to accumulate organic contaminants, detoxify their hosts and that their effects on the host shifted from negative to positive as chemical exposure increased