Dissertations / Theses on the topic 'Sédiments fluviaux – Teneur en éléments traces'

Dans cette étude, l’état actuel de la pollution des rivières Adyar et Cooum, a été déterminé. Ce sont les deux rivières importantes parmi les six voies navigables principales de la mégapole de Chennai (Tamil Nadu, Inde) qui a connu une urbanisation importante au cours des trois dernières décennies. Cette étude vise trois objectifs principaux: (i) empreinte géochimique de la mégapole sur les sédiments des rivières (ii) apparition de perturbateurs endocriniens: étude préliminaire sur les HAP, les PBDE, les PCB et les phtalates (iii) Influence du risque de mousson de 2015 sur le niveau de pollution par les oligo-éléments de 2 principaux cours d'eau<br>In this study, an attempt is made to ascertain the present pollution status of Adyar and Cooum River, which are the two important rivers among the six main waterways in the Chennai Megacity, Tamil Nadu, India and greatly influenced by urbanisation in the past three decades. This study is designed 3 main objectives (i) Geochemical footprint of megacity onto river sediments (ii) Endocrine disruptor occurrence: Preliminary study for PAHs, PBDEs, PCBs and Phthalates (iii) Influence of 2015 monsoon hazard onto trace element pollution level of 2 main rivers

Les contaminants organiques et métalliques rejetés par les activités humaines actuelles et passées sont omniprésents dans l’environnement et notamment dans les sédiments de cours d’eau, où ces composés ont tendance à s’accumuler. Les sédiments contaminés, qui représentent une menace potentielle pour les organismes aquatiques, peuvent également contrarier les efforts menés avec la mise en place de la Directive Cadre sur l’Eau de l’Union Européenne en vue de la préservation de la qualité des eaux. Ce travail de recherche s’est principalement déroulé dans le cadre du programme européen INTERREG III - STARDUST et s’est focalisé sur la zone du District Hydrographique International de l’Escaut, qui couvre une partie de la Belgique, des Pays-Bas et du nord de la France. Les niveaux et les sources de la contamination par les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et les n-alcanes ont été déterminés dans les sédiments de l’Espierre, de l’Escaut, de la Lys, de la Canche et de l’Yser. L’origine pyrolytique de la contamination par les HAP semble prédominer tandis que les n-alcanes proviennent de sources biogéniques et pétrogéniques diverses. L’application de certaines valeurs guides sédimentaires a montré que les sédiments de l’Espierre sont associés à un risque accru pour les organismes aquatiques. La spéciation de certains éléments traces métalliques, qui a une influence majeure sur leur biodisponibilité, a été évaluée dans les eaux interstitielles par modélisation des équilibres thermodynamiques. Les résultats indiquent notamment une association importante du cuivre et du plomb avec la matière organique<br>Organic and metallic contaminants released by past and present human activities are widespread in the environment and in particular in river sediments, where these compounds tend to accumulate. Contaminated sediments, that represent a potential threat toward aquatic organisms, can also go against the efforts made with the implementation of the water framework directive of the European Union in order to preserve water quality. This research has been mainly carried out in the framework of the INTERREG III - STARDUST research program and focused on the area of the International Hydrographic District of the Scheldt, that encloses parts of Belgium, Netherlands and north of France. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and n-alkanes contamination levels and sources have been determined in sediments from the following rivers and canals: Espierre, Scheldt, Lys, Canche and Yser. The pyrolytic origin of the PAH contamination is predominant while n-alkanes originate from various biogenic and petrogenic sources. Sediment quality guidelines have demonstrated that sediments from the Espierre canal are associated to a higher threat for aquatic organisms. Trace metal speciation, that greatly influences the biodisponibility of these contaminants, has been estimated using thermodynamic equilibrium calculations. Results notably indicate a strong association of copper and zinc with organic matter

L’impact anthropique sur les cours d’eau a significativement augmenté suite à la révolution industrielle engagée par les pays occidentaux. Ainsi, les modifications de la géomorphologie des cours d’eau pour le stockage de l’eau et la navigation, la conversion des surfaces à des fins agricoles, industrielles et d’urbanisation illustrent cette pression environnementale, qui se traduit, en autre, par une augmentation de rejets de divers contaminants dans les compartiments environnementaux et notamment les rivières. Une part de ces rejets peut donc se retrouver dans les matières en suspension, considérées alors comme des puits de stockage, qui transitent dans les rivières. Les aménagements des rivières et notamment la construction de barrages favorisent alors la sédimentation de ces particules contaminées au cours du temps. Ces sédiments d’origines anthropiques, également appelés legacy sediments, sont donc les témoins des activités anthropiques et permettent de reconstruire les trajectoires temporelles des contaminations au sein des bassins versants. L’Eure, affluent majeur de l’estuaire de Seine, a connu d’importantes pressions anthropiques depuis le vingtième siècle. La reconstruction temporelle des pressions anthropiques a nécessité l’association de différentes approches méthodologiques : (i) une analyse diachronique des modifications morphologiques de la rivière a été menée, conjointement à (ii) une analyse de la dynamique sédimentaire et de la nature des dépôts sédimentaires par couplage de méthodes géophysiques, sédimentologiques et géochimiques, et à (iii) la mise en place d’un réseau de suivi du comportement hydro-sédimentaire avec un échantillonnage en continu des matières en suspensions. De profondes modifications géomorphologiques se sont produites en aval du bassin versant, avec pour principales conséquences un exutoire déplacé d’une dizaine de kilomètres en direction d’un barrage et la formation d’annexes hydrauliques favorisant l’accumulation de sédiments dès les années 1940. Ceux-ci ont permis de montrer que le bassin versant de l’Eure avait connu d’importantes contaminations dont les conséquences sont encore enregistrées malgré l’arrêt des activités ou usages. Les tendances temporelles des éléments traces métalliques et métalloïdes ont montré de fortes contaminations en As dans les années 1940 et des contaminations d’origines industrielles en Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ag et Cd durant les années 1960–1970, ainsi que des contaminations en Sb et Pb en 1990–2000. Ces dernières sont toujours enregistrées malgré l’arrêt des activités responsables des rejets, comme l’ont attesté les résultats issus des matières en suspension actuellement collectées dans le cours d’eau. A l’instar d’une majorité des métaux traces, les contaminants organiques, tels les HAPs, ont montré d’importantes contaminations durant les années 1940–1960, dont les signatures indiquent une origine majoritairement pyrogénique. Les PCBs ont montré des contaminations importantes lors de la période 1950–1970, en lien avec la production et les usages nationaux de mélanges composés en majorité de congénères faiblement chlorés. Enfin, l’intérêt porté à une troisième famille de contaminants organiques persistants, les pesticides organochlorés, a montré l’utilisation de lindane et du DDT notamment lors de la période 1940–1970, et a mis en avant d’une part une utilisation post-interdiction du lindane et d’autre part la présence d’un métabolite du DDT plusieurs décennies après l’arrêt d’utilisation de ce dernier, en lien avec l’augmentation de l’érosion des sols cultivés<br>The anthropogenic impact on rivers has significantly increased following the industrial revolutioninitiated by Western countries. Thus, changes in the geomorphology of rivers for water storage andnavigation, the conversion of land for agricultural, industrial and urbanization purposes illustrate thisenvironmental pressure, which results, among other things, in an increase in discharges of variouscontaminants into environmental compartments, particularly rivers. Therefore, part of these dischargescan end up in suspended particulate matter, which is then considered as storage wells, which transit inrivers. River development, particularly the construction of dams, encourages the sedimentation of these contaminated particles over time. These sediments of anthropogenic origin, also called legacy sediments, are therefore witnesses to human activities and make it possible to reconstruct the temporal trajectories of contamination within watersheds. The Eure River, a major tributary of the Seine estuary, has experienced significant anthropogenic pressures since the twentieth century. The temporal reconstruction of anthropogenic pressures has required the combination of different methodological approaches: (i) a diachronic analysis of the morphological modifications of the river was carried out, in conjunction with (ii) an analysis of the sedimentary dynamics and the nature of the sediment deposits by coupling geophysical, sedimentological and geochemical methods, and (iii) the setting up of a network for monitoring the hydro-sedimentary behaviour with continuous sampling of suspended particulate matter. Significant geomorphological changes have occurred in the lower reaches of the watershed, with the main consequences being an outlet moved some ten kilometres in the direction of a dam and the formation of hydraulic annexes favouring the accumulation of sediments as early as the 1940s. These made it possible to show that the Eure River watershed had experienced significant contamination, the consequences of which are still being recorded despite the cessation of activities or uses. The temporal trends of trace metal and metalloid elements showed strong contaminations in As in the 1940s and contaminations of industrial origin in Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ag and Cd in the 1960s and 1970s, as well as contaminations in Sb and Pb in 1990–2000. The latter are still recorded despite the cessation of the activities responsible for the discharges, as evidenced by the results from the suspended particulate matter currently collected in the river. Like most trace metals, organic contaminants such as PAHs showed significant contamination during the 1940–1960s, with signatures indicating a predominantly pyrogenic origin. PCBs showed significant contamination during the period 1950–1970, in connection with the production and national uses of mixtures composed mainly of low chlorinated congeners. Finally, interest in a third family of persistent organic contaminants, organochlorine pesticides, showed the use of lindane and DDT, particularly during the 1940–1970 period, and highlighted the post-ban use of lindane and the presence of a metabolite of DDT several decades after the cessation of its use, in connection with the increase in erosion of cultivated soils

L'objectif de l'etude est d'apprehender le comportement geochimique de douze elements traces dans les sediments de la marge continentale du golfe du lion grace a une methodologie specifique. Une attaque acide totale a permis la determination du contenu metallique total. Celle-ci doit cependant etre completee par une etude du fractionnement geochimique des elements pour etablir des relations directes avec le sediment. Le contenu metallique de diverses phases chimiques du sediment a ete obtenu grace au schema d'extractions sequentielles du programme mesures et essais. La determination des concentrations totales et extractibles par icpms a exige l'emploi des methodes de calibration externe et d'etalonnage interne. Un test a valide l'ensemble de ces methodes et demontre qu'elles sont suffisamment reproductibles et precises pour etre appliquees a une etude environnementale. Plusieurs methodes d'interpretation des resultats sont utilisees pour classer les elements en trois groupes (detritiques, intermediaires et anthropiques) a l'interieur desquels les distributions verticale et spatiale apparaissent similaires. La distribution des elements detritiques est gouvernee par la composition du sediment et donc par les apports, la dispersion et l'accumulation du materiel terrigene. La distribution des elements intermediaires est regie par les conditions physico-chimiques. Enfin, les elements anthropiques doivent essentiellement leur distribution a la proximite des sources. Les variations geochimiques observees sur la marge du golfe du lion s'expliquent ainsi en terme de variations d'environnement de depot et de sources naturelles et anthropiques. Cette etude a permis la caracterisation geochimique d'une marge essentiellement detritique. Elle montre que l'analyse multi-elementaire peut etre utilisee pour identifier et estimer la contribution relative des principaux facteurs externes et internes influencant la distribution des elements traces dans les sediments marins.

Le transfert des éléments traces (l'argent, l'arsenic, le cadmium, le cuivre et le plomb) aux mollusques filtreurs a été étudié grâce à un modèle expérimental de chaîne trophique. Le premier maillon est représenté par du sédiment naturel et des microalgues: Skeletonema costatum, Tetraselmis suecica, et Haslea ostrearia, et le second par le mollusque filtreur l'huître Crassostrea gigas. La biodisponibilité des métaux au niveau du premier maillon, étudiée à l'aide d'essais in vitro (attaque enzymatique, changement de ph) montre, qu'à acidités comparables à celles du tube digestif des huîtres, une désorption se produit et son importance varie selon le métal. En effet, pour le sédiment de la baie de Bourgneuf, la biodisponibilité du cuivre est plus importante que celle de l'arsenic et du plomb, et s'est traduite par un transfert relativement élevé du cuivre à l'huître dans la chaine trophique expérimentale. Pour le sédiment de l'estuaire de la Loire, la biodisponibilité des métaux diffère selon les saisons et selon le métal testé. Ainsi la désorption du cuivre et surtout du cadmium est élevée. L'étude de compartimentation montre que chez les algues contaminées par des surcharges métalliques réalistes, les métaux sont principalement liés à la fraction insoluble, avec une faible proportion dans la fraction soluble thermosensible. La caractérisation des composés liant les métaux montre qu'ils sont de masse moléculaire élevée, surtout pour l'argent, et qu'ils diffèrent des phytochélatines. Pour les huîtres contaminées par le cadmium ou le cuivre, des protéines de type métallothionéine ont été mises en évidence. La bioaccumulation des métaux (Ag, Cd, Cu et Pb) par l'huître est beaucoup plus importante par voie directe que par voie particulaire. Toutefois, en considérant les quantités métalliques disponibles dans le milieu, la voie particulaire s'avère non négligeable. Les caractéristiques génétiques (diploïdie, triploïdie) n'ont pas eu d'influence sur la bioaccumulation des métaux chez les huîtres

La Gascogne, située dans le Sud-Ouest de la France, est une région marquée par une forte activité agricole, avec plus de 75% de terres cultivées. Pour évaluer l'impact des pratiques agricoles sur la qualité des eaux de surface drainant cette région, 83 échantillons de sédiments de fond et 75 échantillons d'eau de rivières ont été prélevés. Les concentrations en éléments majeurs, traces (Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As, Pb et Cd), terres rares (REE), COP et COD et le pH ont été mesurés. Les résultats obtenus montrent des concentrations en PHE (Potential Harmful Element) évoluant de 0,01 µg. L-1 (Cd) à 4,46 µg. L-1 (Zn), et de 0. 11µg. G-1 (Cd) à 84. 98 µg. G-1 (Zn), respectivement dans les eaux en phase dissoute et dans les sédiments de fond en phase particulaire. Les PHE de la phase dissoute sont contrôlés par les chlorures et la matière organique, notamment dans les zones où la contribution anthropique en chlorures et matière organique est significative. Ceux des sédiments de fond sont majoritairement liés aux oxydes de fer et aux aluminosilicates, à l'exception de Cd qui est associé aux carbonates. Tous ces PHE proviennent essentiellement des processus d'altération de la molasse. Toutefois, un enrichissement faible à modéré (facteur d'enrichissement, EF inférieur à 5) a été mis en évidence, notamment pour Cd, Co et Pb. L'enrichissement en Cd est marqué dans les bassins carbonatés à activités agricoles (probablement dû aux épandages de fertilisants phosphatés) engendrant une contribution à hauteur de 35% de sa concentration totale. Les autres PHE sont plutôt affectés par les dépôts atmosphériques dans les zones plus forestières, avec une contribution entre 2% (Cr) et 24% (Co) de la concentration totale. La contribution anthropique du Pb estimée par une approche isotopique (24%) est très proche de la valeur obtenue par l'approche géochimique (22%). Les 3 éléments les plus enrichis (Cd, Co, Pb), présentent également le plus grand potentiel de mobilité et de disponibilité biologique vis à vis des conditions physico-chimiques des rivières gasconnes. Finalement, les profils de concentrations en terres rares, ont permis notamment de montrer que la signature géochimique des sédiments de fond de ces rivières reflète bien celle des horizons de surface des sols, par lesquels la plupart des polluants transitent avant d'être érodés/lessivés vers les cours d'eau<br>The Gascogne region, located in the South West of France, is cultivated for more than 75% of the area. To evaluate the impact of agricultural practices on the river quality in this region, 83 samples of river bed sediments and 75 samples of river waters were collected. Major and trace elements (Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As, Pb and Cd) concentrations, rare earth elements (REE), POC and DOC, pH were analyzed in these samples. The results show that PHE (Potential Harmful Elements) concentrations vary from 0,01 µg. L -1 (Cd) to 4,46 µg. L -1 (Zn) and from 0. 11µg. G -1 (Cd) to 84. 98 µg. G -1 (Zn) respectively, in the dissolved fraction of the river water and in the particulate fraction of the bed sediments. In the dissolved fraction, PHE are controlled by chloride and organic matter, particulary in the areas where the anthropogenic inputs of these compounds are significant. In the river bed sediments, particulate PHE are mainly associated to iron oxides and aluminosilicates, except Cd which is associated to carbonates. In the Gascogne rivers, PHE mainly originated from natural weathering processes; nevertheless, an anthropogenic contribution can be observed, particularly for Cd, Co and Pb, but the enrichment factor (EF) does not exceed 5. Cd enrichment is particularly important in carbonated cultivated catchment (probably in relation to phosphate fertilizer inputs), which contribute to 35% of the total concentration. The other PHE are more affected by atmospheric depositions in forested areas, which supply between 2% (Cr) and 24% (Co) of the total PHE concentration. Pb anthropogenic contribution (24%) estimated using Pb isotopes is close to the value obtained by geochemical approach (22%). Cd, Co and Pb are the most enriched elements and are the most mobile and available for organisms within the physico-chemical conditions of Gascogne rivers. Finally, REE concentration patterns allow to show that the geochemical signature of Gascogne river bed sediments reflects that of soil surface horizons, in which most of the pollutants are passing through before to be eroded/leached towards the rivers

Les horizons de surface et de profondeur, développés dans 22 matériaux parentaux différents, ont été échantil lonnés dans les sols agricoles et forestiers du Nord de la France. Les teneurs totales de 18 éléments en traces et de deux majeurs (AI et Fe) ont été déterminées sur 758 échantillons, en même temps que les para mètres pédologiques. Dans les horizons de profondeur, les corrélations linéaires positives des teneurs en éléments en traces peu mobiles (Bi, Co, Cr, Cu, ln, Ni, Pb, Sn, TI, V, Zn) avec les teneurs en lutum (fraction &lt; 2 μm), en AI et en Fe suggèrent que les éléments en traces sont étroitement associés aux alumino-silicates et aux (hydr)oxydes de fer de la fraction fine. Ces corrélations sont étroites et communes aux horizons de profondeur issus de tous les matériaux parentaux, quel que soit leur âge (du Primaire au Quaternaire) et leur faciès. Les processus de genèse des sédiments, incluant la pédogenèse ancienne, n'ont pas causé de ségrégation majeure des éléments peu mobiles. Les éléments mobiles (As, Cd, Hg, Mn, Mo, Sb, Se) montrent des relations moins étroites avec la phase minérale, à l'exception de Cd et de As qui semblent particulièrement associés à Mn et Fe respectivement. Le mercure et Se montrent des liens étroits avec la matière organique des horizons de profondeur<br>Surface and deeper horizons developed in 22 parent materials were sampledin the agricultural and forest soils of Northern France. Total contents of 18 trace elements and two major elements (AI, Fe) were determined in 758 horizon samples, together with the pedological characteristics. Ln the deep horizons, the positive linear correlations of the less mobile trace elements (Bi, Co, Cr, Cu, ln, Ni, Pb, Sn, TI, V, Zn) contents with lutum(particles &lt; 2μm), AI and Fe contents suggest that trace elements are closely associated to alumino-silicates and iron oxi-hydroxides of the finest solid phase. These correlations are close and are common to the deeper horizons of ail the parent materials, whatever their age and type. The processes of the sedimentary rock genesis, including ancient pedogenesis, did not cause any major segregation of the less mobile elements. The mobile elements (As, Cd, Hg, Mn, Mo, Sb Se) show less close relationship with the minerai phase, except Cd and As which seem particularly associated to Mn and Fe respectively. Mercury, Mn and Se show strong links with the organic matter in the deep horizons. Soit parent materials often show an enrichment with the mobile elements. Most of the calcareous rocks are enriched with Cd. Enrichments with ail trace elements, except with Co, Cr and Ni, were found in the surface horizons

Les activités anthropiques entraînent une contamination des sédiments de rivière en de nombreux polluants et en particulier en éléments traces métalliques (ETM). Si la majorité des ETM se retrouvent piégés dans les sédiments, ceux-ci peuvent être remobilisés et passer en solution dans certaines conditions physico-chimiques et sous l’action des microorganismes autochtones. Les métaux relargués peuvent alors constituer un danger potentiel pour les organismes vivants dans les sédiments et dans la colonne d'eau. Dans le cas des sols, l’impact de l’activité microbienne autochtone sur la mobilité des ETM a souvent été rapporté. Cependant une telle activité de solubilisation n’a été que rarement étudiée dans le cas des sédiments. Une telle connaissance est pourtant importante pour la prédiction du comportement des métaux contenus dans les sédiments et la gestion de ces derniers, notamment lors de leur stockage suite aux opérations de dragage. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse a été de comprendre et d’évaluer l’importance de certains des processus microbiens et chimiques de mobilité des ETM dans les sédiments en conditions anaérobies. La première phase de notre étude qui a consisté à incuber des sédiments de Seine et de Marne en milieu anaérobie dopé en glucose avait pour objectif d’étudier la corrélation entre le métabolisme microbien et le comportement des métaux en solution et dans les sédiments. Dans ces conditions opératoires, une forte solubilisation du fer et du manganèse (sous forme réduite) associée à une solubilisation de métaux traces (Co, Cu, Ni) a été mise en évidence, ce qui a laissé supposer l’intervention de bactéries ferri-réductrices dans les phénomènes observés. Une activité fermentaire importante a été observée et caractérisée par la production d’acides organiques majoritaires tels que les acides acétique et butyrique. Un tel résultat souligne l’importance des bactéries fermentatrices dans les phénomènes de dissolution observés. La deuxième étape de ce travail a consisté à confirmer l’importance de l’activité ferri-réductrice et à en identifier les acteurs principaux. Les analyses moléculaires menées ont montré que les bactéries ferri-réductrices majoritairement identifiées, appartiennent aux espèces Clostridium butyricum et Paenibacillus polymyxa. L’utilisation d’un modèle géochimique nous a permis de montrer que les voies métaboliques supportant la réduction du fer et la mobilité des métaux étaient les fermentations butyrique et acétique. La troisième étape a consisté à comparer les impacts directs (réduction enzymatique) et indirects (propriétés des acides organiques produits) de Paenibacillus polymyxa et Clostridium butyricum sur la mobilité du fer, du manganèse et des autres métaux. Une telle étude a montré que les acides organiques produits (acétique, lactique, succinique, propionique et butyrique) ont un très faible impact sur la solubilisation aux pH rencontrés dans les sédiments et que la réduction enzymatique microbienne est le principal mécanisme de dissolution des éléments métalliques en milieu anaérobie<br>Antropic activities lead to the metallic contamination of river sediments. Most of trace metals are sorbed on sediments but a part of them can be released into aquatic environment when environmental conditions are modified. This is often due by the autochthonous microbial activity. Microbial activites and their consequences on the mobility of metals have been widely studied in soils. Metals are released through direct or indirect microbial mechanisms. Such studies in the case of sediments are very seldom. However, it can be usefull to understand the microbial mechanisms of metal release in sediments, and particularly for a good management of dredged sediments. In this environmental framework, the aim of this research work was to understand and to evaluate the role of the microbial and chemical mechanisms in the release of metals from river sediments in anaerobic conditions. Firstly, sediments from the Marne and Seine rivers were incubated in anaerobic conditions. A high solubilisation of iron and manganese occurred associated to the solubilisation of trace metals (Co, Cu, Ni, Pb). Meanwhile, organic acids were produced and the medium was acidified. Thus fermentation was supposed to be the main process of microbial metabolism. Furthermore these observations led us to suppose the presence of iron-reducing bacteria. In a second step, the extent of the iron-reducing activity was studied. The main iron-reducing bacteria identified in the Marne sediments belonged to the species Clostridium butyricum and Paenibacillus polymyxa. The use of a geochemical model revealed that fermentation and reduction of iron(III) were the main metabolic pathways. Finally direct (enzymatic reduction) and indirect (complexation with organic acids, acidification) impacts of iron-reducing bacteria on the release of metals were compared. Acidification and organic acids had a weak impact on metal solubility in the range of studied pH (between 6,5 and 5). Enzymatic reduction is the main mechanisms of metal release in anaerobic conditions. Indeed the metallic concentrations can be 40 times higher in the presence of iron-reducing bacteria

La distribution de 15 elements traces (mn, sr, ba, rb, cu, zn, pb, cd, v, as, mo, sb et u) a ete etudie dans le systeme aquatique riviere zala - kis-balaton - golfe de keszthely (hongrie) pour comprendre certains processus controllant le comportement et le devenir de ces elements. C'est un systeme complexe, qui integre une riviere, deux zones humides (kis-balaton 1 et 2) et un bassin du lac balaton. Il se situe dans une region amenagee, il est donc soumis a une pression anthropique importante. La riviere zala est la principale source d'alimentation du lac. Les sediments se composent essentiellement des carbonates et de matiere organique. Trois campagnes d'echantillonage ont ete effectuees suivant un rythme saisonnier pour tenir compte des variations liees a l'activite biologique. L'apport atmospherique a ete egalement collecte. On a utilise les materiels et techniques ultrapropres au cours du prelevement, stockage et traitement des echantillons. La fraction dissoute, particulaire et les sediments ont ete analyses par la technique icp-ms. Les cations et anions majeurs ont ete determines par des methodes differentes (photometrie, icp-aes). Les concentrations sont comparables a celles mesurees dans les systemes peu perturbes par l'activite humain. L'apport atmospherique est predominant pour cd et pb. Les processus principaux qui controlent la distributions dans la phase dissoute sont : la formation des carbonates (mn), la coprecipitation avec des phases solides (sr, ba, rb, mn, cd), adsorption - desorption (pb, zn), les processus dependant des conditions d'oxydo-reduction (mn, cu, as, sb, v, mo, u). Dans les sediments les associations suivantes peuvent etre observees : sr-ca, rb, ba, cu, zn, v- al, u, mo-cop (carbone organique particulaire), as, sb-al-cop. L'accumulation pour de nombreux elements et en particulier ceux d'origine anthropique dans la phase dissoute est peu importante puisque les processus de piegeages jouent un role important.

Dans un contexte de restrictions budgétaires associées à des modifications de la réglementation concernant le stockage des sédiments fluviaux, il convient de prêter attention au comportement à la lixiviation des contaminants piégés dans les sédiments pendant le processus de stockage et la préparation des sédiments à la valorisation mise en place dans les installations de stockage. Afin de déterminer les mécanismes responsables de la mobilité des éléments contaminants et l’impact des conditions de stockage, l’étude a été axée sur trois scénarios de traitement des sédiments ainsi qu’une modélisation géochimique : Le premier scénario consiste à établir l’impact de l’aération et des traitements tels que le lagunage et le retournement mécanique sur la mobilité des éléments dans les sédiments fluviaux de curage via l’application de cycles d’humidification/séchage en lysimètre de laboratoire . Ce dispositif a permis de distinguer l'estimation d'une durée de traitement soit naturel sur plusieurs décennies soit améliorée via le retrait des eaux interstitielles. Le deuxième scénario a pour but d'évaluer l’évolution à court terme des sédiments à l’aide d’essais de conformité (lixiviation en batch, lixiviation de fonction du pH et lixiviation en colonne à percolation ascendante) mettant en évidence les modifications dans la mobilité et la spéciation des éléments traces. Le troisième scénario se place dans l’optique d’une voie de valorisation directe, les sédiments enrichis en matière organique semblent présenter une mobilité en éléments traces plus importante que celle observée dans les sédiments fluviaux et nécessitent donc un suivi environnemental poussé, plus particulièrement pour le Zn fortement représenté dans les sédiments étudiés. Enfin,la modélisation. Ceci a mis en évidence un rôle importante des oxydes de fer et de la matière organique dans la mobilité des éléments traces de même qu'un éclairage sur les phases solides en présence et pouvant se former en fonction des conditions du milieu<br>In a context of budgetary restrictions associated with changes in the regulation of river sediment storage, attention should be paid to the leaching behavior of sediment-trapped contaminants during the storage process and the preparation of sediments for valorization. In order to determine the mechanisms responsible for contaminant mobility and the impact of storage conditions, the study focused on three sediment treatment scenarios and geochemical modeling: (i) Determine the impact of aeration and treatments such as lagooning and mechanical reversal on the mobility of the trace elements in fluvial sediment by the application of humidification / drying cycles in a laboratory lysimeter. This has made it possible to distinguish the quality of the drainage water and the interstitial waters with a greater contamination, to conclude on the estimation of natural treatment duration over several decades which can be improved via a removal of interstitial waters. (ii) Assess the short-term evolution of sediments using compliance testing (batch leaching, pH leaching, and ascending percolation column leaching) highlighting changes in mobility and speciation trace elements. (iii) In the context of a direct valorization, sediments enriched with organic matter seem to have a greater mobility in trace elements than that observed in fluvial sediments and therefore require a strong environmental monitoring, more particularly for Zn strongly represented in the studies sediments. (iv) Modelling environmental conditions that are difficult to reproduce in laboratories. Thus, this has highlighted an important role of iron oxides and organic matter in the mobility of trace elements as well as illumination of the solid phases in the presence and which can be form depending on the environmental conditions

L’industrialisation de l’étang de Berre au cours du 20ème siècle s’est accompagnée d’importants rejets en éléments traces métalliques (ETM) qui ont été en partie accumulés dans les sédiments et sont aujourd’hui susceptibles d’être remobilisés vers la colonne d’eau ou d’être intégrés dans le réseau trophique et d’entrainer un risque écotoxicologique.La reconstitution de l’évolution temporelle et spatiale de la contamination des sédiments montre que les niveaux de contaminations actuels des sédiments de surface sont les plus bas depuis plusieurs décennies en lien avec l’efficacité des réglementations sur les rejets industriels mises en place dans les années 1970. Ces niveaux sont faibles à modérés en surface mais de très fortes contaminations existent quelques centimètres sous la surface des sédiments.Le rôle des oxy-hydroxydes de Fe ou de Mn et des sulfures dans le contrôle de la mobilité des ETM dans le sédiment et leurs flux à l’interface eau/sédiment a pu être démontré grâce à la modélisation du transport et des réactions des composés chimiques et des ETM dans les eaux interstitielles, de leurs profils de concentrations dans la fraction réactive de la phase particulaire et d’expérimentations en conditions contrôlées au laboratoire. L’oxygénation de la colonne d’eau constitue le principal paramètre influençant cette mobilité et ces flux, et l’influence d’une réoxygénation des fonds dans le Grand Etang est discutée.Enfin, la biodisponibilité des ETM et le stress (géno)toxicologique qu’ils peuvent constituer pour un organisme benthique cible, le polychète Nereis succinea, ont été évalués par l’estimation des fractions potentiellement biodisponibles dans les sédiments (extractions chimiques et Diffusive Gradient in Thin-films), par la mesure des concentrations bioaccumulées et par l’utilisation de biomarqueurs de défense (métallothionéines) et de dommages (tests de génotoxicité). Certains ETM qui sont fortement bioaccumulés représentent un risque potentiel et pourraient être impliqués dans la dégradation de la macrofaune benthique<br>The industrialization of the Berre lagoon in the 20th century was accompanied by large releases trace metals, which were partially accumulated in sediments and are now likely to be remobilized to the water column or be integrated into the food chain and cause an ecotoxicological risk.The reconstruction of the temporal and spatial trends of sediment contamination shows that current levels of contamination of surface sediments have been the lowest for decades in agreement with the effectiveness of regulations on industrial releases set up in the years 1970. These levels are low to moderate in surface but very high contamination exist a few centimeters below the sediment surface.The role of Fe and Mn oxy-hydroxides and sulfides in controlling the mobility of ETM in the sediment and fluxes at the water/sediment interface has been demonstrated through the modeling of transport and reactions of chemical compounds and trace metals in the pore waters, their concentration profiles in the reactive fraction of the particulate phase and experiments under controlled laboratory conditions. The oxygenation of the water column is the main parameter influencing the mobility and fluxes and the influence of reoxygenation of bottom water column in the Grand Etang is discussed.Finally, the bioavailability of trace metals and adverse effects they may constitute for a target benthic organism, the polychaete Nereis succinea, were evaluated by estimating the potentially bioavailable fraction in sediments (chemical extractions and Diffusive Gradient in Thin-films), by measuring bioaccumulated concentrations and by the use of biomarkers (metallothioneins and genotoxicity assays). Some highly bioaccumulated trace metals pose a potential risk and might be involved in the degradation of the benthic macrofauna

Le Bassin Versant du Lac Togo (BVLT) composé des rivières Zio, Haho,Lili, Yoto, Boko et le lac est situé dans le Sud Togo. Il est une région marquée par diverses activités anthropiques dont l’agriculture, l’industrie, l’extraction des minerais de phosphate, etc. Pour évaluer l’impact ces activités sur la qualité des eaux de surface drainant ce bassin hydrographique et de leurs sédiments fluviaux, 105 échantillons d’eau de rivières et de lac et 18 sédiments de fond ont été prélevés. Les cations et anions majeurs, l’alcalinité, le COD, la silice, le pH, ont été mesurés dans la phase dissoute des échantillons, ainsi que les éléments traces (ET) qui ont aussi été mesurés dans les sédiments et les matières en suspension durant la période de 2015 à 2016. Les ions dominants dans les eaux des rivières sont Cl- (4,51 meq.l-1), Na+ (4,29 meq.l-1), HCO3- (1,32 meq.l-1), Mg2+ (1,13 meq.l-1), Ca2+ (0,69 meq.l-1) et représentent environ 90% du total des sels dissous (TDS). Les concentrations moyennes en COD et silice sont respectivement de 9,17 mg/l et 7,13 mg/l. Les concentrations moyennes en ET dissous mesurées dans les eaux des stations étudiées montre pour le Sc, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, , Sr, Zr, Cd, Sn, Pb, Th, U des concentrations plus élevées que les valeurs des Concentrations Naturelles des Rivières du Monde (CNRM) et celles des normes de l’OMS pour l’alimentation en eau potable (INERIS-DRC, 2006) avec une augmentation significative au niveau du lac et dans les stations aval. Les résultats obtenus de l’analyse des échantillons d’eau et sédiments durant le cycle hydrologique 2015-2016 ont permis d’estimer les flux spécifiques d’éléments chimiques dissous transportés par le Zio et le Haho respectivement de 9,57 t.km-2.an-1 et 38,24 t.km-2.an-1 pour les éléments majeurs et de 7,84 et 17,82 Kg.km-2.an-1 pour les éléments traces. Les flux de matières particulaires à Zio (Togblékopé) et du Haho (Hahotoe) sont estimés à 15,3 t.km-2.an-1 et 59,3 t.km-2.an-1 respectivement. Ces flux permettent d’estimer des vitesses moyennes d’érosion physique (3,6 à 4,3 m/Ma pour le Zio et 10,6 à 12,5 m/Ma pour le Haho) et d’altération chimique (1,1 à 3,3 m/Ma pour le Zio et 3 à 4,2 m/Ma pour le Haho). Le flux spécifique de CO2 consommé par l’altération chimique est d’environ 1,9.108 mole.an-1 de CO2 soit 75.103 moles.km-2.an-1 pour le Zio. Ce flux de CO2 pour le Haho est de 6,9.108 mole.an-1 soit 202,6.103 moles.km-2.an-1 dont 109.103 moles.km-2.an-1 et 94.103 moles.km-2.an-1 consommés respectivement par l’altération des silicates et la dissolution des carbonates. L’érosion mécanique l’emporte sur l’altération chimique et l’approfondissement des profils. On assiste à un déséquilibre des sols de ces deux sous bassins et donc à une réduction moyenne de l’épaisseur des sols. Le degré de contamination des sédiments par les ET est évalué par des paramètres (Sediment Quality Guidelines, SQGs) tels que le facteur d’enrichissement (EF), les % respectifs d’ET d’origine naturelle et anthropique, le % de fraction résiduelle et non-résiduelle (labile) en prenant un sédiment du ruisseau Médjé comme matériau de référence. L’EF est globalement inférieur à 2 (valeur limite pour le bruit de fond géochimique naturel), en particulier pour Sn, As, Co, Cu, Zn, Pb, Th et U. Toutefois, 10% des échantillons ont des EF compris entre 2 et 6,3 notamment Ni, Cr et Cd. L’extraction simple à l’EDTA montre que Co, Cu, Cd et Pb sont relativement biodisponibles car ils se trouvent sous forme labile respectivement à 38%, 32%, 26% et 25%. Les profils de concentrations en terres rares (TR) ont permis de montrer que la signature géochimique des sédiments de fond serait liée aux teneurs des TR dans la fraction non résiduelle. La comparaison des teneurs des éléments majeurs, des ET et des TR dans les sédiments et les MES traduit que ces sédiments reflètent bien des teneurs en MES<br>The Lac Togo Bassin (LTB), located in South of Togo, is a region characterized by various anthropogenic activities including agriculture, industry, phosphate mining, etc. To assess the impact of these activities on the quality of surface waters and sediment of this watershed, 105 river’s and lake water samples and 18 bed sediments were collected for analysis. Major elements, alkalinity, DOC, silica, pH, were measured in the dissolved phase of the samples, as well as trace elements (TE) and REE which were also measured in sediments and suspended matter during the period of 2015 to 2016. The dominant ions in river waters are Cl- (4.51 meq.l-1), Na+ (4.29 meq.l- 1), HCO3- (1.32 meq.l-1), Mg2+ (1.13 meq.l-1), Ca2+ (0.69 meq.l-1) in average and represent about 90% of the total dissolved salts (TDS). The mean DOC and silica concentrations are respectively 9.17 mg/l and 7.13 mg/l. A comparative analysis of the mean concentrations of dissolved TE measured in the water of the stations studied against the Natural Concentrations of the Rivers of the World (NCRW) shows for Sc, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Zr, Cd, Sn, Pb, Th, U concentrations higher than NCRW values and WHO drinking water standards (INERIS-DRC, 2006) with a significant increase in lake level and downstream samples. The results obtained from the analysis of water and sediment samples during the hydrological cycle 2015-2016 made it possible to estimate the specific fluxes of dissolved chemical elements transported by Zio and Haho rivers respectively of 9,57 t.km-2.an-1 and 38.24 t.km-2.an-1 for major elements and 7.84 and 17.82 Kg.km-2.an-1 for trace elements. The particulate matter flow at Zio (Togblekope) and Haho (Hahotoe) is estimated respectively at 15.3 t.km-2.an-1 and 59.3 t.km-2.an-1. These fluxes allow estimate to the average rates of physical erosion of 3.6 to 4.3 m/Ma for Zio and 10.6 to 12.5 m/Ma for Haho and chemical alteration of 1.1 to 3.3 m/Ma for Zio and 3 to 4.2 m/Ma for Hahob. The specific flux of CO2 consumed by chemical alteration is about 1.9.108 mole.an-1 of CO2 or 75.103 mole.km-2.an-1 for Zio. This CO2 flux for Haho is 6.9.108 mole.an-1 or 202.6.103 moles.km-2.an-1 of which 109.103 moles.km-2.an-1 and 94.103 moles.km-2.an-1 consumed respectively by the alteration of silicates and the dissolution of carbonates. Mechanical erosion takes precedence over chemical weathering and profile deepening. There is an imbalance in the soils of these two sub-basins and therefore an average reduction in soil thickness. The degree of sediment contamination by TEs is assessed by parameters (Sediment Quality Guidelines, SQGs) such as the enrichment factor (EF), the respective % of TE from natural and anthropogenic, the residual and non-residual fraction % (labile) by using Medje Creek sediment as a reference material. The EF is generally less than 2 (limit value for natural geochemical background noise), in particular for Sn, As, Co, Cu, Zn, Pb, Th and U. However, 10% of the samples have EF between 2 and 6.3 in particular Ni, Cr and Cd. Simple extraction at EDTA shows that Co, Cu, Cd and Pb are relatively bioavailable because they are in labile form respectively at 38%, 32%, 26% and 25%. The rare earth (REE) concentration profiles showed that the geochemical signature of bottom sediments would be related to the TRs in the nonresidual fraction. Comparison of the concentrations of major elements, TEs and TRs in sediments and suspended matter indicates that these sediments do reflect suspended matter levels

En hiver, les eaux dessalées issues de l'estuaire de la Loire, riches en éléments nutritifs, se propagent sous forme de méandres régulées par la marée sur l'ensemble du plateau continental armoricain. La fertilisation concerne la majeure partie de la zone. Au printemps, les éléments nutritifs apportés par le panache ligérien sont consommés au fur et à mesure de la progression des eaux du fleuve sur le plateau. L'incidence des flux de nutriments transportés par la Loire dans le secteur sud-Bretagne sera variable selon l'importance de ces flux et selon la période. Les crues printanières permettent de "ré-alimenter" l'écosystème en nutriments exogènes et de favoriser ainsi le développement du phytoplancton, en levant certaines limitations de la production primaire. Lorsque ces crues sont importantes tant en intensité qu'en durée, les eaux de la Loire sont encore nettement différenciées des eaux marines environnantes en Mer d'Iroise. Ces eaux contournent l'Île d'Ouessant par l'ouest et pénètrent en Manche Occidentale. L'étude de la répartition des éléments nutritifs sur le plateau continental armoricain permet de définir plusieurs secteurs influencés par des apports d'eau douce différents : Loire, Gironde, Vilaine. En utilisant les nutriments comme traceurs de la circulation des eaux de la Loire sur le plateau continental armoricain, la vitesse moyenne de déplacement du panache ligérien depuis son estuaire jusqu'à l'Île d'Ouessant est estimée à 5 cm. S 1. L'assimilation de l'azote et du phosphore par le phytoplancton se fait selon des rapports proches de la valeur théorique de Redfield (N/P=16). Les rapports d'assimilation de l'azote et de la silice diminuent au cours du temps, ce qui suppose la mise en place d'une production régénérée. Dans le bourrelet froid sud-Bretagne, la régénération des nutriments commence dans la partie sud-est. La régénération de la silice débute dès le mois d'avril. Elle est deux fois plus rapide que celle des nitrates<br>The spreading of low-saline nutrient-rich waters of the Loire estuary as tidally-regulated meanders injects nutrients over a major part of the Armorican continental shelf region in winter. The nutrients thus brought in are consumed in spring as the river plume spreads over the shelf. The magnitude of the flux of nutrients transported by the Loire in the south Brittany sector varies according to the intensity of river discharge and the timing of the peak discharge(s). Addition of nutrients with high flows in spring alleviates nutrient limitation and enhances primary production. When the spring river discharge is strong and occurs over a long period, the Loire waters could be distinctly differentiated from surrounding Iroise Sea waters. The Loire waters circumnavigate the Ouessant Island by the west and penetrate into the western English Channel. A study of the distribution nutrients on the Armorican continental shelf also enables identification of various sectors subjected to nutrient addition with freshwaters: Loire, Gironde, and Vilaine. Using nutrients as tracers of the circulation of the Loire waters on the Armorican continental shelf, the average velocity of displacement of the Loire plume from its estuary to Ouessant island has been estimate at 5 cm. S-1. Assimilation of nitrogen and phosphorus by the phytoplankton occurs in a ratio close to that of the Redfield ratio (N/P=16). Ratios of assimilation of nitrogen and silicon decrease with time indicating the increasing importance of regenerated production. In the cold deep water of the South Brittany, regeneration of nutrients begins in the southeastern part. Regeneration of silicon begfins as early as April and is twice faster than that of nitrate

La gestion et la valorisation des sédiments de dragage et de curage non-immergeables constituent des enjeux scientifiques et industriels majeurs auxquels la chaire industrielle de recherche " Économie Circulaire des Sédiments : EcoSed ", lancée en 2014 par l’IMT Lille Douai, vise à répondre à travers une approche pluridisciplinaire. Les travaux menés dans le cadre de cette thèse de doctorat s’inscrivent dans un contexte de recherche partenariale associant des producteurs de sédiments et des industriels. Ces travaux visent plus particulièrement (i) la mise en place d’une méthodologie de caractérisation de l’écotoxicité intrinsèque des sédiments dans la perspective de leur intégration dans les filières de valorisation ; (ii) l’application de la méthodologie multi-échelle de la démarche nationale "SEDIMATERIAUX" pour la démonstration de l’innocuité environnementale d’un sédiment marin utilisé dans un scénario de valorisation en voirie légère ; et (iii) la comparaison de la méthodologie nationale sur l’acceptabilité environnementale des matériaux alternatifs en technique routière avec celle proposée dans le cadre réglementaire européen sur les produits de construction. Ces travaux ont permis de proposer un protocole de préparation des matrices sédimentaires et une batterie de bioessais sensibles.L’évaluation environnementale des sédiments marins utilisés dans les différents scénarios de valorisation en génie civil (bétons pour voiries légères, assises routières, bétons compactés routiers) a permis de valider l’innocuité de ces matériaux et de mettre en évidence la bonne stabilisation des éléments traces métalliques et métalloïdes au sein de leur microstructure<br>The management and beneficial reuse of non-immersible dredged sediments are major scientific and industrial issues. The industrial research chair " Circular Economy of Sediments: EcoSed ", launched in 2014 by IMT Lille Douai, aims at answering these issues through a multidisciplinary approach. As part of this Doctoral Thesis, investigations were carried out under a partnership research context by combining sediment managers and industrial partners. More specifically, this work aims at (i) to set up a methodological approach to measuring the intrinsic eco-toxicity of sediments prior to their beneficial reuse; (ii) to implement the multi-scale national approach “SEDIMATERIAUX” to check the environmental safety of marine dredged sediment used as aggregates in road concretes; (iii) to compare the national approach on the reuse of alternative materials in road engineering with the European framework developed for environmental assessment of construction products. The results of this work allowed to propose a preparation protocol for the sediment matrix and a sensitive battery of bioassays. Environmental assessment of marine sediments reuse in the field of civil engineering (road concrete, roadbed, roller compacted concrete) allowed validating the environmental safety of these materials and to highlight the achievement of the good trace elements stabilization through their microstructure

La Nouvelle-Calédonie est formée sur 33% de son territoire de roches ultrabasiques enrichies en éléments traces métalliques (ETM) (Fe, Ni, Cr, Co et Mn). L’érosion de ces massifs représente une source importante de ces ETM vers le lagon, partiellement inscrit au patrimoine mondial par l’UNESCO pour sa biodiversité. La compréhension des cycles géochimiques de ces éléments toxiques apparaît donc essentielle pour évaluer les impacts possibles sur la biodiversité de cet écosystème. La spectroscopie d’absorption des rayons X a montré que la contribution des sulfures de fer est très faible, Ni et Fe sont portés par la goethite et les argiles. Ces derniers étant la phase majeure de ces deux éléments ont été identifiés comme du chrysotile, et des greens clays : une smectite (nontronite), un mica (glauconite) et une serpentine de type greenalite/berthierine. Le cycle des argiles joue donc un rôle majeur dans le cycle de Fe et de Ni mais aussi de Mn et dans une moindre mesure de Cr. La spéciation de Mn se partage entre les argiles et les carbonates alors que Cr est surtout porté par la goethite et la chromite hérité des massifs et en dernier par les argiles. Il est important de noter que Cr se trouve sous sa forme réduite correspondant à sa forme la moins toxique. L’absence de Cr(VI) est liée à l’absence des oxydes de Mn dans les sédiments, permettant de ne pas oxyder Cr(III) en Cr(VI). Enfin, les extractions chimiques montrent une biodisponibilité relativement faible de ces métaux à l’exception de Mn impliquant un piégeage efficace, limitant ainsi les impacts sur l’environnement même si les concentrations extraites sont loin d’être négligeables pour la biodiversité du lagon<br>New Caledonia is covered on 33% of ultramafic rocks enriched in trace metals elements (Fe, Ni, Cr, Mn and Co). The erosion of these massifs represents an important source of these trace metals towards the lagoon, partially registered on the World List Heritage by UNESCO for its biodiversity. Understanding the geochemical cycle of these toxic trace metals is essential to evaluate the potential impacts on the biodiversity of this ecosystem. X-ray absorption spectroscopy (XAS) has shown that the contribution of iron sulfides is low, Ni and Fe are bearing by goethite and clays. These latter minerals representing the major phase for the Fe and Ni speciation were identified as chrysotile and green clays: a smectite (nontronite), a mica (glauconite) and a serpentine like a greenalite/berthierine. The clay minerals cycle and the green clay plays a major role in the Fe and Ni cycle, but also in Mn and to a lesser extent in the Cr cycles. The Mn speciation is shared by the clay minerals and the carbonates species whereas Cr is bearing by goethite and chromite inherited of laterite and in lesser extent by clay minerals. Cr is totally present under the reduced form which is the less toxic form. This absence of Cr(VI) is linked to the absence of Mn oxides in sediments avoiding the oxidation of Cr(III) to Cr(VI) and thus limits the impact on the environment. Finally, the chemical extractions of these metals show a relatively low bioavailability of trace metals except for Mn implying an effective long-term trapping for trace metals and thus limiting the environmental impacts even if the concentrations extracted are not negligible and can be threaten the biodiversity of the lagoon

Ce travail s’inscrit dans le cadre du programme Seine-Aval IV projet TOXSEINE et porte sur l’étude de la dynamique, le comportement et la toxicité des éléments traces métalliques à l’interface eau-sédiment dans l’estuaire de la Seine. Notre étude a été menée sur différents sites de Poses à l’amont jusqu’à l’embouchure (Vasière Nord). Cette étude nous a permis de mettre en évidence une contamination relativement importante des sédiments par des composés métalliques principalement le mercure, le cuivre, le plomb, le cadmium, le zinc et le nickel, en particulier l’amont de l’estuaire. Une autre partie du travail a été consacré à l’étude de la disponibilité et la toxicité de ces métaux, en utilisant des bioessais (test microtox) et par la détermination des indices de toxicité et. Toutefois ces éléments traces métalliques accumulés au niveau des sédiments représentent une source de contamination et une menace potentielle pour l’écosystème aquatique, en particulier en cas de remise en suspension lors de leur relargage et leur désorption suite à l’effet de marée, le trafic maritime ou aux activités de dragage. Pour ces raisons la mobilité des ETM a été étudiée tenant en compte les phénomènes d’adsorption, de résorption et la cinétique de relargage des métaux. Les résultats indiquent une labilité importante des métaux (Cd, Pb, Cu) et une bonne corrélation entre contamination chimique et réponse biologique<br>The present work is a part of TOXSEINE project included in “Seine-aval IV Program”. The main focal points of the research are: study of the behavior and the toxicity of trace metals at water-sediment interface of the Seine estuary. Our work is conducted on different sites along the estuary reaching the mudflat of the river. The following study has revealed high levels of metal contamination in Seine sediment especially with Hg, Cd, Cu, Pb, Zn particularly in the upstream river. Other part of the work is devoted for the study of the disponibility and toxicity of metals by calculation of toxicity index and the use of bioessay (Microtox test). The accumulated trace metals in sediment represent a source of pollution and a potential threat to aquatic ecosystem especially during their release due to sediment resuspension caused by tide effect, traffic boat and dredging activities. For these reasons, the mobility of ETM is studied taking into consideration: adsorption phenomena, desorption, kinetics of metal release. The results have indicated an important lability of metals (Cd, Pb, Cu) and positive correlation between the chemical contamination and the biological response

Le comportement des éléments traces métalliques (ETM) a été étudié dans deux systèmes aquatiques très différents, mais fortement contaminés par d’anciennes activités minières et métallurgiques. Le premier site d’étude se situe dans deux rivières Norvégiennes (Raubekken et Vorma). Les concentrations en Cu, Fe et Zn dans deux rivières ont été déterminées par voltamétrie à l’aide d’un système automatisé développé par le NTNU (Norwegian University of Science and Technology). Le résultat le plus marquant de cette étude est la variabilité journalière de ces trois métaux dans la Vorma, avec des maxima de concentrations décalés dans le temps. Le second site d’étude se situe dans le canal de la Deûle à proximité de l’ancienne usine Métaleurop. Bien que les particules en suspension et les sédiments soient fortement contaminées en plomb, zinc et cadmium, ilapparaît globalement que la qualité de l’eau filtrée est bonne. A l’interface eau-sédiment, l’oxydation de la matière organique biodégradable et la réduction conjointe des oxydes de fer et de manganèse conduisent à une libération importante des ETM dans les eaux interstitielles de surface. Pour autant, les valeurs des flux diffusifs et benthiques des ETM du sédiment vers la colonne d’eau restent faibles par rapport à leurs variations journalières de concentration constatées dans la colonne d’eau. En hiver, le suivi continu du zinc a montré que l’augmentation des concentrations survient plusieurs heures après la remise en suspension de sédiments alors qu’au printemps, les variations de température entre le jour et la nuit ainsi que celles de l’activitéphytoplanctonique sont probablement à l’origine de cycles journaliers<br>Trace-metals behaviour had been studied in two different aquatic systems contaminated by mining and metallurgical activities. The first study site is situated in two Norwegian rivers (Raubekken and Vorma). Cu, Fe and Zn concentrations in both rivers were measured by voltammetry by means of an automatic monitoring system developed by the NTNU (Norwegian University of Science and Technology). The most significant result of this study was the daily variability of these three metals in Vorma, with noticeable shifts of metal-content maxima detected. The second study site is situated in Deûle river, close to the ancient smelter Metaleurop. Although suspended particles and sediments were strongly contaminated by Pb, Zn and Cd, the global quality of the filtered water was found to be good. As for the water-sediment interface, the oxidation of biodegradable organic matter and the reduction of iron and manganese oxides result in an important release of trace metals in interstitial waters from surface sediments. Nevertheless, measured and calculated diffusive and benthic fluxes of trace metals from the sediment to the water column were weak with respect to daily metal-concentrations variations in the water column. During monitoring campaigns in winter, it was shown that an increase of dissolved zinc occurred in the water column a few hours after sediment resuspension events, whereas in spring this phenomenon is more dependent upon temperature variations between day and night and phytoplankton activity as key parameters of daily cycles

Les sédiments de surface du Golfe du Morbihan et de la Baie de Quiberon ont été analysés afin d’évaluer les éléments traces métalliques (ETMs), leur comportement, les processus qui contrôlent leur distribution spatiale, leur spéciation, leur réactivité et leur biodisponibilité. Les potentielles sources métalliques ont été recherchées à partir de l’analyse des sédiments des ports à proximité et des sédiments du bassin versant. Les analyses ont été faites sur la fraction inférieure à 63 µm des sédiments collectés en Avril 2013. Les concentrations totales et la spéciation des ETMs ont été obtenues à partir des attaques totales et sélectives, respectivement. L’enrichissement en Zn, Cu, Cd et Pb a été mis en évidence dans les sédiments de surface du Golfe du Morbihan. De même, la labilité et la biodisponibilité du Pb ont été montrées dans les sédiments de la Baie de Quiberon. Le comportement des ETMs dans les sédiments de la côte morbihannaise est principalement contrôlé par le gradient terre/mer. Cependant, les ports et les rivières constituent des sources d’ETMs, principalement de Cu et Zn<br>Surface sediments in the Gulf of Morbihan and the Bay of Quiberon were analyzed in order to characterize the trace metals elements, their behavior, the processes that control their spatial distribution, their speciation, reactivity and bioavailability. Potential sources of metals were looked for, based on the analysis of nearby harbors and river basin’s sediments. The analyses were done on the fraction below 63 µm of the sediments collected in April 2013. MTEs total concentration and speciation were obtained from total and selective attacks, respectively.The enrichment of Zn, Cu, Cd et Pb was identified in the surface sediments of the Gulf of Morbihan. Pb lability and bioavailability were shown in the sediments of the Bay of Quiberon. The MTEs behavior of the Morbihan’s coast is mostly controlled by the land-sea gradient. However, harbors and rivers form sources of ETMs, principally of Cu and Zn

Les enjeux écologiques, réglementaires et économiques imposent que des méthodologies robustes d’évaluation des risques environnementaux des sédiments contaminés soient proposées aux gestionnaires et autres parties prenantes. Dans ce travail, nous avons développé une nouvelle démarche permettant d’évaluer le transport et la mobilité des métaux dans les sédiments.La DGT (Diffusion Gradient in Thin films) est un échantillonneur passif capable de prélever le métal labile en solution et le métal remobilisable par la phase particulaire. Dans cette étude, un modèle original permettant l’interprétation des cinétiques expérimentales de la DGT dans les sédiments appelé PRObabilistic multi-compartmental model for Finting DGT kinetics in Sediments (DGT-PROF) a été développé. Il considère la présence de deux pools de métal labile correspondants aux métaux labiles fortement et faiblement adsorbés sur la phase solide. La pertinence de l’approche DGT-PROFS a été évaluée sur un panel de 34 sédiments artificiels constitués en laboratoire qui diffèrent par : la présence ou pas d’hydroxydes de fer (goethite ou ferrihydrite), la présence ou pas d’acides humiques, le type de contaminant (Cd ou Cu) et l’âge de la contamination (8, 65 et 190 jours). Cette démarche permet aussi d’évaluer l’effet de ces paramètres sur la remobilisation des métaux dans les sédiments.Les résultats montrent que la capacité du sédiment à relarguer le métal dépend inversement du pH et de l’âge de la contamination. La présence des hydroxydes de fer augmente significativement la capacité de la phase solide du sédiment à fixer le métal. Cependant, la présence des AH augmente la labilité des métaux vis-vis la DGT via la formation de complexes humiques mobiles.La complémentarité des ces deux outils (DGT et DGT-PROFS) a ensuite été confrontée à des mesures DGT effectuées sur des sédiments naturels provenant de différentes régions de France, et possédant des seuils de contamination en Cd, Ni, Pb et Mn très contrastés<br>Evaluation of the mobility and bioavailability of metals associated to sediments have an important economic issue for the management of contaminated sites. Therefore, environmental, economic and regulation issues require to have access to a robust methodologies for environmental risk assessment of contaminated sediments. In this work, we developed a new approach for assessing the transport and mobility of metals in sediments. Diffusive gradients in thin-films (DGT) is a dynamic in-situ measuring technique that assesses the kinetics of metal resupply from the solid phase to the pore water. In this study, an original model for the interpretation of DGT experimental kinetics in sediments called DGT-PROFS model was developed. It allow to quantify metal partitioning between two particulate pools, describing weak and strong interactions with metals. The relevance of the DGT / DGT-PROFS approach was evaluated in a variety of formulated sediments that differed in the presence or not of humic acids (HA) and/or iron hydroxides (i.e., goethite and ferrihydrite). The impact of the time after contamination of the solid phase (aging effect) was also evaluated. Also, this approach allows to evaluate the effect of these parameters on the remobilization of metals in sediments. The results showed that sediments capacity to release metals depends strongly on the pH, HA and the age of the contamination. Results interpretation by DGT-PROFS model show that in the presence of HA and absence of iron hydroxides, Cd is mainly associated with weak sites, while Cu is bound to strong sites. Similarly, in the presence of both iron hydroxides and HA, Cu appeared to be more heavily associated with the strong sites than did Cd. When the incubation time increased from 8 to 190 days, a proportion of Cd initially adsorbed onto weak sites transferred to the strong sites, suggesting that the adsorption of Cd on sediments is partially controlled by slow kinetic processes. The complementarity of these tools (DGT device and DGT-PROFS model) was then evaluated on natural sediments from different regions of France, and having contamination levels of Cd, Ni, Pb and Mn very contrasting

La mer Méditerranée (MS) est une mer semi-fermée divisée en deux bassins: le bassin occidental et le bassin oriental. Les deux sites méditerranéens étudiés dans cette thèse sont au nord-ouest de MS et sud-est de France pour la rade de Toulon et à l'est de MS, Liban pour la baie de St-Georges. Les deux sites sont soumis à une forte densité de population le long de la côte et, sont exposés à de nombreuses activités anthropiques (telles que le tourisme, les transports maritimes, l’aquaculture, les rejets d’eaux usées et des activités industrielles) contaminant l’environnement (colonne d’eau, sédiments, biote, etc.) avec différents contaminants tels que les éléments traces métalliques et métalloïdes (ETMM). Chaque site est caractérisé par la présence d'un fleuve urbanisé: le Las (France) et le fleuve Beyrouth (Liban). Les sédiments sont considérés comme une source secondaire de contamination en raison des processus biogéochimiques influençant la mobilité des ETMM dans les sédiments. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse sont (1) d’étudier la contamination des ETMM le long des rivières et dans les deux baies; (2) d'élucider l'influence de la diagenèse précoce sur la mobilité des ETMM; et (3) de caractériser la matière organique sédimentaire dans les deux sites. Pour ces raisons, des sédiments superficiels, des carottes sédimentaires, des eaux superficielles et interstitielles ont été collectés le long des deux rivières et dans les deux sites durant la période 2016-2018. Les échantillons de sédiments et d'eaux ont été analysés pour déterminer leurs principaux paramètres physiques, nutriments, carbone organique (dissous et particulaire) et les éléments majeurs/traces. Les résultats ont montré que les processus de la diagenèse précoce contrôlent fortement la mobilité de la ETMM dans les sédiments. De plus, les résultats ont confirmé que la rade de Toulon est fortement contaminée suite à la deuxième guerre mondiale mais aussi aux activités contemporaines, et que les apports du Las ne contribuent et n’affectent pas de manière significative les sédiments de la baie de Toulon. Quant à la baie de St-Georges, il a été constaté qu’elle est impactée par plusieurs activités (effluents industriels rejetés sans traitement, ruissellement de la zone agricole) transportées par le fleuve Beyrouth et/ou par des apports directs (décharge côtière)<br>Mediterranean Sea (MS) is a semi-enclosed sea divided into two basins: the Occidental and the Oriental basins. The two studied Mediterranean sites in this thesis are located respectively at N-W of MS and S-E of France for Toulon Bay and at E of MS, Lebanon for St-Georges Bay. They both host high population density especially along the coast and therefore exposed to numerous anthropogenic activities (e.g. tourism, marine transport, aquaculture, wastewater discharge, and industrial activities) contaminating the surrounding environment (water column, sediment, biota …) with different contaminants such as trace metals (TM). In addition, each site is characterized by the presence of an urbanized river: le Las (France) and Beirut River (Lebanon). Sediments are considered as a secondary source of contamination due to biogeochemical processes influencing TM mobility in the sediments. In this context, the objectives of this thesis are (1) to investigate TM contamination along the rivers and in bays; (2) to elucidate the influence of early diagenesis on TM mobility; and (3) to characterize organic matter at both sites. For all the above, superficial sediments, sediment cores, superficial waters and pore waters were collected along the two rivers and at both sites during the period 2016-2018. Sediments and waters samples were analyzed for main physical parameters, nutrients, organic carbon (dissolved and particulate) and major/ trace elements. Results showed that early diagenesis processes strongly control TM mobility in the sediments. In addition, the results confirmed that Toulon bay is strongly contaminated due to the 2nd World War and the present bay activities. The Las River inputs do not contribute and affect significantly the sediments of Toulon Bay. As for St-Georges Bay, we found that it has been impacted by several activities (industrial effluents discharged without treatment, runoff from agricultural zone) transported by Beirut River and/or by direct inputs (coastal landfill)

Dans l’objectif d’évaluer le devenir de sédiments subduits variablement enrichis en soufre dans des conditions P-T (pression – température) correspondant au toit de la plaque sous un arc volcanique, des expériences de fusion et de cristallisation ont été réalisées en conditions hydratées en presse piston-cylindre(3 GPa ; 650 – 1000°C ; ƒO2 ~ NNO) sur des sédiments naturels (pélite et marne), non dopés en éléments en traces et variablement enrichis en soufre (0, 1 et 2 wt% Sin). Lors de la fusion du sédiment pélitique, des liquides trondhjémitiques à granitiques sont produits en équilibre avec un résidu composé de grenat +disthène ± phengite ± quartz + rutile. Lors de la fusion du sédiment marneux, des liquides granodioritiques sont produits en équilibre avec un résidu constitué de grenat ± épidote ± clinopyroxène ± disthène ± quartz +rutile. L’ajout de soufre dans le système pour une ƒO2 ~ NNO conduit à une précipitation de sulfures. La quantité de fer (Fe2+) disponible dans le système diminue fortement (augmentation du Mg#) et impactegrandement les relations de phases : le grenat, l’épidote et la phengite sont déstabilisées au profit des pyroxènes, de la biotite ou encore de l’amphibole. La distribution des éléments en traces dans le liquide silicaté par rapport au sédiment de départ est également très affectée pour les systèmes dopés en soufre(ex : fractionnement des terres rares). Nous proposons, à partir des données obtenues dans des xénolites mantelliques (Grenade, Petites Antilles) et lors de modélisations géochimiques, que la contribution dans lecoin mantellique de 1 à 3 % de liquides trondhjémitiques/granitiques issus de la fusion de sédiments pélitiques modérément enrichis en soufre (≤ 1 wt% Sin) peut expliquer la variabilité de composition des basaltes du sud de l’arc des Petites Antilles (Grenade et Grenadines)<br>The main issue of this study is to constrain the fate of subducted sediments variably enriched in sulphur for P-T (pressure – temperature) relevant for the slab at sub-arc depth. Using piston-cylinder apparatus, we performed melting and crystallisation experiments (3 GPa; 650 – 1000°C; ƒO2 ~ NNO) on natural, trace elementundoped and volatile-rich sediments (pelite and marlstone). Experiments were conducted with variable water (5 to 10 wt% H2Oin) and sulphur (0, 1 and 2 wt% Sin) contents. Silicate melts produced by the fluid-present melting of pelite range from trondhjemitic to granitic compositions, are broadly peraluminous and coexist with garnet + kyanite ± phengite ± quartz + rutile. Those produced by the fluid-present melting of marlstone are sodic (granodioritic composition), metaluminous to slightly peraluminous and coexist with garnet ± epidote ± clinopyroxene ± kyanite ± quartz + rutile. Sulphur addition at ƒO2 ~ NNO leads to sulphide precipitation. Thus, iron (Fe2+) contents decrease (Mg# increase) in the system and this strongly impacts phase relationships: garnet, epidote and phengite are consumed in favour of pyroxens, biotite and amphibole. Trace-element distribution between silicate melt and starting bulk for S-doped systems is largely impacted (e.g. rare earth elements fractionation). On the basis of data obtained in mantle xenoliths(Grenada, Lesser Antilles) and from geochemical modelisations, we are suggesting that a contribution in the mantle wedge of 1 to 3 % of trondhjemitic/granitic melts derived from pelitic sediments (≤ 1 wt% Sin) mayaccount for the composition of basalts in the southern part of Lesser Antilles (Grenada and Grenadines)

Parmi les ouvrages de protection de la ressource en eau du réseau autoroutier français, cette étude s’est focalisée sur un ensemble de 18 bassins dans le Sud-Est de la France appartenant à la Société ASF. Son objectif a été de déterminer les paramètres structurelles, physico-chimiques et biotiques qui caractérisent le fonctionnement de ces bassins pour évaluer la potentialité de leur végétation spontanée à dépolluer l’eau et les sédiments de ces ouvrages. Les résultats ont mis en évidence que le compartiment eau présente des variations de composition chimique dépendantes du renouvellement en eau des bassins, ce qui ne permet pas d’utiliser ces critères pour discriminer les ouvrages. Par contre, les analyses chimiques des sédiments ont permis une nette discrimination des bassins selon leur teneur en carbonates. La végétation des bassins est principalement structurée par la variable temps selon le modèle hydrarche classique avec la succession des hydrophytes puis des hélophytes. En ce qui concerne la flore, les paramètres discriminants sont les caractéristiques physico-chimiques distinguant : des bassins riches en carbonates dans lesquels Chara vulgaris domine et d’autres, moins carbonatés, dans lesquels Chara globularis est l’espèce dominante. Si un effet « rhizosphère » a pu être démontré sur les teneurs en ETM biodisponibles, il n’ pas été possible de mettre en évidence de phénomène d’hyperaccumulation des ETM par les plantes. La contribution des plantes à l’accumulation des métaux contenus dans les bassins est extrêmement faible par rapport aux quantités piégées dans le sédiment. Les quantités bioaccumulées les plus importantes sont localisées dans les parties souterraines de typha. Les charophytes, qui développent une biomasse importante dans les bassins, présentent toutefois des aptitudes réduites à accumuler des métaux. Cependant, le rôle stabilisateur de la végétation des bassins n’est pas négligeable : il est notamment à mettre en parallèle avec les conditions météorologiques particulières auxquelles sont soumis les bassins : climat méditerranéen avec de forts vents et risques de dissémination éolienne des contaminants. Ainsi la végétation spontanée peut contribuer au piégeage des particules dans les bassins<br>Amongst the numerous retention ponds alongside motorways from the French concession motorway company ASF, this study focused on a pool of 18 ponds in the South-East of France. The purpose was to determine the major features of the pond functioning beyond structural characters, biotic and abiotic environmental parameters and evaluate the remediation potential of the spontaneous flora. Results showed that water chemistry was not a discriminant pool of data because these parameters were under control of water renewal. However, among the sediment chemical parameters selected, carbonate content was a good discriminant. Pond vegetation showed a classical dynamic of evolution with helophytes following hydrophyte colonization. Amongst the plant taxa, Chara vulgaris was more abundant in carbonated ponds while Chara globularis occurred in less carbonated ponds. A rhizospheric effect was demonstrated enhancing trace elements biodisponibility. However no metal hyperaccumulation was observed in the analysed aquatic plants. Metal contents in plants were low compared with metal contents in sediments. The highest metal accumulation was obtained in roots of typha. Even if charophytes produced high biomass in the ponds, low levels of trace elements were accumulated in plant tissue. However, plant cover play a stabilization role in the ponds: regarding strong gusts of wind, typical of Mediterranean climate and possible pollutant dispersion, vegetation may improve particles trapping in the ponds

Notre travail porte sur l’étude de la contamination, de la spéciation et de la biodisponibilité des éléments traces métalliques (ETM) dans les eaux et sédiments côtiers et fluviaux au Sénégal. Il a été mené dans différents sites de la côte de Dakar et de l’estuaire de Saint Louis. Une contamination plus importante de la colonne d’eau dans l’estuaire a été mise en évidence pour Co, Cr, Ni, Pb et Zn. Il a été noté que dans la colonne d’eau, les ETM ont tendance à s’accumuler sur les matières en suspension et la fraction labile est contrôlée par les chlorures dans la côte et le carbone organique dans l’estuaire. Ce travail a également évalué le niveau de pollution des sédiments et de leur toxicité potentielle par la détermination de divers indices. Une toxicité potentielle des sédiments sur les organismes aquatiques qui dépend de la variabilité saisonnière a été mise en évidence dans certains sites de la côte et de l’estuaire. D’un point de vue écotoxicolgique, les teneurs en Cd, Cr, Cu et Pb sont supérieures à la concentration seuil à partir de laquelle des effets biologiques sont prévisibles. Ces ETM peuvent être relargués dans la colonne d’eau lors d’une remise en suspension des sédiments par la marée, crue ou dragage ce qui augmente le risque pour l’écosystème aquatique. C’est ainsi que ce travail s’est intéressé au comportement des métaux lors de ces phénomènes. Les résultats ont montré que Pb, Zn, Cu et Cd sont très mobilisables et que leur mobilité est fortement liée à leur spéciation et leur biodisponibilité. Le suivi mené sur le terrain a montré que les essais de remobilisation permettent d’avoir une idée sur la capacité des sédiments à pouvoir relarguer les ETM<br>The objective of this study was to assess the trace metals contamination level, chemical speciation, bioavailability and toxicity in sediments and water column from Dakar coast and Saint Louis estuary in Senegal. For water column, the results show that the pollution of the estuary was more serious than in Dakar coast for Co, Cr, Ni, Pb and Zn; while, Cd and Cu were higher in Dakar coast. A strong affinity between metals and suspended particles has been revealed and the mobility of trace metals in estuary is controlled by dissolved organic carbon, while in coast it depends on chlorides. This study has assessed the metals trace contamination level in sediments and to examine their bioavailability and toxicity. Toxicity indexes are exceeded one in several sites suggesting the potential effects on sediment-dwelling organisms. However, seasonal variability of metal bioavailability was noted, revealing the best period to monitor metal contamination. From an ecotoxicological point of view, concentrations of Cd, Cr, Cu and Pb were above the effects range low (ERL) threshold limit of the sediment quality guidelines for adverse biological effects. The accumulated trace metals in sediment can be released into the water column due to sediments resuspension caused by tide, flood effects or dredging activities which increases the risk to aquatic ecosystem. Thus, this work is interested in the behavior of metals during these phenomena. The results showed an important mobility of Pb, Zn, Cu and Cd and their mobility is strongly correlated to their speciation and bioavailability

Depuis de nombreuses années, les métaux traces ont fait l’objet de recherches importantes dans les domaines de l’environnement et de l’écotoxicologie. Le mercure (Hg), élément trace, a été étudié depuis l’époque où sa responsabilité dans la contamination de la baie de Minamata au sud-ouest du japon a été mise en évidence. Il est le seul élément chimique dont l’introduction dans le milieu marin par l’activité humaine ait entraîné mort d’homme. Les sédiments jouent un rôle important dans le cycle biogéochimique du mercure en milieu aquatique, qui sont considérés comme piège de la contamination par le mercure, les sulfures jouent un rôle important dans le contrôle de sa spéciation et les risques environnementaux générés dans les milieux aquatiques. Le mercure peut être transformé sous ses formes methylées et être remobilisé ou encore transféré dans la chaine trophique. Dans certaines conditions les sédiments peuvent être aussi une source de contamination par le mercure. La première partie de cette étude est axée sur la mise au point d’une nouvelle méthode de mesure et de spéciation du mercure dans les sédiments en utilisant, le couplage éthylation en solution du mercure et du methylmercure avec la méthode Headspace et Headspace avec Trap (piège Tenax), séparation par Chromatographie Gaz et détection par la technique de spectroscopie de fluorescence atomique à vapeur froide (CV-AFS : Cold Vapor Atomic Fluorescence Spectroscopy). L’étude de terrain été réalisée dans les canaux « Deûle et Lys » de la région Nord-Pas de Calais, côté français et dans deux fleuves côté République Tchèque « le Morava et le Jihlava ». Les techniques d´échantillonnages classiques des sédiments par carottage et à l´aide des méthodes de diffusion sur gel DGT (Diffusion Gradient Thin film) pour la mesure du mercure in situ ont été utilisées. La méthode DGT permet de déterminer le métal dissous labile (ion libre, complexes minéraux et complexes organiques peu stables) et dépend du type de capteur DGT utilisé. Différents gels ont été utilisés et comparés pour la détermination du mercure: Spheron-Thiol, Duolit GT-73 et TiO2. Les résultats obtenus montrent que le Canal de la Deûle est un site caractérisé par une contamination très forte et ancienne. Les transformations et la partition des espèces du mercure ont été évaluées grâce à l´utilisation de traceurs isotopiques (199IHg et 201MeHg) en même temps que la réactivité biogéochimique du sédiment. Les comportements respectifs des espèces naturelles (endogènes) et ajoutées (exogènes) du mercure ont été comparés pour chaque couche du sédiment<br>Mercury (Hg) is naturally occurring toxic element; however global mercury emissions are dominated by anthropogenic sources. The global cycle of mercury has seen an increase in mercury deposition, especially in aquatic ecosystems, since the beginning of the industrial revolution. First part of the thesis summarizes the source of mercury, its properties and toxicity from the general point of view, but also the current state of knowledge on the biogeochemical cycle of mercury and in particular behaviour of mercury inside the sediments of the aquatic environment and factors influencing its transformation into methylated form. The sediment in aquatic systems may acts as the ultimate sink, where mercury in its various complexes is deposited. The mercury in sediments can then be converted to its more toxic organic form, methylmercury (MeHg), by the transformation processes controlled by various physical, chemical and biological factors. More over remobilization of mercury species from sediments is possible due to diffusion and resuspension and so sediments may act as potential source of mercury for aquatic biota. Bioaccumulation and biomagnifications can then continue up the food chain where humans, among other animals, consume the organic mercury. It is clear that determination of total mercury is not sufficient to understand its fate in the environment; determination of MeHg provides very useful additional information. The sensitive and precise analytical method for MeHg determination is necessary. The methodological part of the thesis deal with the methods for determination of mercury species in sediments. The method for methylmercury determination in sediments using automated Headspace sampler equipped with Trap and coupled with Gas Chromatography and Atomic Fluorescence Detector was developed and is define. The special attention is also given to the necessity of clean sampling procedures and the proper storage and pre-treatment of the samples and the field study of Hg distribution in sediments. The mercury contamination of sediments from the South Moravia and Northern France are compared. The mercury species and other elements (Fe, Mn, S) were analysed in sediments and/or pore water and/or surface water collected from the sampling sites in the Deûle and Lys River (France) and Jihlava and Morava River (Czech Republic). In order to better assess the mercury contamination of aquatic ecosystem, the pore water concentration could be evaluated to understand the availability of mercury from sediment. The use of diffusive gradient in thin film (DGT) technique is applied to measure pore water mercury concentration in river sediments. Different resins gels for mercury determination are used: Spheron-Thiol, Duolite GT-73 and TiO2. River Deûle act as a sink for enormous anthropogenic Hg from the industrial activities and is considered as a potential significant source of methylmercury to the surrounding environment. The last part of thesis deals with the application of well-established isotope experiments to study methylation/demethylation processes in sediments of Deûle River. For this purpose, species-specific isotopically enriched tracers in the form of inorganic mercury IHg (199Hg) and MeHg (201MeHg) have been added to the sediment slurries. Mercury labelled species were used as the tracers to follow their chemical fate and calculate the extent of the transformation reaction yield occurring during the 24 hours experiment. This experiment methodology is refined by applying advanced matrix algebra to resolve the contributions of several different enriched stable isotope species specific tracers to the isotope pattern found, making the calculation of methylation/demethylation rates possible

Afin d’affiner la compréhension du devenir et de la spéciation dynamiques des Eléments Traces Métalliques (ETM) dans les milieux aquatique, un système voltampérométrique automatisé de mesure en ligne a été développé au cours de cette thèse. Il comprend un potentiostat-galvanostat, un stand avec cellule de mesure, des pompes et des burettes et est piloté par un ensemble de procédures optimisées qui a permis de mesurer toutes les heures les concentrations en métaux électrolabiles et lixiviables à pH acide. Un second ensemble de procédures de suivi des espèces soufrées réduites, pouvant influencer la spéciation des ETM, a également été mis au point. Ces méthodes ont été appliquées sur la Deûle, rivière quotidiennement naviguée, en aval d’un complexe métallurgique, où les sédiments sont fortement contaminés en Zn et en Pb. Les résultats obtenus montrent pour la première fois dans ces systèmes aquatiques que la remise en suspension chronique des sédiments entraîne la désorption des ETM des particules sédimentaires et leur passage dans la colonne d’eau. De plus, l’ensemble des suivis sur l’année 2011 a permis d’observer une évolution de ces mécanismes de sorption. Il semblerait en effet qu’une forte activité bactérienne sédimentaire en été entraîne la création de phases particulaires piégeant moins efficacement les ETM. Ces derniers présentent ainsi un comportement plus dynamique en période estivale et des concentrations plus faibles et moins variables en hiver. Ces avancées ouvrent la voie à de nombreuses recherches concernant le comportement des ETM dans les masses d’eau continentales soumises à des évènements transitoires ou exceptionnels (crues, eutrophisations, curages…)<br>In order to better understand the dynamic fate and speciation of trace metals in the aquatic systems, an Automatic Trace metal Monitoring Station (ATMS) based on voltammetric techniques has been developed during this PhD. This ATMS includes a potentiostat-galvanostat, a stand with a measurement cell, pumps and burettes and is handled with optimized procedures to measure hourly the concentrations of électrolabile and acid-leachable trace metals. Another set of procedures was also developed for the measurement of reduced sulphur species which can greatly influence the metal speciation. These methods have been applied to the Deûle River, daily navigated, downstream of a metallurgical complex, where sediments are heavily contaminated, especially with Zn and Pb. The results demonstrate for the first time in this kind of aquatic system that the chronic resuspension of sediment leads to the desorption of trace metals from sedimentary particles and their dilution in the overlying water. Furthermore, the set of data recorded during the year 2011 reveals an evolution of these sorption mechanisms. A strong bacterial activity in the sediment in summer seems indeed to result in the formation of less-efficient-metal-bounding particulate phases. Thus, trace metals exhibit a more dynamic behaviour in summer and lower and less variable concentrations in winter. These advances open clearly the way for new researches on trace metal behaviour in riverine water where transitory or exceptional events occur (floods, eutrophication, dredging…)

Le Golfe de Gabès, situé dans le bassin méditerranéen oriental, réunit plusieurs traits distinctifs lui conférant une forte sensibilité vis à vis des contaminations d'origine anthropique. D'une part, l'influence des courants Atlantiques y très limitée, d'autre part, son orientation et sa morphologie caractérisée par une faible profondeur sur une grande étendue ne permettent qu'un faible taux de renouvellement des eaux. Dans cet environnement vulnérable, plus de 200 millions de tonnes de phosphogypse (sous- produit résultant de la production d'acide phosphorique) ont été rejetés dans l'environnement marin depuis près d'un demi-siècle en ayant comme conséquence une dégradation conséquente de l'écosystème benthique en particulier des herbiers de posidonies. La caractérisation du phosphogypse conduit à identifier les différentes modalités des transferts au sein des milieux marins des métaux contenus initialement dans le phosphate. Sa charge en métaux toxiques est essentiellement associée à la matière organique qui s'agrège lors de son transfert dans l'émissaire industriel pour former une mousse se déplaçant à la surface de la mer. Cette mousse présente une structure complexe constituée de matière organique amphiphile jouant le rôle de tensioactif au contact de l'eau de mer et de gypse synthétique qui en constitue le squelette auxquels s'ajoutent halite, sphalérite et francolite. Elle se dégrade en fonction de l'état d'agitation du milieu marin via la dissolution du gypse relarguant ainsi sa charge polluante selon l'amplitude de la houle. Une fraction limitée des métaux passe directement en solution transportés par l'action des courants côtiers. Enfin, des grains de phosphate brut sont transportés soit par roulement-saltation soit en suspension. Ils s'accumulent surtout au niveau de la plage de Chatt Essalam du fait des impacts hydrodynamiques des structures portuaires du site. Les métaux toxiques affectent également les sédiments de surface et les organismes benthiques. En particulier, les mattes posidonies jouent le rôle d'archivage de la contamination permettant ainsi de retracer l'évolution de la contamination métallique des eaux marines depuis le début du développement industriel de la côte en 1972. Enfin, une première évaluation des pertes financières associées aux services écosystémiques fournis par les herbiers de Posidonies à l'activité économique de la pêche côtière, conduit à mettre en perspective le coût d'une partie des externalités négatives associées à la contamination chronique à l'échelle de la partie centrale du Golfe de Gabès<br>The Gulf of Gabes, located in the oriental Mediterranean basin, has many particular properties making it very sensitive to anthropogenic contaminations. One of the distinguishing features of Gabes Gulf is low water flush-activity related mainly to its orientation and morphology marked by its largely-extended shallow plateau as well as to the limited influence of Atlantic water currents. For more than 50 years, than 200 million tons of phosphogypsum (by-product of phosphoric acid production) have been continuously dumped in this vulnerable environment leading to an accentuated degradation of the local benthic habitat represented mainly by the seagrass meadows of Posidonia oceanica. Within this context, knowing the characterization of phosphogypsum will certainly help to identify the different transfer modalities of the metals (composing the initial phosphate ore) within the marine environment. The pollutants load of phosphogypsum is mainly associated to the organic matter which aggregates during the transfer process via the evacuation channel leading to the formation of floating foam. These latter foams are passively transported by winds and local currents to distant areas and are found to be rich in organic matter with an amphipathic character that makes them act as a surfactant in contact with seawater. The skeleton of phosphogypsum foam was also found to be composed of synthetic gypsum as well as halite, sphalerite and francolite. The degradation of the phosphogypsum foam is accentuated by the degree of agitation/hydrodynamics of the marine environment through the dissolution of gypsum, leading to the release of its polluting components following the swell amplitude. It is worth noting that a limited metal fraction passes directly into solution. These latter metals are hence transported by the coastal currents. As for the phosphate grains, they are trained towards the south either by rolling-saltation or in suspension, and end by accumulating mainly in Chat Essalam beach due to the hydrodynamics effects exerted by the ports structures leading to modify the coastline. In addition, the toxic metals affect also the surface sediments as well as the benthic organisms and hence these latter can inform about the health status and the contamination history of the local marine environment. Within this context, the mats of Posidonia oceanica meadows can be used as an archiving tool of the contamination history in the Gulf of Gabes and allow hence retracing the evolution of metallic contamination of sea waters since the set-up of the coastal industrial complex in Gabes city (i.e. 1972). Finally, a first assessment of the financial losses linked to the ecosystemic services provided by Posidonia oceanica seagrass beds to coastal fisheries activity was conducted allowing to evaluate the cost of a part of the negative consequences linked to the industrial chronic pollution at the central part of Gabes Gulf

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<br>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

Les rapports isotopiques en Sr et Pb dans la fraction terrigène de sédiments marins nous permettent d'identifier les variations spatiales actuelles des apports sédimentaires autour de Taiwan : nous mettons en évidence l'augmentation progressive des apports de Taiwan (de 60% au Sud à 100% à la hauteur de Taiwan). Ces apports sont ensuite, au Nord-Est de l'île, dilués (50-60%) par du matériel de type Loess et particulaire du Fleuve Yangtze. De plus, les analyses des isotopes du Zn effectuées sur des échantillons représentatifs de Taiwan indiquent un enrichissement en isotopes lourds, qui est également observé dans la fraction silicatée de sédiments marins identifiés par les signatures isotopiques Sr-Pb comme provenant essentiellement de l'érosion de cette Chaîne.<br />A l'échelle des derniers 35ka, d'importantes variations isotopiques en Sr-Pb (terrigène) et en Cu-Zn (carbonate) sont enregistrées dans les échantillons du forage ODP 1202D (Bassin d'Okinawa). Les isotopes du Sr et du Pb mettent en évidence une augmentation des apports lœssiques durant la période du Younger Dryas : cette augmentation est reliée à une intensification de la mousson d'hiver, engendrant des vents plus forts provenant du continent asiatique. Parallèlement, les fractionnements isotopiques importants du Cu et du Zn enregistrés depuis 6.9ka seraient liés à l'incorporation préférentielle des isotopes légers par l'activité biologique dans la zone euphotique. Ainsi, les faibles fractionnements isotopiques mesurés dans les échantillons du Younger Dryas seraient dus à un mélange entre les eaux de surfaces et les eaux plus profondes du fait de l'intensification des vents, provoquant ainsi une homogénéisation isotopique.

Les éléments traces (ET) se trouvent naturellement dans l’environnement. Ces dernières années, des apports croissants en ET sont induits par des activités anthropiques, causant des problèmes environnementaux surtout dans le milieu marin. Certains ET sont toxiques et le besoin de méthodes fiables pour leur analyse dans des échantillons environnementaux est indéniable. À travers cette thèse, des méthodes analytiques ont été développées et validées pour l’analyse des ET dans les sédiments et les organismes marins par spectrométrie d’absorption atomique à source continu, haute résolution et introduction solide directe (SS-HR-CS-AAS). Des études environnementales basées sur l’utilisation de cette méthode et d’autres ont été réalisés. Une première étude a été réalisée sur des sédiments (de surface et carottes) collectés en Namibie. Cette thèse présente une série inédite de concentrations de base sur la côte namibienne. Une contamination importante en Pb, Cu, Zn et Cd a été démontrée autour des zones les plus peuplées. Les pollutions au Pb et leurs sources ont été étudiées grâce aux rapports isotopiques du Pb. Une deuxième étude a été réalisée sur différentes espèces d’éponges marines et des sédiments collectés en France et en Irlande. Il est montré que les éponges accumulent plus les ET que les sédiments et de façon différente selon les espèces. Des analyses de spéciation de l’arsenic ont été réalisées sur les éponges par chromatographie liquide haute performance couplée à un ICP-MS. Les résultats ont montré une bioaccumulation très importante de ce métalloïde dans les éponges et sa biotransformation des formes inorganiques en formes organiques beaucoup moins toxiques<br>Trace elements (TE) naturally occur in the environment but their inputs have been increasing by anthropogenic activities in the last decades, causing environmental concerns, particularly in coastal ecosystems. TE are toxic and the need of reliable methods for their determination in environmental samples is undeniable. The first part of this PhD was focused on the development and full validation of methods for the analysis of TE in sediments and marine organisms by Solid Sampling High Resolution Continuum Source Atomic Absorption Spectrometry (SSHR-CS-AAS). Second, environmental studies based on these and others methodologies were then performed. A first monitoring survey was performed on sediments (surface and core samples) collected along the Namibian coast. This thesis provides the first baseline of TE contents and historical record of pollution in the area. Significant Pb, Cu, Cd and Zn enrichments were highlighted around the most populated areas, providing a needed baseline for present and future evaluation of the Namibian marine environment. Pb pollutions and their sources were also tracked through the use of Pb isotope ratios. A second monitoring survey was performed on different marine sponges and sediments collected in the French Mediterranean and in the Irish coasts. This work showed that sponges accumulate more TE than sediments in different extents according to species. Arsenic speciation analysis was performed in sponges by High Performance Liquid Chromatography (HPLC) coupled with ICP-MS. This special focus on arsenic highlighted the great bioaccumulation of this metalloid in sponges and its biotransformation from inorganic forms to less toxic organic forms

Cette thèse constitue une étude de référence sur la qualité des ressources hydriques du bassin versant du fleuve Ibrahim au Liban, notamment avant la construction d’un grand barrage (Jannah). Pour ce faire, 7 stations (NI7 à NI1) ont été sélectionnées de l’amont vers l’aval sur l’Ibrahim et ses sources karstiques. L’ensemble des sept sous bassins a été caractérisé d’un point de vue hydroclimatologie et états de surface (sols, végétation, cultures, géologie, relief). Les débits mesurés à l’amont (2 stations) et à l’aval (1 station) nous ont permis de reconstituer les débits des autres stations intermédiaires grâce à des relations débits-surfaces spécifiques. À partir de prélèvements et d’analyses chimiques de la composition des eaux tout au long d’un cycle hydrologique et avec une fréquence mensuelle, les flux de matières exportées en solution par l’Ibrahim ont été estimés à 122 372 t/an. 80% de ce tonnage est exporté durant la période des hautes eaux. À partir de ce tonnage, on a pu estimer que l’altération chimique des roches carbonatées sur l’ensemble du bassin s’effectue à la vitesse de 81 cm/10000 ans. Cette altération consomme un flux élevé de CO2 typique des régions carbonatées soumises à un drainage intense (1500 mm/an), soit 2,23 x106 moles/km2/an de CO2. L’analyse de la concentration en éléments traces dans les sédiments de fond des cours d’eau, intégrateurs des transports solides, en hautes eaux et en basses eaux, montre des concentrations élevées pour le Sc, V, Cr, Co, Ni, Ga et Cu en passant de NI5 jusqu’à NI2. L’évaluation du degré de cette contamination et de sa variation spatio-temporelle a été effectuée grâce au facteur d’enrichissement en normalisant par rapport à l’aluminium et en prenant les sédiments de la station amont NI7 (source karstique) considérés comme peu ou pas contaminés en ET, comme fond géochimique naturel. Des teneurs élevées en Zn, Pb, Cu et d’autres éléments traces montrent que dans cette région où les activités industrielles, agricoles, et urbaines sont développées, il existe un apport anthropique non négligeable en éléments métalliques. Mais cette contamination reste modérée<br>Throughout the study framework conducted on the quality of the water resources in the Ibrahim River watershed in Lebanon (notably before the construction of a large dam, Jannah), 7 stations (NI7 to NI1) were selected, from upstream to downstream, including its karst springs. Hydroclimatological and specific catchment characteristics (such as land cover use, geology, hydrology, soil and topography) where characterized for the whole seven sub-basins respectively. Discharge data from the sources (2 stations) and the basin outlet (1 station) enhanced our study to determine and further calculate the discharge of other stations. Sampling and analyzing the chemical composition of water collected monthly during one hydrological cycle allowed us to determine the amount of dissolved material carried by the Ibrahim River. The river flux of dissolved material was estimated at 122 372 tons / year of which 80% of is exported during high flow season. Therefore this flux allowed us to estimate the rate of chemical weathering of carbonate rocks across the basin at 81 cm / 10000 years. This alteration consumes a high flux of CO2 (around 2,23x106 moles/km2/year of CO2) typical for carbonate regions subject to intense drainage (1500 mm). The analysis for the concentration of trace elements in fluvial sediments for the Ibrahim River for the low and high flow periods shows high concentrations of Sc, V, Cr, Co, Ni, Cu and Ga in the from NI5 station up to NI2. The assessment of the extent of the contamination and its spatio-temporal variation was conducted using the enrichment factor by normalizing to aluminium concentration and using the element concentrations in the sediments of station NI7 (karstic sspring) considered as the natural geochemical background for this catchment. High levels of Zn, Pb, Cu and other traces of noticeable elements show that in this region where industrial, agricultural and urban activities are developed, there is a significant anthropogenic contribution for some metallic elements; thus the trace element contamination remains moderate

Ce projet de recherche porte sur l’étude de la contamination de la côte libanaise par les composés organiques (HAP, DDE) et par les éléments-trace métalliques (Hg, Pb principalement). Les travaux sur les compartiments sédimentaires et biologiques de la côte libanaise constituent deux parties aux problématiques et aux approches distinctes autour desquelles s’articule cette thèse. Dans la première partie, l’analyse d’une carotte sédimentaire datée prélevée sur le plateau continental du Sud du Liban a permis de reconstituer l’historique de contamination dans le bassin Levantin. Les analyses de contaminants dans les sédiments de la carotte C1 combinés à la datation aux 210Pb et 137Cs ont permis d’obtenir un enregistrement fiable des variations du dépôt de mercure, de plomb et de HAP sur le plateau continental libanais, dans le bassin Levantin. Bien que les concentrations et les flux soient relativement faibles, une augmentation en deux phases des concentrations est bien mise en évidence par le profil sédimentaire de C1. Le charbon est identifié comme source principale de Pb, de Hg et de HAP dans le bassin Levantin entre la moitié du 19ème siècle et la moitié du 20ème siècle. Les résultats des ratios isotopiques du Pb et des ratios diagnostiques de HAP appuient ce constat. Les archives sédimentaires dans la carotte C1 fournissent un signal du dépôt de contaminants à l’échelle globale probablement lié aux sources d’émissions atmosphériques en provenance d’Europe Centrale et de l’Est. Dans la seconde partie, une étude de la contamination par les HAP du littoral libanais est menée suite à la marée noire résultant du conflit armé israélo-libanais en 2006. Une approche de biomonitoring sur trois ans utilisant l’espèce de moules invasives Brachidontes variabilis a été développée. Les résultats indiquent une décroissance progressive des concentrations de HAP dans l’écosystème intertidal du littoral libanais. La contamination par les HAP du fioul en zone subtidale en 2007 est nettement plus faible. Cependant la signature des HAP dans les tissus de moules prélevées trois ans après la marée noire indique toujours la présence des composés du fioul de Jiyeh. La contamination est particulièrement persistante dans certaines zones fortement touchées par la nappe de fioul en 2006. Il apparaît que l’état initial pré-marée noire n’a pas été atteint, même trois ans après la marée noire de Jiyeh. L’examen détaillé de l’évolution spatiale et temporelle de la contamination par les HAP de l’environnement intertidal est présenté dans ce volet de notre étude<br>This research project aims at the study of the contamination of the Lebanese coast by PAHs, DDE, Hg and Pb. The research work is divided into two distinct parts concerning two environmental compartments (sedimentary and biological) and it addresses different questions and approaches. In the first part, the study of a dated sediment core raised from the continental shelf in southern Lebanese coast allowed reconstructing the contamination history in the Levantine basin. The contaminants’ analysis as well as 210Pb and 137Cs datation allowed obtaining a reliable record of mercury, lead and PAHs sedimentary deposition in the Lebanese continental margin in the Levantine basin. Although concentrations and fluxes are relatively low, a two-phase increase of concentration is found using C1 core sedimentary profiles. Coal was identified as the main source of Pb, Hg and PAHs in the Levantine basin between the mid 19th and the mid 20th century. Ratios of Pb stable isotopes and PAH diagnostic ratios support this assumption. The studied sedimentary archives provide also information on the deposition of contaminants on a global scale possibly related to atmospheric emissions mainly from Central and Eastern Europe. In the second part of the thesis, the study of contamination by PAHs of the Lebanese coast was undertaken following an oil spill in the south of Lebanon, which occurred after the bombardment by the Israeli military of the electric power plant in Jiyeh in 2006. We have set-up a biomonitoring program with an invasive mussel specie Brachidontes variabilis over a three-year study. Results indicate a progressive decrease of PAH concentrations in the intertidal ecosystem of the Lebanese coast. Contamination of the subtidal zone in 2007 by Jiyeh fuel oil was significantly lower. However, Jiyeh fuel oil signature was still detectable in mussel tissues even three years after the oil spill. Contamination was found to be particularly persistent in some of the highly oiled sites. It appears that pre-spill state was still not reached even three years following the oil spill. Detailed investigation of spatio-temporal changes of intertidal mussels contamination by PAH is also presented in this part of the thesis

En conditions hivernales rigoureuses, l'application des fondants routiers (principalement du chlorure de sodium - NaCl) permet d'assurer la sécurité des usagers de réseaux. Toutefois, son utilisation généralisée entraîne des risques de contamination des écosystèmes aquatiques et terrestres. En milieu routier, le Na+ et Cl- sont transportés par les eaux de ruissellement vers des ouvrages de traitement tels que les bassins de rétention-décantation. Or, ces bassins n'ont pas la capacité de traiter efficacement cet apport de fondants sous forme dissoute. L'objectif de cette thèse est d'étudier le transfert de ces fondants au sein du système routier et de déterminer leur rôle dans la libération des polluants en période hivernale. Les caractéristiques du bassin situé à Azerailles (Lorraine, France) sur une route nationale moyennement fréquentée ont été étudiées, ainsi que les conditions météorologiques, les salages, la composition des matières en suspension (MES) et la concentration en éléments traces métalliques (ETM). Les résultats ont permis de montrer que entre 50 et 90 % du Cl- ont été collectés par le bassin. Il joue un rôle de tampon qui permet une libération du Cl- dilué durant la période de ruissellement suivant la période de salage. La présence de NaCl dans les eaux a joué un rôle sur la diminution de la qualité des matières en suspension, en mettant en évidence la présence de polluants organiques en période de salage. Elle entraîne également une modification de la chimie des eaux et une augmentation des polluants métalliques (zinc)<br>In severe winter conditions, the application of deicer salts (mainly sodium chloride -NaCl) ensures the safety of network users. However, its spreading carries contamination risks of aquatic and terrestrial ecosystems. On the road, Na+ and Cl- are transported by runoff water to retention-decantation ponds. These ponds do not have the capacity to efficiently treat this flux of deicer salts in dissolved form. In addition, they allow the modification of water and soil chemistry, generating the mobility of metallic pollutants. The objective of this thesis is to study the deicer salt transfer and to determine its role in the release of pollutants during winter. The characteristics of the pond located in Azerailles (Lorraine, France) on a medium-frequented national road were studied, as well as the weather and salting conditions, the composition of the suspended matters and the concentration of traces metals. The results highlighted that between 50 and 90 % of Cl- was collected by the pond. The pond acts as a buffer which allows a release of the collected Cl- diluted during the runoff period following the salting period. The presence of NaCl in runoff water reduced the quality of suspended solids with the presence of organic markers of road pollution and the increase of zinc. It also influenced the increase of zinc in water, the chemical composition and the speciation of elements

Erosion et transferts de matières (i.e. matières en suspension-MES, associées avec le carbone et les éléments traces métalliques - ETM) par les fleuves et rivières sont contrôlés par des facteurs naturels (ex. géologie, climat) et peuvent être significativement modifiés par les pressions anthropiques et/ou, le changement climatique. En se basant sur une banque de données de concentrations en MES et de débits, à hautes résolutions temporelles (journalières) sur le long terme (1960-2008) à l’exutoire du bassin versant du Fleuve Rouge (Chine/Vietnam), les taux d’érosion ont été estimés en moyenne à 600 t/km²/an avec des valeurs variant de 160 à 1330 t/km²/an selon les années. Cette large gamme de taux d’érosion est liée fortement aux conditions hydrologiques interannualles, mais aussi à la présence de réservoir de HoaBinh en 1989. En effet, à partir 1989, chaque année, 50% de matières transportées par le Fleuve Rouge sont piégées dans ce réservoir, correspondant à un taux de sédimentation dans le réservoir de 52 à 200 cm/an. La variabilité spatiale des flux de MES du bassin versant du Fleuve Rouge au Vietnam suggère que les MES du Fleuve Rouge viennent principalement de l’érosion en amont du bassin versant (~80%), contrairement à ce que l’on observe pour le flux liquide (~21%). De plus, l’échange des processus érosion-transport-sédimentation dans la partie médiane du bassin versant dépend fortement des conditions hydrologiques ; à l’inverse, une forte sédimentation a été observée à l’entrée du Fleuve Rouge dans le delta, quelle que soit la condition hydrologique. De même, dans la partie vietnamienne du Fleuve Rouge, les facteurs majeurs influant sur le taux d’érosion seraient les maximas d’élévation et la pente moyenne du bassin. Un suivi hebdomadaire à bimestriel en 2008-2009 des paramètres biogéochimiques (carbone et ETM) ont permis de caractériser la qualité des eaux et des particules sur l’ensemble du bassin versant du Fleuve Rouge. Les concentrations en carbone organique (particulaire et dissous) dans les eaux du Fleuve Rouge sont relativement faibles et majoritairement d’origine allochtone. Les concentrations en carbone inorganique dissous (CID) sont très importantes, en faisant le composé majoritaire (60-90%) des eaux du Fleuve Rouge, en relation avec la présence de roches carbonatées dans le bassin versant. En terme de concentrations en ETM, la qualité des eaux et des particules transportées dans le bassin versant du Fleuve Rouge au Vietnam peut être qualifiée de mauvaise dans la partie amont et de médiocre en aval. L’étude de la répartition entre phase dissoute et phase particulaire a montré que l’essentiel des transferts se fait sous forme particulaire pour plupart des ETM (excepté Mo), dû aux forts taux d’érosion mécanique. De plus, l’étude à haute résolution spatiale (40 points) réalisée sur l’ensemble bassin versant du Fleuve Rouge au Vietnam des concentrations en ETM et de leur spéciation (dissous et particulaire) a mis en évidence de fortes anomalies géochimiques dans la partie amont. Enfin, l’identification des signatures géochimiques des particules érodées a révélé des signatures similaires entre les particules de l’amont et de l’aval du Fleuve Rouge, démontrant une contribution quasi-exclusive de la partie chinoise aux flux de matière (80-95% au flux total)<br>Erosion and transfer of suspended particulate matter (SPM), and associated elements (e.g. carbon, trace metal elements-ETM) by river are attributed to a combination of natural parameters related to geology and climatic influences and affected by human disturbance. Based on an extensive dataset of daily water discharge and SPM concentrations between 1960 and 2008 at the outlet of the Red River system, the annual SPM yield of the Red River is estimated at 600 t/km²/yr (ranged between 160 and 1330 t/km²/yr). This large range of sediment yield is strongly related to the inter-annual hydrological conditions and the operation of the HoaBinh Reservoir in 1989. In fact, the HoaBinh Reservoir reduces annual SPM delivery to the delta by half after 1989, i.e. the mean sedimentation rate of 52-200 cm/yr. The spatial variability of SPM fluxes in the Red River watershed suggests that most SPM were eroded from the upstream catchment located in China (80%), contrasting the water discharge with only 21%. In addition, the complex processes of erosion/sedimentation occurring in the middle Red River basin strongly depend on hydrological conditions; in contrast, an important sedimentation was observed at the entry point to the Red River Delta whatever the hydrological conditions. The major factors controlling the spatial variation of the sediment yields of the Vietnamese Red River watershed are maximum elevation and mean surface.During 2008-2009, high resolution sampling (weekly to bimestrial) of biogeochemical parameters (carbon and ETM) were performed at five key sites along the Red River system. The organic carbon (particulate and dissolved) concentrations in the Red River are relatively low and mainly allochtonous; in contrast, the dissolved inorganic carbon are very important and is the major carbon form (60 -90%) in relation to the abundance of carbonate rocks in the Red River watershed. In terms of ETM concentrations, the quality of water and SPM transported in the Vietnamese Red River watershed can be classified as poor upstream and as mediocre downstream. The study of the partition between the dissolved and particulate phases showed that most ETM transported in the Red River are in particulate phase (except Mo), due to the high mechanical erosion rate. In addition, high spatial resolution study (40 sites) performed in the Vietnamese Red River watershed of ETM concentrations and their speciation (dissolved and particulate) has highlighted strong geochemical anomalies in the upstream Red River. Finally, the identification of geochemical signals showed a similarity in the geochemical signal of particulate metal transport between upstream and downstream of the Red River, suggesting a contribution quasi-exclusively from the upstream part (in China) in the ETM fluxes of the Red River (80 -95%)<br>Quá trình xói mòn và vận chuyển vật chất (chất rắn lơ lửng, các-bon và kim loại nặng) bởi các dòng sông, suối chịu ảnh hưởng tổng hợp từ các quá trình tự nhiên (địa chất, khí hậu) và các hoạt động của con người. Dựa trên các bảng số liệu ngày về hàm lượng chất rắn lơ lửng và lưu lượng nước trong giai đoạn từ năm 1960 đến năm 2008 trên trục chính của sông Hồng tại trạm Sơn Tây (hạ nguồn của hệ thông sông Hồng trước khi chảy vào vùng đồng bằng), mục tiêu đầu tiên của luận án là nghiên cứu sự biến đổi theo thời gian tải lượng trung bình chất rắn lơ lửng của sông Hồng. Các kết quả cho thấy trong giai đoạn quan trắc, hàng năm sông Hồng chuyển tải ra biển khoảng 24×106 đến 200×106 tấn/năm (trung bình các năm là 90×106 tấn /năm), tương đương với hệ số xâm thực từ 160 đến 1330 tấn/km²/năm. Chính sự phụ thuộc mạnh mẽ của hàm lượng chất rắn lơ lửng vào các điều kiện thuỷ văn khác nhau đã tạo ra sự đa dạng về tải lượng chất rắn chuyển tải hàng năm của hệ thống sông Hồng. Tuy nhiên, trong những năm 1989-1990, khi hồ chứa Hoà Bình đi vào hoạt động, tải lượng chất rắn lơ lửng chuyển tải ra biển của hệ thống sông Hồng đã giảm sút còn khoảng 50×106 tấn, tức là đã giảm khoảng 50%. Dựa trên chiều cao và thể tích của hồ Hoà Bình, hệ số lắng đọng chất rắn lơ lửng trong lòng hồ được xác định vào khoảng 52-200 cm/năm. Như vậy, sau 20 năm đi vào hoạt động, độ dầy lớp bùn đất lắng đọng trong hồ Hoà Bình khoảng 10.4-40m, làm giảm đáng kể thể tích của hồ Hoà Bình.Mục tiêu tiếp theo của luận án là thiết lập cân bằng hàm lượng chất rắn lơ lửng trong các đoạn sông từ thượng nguồn sông Hồng (trạm Lào Cai), tại các hạ nguồn của 3 nhánh sông chính (sông Hồng tại Phú Thọ, sông Đà và sông Lô tại Việt Trì) và tại Sơn Tây trong thời kỳ 2003-2008. Diễn biến của các quá trình xói mòn, chuyển tải và lắng đọng diễn ra trên các đoạn sông một cách phức tạp, đan xen lẫn nhau và phụ thuộc chặt chẽ vào các điều kiện thuỷ văn. Tuy vậy, hiện tượng lắng đọng mạnh mẽ các chất rắn lơ lửng trong vùng hạ nguồn của hệ thống sông Hồng (từ Phú Thọ đến Sơn Tây) đã được ghi nhận trong tất cả các năm quan trắc, không phụ thuộc vào điều kiện thuỷ văn. Ngoài ra, dựa vào các số liệu thu thập được, chúng tôi đã lập bản đồ xói mòn cho toàn bộ lưu vực sông Hồng tại Việt Nam. Hơn thế, các kết quả còn chỉ ra rằng độ cao và độ dốc trung bình lưu vực là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến hệ số xâm thực của lưu vực sông Hồng.Đánh giá chất lượng nước và chất lượng chất rắn lơ lửng chuyển tải trong hệ thống sông Hồng là mục tiêu thứ 3 của luận án. Để đạt được mục tiêu trên, chúng tôi đã tiến hành lấy các mẫu nước và chất rắn lơ lủng trên trục chính cũng như trên các nhánh sông chính của sông Hồng để phân tích hàm lượng các-bon hữu cơ và vô cơ cũng như hàm lượng kim loại nặng trong hai năm 2008-2009, với chu kì lấy mẫu hàng tuần đến hàng tháng. Hàm lượng các-bon hữu cơ (dạng hoà tan và lơ lửng) trong nước sông Hồng tương đối thấp tại tất cả các điểm lấy mẫu và nguồn gốc chính của các-bon hữu cơ là allochtone. Ngược lại, hàm lượng các-bon vô cơ hoà tan rất cao, chiếm khoảng 60-90% hàm lượng các-bon tổng và được giải thích bằng sự có mặt phong phú của núi đá vôi trên toàn lưu vực. Đối với kim loại nặng, dựa trên các kết quả phân tích về hàm lượng kim loại nặng trong nước và trong chất rắn lơ lửng và các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng nước QCVN 08, chúng tôi đã đánh giá chất lượng nước cho toàn bộ hệ thống sông Hồng từ Lào Cai đến Sơn Tây. Nếu nước sông Hồng trên vùng thượng nguồn (tại Lào Cai và Phú Thọ) không đảm bảo chất lượng để có thể sử dụng làm nguồn nước sinh hoạt thì tại các vùng hạ lưu của sông Hồng, sông Đà và sông Lô, nhìn chung nước của 3 nhánh sông có thể dùng để cung cấp nước sinh hoạt nhưng phải qua các quá trình xử lí tách cặn lơ lửng. Hơn nữa, trong năm 2008, chúng tôi đã thực hiện hai chương trình lấy mẫu nước, chất rắn lơ lửng và trầm tích trên 40 điểm phân bố đều trên toàn bộ lưu vực sông Hồng tại Việt Nam trong mùa cạn và mùa mưa