Academic literature on the topic 'Seine, Bassin de la (France) – Eau – Microbiologie'

The purpose of our study was to describe the dynamics of E. coli in the rivers of the Seine watershed. This watershed is characterized by a poor microbiological water quality due to an important population density, industrial activities and intensive agriculture. The main objectives of our study were to obtain field microbiological data describing the system and to understand the underlying mechanisms in order to build a model able to describe and predict the fate of the fecal bacteria at the scale of the whole watershed. This model was built in order to help management of microbiological water quality.

To be able to describe and modelize the fate of fecal bacteria at the scale of such a large and complex system, it was first necessary to identify and quantify the sources of contamination and to be able to describe the processes affecting these bacteria once discharged to the rivers.

The quantification of E. coli in the natural aquatic systems through the traditional culture-based techniques has been strongly questioned during the last years because they have a long response delay (24 to 48 h) and they do not take into account the viable but not culturable bacteria (VBNC) which nevertheless could represent a health thread. For this reason we developed in this study two alternative methods: the direct (without passing through a cultivation step) measurement of the â-D-glucuronidase activity and a fluorescent in situ hybridization with an E. coli specific probe coupled with a viability test. The first has the main advangate to give a very rapid evaluation of the E. coli content of the water while the second one was able to enumerate VBNC E. coli.

The study of the sources of contamination of the rivers revealed the predominance, in this anthropogenicised watershed, of the point sources (effluents from wastewater tretament plants). Diffuse sources soil leaching and surface runoff) may nevertheless be locally important and have also be quantified. The influence of the land use on these diffuse sources has been quantified demonstrating that soil leaching and surface runoff of grazed areas was mainly responsible of fecal contamination in rural areas.

The attachment of E .coli to particles in the river waters was studied as it can influence the fate of this kind of bacteria in the aquatic systems. A linear regression was found between the percentage of particle-associated E. coli and the SM content of the water. Settling velocities of particle-associated E. coli were determined. The mortality rate of E. coli was analysed following various perspectives: the river order, the attachment of E. coli to particles, the importance of the cultivability loss in the disappearance of these bacteria and the importance of protozoan grazing. The results confirmed the importance of grazing and showed that the abondance of free living E. coli bacteria decreased two times more rapidly than particle-associated E. coli. In the Seine river, we showed that the net loss of culturable E. coli was 1.5 time higher than the net loss of viable E. coli. Finally, no relationship was found between mortality rate and river order.

These results have been used to build two models CF-SENEQUE and CF-SiAM-3D which describe E. coli dynamics respectively for the whole Seine river watershed and for the Seine for the estuary. Comparisons model calcultaions with field data of fecal coliforms abundances showed that these models correctly simulated the longitudinal distribution of fecal colifoms in the main rivers of the Seine watershed and in the estuary. These models were used to test the impact on the microbiological water quality of various scenarii of wastewater management .

Doctorat en sciences, Spécialisation biologie animale
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C'est à cause de leur petite taille (une dimension inférieure à 100 nm) que les nanoparticules sont utilisées dans de nombreux domaines d'application (textiles, cosmétiques,. . . ). Certains de ces nanomatériaux sont déjà commercialisés. Cet essor des nanosciences n'a malheureusement pas été accompagné par les études toxicologiques adéquates. Le but de mon travail est donc d'apporter des éléments de réponse à cette problématique. Dans cette optique, l'analyse des interactions biologiques entre des nanoparticules d'oxyde de zinc (ZnO) semiconducteur utilisé dans les crèmes solaires, et Escherichia coli, une bactérie présente dans l'environnement, a été réalisée. Le comportement toxique des ZnO a été évalué dans deux milieux : un milieu de croissance classique, le Luria Bertani (LB), et un milieu environnemental, l'eau de Seine. Les résultats obtenus dans ce travail ont mis en évidence la nécessité d'une approche pluridisciplinaire pour étudier l'impact toxique des nanoparticules. Ainsi, des effets bactériostatique et bactéricide des nanoparticules ont été démontrés, mais la comparaison des effets biologiques observés lors d'une incubation avec des ions Zn2+, suggère une dissolution partielle des nanoparticules. Cette hypothèse a été confirmée par l'étude de la solubilité des nanoparticules dans les différents milieux. La composition du milieu joue indéniablement un rôle dans le potentiel toxique des ZnO. L'implication d'un stress oxydatif dans les mécanismes de toxicité des nanoparticules a également été observée en utilisant une souche mutée pour l'enzyme de la superoxyde dismutase
As they are small, the nanoparticules which one of the dimensions is inferior to 100 nm, are used in many processes (textile, cosmetics,. . . ) and some nanomaterials are already included in consumer goods. Despite the rise of nanosciences, few studies have determined the ecotoxicological and environmental impact of the nanoparticles. The aim of this study is to find some answers to these issues. To do so, the study of the biological interactions between ZnO nanoparticles (semi conductor incorporated in the sunscreen composition), and a Escherichia coli, a bacteria présent in the environment, was performed. The toxic behaviour of ZnO nanoparticles was evaluated in two media: a growth medium Luria Bertani (LB), and an environmental medium, Seine river water. The results obtained in this work show that the toxic impact studies of nanoparticles needed a pluridisciplinary approach. Indeed, the bacteriostatic and bactericidal effects of nanoparticles were evidenced in this work, but a comparison of the biological effects obtained during incubation with Zn2+ ions, suggested the partial dissolution of the nanoparticles. This hypothesis was confirmed by solubility experiments performed in both media. The composition of the medium influences the potential toxicity of ZnO. The implication of oxidative stress in the mechanisms of nanoparticles toxicity was observed by using a mutant strain for the superoxide dismutase enzyme

Le dragage d'entretien déplace annuellement dans le bassin de la Seine des volumes moyens de 150000 m Ces sédiments accumulent des polluants, et leur devenir soulève des questions environnementales que nous avons souhaité éclaircir. Un bilan des réglementations internationales concernant la gestion de ces matériaux de dragage (MD) a révélé que cette question restait posée au niveau Français. Une caractérisation des sédiments avant dragage et une étude SIG ont montré que les fortes concentrations en micropolluants étaient majoritairement retrouvées à l'aval des sources de pollution. Nous avons ensuite présenté les résultats du suivi de la mise en dépôt de MD dans l'étang du Rouillard. Ce site a reçu 200000 m de MD du bassin de la Seine à l'aval de Paris (06/99-09/01). Le mode de mise en dépôt remet en suspension les MD avec l'eau de Seine et modifie les conditions physico-chimiques des MD, pouvant entraîner des relargages de polluants. Le suivi de la qualité des eaux superficielles a montré que l'impact majeur de la pratique est l'apport de NH et de carbone organique qui entraîne une eutrophisation de l'étang. Les micropolluants présents dans les MD introduits dans l'étang n'ont pas été relargués vers les eaux superficielles pendant la période étudiée. Dans les dépôts de l'étang, siège de la diagenèse, nous avons montré l'activité ammonifiante et dénitrifiante du dépôt, et la dégradation de la matière organique de ce dépôt entraînant le relargage de carbone organique et de phosphore. Le dépôt a également joué, à court terme, le rôle de puits de micropolluants. L'observation des eaux de la nappe phréatique au moyen des piézomètres a montré que sa qualité était très peu modifiée. Des calculs de flux de polluants ont permis de vérifier ces tendances. Ce travail propose des alternatives de gestion des MD dans le bassin de la Seine et des travaux ultérieurs (réacteurs, site pilote).

Avec les lois sur l'eau de 1964 et 1992, la France s'est dotée d'une gestion intégrée et décentralisée de la ressource en eau, organisée autour de six bassins hydrographiques. Sans remettre en cause les fondements de cette organisation, la Directive Cadre sur l'Eau (DCE), adoptée le 22 décembre 2000, renforce cette gestion en fixant des objectifs environnementaux planifiés, en l'organisant au sein de sous entités hydrographiques, les masses d'eau, et en prônant l'utilisation de l'analyse économique. Dès 2009, les Agences de l'Eau doivent définir un plan de gestion fixant les objectifs à atteindre en 2015, première échéance de la DCE, et un programme de mesures nécessaires à leur réalisation. Parmi les objectifs de reconquête de la qualité des eaux, la réduction des contaminations nitriques des ressources en eau souterraine du bassin de la Seine constitue un des grands enjeux auxquels doivent faire face les gestionnaires. La principale source de cette contamination est une pollution diffuse d'origine agricole étendue à l'ensemble du bassin. Depuis plusieurs années, des efforts ont déjà été initiés en instaurant la mise en place de mesures agro-environnementales. Mais en raison de l'efficacité partielle de ce type de mesure et des temps de réponse souvent longs des aquifères, on est en droit de se demander si ce type de mesures suffira à remplir l'objectif de bon état chimique des eaux souterraines à l'horizon 2015. La première étape de notre travail a donc consisté en une exploitation prospective du modèle agro-hydrologique MODSUR-STICS-NEWSAM, développé dans le cadre du programme PIREN-Seine pour simuler l'impact des pollutions diffuses azotées d'origine agricole sur les trois principaux aquifères du bassin de la Seine. Sur la base d'un recensement des pratiques agricoles observées à l'échelle de grandes régions agricoles sur la période 1992-1998, deux scénarios ont été élaborés: continuité de ces pratiques en "laisser-faire" et application de mesures agro-environnementales. L'évolution de la médiane de la distribution des concentrations mesurées en nitrates, indice statistique caractérisant chaque aquifère, permet d'estimer l'impact des mesures à diverses échéances. Par confrontation entre données simulées avec données observées sur une période de 30 ans, le risque de dépassement d'une valeur seuil est évalué pour chaque cellule du modèle et agrégé à l'échelle des masses d'eau souterraines du bassin. Chaque masse d'eau peut alors être caractérisée par sa probabilité de franchissement des seuils de concentration de 25, 40, 50 et 100 mgNO3/l. La seconde partie de ce mémoire a pour objectif de mettre en œuvre l'exploitation socio-économique des résultats du modèle en déterminant les coûts et les bénéfices attendus des mesures agricoles préventives. Les surcoûts supportés par les agriculteurs tiennent compte des variations de rendements simulés par STICS et des coûts imputables à la mise en place des mesures. L'évaluation des bénéfices se limite à l'estimation des dommages évités pour la production domestique d'eau potable depuis les ressources en eau souterraine. Deux méthodes ont été employées. La première est basée sur l'approche de R.L. Raucher appliquée à l'ensemble du bassin en supposant qu'un traitement curatif systématique des eaux brutes est mis en œuvre dès que la probabilité de dépassement du seuil de 50 mgNO3/l devient trop grande. La seconde approche simule à l'aide s'un système multi-agents (SMA), le comportement des unités de gestion et d'exploitation (UGE) face à une pollution avérée de leur ressource. Ce modèle, baptisé WATER-RUSH, est appliqué sur plusieurs décennies au territoire de trois masses d'eau du bassin de la Seine couvrant 612 UGE, soit 1 027 communes. Cet outil permet de tester les différentes solutions pouvant être adoptées par les UGE suivant un critère de moindre coût et la prise en compte des conditions locales d'exploitation: mélange au sein du réseau, approfondissement des captages, traitement des eaux brutes, abandon et recherche de nouvelle ressource intra ou extra UGE. Sur cette base, le surcoût de chaque solution est calculé annuellement sur toute la période simulée et rapporté au mètre cube produit.

L'estuaire de la Seine est un environnement très anthropise et ses eaux présentent une forte contamination microbiologique d'origine fécale qui s'explique par l'importance des apports amonts et des rejets ponctuels ou diffus. La majorité des pathogènes responsables d'infections d'origines hydrique étant associés à une contamination fécale d'origine humaine ou animale, la qualité microbiologique des eaux s'évalue par le dénombrement de flores indicatrices de contamination fécale. Dans les différents compartiments estuariens (eau, sédiments et moules), nous avons évalué l'abondance des coliformes totaux et thermotolérants, des entérocoques et des spores de C. Perfringens, en parallèle à la recherche du pathogène Salmonella sous sa forme cultivable. La perte de cultivabilité des pathogènes entériques en milieu aquatique (état viable non cultivable), nous a conduit à mettre au point une méthode de détection moléculaire par Nested Multiplex PCR. La dissémination géographique du pathogène a été observée jusque dans les sédiments des vasières. Une analyse par clusters nous a permis de hiérarchiser les sites de l'estuaire en terme de contamination microbiologique et de mettre en évidence l'importance des apports latéraux (affluents et station d'épuration) et de l'apport amont de l'estuaire, selon les conditions de débit. Enfin, une étude sur la perte de viabilité et de cultivabilité de Salmonella a été initiée en microcosme d'eau de Seine
The Seine estuary is a highly anthropized environment and its waters are greatly contaminated by upstream sources and point and non-point sources of faecal contamination. The majority of etiological pathogens of waterborne diseases being associated to human or animal faecal contamination, the microbiological quality of waters is assessed by the enumeration of the indicator flora for faecal contamination in the different areas of the estuary (water, mudflats and mussel beds), we have assessed the abundance of total and thermotolerant coliforms, enterococci and spores of C. Perfringens, and detected the pathogen Salmonella in its culturable form. The loss of culturability of the enteric pathogens in aquatic environments (viable but non culturable state), has led us to develop a molecular detection method by Nested Multiplex PCR. The geographical dissemination of the pathogen has been detected up to the mudflats sediments. A cluster analysis allowed us to group the sites of the estuary based on their microbiological contamination and to show the relative contribution of the lateral sources (tributaries and wastewater treatment plants)and the upstream of the estuary, in different flow rate conditions. Finally, a study to assess the loss of viability and culturability of Salmonella has been initiated with Seine water in a microcosm

Comme de nombreuses grandes villes, Paris dépend de territoires ruraux relativement éloignés pour son alimentation en eau potable. La moitié du volume d’eau distribué dans la capitale française est issue d’eaux souterraines captées dans le bassin de la Seine dans un rayon de 100 à 150 km. L’avènement des problématiques liées à la préservation des ressources hydriques conduit à s’interroger sur l’évolution des relations entre la ville et les territoires qui l’approvisionnent en eau. Deux phases sont analysées : 1) la mise en place des transferts d’eau vers Paris dès la fin du XIXe s. et 2) les politiques de protection des eaux souterraines déployées depuis les années 1990. La thèse avance deux objectifs : le premier est d’analyser l’évolution des discours autour des projets urbains liés à l’eau, à partir d’une approche de political ecology ; le second est de comprendre comment les enjeux de protection des captages parisiens sont perçus et intégrés à l’échelle des aires d’alimentation de captages (AAC). Les zones de captage étudiées sont celles des sources de la Voulzie, du Durteint et du Dragon (Seine-et-Marne) et de la Vigne (Eure, Eure-et-Loir, Orne). Combinant des approches quantitatives et qualitatives, la méthodologie de la recherche s’appuie sur des sources variées. L’analyse d’archives et de documents est complétée par un travail de terrain mêlant des entretiens, des séquences d’observation et des enquêtes par questionnaires. Les résultats de la thèse soulignent les évolutions des discours autour des projets urbains liés à l’eau et les logiques de (re)définition de territoires hydrosociaux dans le cadre des enjeux environnementaux. À l’échelle des AAC parisiennes, les discours sont confrontés à l’analyse des facteurs géographiques de concernement des acteur.rice.s locaux.ales par les politiques de protection des captages. La thèse montre que l’alignement des territorialités locales sur le territoire hydrosocial parisien est soutenu par un discours intégrateur et gagnant-gagnant. Ce discours s’appuie sur la spatialité des réseaux d’AEP locaux pour susciter un concernement de la part des acteur.rice.s. Néanmoins, l’enquête de terrain montre que plusieurs facteurs atténuent ce concernement. Un territoire hydrosocial distinct de celui de Paris émerge, fondé sur une gestion palliative des problématiques de qualité de l’eau DCH. Dans le Provinois, les réactions de certain.e.s usager.e.s à un projet d’interconnexion des réseaux laisse supposer un rapprochement futur avec le territoire hydrosocial parisien
Like many large cities, Paris relies on relatively remote rural areas for its drinking water supply. Half the volume of water distributed in the French capital comes from groundwater collected in the Seine watershed, 100 to 150 km away. Contemporary water conservation issues raise questions about the changing relationships between the city and the territories on which urban water is abstracted. Two time periods are analyzed : first, the implementation of water transfers to Paris from the end of 19th century and then, the establishment of groundwater protection policies since the 1990s. The thesis has two purposes : first, to analyze the evolution of the discourse on urban water-related projects, from a political ecology perspective ; then, to understand how water conservation issues are perceived and integrated at the scale of water catchment areas. The research focuses on the case of the Voulzie, Durteint and Dragon catchments (Seine-et-Marne) and the Vigne catchment (Eure, Eure-et-Loir, Orne). Using quantitative and qualitative approaches, the methodology is based on a variety of sources. The analysis of historical records and various documents is complemented by semi-structured interviews, field observations and surveys. The results underline the evolution of the discourse on urban water-related projects and the (re)definition of hydrosocial territories in the context of environmental issues. At the catchment scale, the discourses are confronted with a study of the geographical factors that play a role in the territorial implication of local communities regarding water conservation policies. The thesis shows that the parisian municipality uses an inclusive and win-win discourse to align local territorialities with the Parisian hydrosocial territory. This discourse relies on the spatiality of local drinking water networks to foster the implication of stakeholders. However, the field survey points out several factors undermining this implication. A specific hydrosocial territory is emerging, distinct from the one that Paris promotes, based on remedial solutions to deal with water quality issues. In the Provins area, the reactions of some users to a network interconnection project suggests a future rapprochement with the Parisien hydrosocial territory

Le pastoralisme dans les prairies subalpines en tête de bassin versant représente un risque potentiel de pollution microbiologique fécale des sols et de l'eau. L'impact des pratiques pastorales sur la qualité des sols et au-delà sur les aquifères récepteurs mérite d'être étudié dans les contextes où s'élabore une part essentielle des ressources en eaux. L'objectif général de ce travail est d'améliorer les connaissances sur l'écologie et les facteurs de contrôle de la dispersion et du transfert d'Escherichia coli, dans les sols et bassins versants des écosystèmes pastoraux. Des techniques de microbiologie pasteurienne (dénombrement des populations) et de biologie moléculaire (état physiologique ,et structure génétique des populations) sont mises en œuvre pour étudier le devenir des bactéries dans différents niveaux d'organisation du système Bassin Versant : bouses, sols et eau. L 'horizon rhizosphérique de surface du sol (0-5 cm) s'est révélé être un réservoir environnemental permanent en E. Coli (103 à 104 cellules g-1 de sol sec), quelques soient la saison et la station pastorale considérées, suggérant la naturalisation de populations d' E. Coli. Plus en profondeur (5-25 cm), l'abondance d' E. Coli est mise en relation avec l'hydrodynamique des sols (sol drainant et ouvert, sol saturé et confiné). La structure génétique des populations d'E. Coli répond de façon similaire. Dans l'eau, les populations d' E. Coli détectées ont des similitudes fortes avec celles des bouses déposées sur l'alpage et celles localisées dans les sols drainants connectés aux aquifères. Enfin, plusieurs marqueurs de l'état physiologique d' E. Coli ont été sélectionnés et des outils moléculaires élaborés. L 'ensemble de ces résultats est discuté sur le plan de la valeur indicatrice d' E. Coli et de son comportement dans les sols de prairies pâturées
Grazing in subalpine pasturelands located in watershed heads represents a potential risk in terms of fecal microbiological pollution of both soil and water. Hence, the role of pastoral practises on soils and aquifers quality needs to be evaluated. The general goal of this work is to provide deeper knowledge on E. Coli ecology in dairy alpine grassland soils and on controlling factors of E. Coli in the environment. Microbiological analyses and molecular biology are carried out to evaluate the behaviour of E. Coli populations in cow pats, soils and water (throughout the estimation of populational abundance and physiological status as well as genetic structure). The rhizosphere soil (0-5 cm) is showed to be a permanent environmental reservoir of E. Coli populations (104 cells g-1 dry soil) whatever the season or the pasture unit. This result raises the possibility that fecal E. Coli could constitute a naturalized (sub )population, which is now part of the indigenous soil community of alpine pasture grasslands. In deeper soil layer below the root zone (5-25 cm), the abundance of E. Coli is directly correlated to soil hydrodynamic as does the population genetic structure. In water, E. Coli populations are closely related to those from cow pats and from well-drained soils, connected to aquifers. Also, molecular markers have been elaborated to purchase E. Coli physiological state. These results are discussed in terms of the indicator value of E. Coli and of its behaviour in soils of pasture grasslands

Les rejets urbains par temps de pluie constituent un problème majeur pour les gestionnaires de l'eau en région parisienne. Une meilleure caractérisation des matières organiques rejetées par temps de pluie permet de mieux évaluer la désoxygénation du milieu récepteur, la Seine. Un bassin versant expérimental a été choisi en proche banlieue parisienne pour étudier les eaux usées par temps de pluie. Les résultats montrent que les flux sont une fonction du cycle journalier des eaux usées et de l'intensité des pluies. En journée par temps sec, les teneurs en polluants et les débits sont plus élevés que pendant la nuit. Les flux des polluants déversés pendant la journée sont ainsi supérieurs aux flux rejetés la nuit à pluie égale. Dans les réseaux de petite taille et de faibles pentes, un dépôt de temps sec peut être remis en suspension par des pluies intenses et augmenter temporairement la charge polluante. Les matières organiques du réseau en temps sec sont mieux et plus rapidement dégradables qu'en temps de pluie. La biodégradabilité des matières en suspension dans le réseau diminue avec l'intensité des pluies en raison d'un apport de carbone faiblement dégradable par les eaux de ruissellement et les dépôts en réseau. L'effet toxique des rejets urbains de temps de pluie sur le milieu récepteur a été étudié au laboratoire sur une population mixte du phytoplancton de la Seine. Nos études montrent que les rejets peuvent diminuer la production primaire de la Seine de l'ordre de 60% après une dilution au cinquième, cette inhibition est principalement due aux micropolluants organiques et partiellement aux métaux lourds, dont le zinc. Les effets varient fortement avec la composition des rejets, la toxicité des métaux en particulier dépendant de leur état de complexation. Le comportement de la matière organique et des bactéries hétérotrophes rejetées par temps de pluie dans le milieu récepteur a été étudié en Seine après d'importants rejets du principal déversoir de la région parisienne. Lorsque la dilution du rejet est inférieure à 10%, les effets sur le milieu sont peu sensibles. Les masses d'eau usée ont pu être suivies in situ à l'aide de la conductivité et des concentrations d'oxygène. Une relation entre la quantité de carbone organique dissous biodégradable rejetée et le déficit d'02 a pu être établie. La matière organique fixée aux matières en suspension sédimente très rapidement et ne participe pas directement à la désoxygénation. La désoxygénation in situ est principalement due aux bactéries allochtones, apportées par le rejet, de taille supérieure à 1µm. Leur croissance est plus élevée que celle des bactéries fluviales, mais leur vitesse de disparition l'est aussi. Les polluants toxiques du rejet sont susceptibles de diminuer la production du phytoplancton et d'aggraver ainsi les déficits de près d'un milligramme d'oxygène voire plus en période de forte production. Ces données permettent des simulations détaillées de l'évolution de l'oxygène dissous en Seine suite aux principaux rejets de l'agglomération parisienne.

Les contaminations en nitrates observées depuis les années 1950 dans les hydrosystèmes constituent un enjeu environnemental important. Pour respecter les normes de qualité fixées (Directive Cadre sur l'Eau), une bonne connaissance de leur dynamique est donc nécessaire et passe par un travail de modélisation. Nous nous focalisons ici sur la modélisation des transferts à travers la zone non saturée située entre le sol et la nappe. Ce milieu peut en effet générer des délais importants entre une contamination en surface et un impact sur la qualité des ressources en eau souterraines. Nous avons donc en premier lieu étudié précisément ces transferts via des tests effectués avec un modèle numérique à bases physiques. Nous avons également évalué avec ces tests l'impact du battement de nappe sur ces transferts. Dans le modèle intégré des hydrosystèmes Eau-dyssée, l'approche utilisée pour simuler ces transferts est volontairement simplifiée pour limiter les temps de calcul et le nombre de paramètres requis. Nous proposons alors une évaluation et une amélioration de cette approche. Nous obtenons ainsi une dynamique de transfert des solutés se comparant mieux à ce qui est observé sur le terrain. Une application du modèle à l'échelle régionale, sur le bassin de la Seine, a permis également de mettre en exergue les problèmes posés par l'initialisation des teneurs en nitrates dans le milieu souterrain avant les débuts de l'agriculture intensive. Nous proposons donc une méthode permettant de restituer l'évolution de la médiane des teneurs souterraines en nitrates dans les trois principaux aquifères de ce bassin (Oligocène, Eocène, Craie).