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CMOS image sensors are microelectronic devices that present important issues concerning the passivation of their interfaces and the presence of metallic contamination. These two aspects are sources of defectivity that can significantly impact their operation. It is therefore important to check them regularly during the manufacturing process to detect their degradation. Photoluminescence is a characterization technique, recently introduced into the microelectronics industry as a qualitative measurement system, allowing to image the fluctuations of the lifetime and the diffusion length of the charge carriers in silicon. The PhD experiments consisted firstly in verifying the sensitivity of this technique to the presence of metallic contamination and to the passivation of the interfaces. Finally, applications more oriented towards industry have shown a certain potential which could, in the future, allow this characterization technique to evolve towards a control of manufactured devices in the production line., Les capteurs d’image CMOS sont des dispositifs microélectroniques qui présentent des enjeux importants concernant la passivation de leurs interfaces et la présence de contaminations métalliques. Ces deux aspects sont des sources de défectivité qui peuvent significativement impacter leur fonctionnement. Il est alors important de les contrôler régulièrement au cours du processus de fabrication afin de détecter leur dégradation. La photoluminescence est une technique de caractérisation, introduite récemment dans l’industrie microélectronique en tant que système de mesure qualitatif, permettant d’imager les fluctuations de la durée de vie et de la longueur de diffusion des porteurs de charges dans le silicium. Les travaux de thèse ont consisté dans un premier temps à vérifier la sensibilité de cette technique à la présence de contamination métallique et à la passivation des interfaces. Enfin, des applications davantage orientées vers l’industrie ont montré un potentiel certain qui pourra, dans le futur, permettre à cette technique de caractérisation, d’évoluer vers un contrôle des dispositifs en ligne de production.

Bioturbation is a typical example of ecosystem engineering. Bioturbating species are mainly epi- or endobenthic organisms, which profoundly affect the physical structure and biogeochemical properties of sediments. In marine soft-bottom environments, thalassinidean mud shrimp are considered as one of the most prominent bioturbating organisms. Among these species is the mud shrimp Upogebia cf. pusilla, which is recognized as an important sediment reworker, also significantly contributing to the bioirrigation of sediments. In fine, this species greatly modulates organic matter mineralization and biogeochemical fluxes at the sediment-water interface. The influence of U. cf. pusilla in ecosystem functioning depends on the intensity of its bioturbation and thus on its fitness. Several factors can affect the physiological status of organisms, potentially resulting in behavioural changes and causing modifications of their activities. Amongst potential stressors, we evaluated the influence of parasitism and trace metal contamination on the mud shrimp U. cf. pusilla in Arcachon Bay, France. Field surveys and laboratory experiments were undertaken in order to evaluate (1) the parasite infestation levels in the mud shrimp at the local scale, (2) the metal contamination background and potential relationship between the metal accumulation and the parasitic status of organisms in the field and (3) estimate the distinct and interactive impacts of parasitism and metal contamination on two scales of organisation, by targeting a molecular (gene expression) and a behavioural (sediment reworking) endpoint.A large spatial and temporal survey conducted in Arcachon Bay showed that at least two parasites species occur in mud shrimp: a bopyrid isopod (Gyge branchialis), living in one of the gill chambers of its host, and a trematode parasite (Maritrema sp.), infecting the whole body of mud shrimp. These two parasite species are negatively associated within their host, in which the bopyrid likely interferes with trematodes establishment. Additionally, a one year seasonal sampling demonstrated that mud shrimp displayed very low levels of metals in Arcachon Bay. The bopyrid parasite could interfere with the process of metal accumulation in mud shrimp, while such correlation was not found for the trematode parasite. Finally, complementary laboratory experiments highlighted that, at the molecular level, the bopyrid parasite did not affect the expression of the genes targeted in this study in mud shrimp. Similarly, at the behavioural level, and conversely to a previous study, the effects of the bopyrid parasite were minor, i.e. only associated to small modifications of the bioturbation activity of its host. Indeed, the intensity of the sediment reworking of mud shrimp was slightly reduced when organisms were infested with this parasite. Regarding trace metal contamination, we noticed that mud shrimp largely accumulated cadmium. This accumulation was associated to an important modulation of gene expression, especially of genes encoding proteins involved in detoxification processes, highlighting, at this organisation level, the capability of mud shrimp to deal with the deleterious effect of cadmium. At the behavioural scale, cadmium contamination positively affected the sediment reworking activity of mud shrimp. Finally, double-stress experiments evidenced an antagonistic effect of both stressors on the two targeted endpoints. This study highlights the complexity of the interactions between multiple stressors and that the response of organisms cannot be predicted from “single-stress” experiments. [...], Les processus de bioturbation constituent un exemple classique d’ingénierie de l’écosystème. Ils sont le fait d’espèces bioturbatrices qui contribuent à la structuration physique et biogéochimique des environnements sédimentaires. Dans les environnements marins meubles, les thalassinidés comptent parmi les bioturbateurs les plus influents. Ainsi, la crevette de vase Upogebia cf. pusilla est à l’origine d’un important remaniement sédimentaire et d’une large bioirrigation des sédiments dans le bassin d’Arcachon. Ces activités de bioturbation modulent les processus de minéralisation de la matière organique et les flux biogéochimiques à l’interface eau-sédiment. L’intensité de la bioturbation de U. cf. pusilla dépend de son état physiologique, celui-ci pouvant être altéré par divers facteurs de stress. Une approche couplant études de terrain et expérimentations en laboratoire a permis d’évaluer l’influence du parasitisme et de la contamination métallique sur les activités de U. cf. pusilla. Ce travail avait pour objectifs de (1) caractériser la pression parasitaire chez U. cf. pusilla à l’échelle locale, (2) déterminer les niveaux de base des éléments métalliques chez cet organisme dans le bassin d’Arcachon et d’évaluer le potentiel rôle des parasites dans les processus d’accumulation des métaux et (3) estimer l’impact du parasitisme et de la contamination métallique, seuls et en interaction, sur U. cf. pusilla et ce à deux échelles d’organisation, moléculaire et comportementale. In situ, un suivi spatial et un suivi temporel ont permis de caractériser la dynamique spatio-temporelle de deux parasites chez U. cf. pusilla¸ un bopyre infestant la cavité branchiale (Gyge branchialis), et un trématode (Maritrema sp.), infectant l’ensemble des organes de l’animal. Au sein de leur hôte, ces deux parasites sont négativement associés, le bopyre limitant probablement les processus d’infection par le trématode. Par ailleurs, un suivi saisonnier d’un an a permis de noter de faibles concentrations en métaux chez U. cf. pusilla, dans le bassin d’Arcachon. Ces concentrations ont été mises en parallèle avec le statut parasitaire des spécimens échantillonnés. Aucune corrélation n’a été notée entre la présence des trématodes et les quantités de métaux accumulées. A l’inverse, les observations de terrain ont permis d’envisager que le parasite bopyre puisse interférer avec les processus d’accumulation des métaux chez cet organisme. Cette dernière hypothèse a été testée en laboratoire au cours d’expérimentations visant à évaluer l’influence d’une contamination métallique (en utilisant le cadmium comme contaminant modèle) et du parasite bopyre, seuls et en interaction, sur U. cf. pusilla. A l’échelle moléculaire, le bopyre n’a été associé à aucune modification de l’expression d’une dizaine de gènes cibles. Par ailleurs, à l’échelle comportementale, ce parasite réduit peu le remaniement sédimentaire de son hôte, à l’inverse de ce qui avait été montré au cours d’une étude antérieure. En ce qui concerne l’influence du cadmium, ce métal module amplement l’expression de gènes codant notamment des protéines impliquées dans la réponse au stress oxydant et dans les mécanismes de détoxication. Ces observations suggèrent que U. cf. pusilla est capable de mettre en place des mécanismes de lutte contre le stress métallique. Au niveau comportemental, le cadmium semble stimuler le remaniement sédimentaire des organismes. Finalement, les expériences « doubles stress » ont montré un effet antagoniste du bopyre et du cadmium à la fois à l’échelle génique et à l’échelle comportementale. Ainsi, cette étude souligne la complexité des interactions entre facteurs de stress multiples et la nécessité d’effectuer de telles expérimentations. [...]

Noble metals (Au, Ag, Pt, Ir, Pd and Ru) are used for the fabrication of microelectronics devices or can be brought by manufacturing tools (alloy components for example). It is well known that these impurities are detrimental to the efficiency of the devices. This implies a real and present need for control of their introduction in clean rooms to diagnose as soon as possible a contamination. Yet, there are no industrial technique for their follow-up at levels about 5.109 at.cm-2 - ITRS recommendations. The relevance of these recommendations according to the electronic device (SPAD in particular) could be questioned. At first, this study consisted in developing a physicochemical technique for the analysis of noble metals on Si wafers by VPD-DC-ICPMS. Then, their dangerousness towards tools and devices was established according to their behavior in temperature and the DCR generated on SPAD devices.; Les métaux nobles (Au, Ag, Pt, Ir, Pd et Ru) sont utilisés en salle blanche pour la réalisation de dispositifs électroniques ou peuvent être apportés par les équipements de fabrication (composants d’alliage par exemple). Il a été montré qu’ils pouvaient impacter fortement les dispositifs. Il est alors nécessaire de procéder au contrôle des équipements pour diagnostiquer au plus tôt une contamination. Or, il n’existe pas de technique industrielle pour leur suivi et ce à des niveaux d’au moins 5.109 at.cm-2 - recommandation ITRS. Il se pose la question de la pertinence de ces recommandations en fonction des types de dispositifs (SPAD notamment). Dans un premier temps, les travaux ont consisté à développer une technique physico-chimique pour l’analyse des métaux nobles sur silicium par VPD-DC-ICPMS. Enfin, leur dangerosité vis-à-vis des équipements et des dispositifs a été évaluée d’après leur comportement en température et le DCR généré sur SPAD.

Noble metals (Au, Ag, Pt, Ir, Pd and Ru) are used for the fabrication of microelectronics devices or can be brought by manufacturing tools (alloy components for example). It is well known that these impurities are detrimental to the efficiency of the devices. This implies a real and present need for control of their introduction in clean rooms to diagnose as soon as possible a contamination. Yet, there are no industrial technique for their follow-up at levels about 5.109 at.cm-2 - ITRS recommendations. The relevance of these recommendations according to the electronic device (SPAD in particular) could be questioned. At first, this study consisted in developing a physicochemical technique for the analysis of noble metals on Si wafers by VPD-DC-ICPMS. Then, their dangerousness towards tools and devices was established according to their behavior in temperature and the DCR generated on SPAD devices.; Les métaux nobles (Au, Ag, Pt, Ir, Pd et Ru) sont utilisés en salle blanche pour la réalisation de dispositifs électroniques ou peuvent être apportés par les équipements de fabrication (composants d’alliage par exemple). Il a été montré qu’ils pouvaient impacter fortement les dispositifs. Il est alors nécessaire de procéder au contrôle des équipements pour diagnostiquer au plus tôt une contamination. Or, il n’existe pas de technique industrielle pour leur suivi et ce à des niveaux d’au moins 5.109 at.cm-2 - recommandation ITRS. Il se pose la question de la pertinence de ces recommandations en fonction des types de dispositifs (SPAD notamment). Dans un premier temps, les travaux ont consisté à développer une technique physico-chimique pour l’analyse des métaux nobles sur silicium par VPD-DC-ICPMS. Enfin, leur dangerosité vis-à-vis des équipements et des dispositifs a été évaluée d’après leur comportement en température et le DCR généré sur SPAD.

This thesis is part of one of the focus of research at “MCEMA Laboratory” that concerns the physicochemical study of river water and the evaluation of the possible influence of human activities on the water quality of the Litani River. This work is divided into three principal parts. In the first one, we studied the physicochemical parameters (T, pH, EC, TSS, TDS, ions, etc.) of the water. The second part focuses on the sediment analysis. We studied the sediments of Litani River, their nature, size, composition, physicochemical properties (charge and specific surface area) with the metallic contamination. The third par is devoted the adsorption study of certain pollutants present in water on activated coal in order to anticipate on a future study on the treatment of the water river. The obtained results fall within a broader project on the study of developed methods on the treatment of wastewater, Cette thèse s’inscrit dans l’une des thématiques du «Laboratoire MCEMA», ayant pour projet l’étude physico-chimique des eaux de rivière et l’évaluation de l’influence des activités humaines sur la qualité de l’eau de la rivière LITANI. Ce travail est divisé en trois grandes parties. La 1ère partie a consisté d’étudier les paramètres physico-chimiques (T°, pH, EC, TSS, TDS, ion, etc.) au niveau de l’eau. La 2ème partie s’est concentrée autour de l’analyse des sédiments. Nous avons étudié les sédiments de la rivière de Litani, leurs natures, leurs granulométries, leurs propriétés physico-chimiques (charge et surface spécifique), leurs compositions ainsi que leurs contaminations métalliques. Alors que la troisième a été consacrée à l’étude de l’adsorption de certains polluants présents dans l'eau sur du charbon actif afin d’anticiper sur une étude d’avenir servant à traiter les eaux de cette rivière. Les résultats obtenus entrent dans un projet plus général visant l’étude de méthodes développées pour le traitement des eaux

This thesis is part of one of the focus of research at “MCEMA Laboratory” that concerns the physicochemical study of river water and the evaluation of the possible influence of human activities on the water quality of the Litani River. This work is divided into three principal parts. In the first one, we studied the physicochemical parameters (T, pH, EC, TSS, TDS, ions, etc.) of the water. The second part focuses on the sediment analysis. We studied the sediments of Litani River, their nature, size, composition, physicochemical properties (charge and specific surface area) with the metallic contamination. The third par is devoted the adsorption study of certain pollutants present in water on activated coal in order to anticipate on a future study on the treatment of the water river. The obtained results fall within a broader project on the study of developed methods on the treatment of wastewater; Cette thèse s’inscrit dans l’une des thématiques du «Laboratoire MCEMA», ayant pour projet l’étude physico-chimique des eaux de rivière et l’évaluation de l’influence des activités humaines sur la qualité de l’eau de la rivière LITANI. Ce travail est divisé en trois grandes parties. La 1ère partie a consisté d’étudier les paramètres physico-chimiques (T°, pH, EC, TSS, TDS, ion, etc.) au niveau de l’eau. La 2ème partie s’est concentrée autour de l’analyse des sédiments. Nous avons étudié les sédiments de la rivière de Litani, leurs natures, leurs granulométries, leurs propriétés physico-chimiques (charge et surface spécifique), leurs compositions ainsi que leurs contaminations métalliques. Alors que la troisième a été consacrée à l’étude de l’adsorption de certains polluants présents dans l'eau sur du charbon actif afin d’anticiper sur une étude d’avenir servant à traiter les eaux de cette rivière. Les résultats obtenus entrent dans un projet plus général visant l’étude de méthodes développées pour le traitement des eaux

International audience; Large zinc and lead concentrations occur in strongly weathered soils of Cambisol–Ferralsol toposequences in the Paracatu-Vazante area (Central Plateau, Brazil). Weathering of the mineralized dolomite parent material of the Cambisols is hypothesized to be the geogenic source of zinc (Zn) and lead (Pb), with dissemination downslope into the Ferralsols. This leads to different metal distribution patterns in the two soils. We studied Zn and Pb distributions in selected A and B horizons of two typical profiles to examine this hypothesis and assess the contribution of sesquioxides to the retention of these metals. Physical separation into 200–2000, 50–200, 20–50 and < 20-µm size fractions in water without chemical dispersants was carried out before (F1) and after (F2) ultrasonification. The fractions were analysed for total and extractable Zn and Pb concentrations and studied by X-ray diffraction and optical microscopy. Microscale Zn and Pb distribution maps were obtained by using micro-X-ray fluorescence on thin sections. For the Cambisol, the composition, morphology and large Zn and Pb concentrations of coarse-sized F2 fractions were consistent with a geogenic metal origin. In both soils, < 20-µm fractions contained the largest amounts of Zn and Pb. In the Cambisol, this < 20-µm fraction included poorly crystalline Mn-rich material, encouraging strong Pb sorption. The Ferralsol < 20-µm fractions contained more Al- and Fe-oxide-rich microaggregates, which also enhanced strong metal retention. Large sesquioxide contents in these and similar tropical soils reduce metal mobilities. This limits the risk of toxicity when such soils, with metal contents exceeding guidelines, are used for agriculture.

Organisms responses to various environmental disturbances are commonly used as biomarkers in the assessment of environmental quality. However, these responses are modulated by many factors and provide different information depending on their precocity, their relevance, specificity and complexity. In this context, we chose to study a set of behavioural responses in various species of freshwater crustaceans of ecotoxicological interest. To achieve this goal, we investigated the effects of biotic (i.e. predation risk) and/or abiotic stress (i.e. metal contamination) on behaviours of high ecological relevance, including some confounding factors (i.e. gender and individual length). In laboratory experiments, we studied the effects of: (i) a sediment contamination on the substrate avoidance in the decapod Astacus Astacus, the isopod Asellus Aquaticus and the amphipods gammarus pulex, gammarus roeseli and dikerogammarus villosus, (ii) a high predation risk on antipredator strategies in G. Pulex, G. Roeseli and D. Villosus, (iii) a high predation risk and a contamination of water by cadmium on antipredator strategies, cell damages and energy reserves in G. Roeseli and D. Villosus, and (iv) a contamination of water by cadmium on the precopulatory behaviour in D. Villosus. We have highlighted a strong interspecies variability and small differences depending on gender. The impact of cadmium was significant on the tested responses. Overall, this study emphasizes the importance of behaviours, which can be considered as early warning signals and as relevant tools with high ecological relevance, in the assessment of stress effects and environmental quality; Les réponses des organismes exposés à des perturbations environnementales sont couramment utilisées comme biomarqueurs pour l'évaluation de la qualité des milieux. Ces réponses sont modulées par de nombreux facteurs et apportent des informations différentes selon leur précocité, leur pertinence, leur spécificité ou leur complexité. Dans ce contexte, nous avons étudié une batterie de réponses comportementales de diverses espèces de crustacés d'eau douce d'intérêt écotoxicologique. Nous nous sommes intéressés aux effets d'un stress biotique (i.e. risque de prédation) et/ou d'un stress abiotique (i.e. contamination métallique) sur des comportements à haute pertinence écologique, avec la prise en compte de certains facteurs confondants (i.e. le sexe et la taille des individus). En laboratoire, nous avons étudié les effets : (i) d'une contamination des sédiments sur l'évitement au substrat du décapode A. Astacus, de l'isopode A. Aquaticus et des amphipodes G. Pulex, G.roeseli et D. Villosus, (ii) d'un risque de prédation sur les stratégies d'anti-prédation de G. Pulex, G. Roeseli et D. Villosus, (iii) d'un risque de prédation et d'une contamination de l'eau au cadmium sur les stratégies d'anti-prédation, les dommages cellulaires et les réserves énergétiques de g. Roeseli et d. Villosus, et (iv) d'une contamination de l'eau au cadmium sur l'appariement sexuel de d. Villosus. Nous avons mis en évidence des variabilités inter-espèces fortes, peu de différences inter-sexes et un impact significatif du cadmium sur les réponses testées. Cette étude montre la précocité et la cohérence des comportements et souligne leur importance

Comme beaucoup de cours d’eau proches des régions urbanisées au Brésil, la rivière du Passauna et son réservoir d’eau alimentant la ville de Curitiba souffrent d’un problème de pollution organique sous l’effet d’une pression anthropique croissante. Par ailleurs, une étude récente a détecté un phénomène surprenant d’enrichissement des sédiments par du plomb (>100 ppm) et du chrome (>200 ppm), malgré les mesures prises pour protéger ce bassin contre la pollution industrielle. Le présent travail a cherché à vérifier la réalité de cette pollution métallique et à comprendre la nature des sources polluantes. Des mesures d’éléments traces métalliques (ETM) ont été effectuées dans l’eau et les sédiments au moyen de techniques propres, complétées par des analyses granulométriques et de carbone organique total (COT) dans les sédiments. L’interprétation des résultats s’est appuyée sur le calcul d’indices de contamination (Facteur d’enrichissement et Index de géo-accumulation) et d’outils d’analyse statistique (corrélation, ACP) pour identifier l’origine des métaux traces ayant enrichi les sédiments. Ce travail a montré qu’une ancienne décharge municipale, située en bordure de la rivière, avait un impact modéré et localisé sur les sédiments pour Cu, Pb et Zn. Sur le reste de la zone d’étude, aucun autre impact par le Pb n’a été constaté, mais les résultats obtenus indiquent l’existence d’une source géogénique diffuse enrichissant les sédiments superficiels avec du Cr dans la partie inférieure de la rivière et l’entrée du réservoir., Like many watercourses close to urbanized areas in Brazil, the Passauna River and its reservoir supplying the city of Curitiba suffers from organic pollution due to growing anthropogenic pressure. However, a recent study has detected a surprising enrichment of the sediments by Pb (> 100 ppm) and Cr (> 200 ppm), despite this basin’s protection against industrial pollution. The objective of this study was to assess the reality of this pollution and to understand the nature of the polluting sources. Measurements of trace metals were performed in water and sediments sampled in this basin, using trace-metal clean techniques and supplemented by grain-size and total organic carbon (TOC) analysis for sediments samples. The interpretation of the results has been supported by the calculation of contamination indexes (Enrichment Factor, Geo-accumulation Index) and the use of statistical analysis tools (correlation, PCA). This work showed that a former municipal landfill, located along the bank of the river, had a light and localized impact on the sediments with Cu, Pb and Zn. No impact with Pb has been recorded in the rest of the study area, but a geogenic source explaining the enrichment of superficial sediments with Cr has been detected in the lower part of the river and entrance of the reservoir.

Une séquence sédimentaire de huit mètres, couvrant les derniers 2 000 ans a été prélevée dans le lac d’Anterne (Haute-Savoie, France) par 13 m de fond. Après datation par le radiocarbone une série d’analyses des concentrations en plomb a été réalisée suivant une résolution d’environ 40 ans. Cette série met en évidence une pollution importante par ce métal au cours du iie siècle de notre ère. Si les traces archéologiques d’exploitation minière antique demeurent à ce jour introuvables dans la région, l’intensité même de la pollution ne laisse guère de doute sur une origine proximale. Nos données remettent en cause une nouvelle fois l’idée d’une origine distante de la contamination généralisée de l’Europe à la période antique, en provenance notamment de la mine espagnole de Rio Tinto. Elles ouvrent tout un champ de recherche à la croisée des géosciences et des sciences archéologique, voire historiques, pour tenter d’identifier les centres locaux de production et/ou de traitement de minerai de plomb argentifère dans les Alpes et les autres districts miniers européens. A 8m-long sediment core, covering the last 2000 years was taken in Lake Anterne (Haute-Savoie, France) under 13 m water depth and radiocarbon dated. A 40 years average resolution series of lead concentration was subsequently acquired. This series shows a prominent lead contamination dates 2nd century AD. Whereas archaological evidences of mining exploitation remain unfoundable in the region, the intensity of the contaminaiton peak argues for a local origin of it. Our data one more time lead to relativise the theory according to which antique lead contamination uniquely originate form the exploitation of the Spanish Rio Tinto mine. Such a study open a wide research field, crossing geo- and archaeological sciences, attempting to identify local centers of production and transformaiton of lead-silver ore in the Alps and other mining districts.

National audience; The actual risk of metals doesn't depend on their total concentrations, but rather on their bioavailability and own toxicity, it is important to get suitable tools for evaluating bioavailability and ecological effects of metals in situ. In this context, characterization of bioindicators of soil quality is a challenging issue. In this work, we hypothesized that plants colonizing metal-contaminated soils could be an efficient tool to assess both the bioavailability of metals, and their effect on local ecosystem. To check this hypothesis, we studied spontaneous vegetation colonizing three metallurgical landfills characterised by different total and extractible heavy metals fractions (Table 1), both in terms of metal accumulation in leaves and of phytosociological associations. Results (Tables 2 and 3) showed that for two out of the three studied sites, leaf metals in native plants were closely comparable to normal concentrations found in plants growing in uncontaminated soil, while for the third site average levels in Cr, Cu, Ni, Pb and Zn were significantly higher. Thus, measurements of leaf metals clearly discriminated the studied sites, with respect to actual metal phytoavailability. Botanical survey of the three study sites showed that the vegetation was quite normal, with common species, their associations were unusual and, among the four major plant groups we identified, three of them had never been described. This suggested that metallurgical soils had an effect on the structure of plant communities independently from metal bioavailability. These overall results show that beside soil analyses, plants can provide additional indications regarding both the effects and potential mobility of pollutants.; Il est aujourd'hui important de disposer d'outils efficaces pour évaluer la biodisponibilité et les effets écologiques des éléments métalliques des sols pollués. Dans ce contexte, la caractérisation de bioindicateurs de la qualité des sols représente un enjeu important. Pour répondre à cet objectif, nous proposons d'étudier l'accumulation foliaire et les associations végétales de la flore spontanée. Trois sites contaminés ont été étudiés. Sur deux d'entre eux, les concentrations métalliques (Cr, Cu, Ni, Pb et Zn) mesurées dans les plantes sont comparables à celles de la végétation se développant en milieu naturel non contaminé. Pour le troisième, ces concentrations sont significativement supérieures. De plus, ces analyses ont permis de différencier clairement les sites au regard de la phytodisponibilité des métaux. L'étude botanique des sites contaminés indique que si la végétation paraît normale, avec beaucoup d'espèces communes, les quatre associations végétales identifiées sont néanmoins particulières, voire inédites pour trois d'entre elles. Cette observation suggère que le substrat, indépendamment de la mobilité des métaux, a un effet sur la structure des communautés végétales. L'ensemble de ces résultats montre que l'analyse classique de sol, peut être avantageusement complétée par des analyses de la végétation au regard de l'estimation de la biodisponibilité des éléments métalliques et de leurs effets.

The actual risk of metals doesn't depend on their total concentrations, but rather on their bioavailability and own toxicity, it is important to get suitable tools for evaluating bioavailability and ecological effects of metals in situ. In this context, characterization of bioindicators of soil quality is a challenging issue. In this work, we hypothesized that plants colonizing metal-contaminated soils could be an efficient tool to assess both the bioavailability of metals, and their effect on local ecosystem. To check this hypothesis, we studied spontaneous vegetation colonizing three metallurgical landfills characterised by different total and extractible heavy metals fractions (Table 1), both in terms of metal accumulation in leaves and of phytosociological associations. Results (Tables 2 and 3) showed that for two out of the three studied sites, leaf metals in native plants were closely comparable to normal concentrations found in plants growing in uncontaminated soil, while for the third site average levels in Cr, Cu, Ni, Pb and Zn were significantly higher. Thus, measurements of leaf metals clearly discriminated the studied sites, with respect to actual metal phytoavailability. Botanical survey of the three study sites showed that the vegetation was quite normal, with common species, their associations were unusual and, among the four major plant groups we identified, three of them had never been described. This suggested that metallurgical soils had an effect on the structure of plant communities independently from metal bioavailability. These overall results show that beside soil analyses, plants can provide additional indications regarding both the effects and potential mobility of pollutants., Il est aujourd'hui important de disposer d'outils efficaces pour évaluer la biodisponibilité et les effets écologiques des éléments métalliques des sols pollués. Dans ce contexte, la caractérisation de bioindicateurs de la qualité des sols représente un enjeu important. Pour répondre à cet objectif, nous proposons d'étudier l'accumulation foliaire et les associations végétales de la flore spontanée. Trois sites contaminés ont été étudiés. Sur deux d'entre eux, les concentrations métalliques (Cr, Cu, Ni, Pb et Zn) mesurées dans les plantes sont comparables à celles de la végétation se développant en milieu naturel non contaminé. Pour le troisième, ces concentrations sont significativement supérieures. De plus, ces analyses ont permis de différencier clairement les sites au regard de la phytodisponibilité des métaux. L'étude botanique des sites contaminés indique que si la végétation paraît normale, avec beaucoup d'espèces communes, les quatre associations végétales identifiées sont néanmoins particulières, voire inédites pour trois d'entre elles. Cette observation suggère que le substrat, indépendamment de la mobilité des métaux, a un effet sur la structure des communautés végétales. L'ensemble de ces résultats montre que l'analyse classique de sol, peut être avantageusement complétée par des analyses de la végétation au regard de l'estimation de la biodisponibilité des éléments métalliques et de leurs effets.

L'analyse approfondie de l'imprégnation chimique de sites-atelier et des impacts de cette multi-contamination sur les écosystèmes aquatiques soumis à une pression urbaine est un objectif fort de la phase 5 du PIREN-Seine. Cette analyse suppose l'application in situ de différentes méthodes de mesure (chimiques et biologiques), à coordonner entre les équipes de recherche du PIREN-Seine impliquées. En 2007, nous avons cherché à valider la faisabilité d'une étude approfondie sur un des sites atelier, un petit bassin très urbanisé, le bassin versant de l'Orge. Il s'agissait donc de déployer, de façon concertée, des échantillonneurs intégratifs qui permettent une estimation moyenne de la contamination dissoute biodisponible (Tusseau-Vuillemin et al. 2004), de transplanter des dreissènes encagées, et de suivre durant cette campagne sur une durée de un mois, la contamination du milieu par des prélèvements ponctuels réguliers. Les objectifs de cette campagne étaient plus particulièrement de valider les méthodologies d'étude d'un site par échantillonnage intégratif et prélèvements ponctuels de vérifier la résistance des dreissènes à la transplantation sur l'Orge de fournir un aperçu de la contamination métallique des eaux de l'Orge et de ses affluents, et des différentes réponses biologiques (biomarqueurs et bioaccumulation) sur la dreissène.

The Holocene is the youngest Geologic period. It is an interglacial one, beginning 11500 years ago. The interest in studying this period is strengthened in the context of present-day human-triggered global warming. This period is also the one during which organised human societies have emerged and deeply modified the natural environment through agriculture and industrial activities. This thesis present a sedimentological and geochemical study of lake sediment cores (up to 13m-long) taken in two alpine lakes: Le Bourget and Anterne. Two distinct topics have been developed: the record of Rhône river floods in Lake Le Bourget and the record of human-induced lead contamination in both lakes. The particular setting of Lake Le Bourget, alternatively tributary and emissary of Rhône river makes it highly sensible to major outburst floods. The silicate sedimentary load of the Rhône presents a particular magnetic and geochemical fingerprint allowing to distinguish it from the carbonaceous autochthonous background sedimentation. In core LDB 01-I, covering the last 7200 years, the autochthonous vs. river-borne ratio in sediment has thus been measured using major elements and and magnetic properties following a sampling-step a les than 150 and 8 years, respectively. During the last 3000 years, the phases of enhanced detritism hence evidenced are in agreement with previous knowledge about the Upper Rhône hydrological activity (Bravard et al., 1992 ; Bravard, 1996). Before 2700 cal. BP, detrital fluxes are particularly weak and the detrital signal is made more complex to the influence of numerous levels of sand reworked from the surrounding sandy shores. Those episodes may be related to phases of higher lake-levels elsewhere identified (Magny, 2004). Finally, the detrital signal allows to evidence a long-term trend toward increasing frequency and/or intensity of floods. This trend should reflect the long-term Holocene trend enhanced moisture-carrying westerlies in response to increasing low-latitude insolation (Rimbu et al., 2003). The role the humankind and its increasing pressure onto soil stability is still difficult to assess. Nevertheless, mineralogical evidences should indicate an increasing part of freshly eroded material all along the Holocene rather than an increasing part of soil-derived material. Centennial- to millennial-scale oscillation are superimposed onto the long-term trend of the detrital signal and follows the changes in solar activity. This study hence confirms that the Holocene climate is paced by orbital parameters at a pluri-millenial scale and by solar activity at a pluri-centennial one (Bradley, 2003). Lake Antern is an high elevation lake located nearby the Mont Blanc Massif. The deep study a short core allowed to evidence a particular sedimentary behaviour made of annual laminas and thick instantaneous deposits interbedded within. Two different types of such deposits have been identified and associated to flood events and earthquakes, respectively (Arnaud et al., 2002). Lead-210 dating of these levels allowed to link the last one to historically-know earthquakes. Lead and thorium concentrations as well as lead isotopic compositon have been measured in short cores from both lakes. The acquisition of long cores from the same sites allowed to measure the “preanthropic” composition of the sediment and downstream to compute the concentration and isotopic composition of the contaminant lead. The signals hence obtained agree together whereas the lakes are distant and located in different settings. The comparison with a series from an ice-core taken on the Mont Blanc confirms the regional significance of these signals until the 80s'. Since that date, corresponding to a drop in the use of leaded-gasoline, two distinct source of lead are encountered at low and high elevations, suggesting different pathways of contamination. The long core taken in Lake Anterne allowed to obtain a 1800 years-long series of lead contamination. This series notably evidences a contamination peak during the Roman period, more intense than the one measured during the 1970s'. This peak is probably due to local mining activities., L'Holocène est la période géologique la plus récente. Il s'agit d'une période interglaciare qui a débuté il y a 11000 ans et dans laquelle nous vivons aujourd'hui. Lintérêt pour l'étude de sa varibilité climatique est exacerbé dans le contexte actuel de réchauffement global attribué à l'Homme. Mais cette période a également vu le développement des sociétés humaines organisées qui ont très tôt interagi avec leur milieu, en s'adaptant aux variations naturelles de l'environnnement, mais aussi en perturbant le système naturel par leurs activités agricoles et industrielles. Cette thèse présente une étude sédimentologique et géochimique de carottes sédimentaires longues (9 à 13m) prélevées dans deux lacs alpins : les lacs du Bourget (Savoie) et d'Anterne (Haute Savoie). Deux thématiques distinctes ont été développées : l'enreigstrement de la variabilité des débordements de crue du Rhône dans le Lac du Bourget et celui de la contamination anthropique par le plomb dans les deux lacs. La position particulière du Lac du Bourget, tour à tour affluent et tributaire du Rhône, lui confère une sensibilité particulière aux débordement de crues de ce dernier. La charge sédimentaire silicatée du Rhône présente une signature magnétique et géochimique qui tranche avec la sédimentation carbonatée autochtone du Lac du Bourget. Sur la carotte LDB 01- I, couvrant les 7200 dernières années, le rapport entre les phases détritique et autochtone a ainsi pu être tracé par l'étude des éléments majeurs et des propriétés magnétiques des minéraux avec des pas de temps respectivement inférieurs à 150 et 8 ans. Pour les 3000 dernières années, les phases de détritisme accru ainsi définies concordent avec les périodes d'activité accrue du Haut Rhône identifiée au sein de la plaine alluviale par l'étude géomorphologique de sites archéologiques bine datés (Bravard et al., 1992 ; Bravard, 1996). Avant 2700 cal. BP, les flux détritiques sont particulièrement faibles et le signal détritique est affecté par l'occurrence de sables issus du démantélement des plages surplombant le site de carottage. Ces épisodes peuvent être reliés à des périodes de hausse du niveau du lac concordantes avec celles identifiées par Magny (2004) dans le Jura. Finalement, le signal détritique permet de mettre en évidence une tendance à long terme vers l'augmentation de la fréquence et/ou de l'intensité des débordements du Rhône dans le Lac du Bourget. Cette tendance pourrait retranscrire la tendance à long terme du climat holocène vers une accentuation des vent d'ouest, porteurs d'humidité, aux moyenne latitudes de l'Europe de l'ouest en réponse à l'augmentation de l'insolation hivernale dans les zone tropicales de l'hémisphère nord (Rimbu et al., 2003). Le rôle de l'Homme et de son action déstabilisatrice des sols, qui présente également une tendance croissante sur l'ensemble de l'Holocène, demeure difficile à quantifier. Des indices minéralogiques semblent toutfois indiquer que l'augmentation des flux détritiques au court de l'Holocène final soit à relier avec des apports accrus de roches fraîchement érodées plutôt que de matériaux issus des sols. Surimposées à la tendance à long terme, des ocsillations de rythme pluriséculaire suivent les variations de l'activité solaire. Le signal détritique du Lac du Bourget confirme ainsi que la variabilité climatiqe holocène est influencée par les paramètres orbitaux de la Terre à l'échelle plurimillénaire et par les variations de l'activité solaire à l'échelle pluriséculaire (Bradley, 2003). Le Lac d'Anterne est un lac d'altitude situé à proximité du Massif du Mont Blanc. L'étude approfondie d'une carotte courte a permis de mettre en évidence un mode de sédimentation particulier constitué de l'alternance annuelle de lamines inframillimétriques dans lesquelles s'intercalent des niveaux de sédimentation instantannée. Ces dépôts instantannés sont de deux types : des niveaux de crue et des glissements de terrain déclenchés par des séismes (Arnaud et al., 2002). La datation de ces niveaux par le 210Pb et leur mise en relation avec des séismes historiques connus permis d'obtenir un modèle d'âge précis. Des mesures de concentrations en Pb et Th et de rapports isotopiques du plomb ont été réalisées sur cette carotte ainsi que sur la carotte courte B16 prélevée précédemment dans le Lac du Bourget. L'obtention de carottes longues sur les mêmes sites a permis de mesurer la composition « pré-anthropique » du sédiment et ainsi de calucler en chaque point de mesure la concentration et la composition isotopique du plomb contaminant. Les signaux ainsi obtenu sont relativement concordants dans les deux lacs pourtant situés déns des environnements différents. La comparaison avec une série de plomb issue d'une carotte de glace prélevée sur le Mont Blanc confirme le caractère etmaosphérique et régional de cette contamination jusque dans les années 1980. A partir de cette date, qui marque un net recul de l'utilisation d'essence plombée, deux sources se distinguent en haute et basse altitude suggérant des modes d'apports différents dans le site de vallée et dans les sites d'altitude. La carotte longue prélevée à Anterne a permis d'obtenir une série de concentration en plomb couvrant les derniers 1800 ans. Cette série met notamment en évidence un pic de contamination majeur durant la période romaine qui dépasse en intensité celui causé par le maximum d'utilisation d'essence plombée dans les années 1970. Ce pic de contamination est certainement lié à l'exploitation de filons de plomb argentifère à proximité du Lac d'Anterne.

Cette synthèse constitue le volume 4 (sur 4) du programme intégré « Dispersion et exposition humaine aux métaux en Nouvelle-Calédonie » composé de 3 programmes complémentaires étudiant les métaux et leur toxicité : DMML « Dispersion des métaux de la mine au lagon », Dynamine « Dynamique des métaux de la mine au lagon », Métexpo « Niveaux d’imprégnation et déterminants de l’exposition humaine aux métaux ».- Elle regroupe les synthèses de chacun des trois programmes et propose une conclusion commune ouvrant sur les perspectives en termes de recherche.

Ce rapport du programme DMML « Dispersion des métaux de la mine au lagon » constitue le volume 1 (sur 4) du programme intégré « Dispersion et exposition humaine aux métaux en Nouvelle-Calédonie » composé de 3 projets (DMML, Dynamine, Métexpo) étudiant les métaux et leur toxicité sur des sites pilotes similaires.- Le programme DMML a proposé de caractériser le potentiel de dispersion des éléments métalliques traces (ETM) Ni, Cr, Co et Mn au sein des compartiments abiotiques (atmosphère et pédosphère) et d’évaluer la contamination métallique dans le compartiment biotique de l’hydrosphère ainsi que de déterminer les mécanismes de transferts trophiques. - La caractérisation des flux d’ETM au sein de l’hydrosphère est réalisée dans le programme « Dynamine ».