Search

Following the Fukushima Dai-Ichi Nuclear Power Plant accident that occurred on March 11, 2011, radionuclides such as radioactive isotopes of cesium, uranium and plutonium were released into the environment. 20% of the radioactivity was deposited on Northeastern Japan catchments, especially under the form of microparticles produced within the reactor or during the explosions. During this thesis, the investigation of plutonium in the Ukedo catchment showed a signature associated with the global fallout, as along with a decrease over time in the plutonium content of sediment transported by this river. Only characterisation methods conducted at the particle scale can remove the dilution effect of global fallout and determine the sources of actinide emissions. Accordingly, methods of particle localisation by digital autoradiography (BeaQuant® and radioluminescent screens) and by fission tracks, of particle isolation by micromanipulation, of isotopic measurements by secondary ion mass spectrometry and, finally, of morpho-chemical characterization using synchrotron radiation were developed or optimized and applied to samples of sediment with high 137Cs activity levels. Results of these analyses contributed to determine more precisely the source of actinides deposited onto the studied coastal catchments and to better anticipate their environmental fate., Suite à l'accident de la centrale de Fukushima Dai-ichi survenu le 11 mars 2011, des radionucléides tels que les isotopes radioactifs du césium, de l'uranium et du plutonium ont été émis dans l'environnement. 20 % de la radioactivité s'est déposée sur les bassins versants du nord-est du Japon, notamment sous forme de microparticules formées à l'intérieur du réacteur ou lors des explosions. Au cours de cette thèse, l'étude du plutonium dans le bassin versant de l'Ukedo a montré une signature associée aux retombées globales, ainsi qu'une décroissance au fil du temps de la teneur en plutonium des sédiments transportés par cette rivière. Seules des méthodes de caractérisation à l'échelle particulaire permettent de s'affranchir de l'effet de dilution lié aux retombées globales et de déterminer les sources d'émission des actinides. Ainsi, des méthodes de localisation des particules par autoradiographie digitale (BeaQuant® et les écrans radio-luminescents) et par traces de fission, d'isolation des particules par micromanipulation, de mesure isotopique par spectrométrie de masse à ions secondaires et, enfin, de caractérisation morpho-chimique par rayonnement synchrotron ont été développées ou optimisées, et appliquées à des échantillons de sédiments très actifs en 137Cs. Les résultats de ces analyses permettent de tracer plus précisément la source des actinides déposés dans les bassins versant côtiers étudiés et de mieux anticiper leur devenir dans l'environnement.

Objective: Assess the performance and the d1agnosis relevance of cell volume isotopie measure, when polycythemia is suspected. Method: Single centre exhaustive recruitment of 156 patients who received, between January 2017 and December 2018, an isotopic measure of their cell volume by a marking of red blood cells with Chromium-51. Retrospective collection of haematologic data spanning at least two years post-test. Results : Out of the 156 patients analysed, 46 have a cell volume measure 125% superior to the theoretical norm (29,5%). Despite a poor agreement with the blood cell count data, it was not possible to highlight a situation in which the examination result could have been invalidated along monitoring. 13 patients out of 46 displaying absolute polycythemia had been filed later on as it being likely a secondary origin. The polycythemia vera origin had been retained for 4 patients out of the 46 ones, for whom 3 presented a mutation JAK2. ln case of wrong polycythemia, no significant difference had been highlighted between the haemoglobin values collected before the examination and those collected at least three months afterwards. Conclusion: The isotopic measure of cell volume is frequently made as a second-line auscultation. lt allows within this high-risk population for a plasma compartment tightening to materialise in an efficient manner an absolute polycythemia. lts result will enable to guide the patient care. Therefore this examination enables a correct diagnosis in most of uncertain cases, with good reliability.; Objectif : Évaluer les performances et la pertinence diagnostiques de la mesure isotopique du volume globulaire, en cas de suspicion de polyglobulie. Méthode : Recrutement exhaustif unicentrique de 156 patients ayant réalisé, entre janvier 2017 et décembre 2018, une mesure isotopique du volume globulaire par marquage des hématies au Chrome-51. Recueil rétrospectif des données hématologiques sur au moins 2 années post-test. Résultats : Sur les 156 patients analysés, 46 ont une mesure du volume globulaire supérieure à 125% de la moyenne théorique (29.5%). Malgré une faible concordance avec les données de l'hémogramme, nous n'avons pas pu mettre en évidence de cas où le résultat de l'examen ait pu être mis en défaut au cours du suivi. 13 des 46 patients présentant une vraie polyglobulie ont été classés par la suite comme étant d'origine secondaire probable. L'origine myéloproliférative primitive a été retenue chez 4 patients sur les 46, dont 3 présentaient une mutation JAK2. En cas de fausse polyglobulie, il n'a pas été mis en évidence de différence significative entre les valeurs d'hémoglobine réalisées avant l'examen et celles faites au moins 3 mois après. Conclusions : La mesure isotopique du volume globulaire est un examen le plus souvent réalisé en seconde intention. Il permet dans cette population à fort risque de contraction du compartiment plasmatique d'objectiver de manière performante une véritable polyglobulie. Son résultat permettra d'orienter la prise en charge du patient. Il permet donc un diagnostic correct dans la plupart des cas de doute, avec une bonne fiabilité.

The development of a method using UPLC-MS/MS and stable isotope dilution assay allowed us to identify for the first time the S-3-(hexan-1-ol)--glutamyl-cysteine (GluCys-3MH) in musts. Following this discovery, the study of interconversions between glutathione, dipeptides and cysteine S-conjugates to 3-mercaptohexan-1-ol (3MH) or 4-mercapto-4-methyl-pentan-2-one (4MMP) highlighted two new forms of precursors. The evolution monitoring of these compounds during alcoholic fermentations at laboratory scale allowed us to clarify their role as precursors and to establish the possible interconversion mechanisms. In addition, through several viticultural and oenological experiments carried out at pilot scale in Languedoc and Val de Loire during three consecutive years, new elements could be … about the impact of grape ripening and its heterogeneity, as well as the importance of prefermentative processes, such as skin maceration and must conservation on lees.; La mise au point d’une méthode d’analyse par UPLC-MS/MS et dilution isotopique nous a permis d’identifier pour la première fois dans un moût le S-3-(hexan-1-ol)--glutamyl-cystéine (GluCys-3MH). Suite à cette découverte, l’étude des interconversions entre les glutathionylés, dipeptides et cystéinylés S-conjugués au 3-mercaptohexan-1-ol (3MH) ou à la 4-mercapto-4-méthyl-pentan-2-one (4MMP), a permis de mettre en évidence deux nouvelles formes de précurseurs. Le suivi de l’évolution de ces différents composés au cours de fermentations alcooliques à l’échelle laboratoire a permis de clarifier leur rôle de précurseurs et d’établir les éventuels mécanismes d’interconversion. Par ailleurs, à travers plusieurs expérimentations viticoles et œnologiques conduites à l’échelle pilote en Languedoc et Val de Loire pendant trois années consécutives, des éléments nouveaux ont pu être apportés quant à l’impact de la maturation du raisin et son hétérogénéité, ainsi qu’à l’importance des opérations pré-fermentaires comme la macération pelliculaire ou la stabulation sur bourbes.

A QuEChERS extraction method followed by HPLC-MS/MS analysis was developed to simultaneously analyze chlordecone and its metabolite chlordecol in animal livers. The overall method was validated with accuracy profiles according to the French Standard NF V03-110 and European Union guidelines. The validation was performed on bovine, ovine and porcine liver samples. Linearity, matrix effect, accuracy, within-laboratory repeatability, specificity, LOQ, Q/q relative ion intensities, and uncertainty were reported. Recoveries were between 70% and 120%. LOQs of 1.36 µg chlordecone kg-1 and 2.50 µg chlordecol kg-1 of fresh liver were found. Twelve contaminated livers of bovine, ovine and porcine origin from the French West Indies or samples from in vivo studies were analyzed. In these liver samples from contaminated animals, chlordecone was quantified at concentrations higher than the maximum residue limit and chlordecol in very low amounts in all the samples. In addition, these results confirm that chlordecone can be metabolized in ruminant species.

This work is based on the implementation of metrological protocols to ensure traceability to the International System of Units (SI) of analysis in clinical biochemistry. The main objective is to develop and validate primary reference methods for the analysis of iron (Fe) and haemoglobin (Hb) in biological fluids. In a first part, a double isotope dilution (ID) reference method associated with ICPMS for the analysis of total Fe in serum allowing a connection of the result to SI was developed. In a second part, three approaches to ID for the analysis of total Hb in hemolysate were studied. A first method consists of mineralizing the sample and applying the ID-ICPMS by determining the Hb concentration through the Fe content. This developed and validated method is promising, however, it remains limited to samples where no other ferric species must be present. Thus, the implementation of the elementary speciation analysis using the ID with the HPLC-ICPMS coupling is necessary. Two modes of elementary speciation are evaluated: the non-specific mode and the specific mode. The results are encouraging, however, additional work, in terms of accuracy, will have to be done in order to be able to use these methods for the assignment of reference values.; Ce travail repose sur la mise en œuvre de protocoles métrologiques permettant d’assurer la traçabilité au Système International des unités (SI) des analyses en biochimie clinique. L’objectif principal consiste à développer et à valider des méthodes de référence primaire pour l’analyse du fer (Fe) et de l’hémoglobine (Hb) dans des fluides biologiques. Dans une première partie, une méthode de référence par double dilution isotopique (ID) associée à l’ICPMS pour l’analyse du Fe total dans du sérum permettant un raccordement du résultat au SI a été mise au point. Dans une deuxième partie, trois approches de l’ID pour l’analyse de l’Hb totale dans de l’hémolysat ont été étudiées. Une première méthode consiste à minéraliser l’échantillon et à appliquer l’ID-ICPMS en déterminant la concentration en Hb à travers la teneur en Fe. Cette méthode développée et validée est prometteuse, cependant, elle reste limitée aux échantillons où aucune autre espèce ferrique ne doit être présente. Ainsi, la mise en place de l’analyse de spéciation élémentaire utilisant l’ID avec le couplage HPLC-ICPMS est nécessaire. Deux modes d’ID en spéciation élémentaire sont évalués : le mode non-spécifique et le mode spécifique. Les résultats sont encourageants, cependant, un travail supplémentaire, au niveau de la justesse, devra être effectué afin de pouvoir utiliser ces méthodes pour l’assignation de valeurs de références.

The SID methodology, for Stable Isotope Dilution, is a widely applied methodology for peptides and proteins analysis in mass spectrometry, usually associated with atmospheric pressure ionisation techniques. This thesis is consequently devoted to the application of SID methodology in matrix assisted laser desorption/ionisation (MALDI) mass spectrometry to quantify receptor/ligand interaction in pharmacology. Indeed, a great number of pathologies involve membrane receptors like G protein coupled receptors (GPCR) in interaction with several ligands, frequently peptides. Particularly, the V1A receptor, is related to vasoconstriction activity of the peptide hormone AVP (arginine vasopressine) and contraction of muscular cells as well as many social behaviors. This receptor was chosen as model, requiring the chemical labelling of the ligand Homo-HO-LVA (Hydroxy Linear Vasopressin Antagonist), selected for its high affinity towards the V1A receptor in order to introduce the entity on which relies the quantification in SID/MALDI. This methodology is applied through the covalent binding of HCCA (4-hydroxy-α-cyanocinnamic acid) matrix, usually encountered in peptide analysis, to obtain the modified peptide (JMV4854) through N-terminal acylation. The objective is to take advantage of the use of both HCCA tagging and HCCE (4-hydroxy-α-cinnamic methyl ester) matrix for the specific and sensitive detection of compounds down to picomolar concentrations. Importantly, quantification with SID requires a calibration protocol and a statistical validation before pharmacological assays. This consists in the measurement of JMV4854 affinity towards V1A-R through thermodynamic experiments in order to quantify the dissociation constant (Kd) and determine afterwards constants for untagged molecules by competitive binding assays. Furthermore, a second receptor model, CCKB-R (cholecystokinine B receptor), was then studied to validate the quantification methodology. Facing the renewed interest in pharmaceutic industry of kinetic experiments for dissociation constant measurement, it would be interesting to apply this new methodology to drug discovery, representing a relevant alternative to current “gold-standard” methodologies such as radioactivity and fluorescence. A second field of research has been initiated with a covalent labelling designed to enhance peptide fragmentation for electrospray-based (ESI-MS/MS) tandem mass spectrometry measurements. Preliminary studies with the synthesis of pre-formed ions like N-terminal substitution with pyridinium entities gave very promising results opening the way of other quantification strategies.; La dilution isotopique, SID pour « Stable Isotope Dilution », est une méthode largement utilisée pour la quantification de peptides et protéines en spectrométrie de masse, généralement associée aux techniques d’ionisation ambiante. Les travaux de cette thèse sont donc consacrés à l’application de la méthodologie de la dilution isotopique (SID) en spectrométrie de masse par désorption/ionisation laser assistée par une matrice (MALDI) pour la mesure d’interaction récepteur/ligand en pharmacologie. En effet, un nombre important de pathologies mettent en jeu des récepteurs membranaires tels que les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) en interaction avec différents ligands, souvent peptidiques. En particulier, le récepteur V1A est impliqué dans l’activité vasoconstrictrice de l’hormone peptidique AVP (Arginine VasoPressine) et la contraction de cellules musculaires ainsi que dans certains comportements sociaux. Ce récepteur a été choisi comme modèle d’étude nécessitant le marquage par voie chimique du ligand Homo-HO-LVA (pour « Hydroxy Linear Vasopressin Antagonist »), sélectionné pour sa forte affinité envers le récepteur V1A afin d’introduire l’entité permettant le dosage en SID/MALDI. Cette méthodologie est mise en œuvre via la génération d’une liaison covalente de la matrice HCCA (4-hydroxy-α-cyanocinnamic acid), couramment utilisée pour l’analyse peptidique pour obtenir le peptide modifié (JMV4854) par acylation en position N-terminale. Le but est alors de tirer profit de l’utilisation conjointe de ce marquage et de la matrice neutre HCCE (4-hydroxy-α-cyanocinnamate de méthyle) pour la détection spécifique et sensible de composés jusqu’à des concentrations picomolaires. L’étape stratégique de quantification par dilution isotopique nécessite un étalonnage et une validation statistique avant de pouvoir passer à l’application pharmacologique. Celle-ci consiste à mesurer l’affinité du JMV4854 pour le récepteur V1A par des expériences thermodynamiques de mesure de constantes de dissociation (Kd) afin de déterminer par la suite des constantes de dissociation de molécules non marquées via des expériences de compétition. Un second modèle de récepteur, le CCKB-R (cholecystokinine B receptor), a ensuite été étudié pour valider la méthodologie de quantification. Devant le regain d’intérêt des laboratoires pharmaceutiques pour les expériences cinétiques de mesure de constantes de dissociation, il serait intéressant d’y appliquer cette méthodologie. Celle-ci présente un potentiel intéressant en tant qu’alternative aux méthodologies actuellement incontournables que sont la radioactivité et la fluorescence. Un second d’axe d’étude a été initié avec un marquage conçu pour diriger la fragmentation de peptides pour des mesures en spectrométrie de masse en tandem par ionisation Electrospray (ESI-MS/MS). Des modifications par introduction en position N-terminale des peptides d’une charge fixe ont été envisagées. Des études préliminaires (synthèse d’ions préformés par incorporation d’une entité pyridinium) ont montré un comportement prometteur en fragmentation ouvrant de nouvelles perspectives de quantification.

National audience; La mesure de flux neutroniques au cœur des réacteurs nucléaires utilise des chambres à fission miniatures. Le détecteur est une chambre d’ionisation remplie d’un gaz ionisable dans laquelle est insérée une électrode revêtue d’un dépôt d’uranium 235. La détermination de la quantité de matière fissile déposée initialement sur l’électrode et son incertitude associée sont des paramètres très importants pour la mesure du flux neutronique.La dilution isotopique associée à la mesure par un ICP-MS à multi-collection (ICP/MS MC) est la méthode préconisée pour effectuer une quantification juste et précise de l’uranium 235 contenu dans un échantillon.Ainsi, au travers d’un bilan matière sur les solutions d’électro-déposition utilisées pour préparer les électrodes de chambre à fission, la quantité d’uranium 235 déposée est obtenue avec une très faible incertitude. Les incertitudes sur les quantités d’ $^{235}$U contenues dans les solutions avant et après électro-dépôt sont inférieures à 1% pour des teneurs allant d’une centaine de µg à quelques dizaines de ng

Objectives—To develop equations for prediction of total body water (TBW) content in unsedated dogs by combining impedance and morphological variables, and to compare the results of those equations with TBW content determined by deuterium dilution (TBWd). Then to investigate whether these equations were predictive of TBW in various canine breeds.Animals—26 healthy laboratory adult Beagles and 13 healthy adult pet dogs of various breeds.Procedures—TBW content was determined directly by deuterium dilution and indirectly with equations developed from measurements obtained by use of a portable bioelectric impedance device and morphological variables.Results—Impedance and morphological data from 16 of the 26 Beagle dogs were used to determine coefficients for the following 2 equations: TBW1 = –0.019(BL2/R) + –0.199(RC + AC) + 0.996W + 0.081H + 12.31; and TBW2 = 0.048(BL2/R) + –0.144(RC +AC) + 0.777W + 0.066H + 0.031X + 7.47, where AC is abdominal circumference, H is height, BL is body length, R is resistance, RC is rib cage circumference, W is body weight; and X is reactance. Results for TBW1 (R21 = 0.843) and TBW2 (R22 = 0.816) were highly correlated with the TBWd. When the equations were validated with data from the remaining 10 dogs, the respective mean differences between TBWd and TBW1 and TBW2 were 0.17 and 0.11 L, which equated to a nonsignificant underestimation of TBW content by 2.4% and 1.6%, respectively. Applying the two equations to dogs of various breeds showed they are inaccurate to estimate TBW content.Conclusions and Clinical Relevance—Results indicated that impedance and morphological data can be used to accurately estimate TBW content in adult Beagles. This method of estimating TBW content is less expensive and easier to perform than is measurement of TBWd, making it appealing for daily use in veterinary practice. However, the proposed equations need to be modified including morphological parameters such as body size and shape in a first approach. As in humans, morphological-specific equations have to be developed and validated.; Objectifs : valider des équations prédictives de la teneur en eau totale (TBW) chez le chien vigile de race beagle par bioimpédancemétrie monofréquence à 50 kHz, en comparaison avec la méthode de référence de dilution au deutérium. Ces équations seront ensuite appliquées à différentes races de chiens afin de vérifier leur validité chez tous les formats de chiens.Animaux : 26 chiens de laboratoire de race beagle et 13 chiens de propriétaires de diverses races. Méthodes : TBW est déterminée par la méthode de référence de dilution à l’eau deutérée et indirectement par l’utilisation d’équations prédictives établies à partir de mesures morphologiques et des mesures électriques (résistance et réactance) obtenues au moyen d’un bioimpédancemètre. Résultats : Les données obtenues chez 16 des 26 beagle a permis d’établir, par régression linéaire, deux équations prédictives de la teneur en eau totale suivantes : TBW1 = –0.019(BL2/R) + –0.199(RC + AC) + 0.996W + 0.081H + 12.31; et TBW2 = 0.048(BL2/R) + –0.144(RC +AC) + 0.777W + 0.066H + 0.031X + 7.47, où AC est le périmètre abdominal, H la hauteur au garrot, BL la longueur du corps, R la résistance, RC le périmètre thoracique , W le poids; and X la réactance. Chez les 10 beagles restants, TBW calculée par les équations TBW1 et TBW2 et celle obtenue par la méthode de dilution sont fortement corrélées (R21 = 0.843 ; R22 = 0.816). La 1ère et la 2ème équations sous-estiment de façon non significative la TBW de respectivement 2.4% and 1.6%. Cependant, l’application de ces formules à des chiens de diverses races ne permet pas l’estimation correcte de la TBW par rapport à la méthode de référence.Conclusion : Cette étude montre qu’il est possible et facile d’utiliser la bioimpédance chez le chien vigile. Deux équations prédictives de la TBW ont été développées et validées chez le beagle mais ne sont pas applicables en l’état à d’autres races de chien. La diversité morphologique des races canines obligent à adapter ces équations en fonction de paramètres de conformation et de format.

Objectives—To develop equations for prediction of total body water (TBW) content in unsedated dogs by combining impedance and morphological variables, and to compare the results of those equations with TBW content determined by deuterium dilution (TBWd). Then to investigate whether these equations were predictive of TBW in various canine breeds.Animals—26 healthy laboratory adult Beagles and 13 healthy adult pet dogs of various breeds.Procedures—TBW content was determined directly by deuterium dilution and indirectly with equations developed from measurements obtained by use of a portable bioelectric impedance device and morphological variables.Results—Impedance and morphological data from 16 of the 26 Beagle dogs were used to determine coefficients for the following 2 equations: TBW1 = –0.019(BL2/R) + –0.199(RC + AC) + 0.996W + 0.081H + 12.31; and TBW2 = 0.048(BL2/R) + –0.144(RC +AC) + 0.777W + 0.066H + 0.031X + 7.47, where AC is abdominal circumference, H is height, BL is body length, R is resistance, RC is rib cage circumference, W is body weight; and X is reactance. Results for TBW1 (R21 = 0.843) and TBW2 (R22 = 0.816) were highly correlated with the TBWd. When the equations were validated with data from the remaining 10 dogs, the respective mean differences between TBWd and TBW1 and TBW2 were 0.17 and 0.11 L, which equated to a nonsignificant underestimation of TBW content by 2.4% and 1.6%, respectively. Applying the two equations to dogs of various breeds showed they are inaccurate to estimate TBW content.Conclusions and Clinical Relevance—Results indicated that impedance and morphological data can be used to accurately estimate TBW content in adult Beagles. This method of estimating TBW content is less expensive and easier to perform than is measurement of TBWd, making it appealing for daily use in veterinary practice. However, the proposed equations need to be modified including morphological parameters such as body size and shape in a first approach. As in humans, morphological-specific equations have to be developed and validated.; Objectifs : valider des équations prédictives de la teneur en eau totale (TBW) chez le chien vigile de race beagle par bioimpédancemétrie monofréquence à 50 kHz, en comparaison avec la méthode de référence de dilution au deutérium. Ces équations seront ensuite appliquées à différentes races de chiens afin de vérifier leur validité chez tous les formats de chiens.Animaux : 26 chiens de laboratoire de race beagle et 13 chiens de propriétaires de diverses races. Méthodes : TBW est déterminée par la méthode de référence de dilution à l’eau deutérée et indirectement par l’utilisation d’équations prédictives établies à partir de mesures morphologiques et des mesures électriques (résistance et réactance) obtenues au moyen d’un bioimpédancemètre. Résultats : Les données obtenues chez 16 des 26 beagle a permis d’établir, par régression linéaire, deux équations prédictives de la teneur en eau totale suivantes : TBW1 = –0.019(BL2/R) + –0.199(RC + AC) + 0.996W + 0.081H + 12.31; et TBW2 = 0.048(BL2/R) + –0.144(RC +AC) + 0.777W + 0.066H + 0.031X + 7.47, où AC est le périmètre abdominal, H la hauteur au garrot, BL la longueur du corps, R la résistance, RC le périmètre thoracique , W le poids; and X la réactance. Chez les 10 beagles restants, TBW calculée par les équations TBW1 et TBW2 et celle obtenue par la méthode de dilution sont fortement corrélées (R21 = 0.843 ; R22 = 0.816). La 1ère et la 2ème équations sous-estiment de façon non significative la TBW de respectivement 2.4% and 1.6%. Cependant, l’application de ces formules à des chiens de diverses races ne permet pas l’estimation correcte de la TBW par rapport à la méthode de référence.Conclusion : Cette étude montre qu’il est possible et facile d’utiliser la bioimpédance chez le chien vigile. Deux équations prédictives de la TBW ont été développées et validées chez le beagle mais ne sont pas applicables en l’état à d’autres races de chien. La diversité morphologique des races canines obligent à adapter ces équations en fonction de paramètres de conformation et de format.

International audience; An ICP/AES owning a high resolving power is able to measure the isotopic shift in emission atomic lines for heavy elements such as uranium. Uranium isotopes, such $^{235}$U and $^{238}$U, are therefore clearly separated and identified. Using this phenomenon, the accurate and precise quantification of uranium or its isotopes is possible. Indeed, the transposition of isotopic dilution mass spectrometry method to our ICP/AES instrument allows to quantify, with trueness and precision, the amount content of $^{235}$U of an uranyl nitrate solution. The method is named IDAES. At our knowledge, this study is the first that combine isotope dilution method and ICP/AES measurements. In order to demonstrate the validity of the IDAES method, an IDMS protocol (the preferred method), using a MC ICP/MS instrument, is also applied to determine the amount content of $^{235}$U of the sample. Both methods led to the same amount content of $^{235}$U for the uranyl nitrate solution (difference between both values is less than 0.1%). As expected, the precision of the IDMS method (less than 1%) is better than the IDAES one (about 3%) but it remains satisfactory. Those results are particularly remarkable since IDAES and IDMS used physically different measuring systems, respectively ICP/AES and MC ICP/MS.

National audience

Pharmaceuticals and their residues belong to the so-called “emerging” pollutants for which no current regulation is applied regarding their presence in the environment. Monitoring the contamination of aquatic resources by these kinds of micropollutants is a necessity in order to anticipate potential effects regarding human health and ecosystems. In this context, data quality (traceability and comparability) is compulsory so as to take better decisions regarding policies to be driven. Psychotropic compounds, which are widely consumed, display a great concern in that field.This thesis aimed at characterizing occurrence of psychotropic compounds in the environment and putting forward metrological tools insuring accuracy, traceability, comparability as well as representativity of the measurement results.To that purpose, a SPE-LC-MS² multi-residue method has been developed for a selection of psychotropic compounds and other commonly consumed drugs. Method limits of quantification were in the range of ng.L-1 which enabled to characterize their occurrence in several surface waters and treated wastewaters. Concurrently, usage of integrative samplers was evaluated and applied on the field in different locations. Occurrence levels of 68 selected compounds were established by implementation of this complementary strategy in aquatic systems. Furthermore, results from measurement campaigns were used to rank studied compounds into a short list of interest. Finally, a reference method using isotopic dilution and mass spectrometry (DI-MS) was developed for the characterization of 24 psychotropic compounds in surface waters. Expanded uncertainties (k=2) inferior to 10% were obtained. Last be not least, implementing this method to environmental analysis emphasized the importance of sampling related uncertainties regarding to global measurement uncertainties., Les résidus de médicaments font partie des polluants dits « émergents » pour lesquels il n’existe actuellement pas de réglementation quant à leur présence dans l’environnement. Afin d’anticiper un risque éventuel pour l’Homme et les milieux aquatiques il est, entre autres, nécessaire de réaliser un état des lieux de la contamination des systèmes aquatiques par ce type de micropolluants. Dans ce contexte, disposer de données de mesures de qualité (traçables et comparables) constitue un prérequis indispensable pour décider au mieux des politiques à conduire dans ce domaine. L’étude des psychotropes présente un enjeu important d’autant plus qu’il s’agit de molécules abondamment consommées.Les travaux conduits lors de cette thèse avaient deux objectifs principaux. Le premier était de caractériser l’occurrence environnementale de composés psychotropes. Le second objectif était de proposer des outils métrologiques permettant d’assurer l’exactitude, la traçabilité, la comparabilité mais également la représentativité des résultats de mesure.Dans un premier temps, une méthode multi-résidus par SPE-LC-MS² a été développée pour une sélection de composés psychotropes et d’autres médicaments de consommation courante. Les limites de quantification de la méthode étaient de l’ordre du ng.L-1. Cela a permis de caractériser leur occurrence dans différents cours d’eau et rejets de station d’épuration en France. En parallèle, une approche par échantillonnage intégratif a été développée et déployée dans différents sites. Cette stratégie complémentaire a permis d’établir les niveaux d’occurrence des 68 psychotropes et traceurs sélectionnés et de conduire une démarche de hiérarchisation dans le but d’établir une liste restreinte de composés d’intérêt. Enfin, une méthode de référence associant la dilution isotopique à la spectrométrie de masse (DI-MS) a été développée pour l’analyse de 24 psychotropes dans les eaux de surface. Elle se caractérise par des incertitudes élargies (k=2) inférieures à 10%. La mise en oeuvre de cette méthode dans des études environnementales a permis de mettre en évidence l’importance de la contribution de l’incertitude liée à l’échantillonnage par rapport à l’incertitude totale de mesure.

Many forest soils in France are acid and nutrient poor. French forests endure today increased external constraints which may be nutritional and/or silvicultural and/or climatic. These constraints may strongly impact the sustainability of nutrient-poor ecosystems. It is thus important to understand and quantify the processes which govern nutrient cycling in these ecosystems to better predict soil fertility changes and help forest managers make sound decisions to sustain these ecosystems.The main objective of this thesis was to study magnesium and calcium cycles in a productive forest ecosystem with low available magnesium and calcium pools in the soils. For this purpose, in a 35-year-old beech stand, we computed input-output nutrient budgets between 2003 and 2008 using conventional approaches to measure nutrient pools and fluxes. A multi-isotopic (2H, 15N, 26Mg et 44Ca) tracing experiment was then carried out in the same plot: tracers were sprayed on the forest floor in April 2010 as soluble salts, tracer transfer was then monitored in the whole ecosystem until March 2012 (litter-layer, exchangeable pools, soil solutions, above-ground biomass…).The results evidenced the predominant role of organic matter in the very conservative cycling of Mg and Ca in this nutrient-poor soil. Indeed, the applied 26Mg and 44Ca were very rapidly retained in the fine litter-layer by ion-exchange processes. In the soil profile, most of the CEC was probably due to soil organic matter which played an important role in the retention of Mg and Ca in the soil. Compared to magnesium, calcium was more strongly retained in the litter layer and transferred more slowly in the soil profile because of the higher affinity of calcium for organic CEC. Despite preferential water flow evidenced by the water tracing experiment (2H), no leaching of 26Mg or 44Ca was observed during the study period. Two years after the application of tracers, 8% of applied 26Mg and 33% of applied 44Ca was still retained in the litter layer while, respectively, 52% and 46% of applied tracers were found in the first 10cm of the soil profile. Tracers were rapidly absorbed by the fine roots but were transferred from the roots to the canopy at very different velocities: leaves were enriched in 15N one month after the application of tracers while only very small 26Mg enrichments and not 44Ca were observed in the canopy in 2012. Tracer budgets in 2012 showed that trees absorbed 27% of 26Mg and 20% of 44Caand that tracers were mainly concentrated at the base of the bole. The use of isotope tracers evidenced the slow distribution of magnesium and the slower distribution of calcium in the ecosystem, on the one hand from the litter pool to the soil profile and on the other hand from the roots to the canopy. This behavior was attributed to the affinity of the cations for organic matter functional groups such as carboxyl groups.Finally the isotopic dilution technique of the applied tracers measured in the different ecosystem compartments after two years of monitoring enabled us to validate the Mg losses computed by nutrient budgets. However, Ca depletion suggested by nutrient budgets were proven to be nil thus evidencing the contribution of an external (foliar absorption, weathering) and/or internal (mobilization of nutrients stored in ligneous tissues) sources which are currently not taken into account in conventional approaches.Overall the results of the in situ ecosystem scale multi-isotopic tracing experiment show the added value of the “isotopic tracing” approach to study nutrient pools and fluxes in forest ecosystems in addition to conventional approaches.; De nombreux sols forestiers français sont acides et pauvres en éléments nutritifs et les forêts françaises font face aujourd'hui à des pressions extérieures croissantes. Ces nouvelles contraintes sont d'ordre nutritionnel et/ou sylvicole et/ou climatique et risquent d'impacter la durabilité des écosystèmes forestiers à faible fertilité minérale. Il est donc très important de comprendre et quantifier les processus qui régissent les cycles des éléments nutritifs dans ces écosystèmes afin de prédire au mieux leurs évolutions possibles face à de telles contraintes et ainsi aider les gestionnaires forestiers à prendre des décisions réfléchies pour assurer leur durabilité. L'objectif principal de cette thèse était de comprendre le cycle du calcium et du magnésium dans un écosystème forestier productif bien que croissant sur un sol très faiblement pourvu en Ca et Mg. Pour cela, nous avons établi dans un peuplement de hêtre âgé de 35 ans des bilans de flux « entrées-sorties » basés sur des mesures classiques de pools et flux entre 2003 et 2008. Puis une expérience de multi-traçage isotopique (2H, 15N, 26Mg et 44Ca) a ensuite été conduite: les traceurs ont été apportés à la surface du sol en avril 2010 sous forme soluble et leur progression a été suivie dans l'écosystème jusqu'en mars 2012. Les résultats ont mis en évidence le rôle primordial que joue la matière organique dans les cycles du Mg et du Ca, en leur conférant notamment un caractère très conservatif. Le 26Mg et le 44Ca apportés ont été captés dans la fine couche de litière au sol puis lentement libérés. Dans les horizons minéraux, la matière organique du sol, qui semble contribuer à la plus grande part de CEC du sol, a fortement contribué à ralentir la migration du Mg et du Ca à travers le sol. Par rapport au Mg, le calcium apporté a été plus intensément retenu dans la litière, et moins intensément lixivié à travers le sol en raison de sa plus grande affinité pour la matière organique. Malgré les flux préférentiels d'eau mis en évidence par le traçage au 2H, aucune perte par drainage de 26Mg ou 44Ca n'a été mesurée. Deux années après l'apport, il restait dans la litière 8% du 26Mg et 33% du 44Ca apportés tandis que, respectivement, 52% et 46% ont été retrouvés dans les 10 premiers cm du sol. Les traceurs, rapidement absorbés par les racines fines ont migré dans l'arbre à des vitesses très différentes: les feuilles étaient enrichies en 15N dès le mois suivant l'apport des traceurs, tandis que seuls de très faibles enrichissements en 26Mg (mais pas de 44Ca) ont été mesurés dans la canopée en 2012. Le bilan en 2012 montre les arbres ont absorbé 27% de 26Mg et 20% de 44Ca et qu'ils sont majoritairement concentrés dans les tissus de la base du tronc. L'utilisation de traceurs isotopiques a permis de mettre en évidence la lenteur de la redistribution de Mg et encore plus de Ca dans l'écosystème, d'une part de la litière vers les sols et d'autre part des racines vers les canopées. Ce comportement est attribué à l'affinité de ces ions pour les charges carboxyliques portées par la matière organique. Enfin, la dilution isotopique mesurée dans les différents compartiments de l'écosystème à l'issue de deux années a permis de calculer des bilans et ainsi de valider les pertes de Mg calculées par l'approche classique de « bilan de fertilité minérale ». En revanche, les pertes de Ca calculées par cette même approche ont été mises en défaut, démontrant la contribution d'une source externe (absorption par les feuilles, altération…) ou interne (mobilisation du stock des tissus ligneux), non prise en compte dans l'approche classique. L'ensemble de ces travaux souligne l'intérêt de l'approche « traçage isotopique » en complément des approches conventionnelles afin d'étudier la fertilité minérale des écosystèmes forestiers.

Many forest soils in France are acid and nutrient poor. French forests endure today increased external constraints which may be nutritional and/or silvicultural and/or climatic. These constraints may strongly impact the sustainability of nutrient-poor ecosystems. It is thus important to understand and quantify the processes which govern nutrient cycling in these ecosystems to better predict soil fertility changes and help forest managers make sound decisions to sustain these ecosystems.The main objective of this thesis was to study magnesium and calcium cycles in a productive forest ecosystem with low available magnesium and calcium pools in the soils. For this purpose, in a 35-year-old beech stand, we computed input-output nutrient budgets between 2003 and 2008 using conventional approaches to measure nutrient pools and fluxes. A multi-isotopic (2H, 15N, 26Mg et 44Ca) tracing experiment was then carried out in the same plot: tracers were sprayed on the forest floor in April 2010 as soluble salts, tracer transfer was then monitored in the whole ecosystem until March 2012 (litter-layer, exchangeable pools, soil solutions, above-ground biomass…).The results evidenced the predominant role of organic matter in the very conservative cycling of Mg and Ca in this nutrient-poor soil. Indeed, the applied 26Mg and 44Ca were very rapidly retained in the fine litter-layer by ion-exchange processes. In the soil profile, most of the CEC was probably due to soil organic matter which played an important role in the retention of Mg and Ca in the soil. Compared to magnesium, calcium was more strongly retained in the litter layer and transferred more slowly in the soil profile because of the higher affinity of calcium for organic CEC. Despite preferential water flow evidenced by the water tracing experiment (2H), no leaching of 26Mg or 44Ca was observed during the study period. Two years after the application of tracers, 8% of applied 26Mg and 33% of applied 44Ca was still retained in the litter layer while, respectively, 52% and 46% of applied tracers were found in the first 10cm of the soil profile. Tracers were rapidly absorbed by the fine roots but were transferred from the roots to the canopy at very different velocities: leaves were enriched in 15N one month after the application of tracers while only very small 26Mg enrichments and not 44Ca were observed in the canopy in 2012. Tracer budgets in 2012 showed that trees absorbed 27% of 26Mg and 20% of 44Caand that tracers were mainly concentrated at the base of the bole. The use of isotope tracers evidenced the slow distribution of magnesium and the slower distribution of calcium in the ecosystem, on the one hand from the litter pool to the soil profile and on the other hand from the roots to the canopy. This behavior was attributed to the affinity of the cations for organic matter functional groups such as carboxyl groups.Finally the isotopic dilution technique of the applied tracers measured in the different ecosystem compartments after two years of monitoring enabled us to validate the Mg losses computed by nutrient budgets. However, Ca depletion suggested by nutrient budgets were proven to be nil thus evidencing the contribution of an external (foliar absorption, weathering) and/or internal (mobilization of nutrients stored in ligneous tissues) sources which are currently not taken into account in conventional approaches.Overall the results of the in situ ecosystem scale multi-isotopic tracing experiment show the added value of the “isotopic tracing” approach to study nutrient pools and fluxes in forest ecosystems in addition to conventional approaches., De nombreux sols forestiers français sont acides et pauvres en éléments nutritifs et les forêts françaises font face aujourd’hui à des pressions extérieures croissantes. Ces nouvelles contraintes sont d’ordre nutritionnel et/ou sylvicole et/ou climatique et risquent d’impacter la durabilité des écosystèmes forestiers à faible fertilité minérale. Il est donc très important de comprendre et quantifier les processus qui régissent les cycles des éléments nutritifs dans ces écosystèmes afin de prédire au mieux leurs évolutions possibles face à de telles contraintes et ainsi aider les gestionnaires forestiers à prendre des décisions réfléchies pour assurer leur durabilité. L’objectif principal de cette thèse était de comprendre le cycle du calcium et du magnésium dans un écosystème forestier productif bien que croissant sur un sol très faiblement pourvu en Ca et Mg. Pour cela, nous avons établi dans un peuplement de hêtre âgé de 35 ans des bilans de flux « entrées-sorties » basés sur des mesures classiques de pools et flux entre 2003 et 2008. Puis une expérience de multi-traçage isotopique (2H, 15N, 26Mg et 44Ca) a ensuite été conduite: les traceurs ont été apportés à la surface du sol en avril 2010 sous forme soluble et leur progression a été suivie dans l’écosystème jusqu’en mars 2012. Les résultats ont mis en évidence le rôle primordial que joue la matière organique dans les cycles du Mg et du Ca, en leur conférant notamment un caractère très conservatif. Le 26Mg et le 44Ca apportés ont été captés dans la fine couche de litière au sol puis lentement libérés. Dans les horizons minéraux, la matière organique du sol, qui semble contribuer à la plus grande part de CEC du sol, a fortement contribué à ralentir la migration du Mg et du Ca à travers le sol. Par rapport au Mg, le calcium apporté a été plus intensément retenu dans la litière, et moins intensément lixivié à travers le sol en raison de sa plus grande affinité pour la matière organique. Malgré les flux préférentiels d’eau mis en évidence par le traçage au 2H, aucune perte par drainage de 26Mg ou 44Ca n’a été mesurée. Deux années après l’apport, il restait dans la litière 8% du 26Mg et 33% du 44Ca apportés tandis que, respectivement, 52% et 46% ont été retrouvés dans les 10 premiers cm du sol. Les traceurs, rapidement absorbés par les racines fines ont migré dans l’arbre à des vitesses très différentes: les feuilles étaient enrichies en 15N dès le mois suivant l’apport des traceurs, tandis que seuls de très faibles enrichissements en 26Mg (mais pas de 44Ca) ont été mesurés dans la canopée en 2012. Le bilan en 2012 montre les arbres ont absorbé 27% de 26Mg et 20% de 44Ca et qu’ils sont majoritairement concentrés dans les tissus de la base du tronc. L’utilisation de traceurs isotopiques a permis de mettre en évidence la lenteur de la redistribution de Mg et encore plus de Ca dans l’écosystème, d’une part de la litière vers les sols et d’autre part des racines vers les canopées. Ce comportement est attribué à l’affinité de ces ions pour les charges carboxyliques portées par la matière organique. Enfin, la dilution isotopique mesurée dans les différents compartiments de l’écosystème à l’issue de deux années a permis de calculer des bilans et ainsi de valider les pertes de Mg calculées par l’approche classique de « bilan de fertilité minérale ». En revanche, les pertes de Ca calculées par cette même approche ont été mises en défaut, démontrant la contribution d’une source externe (absorption par les feuilles, altération…) ou interne (mobilisation du stock des tissus ligneux), non prise en compte dans l’approche classique. L’ensemble de ces travaux souligne l’intérêt de l’approche « traçage isotopique » en complément des approches conventionnelles afin d’étudier la fertilité minérale des écosystèmes forestiers.

Mercury is a contaminant which is found in all compartments of the environment and to which human beings are directly exposed when eating food. Government agencies assess the safety of food products by using total mercury concentrations. However, its toxicity depends on the species absorbed (among which methylmercury is its most toxic form). Therefore, the analysis of speciation, i.e. detection and quantification of different chemical forms of this element, is of high interest. The main objective of this project was to develop and validate, under quality assurance, a sensitive and highly accurate method, based on the use of isotope dilution. This method will then be applied as a reference method by the agency for speciation analysis of mercury in seafood, in order to better assess risks to the consumer. The first part of this work focused on the biogeochemical cycle of mercury and the state of art of the various methods of sample preparation, separation and quantification of Hg in biological matrices in order to make analytical choices. Thus, mercury compounds (methyl mercury and inorganic mercury) were determined by gas chromatography (GC) coupled with an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS) and quantified by isotope dilution. The second part of the work was dedicated to the optimization of the method of sample preparation and the quantification technique. The work was made on different certified reference materials and showed that changes of the natural distribution of the sample could occur during the extraction step. Therefore, isotopic tracers had been added to the sample before this step. Mercury species were extracted by a solid-liquid extraction by using a digiPREP and derivated by propylation using tétrapropylborate the sodium and a rotary agitation. Data were treated by simple and multiple isotope dilution. Achieved concentrations were similar for all analyzed matrices. Results showed that inter-species transformation hardly occurred during the analytical procedure. This was the reason why the use of two isotopic tracers for quantification by simple isotope dilution was kept. To end, the method was validated for the speciation of mercury in seafood, in respect with the French norms AFNOR NF V03-110 of 1998 and 2010. Finally, the work ended with the applicability of the validated method for mercury speciation analysis in real biological samples and our participation in several inter-laboratory proficiency tests organized by the CSL-FAPAS on a sample of tuna and by the IRMM on the material IMEP-109 (lobster).; Le mercure est un contaminant présent dans l'ensemble des compartiments de l'environnement et l'homme y est directement exposé via l'alimentation. Actuellement, les organismes gouvernementaux évaluent la sécurité des produits alimentaires en se basant essentiellement sur la concentration totale de cet élément. Cependant, la toxicité du mercure dépend, entre autre, de l'espèce absorbée (dont le méthylmercure, sa forme la plus toxique). Par conséquent, l'analyse de spéciation, c'est à dire la détection et quantification des différentes formes chimiques de cet élément, présente un intérêt croissant. Le principal objectif de ce projet a donc été de développer et de valider, sous assurance qualité, une méthode sensible et d'une grande exactitude, basée sur l'utilisation de la dilution isotopique. Elle sera par la suite appliquée comme méthode de référence par l'agence pour l'analyse en spéciation du mercure dans les produits de la pêche afin de permettre une meilleure évaluation des risques encourus par le consommateur. La première partie de ce travail a porté sur l'étude du cycle biogéochimique du mercure et de l'état de l'art des diverses méthodes de préparation de l'échantillon, de séparation et de quantification du Hg dans les matrices biologiques, afin d'émettre des choix analytiques. Ainsi, les principaux composés mercuriels susceptibles d'être retrouvés dans les produits de la pêche (le méthylmercure et le mercure inorganique) ont été déterminés par couplage GC-ICP-MS et une quantification par dilution isotopique. La seconde partie des travaux a été consacrée à l'optimisation de la méthode de préparation des échantillons et de la technique de quantification. Ces travaux sur différents matériaux de référence certifiés ont montré que des modifications de la distribution naturelle de l'échantillon pouvaient survenir dès l'étape d'extraction, préconisant un marquage isotopique avant extraction solide-liquide par digiPREP des espèces mercurielles et dérivation par propylation par le tétrapropylborate de sodium et agitation rotative. Les résultats expérimentaux ont été traités par dilution isotopique simple et multiple. Les teneurs obtenues ont été similaires, pour l'ensemble des matrices analysées, montrant que peu ou pas de transformation inter-espèces surviennent au cours de la procédure analytique. Une quantification par double marquage isotopique et dilution isotopique simple a donc été conservée. L'évaluation des critères analytique a démontré que la méthode est validée pour la spéciation du mercure dans les produits de la pêche, selon les normes françaises AFNOR NF V03-110 de 1998 et de 2010. La dernière partie des travaux a porté sur l'application de la méthode validée à la spéciation du mercure dans des échantillons biologiques réels, ainsi qu'à la participation à plusieurs essais interlaboratoires d'aptitudes organisés par le CSL-FAPAS sur un échantillon de thon en conserve et par l'IRMM sur le matériau IMEP-109 de homard.

Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry is more and more considered as a tool of choice for solid analysis. The use of femtosecond laser sources permit to improve analytical performances of the coupling thanks to the non-thermal ablation obtained in comparison with the more conventional nanosecond laser used. Through a collaboration between the LCABIE (Laboratoire de Chimie Analytique Bio-Inorganique et Environnement) of Pau and Novalase SA (a company specialized in optical and laser integration), the first integrated femtosecond laser ablation system was designed in 2003. Its unusual characteristics (high repetition rate and scanning beam device) allow to perform some new ablation strategies and open encouraging analytical perspectives in terms of sensitivity and quantification. The potential of this prototype was evaluated through fundamental analyses such as elemental fractionation and characterization of the aerosol produced by laser ablation and through the development of different applications such as analysis of soils and sediments by in-cell isotope dilution, detection of selenoproteins in gel electrophoresis, and determination of uranium isotopic composition of micrometric particles.; L'ablation laser couplée à une détection par spectrométrie de masse à plasma induit apparait de plus en plus comme un outil de choix pour l'analyse des solides. L'utilisation de sources laser femtoseconde permet d'améliorer les performances analytiques du couplage, l'interaction laser-matière privilégiant les phénomènes athermiques contrairement aux lasers nanoseconde plus classiquement utilisés. Une collaboration entre le Laboratoire de Chimie Analytique Bio-Inorganique et Environnement de Pau et Novalase SA (spécialisé dans l'intégration optique et laser) a fait naitre la première station d'ablation laser femtoseconde intégrée. Ses caractéristiques particulières, que sont la haute cadence de tir et un optique de balayage rapide du faisceau, permettent d'explorer de nouvelles stratégies d'ablation et ouvrent des perspectives analytiques encourageantes en terme de sensibilité et de mode de quantification. Le potentiel de ce prototype a été évalué au travers d'analyses fondamentales, telles que le fractionnement élémentaire et l'étude de la taille des particules de l'aérosol produit par ablation, et de différentes applications telles que l'analyse de sols et de sédiments par dilution isotopique réalisée par le laser dans la chambre d'ablation, la détection de sélénoprotéines dans des gels d'électrophorèse et la détermination de l'isotopie de l'uranium dans des particules micrométriques.

Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry is more and more considered as a tool of choice for solid analysis. The use of femtosecond laser sources permit to improve analytical performances of the coupling thanks to the non-thermal ablation obtained in comparison with the more conventional nanosecond laser used. Through a collaboration between the LCABIE (Laboratoire de Chimie Analytique Bio-Inorganique et Environnement) of Pau and Novalase SA (a company specialized in optical and laser integration), the first integrated femtosecond laser ablation system was designed in 2003. Its unusual characteristics (high repetition rate and scanning beam device) allow to perform some new ablation strategies and open encouraging analytical perspectives in terms of sensitivity and quantification. The potential of this prototype was evaluated through fundamental analyses such as elemental fractionation and characterization of the aerosol produced by laser ablation and through the development of different applications such as analysis of soils and sediments by in-cell isotope dilution, detection of selenoproteins in gel electrophoresis, and determination of uranium isotopic composition of micrometric particles.; L'ablation laser couplée à une détection par spectrométrie de masse à plasma induit apparait de plus en plus comme un outil de choix pour l'analyse des solides. L'utilisation de sources laser femtoseconde permet d'améliorer les performances analytiques du couplage, l'interaction laser-matière privilégiant les phénomènes athermiques contrairement aux lasers nanoseconde plus classiquement utilisés. Une collaboration entre le Laboratoire de Chimie Analytique Bio-Inorganique et Environnement de Pau et Novalase SA (spécialisé dans l'intégration optique et laser) a fait naitre la première station d'ablation laser femtoseconde intégrée. Ses caractéristiques particulières, que sont la haute cadence de tir et un optique de balayage rapide du faisceau, permettent d'explorer de nouvelles stratégies d'ablation et ouvrent des perspectives analytiques encourageantes en terme de sensibilité et de mode de quantification. Le potentiel de ce prototype a été évalué au travers d'analyses fondamentales, telles que le fractionnement élémentaire et l'étude de la taille des particules de l'aérosol produit par ablation, et de différentes applications telles que l'analyse de sols et de sédiments par dilution isotopique réalisée par le laser dans la chambre d'ablation, la détection de sélénoprotéines dans des gels d'électrophorèse et la détermination de l'isotopie de l'uranium dans des particules micrométriques.

Mme Gaëtane LESPES, Professeur, Université de PAU et des Pays de l'Adour (président du jury) M. Olivier DONARD, Directeur de recherche CNRS, Université de Pau et des Pays de l'Adour M. Jorg FELDMANN, Professeur, Université d'ABERDEEN (GB) M. Philippe GARRIGUES, Directeur de recherche, Université de BORDEAUX I Mme Vera SLAVEYKOVA, Professeur, Ecole Polytechnique Fédérale de LAUSANNE, Suisse M. Eric VINDIMIAN, Chef du service Recherche et prospective, Ministère de l'Ecologie et du Développement Durable, PARIS Membre invités : M. David AMOUROUX, Chargé de recherche CNRS, Université de PAU et des Pays de l'Adour Mme Anne MORIN, Directeur, INERIS, VERNEUIL EN HALETTE; Aquatic ecosystems are particularly affected by tributyltin (TBT) and mercury (Hg) chronic contamination. These micropollutants are ubiquitous and persistent and occurred at trace level, likely to drastically impair aquatic environments. TBT and Hg biogeochemical cycles are driven by transformation and transfer mechanisms between the different environmental compartments. These natural processes have been studied in details by using novel analytical methods and environmental design to improve the risk assessment. The first part of this work focus on the mechanistic study of TBT and Hg reactivity and transfer in reconstituted aquatic ecosystems. These experiments involve both state-of-the-art analytical speciation techniques, partly based on quantification by isotopic dilution and experimental tools simulating the environmental conditions. Kinetics of TBT and Hg distribution (adsorption, bioaccumulation, biodegradation, clearance) have been simultaneously characterized in al compartments of the microcosms presenting a simple biological organization. In a second step, volatilization kinetics of TBT at real interfaces have been studied to assess the potential remobilization and elimination pathways of butyltin compounds. Finally, in a third part, stable isotopic tracers of Hg have been employed to discriminate and quantify the coupled methylation and demethylation kinetics in estuarine sediments, by forcing different environmental factors (oxygenation, microbial activity).; Les écosystèmes aquatiques se révèlent particulièrement exposés à des situations de contamination chronique par le tributylétain (TBT) et le mercure (Hg). Ces micropolluants métalliques, ubiquistes et persistants, sont présents dans l'environnement à l'état de traces, néanmoins suffisantes pour induire des implications écotoxicologiques graves. Les divers mécanismes de transformation et de transfert du TBT et du Hg, conditionnant leur dynamique biogéochimique, ont ainsi été étudiés au moyen d'outils analytiques et expérimentaux innovants et permettant une meilleure évaluation des risques. La première partie de ce travail porte sur l'étude mécanistique de la réactivité et du transfert du TBT et du Hg dans des écosystèmes aquatiques reconstitués. Ces expériences associent des techniques analytiques de spéciation performantes, basées en partie sur la quantification par dilution isotopique, à des outils expérimentaux simulant les conditions environnementales. Les cinétiques de distribution du TBT et du Hg (adsorption, bioaccumulation, biodégradation, dépuration) ont ainsi été caractérisées simultanément dans les différents compartiments des microcosmes présentant une organisation simple. Dans une seconde étape, les cinétiques de volatilisation du TBT aux interfaces naturelles ont été étudiées afin d'estimer les voies potentielles de remobilisation et d'élimination des butylétains. Enfin dans une troisième partie, des traceurs isotopiques stables du Hg ont été utilisés pour discriminer et quantifier les cinétiques couplées de méthylation et déméthylation dans des sédiments estuariens, en fonction de différents forçages environnementaux (oxygénation, activité microbienne).

Mme Gaëtane LESPES, Professeur, Université de PAU et des Pays de l'Adour (président du jury) M. Olivier DONARD, Directeur de recherche CNRS, Université de Pau et des Pays de l'Adour M. Jorg FELDMANN, Professeur, Université d'ABERDEEN (GB) M. Philippe GARRIGUES, Directeur de recherche, Université de BORDEAUX I Mme Vera SLAVEYKOVA, Professeur, Ecole Polytechnique Fédérale de LAUSANNE, Suisse M. Eric VINDIMIAN, Chef du service Recherche et prospective, Ministère de l'Ecologie et du Développement Durable, PARIS Membre invités : M. David AMOUROUX, Chargé de recherche CNRS, Université de PAU et des Pays de l'Adour Mme Anne MORIN, Directeur, INERIS, VERNEUIL EN HALETTE; Aquatic ecosystems are particularly affected by tributyltin (TBT) and mercury (Hg) chronic contamination. These micropollutants are ubiquitous and persistent and occurred at trace level, likely to drastically impair aquatic environments. TBT and Hg biogeochemical cycles are driven by transformation and transfer mechanisms between the different environmental compartments. These natural processes have been studied in details by using novel analytical methods and environmental design to improve the risk assessment. The first part of this work focus on the mechanistic study of TBT and Hg reactivity and transfer in reconstituted aquatic ecosystems. These experiments involve both state-of-the-art analytical speciation techniques, partly based on quantification by isotopic dilution and experimental tools simulating the environmental conditions. Kinetics of TBT and Hg distribution (adsorption, bioaccumulation, biodegradation, clearance) have been simultaneously characterized in al compartments of the microcosms presenting a simple biological organization. In a second step, volatilization kinetics of TBT at real interfaces have been studied to assess the potential remobilization and elimination pathways of butyltin compounds. Finally, in a third part, stable isotopic tracers of Hg have been employed to discriminate and quantify the coupled methylation and demethylation kinetics in estuarine sediments, by forcing different environmental factors (oxygenation, microbial activity).; Les écosystèmes aquatiques se révèlent particulièrement exposés à des situations de contamination chronique par le tributylétain (TBT) et le mercure (Hg). Ces micropolluants métalliques, ubiquistes et persistants, sont présents dans l'environnement à l'état de traces, néanmoins suffisantes pour induire des implications écotoxicologiques graves. Les divers mécanismes de transformation et de transfert du TBT et du Hg, conditionnant leur dynamique biogéochimique, ont ainsi été étudiés au moyen d'outils analytiques et expérimentaux innovants et permettant une meilleure évaluation des risques. La première partie de ce travail porte sur l'étude mécanistique de la réactivité et du transfert du TBT et du Hg dans des écosystèmes aquatiques reconstitués. Ces expériences associent des techniques analytiques de spéciation performantes, basées en partie sur la quantification par dilution isotopique, à des outils expérimentaux simulant les conditions environnementales. Les cinétiques de distribution du TBT et du Hg (adsorption, bioaccumulation, biodégradation, dépuration) ont ainsi été caractérisées simultanément dans les différents compartiments des microcosmes présentant une organisation simple. Dans une seconde étape, les cinétiques de volatilisation du TBT aux interfaces naturelles ont été étudiées afin d'estimer les voies potentielles de remobilisation et d'élimination des butylétains. Enfin dans une troisième partie, des traceurs isotopiques stables du Hg ont été utilisés pour discriminer et quantifier les cinétiques couplées de méthylation et déméthylation dans des sédiments estuariens, en fonction de différents forçages environnementaux (oxygénation, activité microbienne).

Non disponible / Not available; aLes basses températures hivernales dans les zones méditerranéennes réduisent la production et la fixation d'azote chez les plantes fourragères. L'objectif de cette étude consiste à trouver des écotypes de luzernes annuelles et des souches spécifiques de Rhibozium tolérant au froid en vue d'établir des associations capables de croître et de fixer l'azote en hiver. Trois écotypes de luzernes (M. aculeata 80, M. aculeata 5099 et M. rigidula 716) ont été cultivés en conditions contrôlées et au champ avec trois traitements azotés : fertilisation, inoculation et témoin. Chaque écotype a été inoculé par deux souches de Rhibozium pour tester l'efficience des associations cultivées sous basses températures. Nous avons suivi le développement des plantes, la production de la matière sèche, la formation des nodosités et la fixation d'azote. Nos résultats indiquent une variabilité génétique au niveau de la tolérance au froid des écotypes étudiés. M. aculeata 5099 a présenté les meilleures valeurs de biomasse sèche et de fixation d'azote en hiver. Cependant, l'écotype M. rigidula 716 a montré les meilleurs résultats à la fin de la culture grâce à sa bonne croissance au printemps. L'inoculation a présenté un effet stimulateur sur la croissance. Les traitements inoculés ont généralement produit une biomasse comparable à celle des plantes fertilisées. La proportion d'azote provenant de la fixation a atteint 85 à 87% pour les écotypes M. aculeata 5099 et M. rigidula 716. La spécificité entre rhizobium et écotype de luzerne a joué un rôle primordial dans la fixation d'azote puisque les différentes souches ont présenté des degrés variables de tolérance aux basses températures. Les souches M508 pour M. aculeata 5099 et BZI pour M. rigidula 716 ont présenté les meilleures performances parmi les souches testées. L'utilisation de M. aculeata 5099 inoculé par la souche M508 dans un système d'assolement avec des céréales pourrait contribuer à satisfaire les besoins fourragers en hiver.

Non disponible / Not available, aLes basses températures hivernales dans les zones méditerranéennes réduisent la production et la fixation d'azote chez les plantes fourragères. L'objectif de cette étude consiste à trouver des écotypes de luzernes annuelles et des souches spécifiques de Rhibozium tolérant au froid en vue d'établir des associations capables de croître et de fixer l'azote en hiver. Trois écotypes de luzernes (M. aculeata 80, M. aculeata 5099 et M. rigidula 716) ont été cultivés en conditions contrôlées et au champ avec trois traitements azotés : fertilisation, inoculation et témoin. Chaque écotype a été inoculé par deux souches de Rhibozium pour tester l'efficience des associations cultivées sous basses températures. Nous avons suivi le développement des plantes, la production de la matière sèche, la formation des nodosités et la fixation d'azote. Nos résultats indiquent une variabilité génétique au niveau de la tolérance au froid des écotypes étudiés. M. aculeata 5099 a présenté les meilleures valeurs de biomasse sèche et de fixation d'azote en hiver. Cependant, l'écotype M. rigidula 716 a montré les meilleurs résultats à la fin de la culture grâce à sa bonne croissance au printemps. L'inoculation a présenté un effet stimulateur sur la croissance. Les traitements inoculés ont généralement produit une biomasse comparable à celle des plantes fertilisées. La proportion d'azote provenant de la fixation a atteint 85 à 87% pour les écotypes M. aculeata 5099 et M. rigidula 716. La spécificité entre rhizobium et écotype de luzerne a joué un rôle primordial dans la fixation d'azote puisque les différentes souches ont présenté des degrés variables de tolérance aux basses températures. Les souches M508 pour M. aculeata 5099 et BZI pour M. rigidula 716 ont présenté les meilleures performances parmi les souches testées. L'utilisation de M. aculeata 5099 inoculé par la souche M508 dans un système d'assolement avec des céréales pourrait contribuer à satisfaire les besoins fourragers en hiver.

Mémoire de DES (Diplôme d'Etudes Spécialisées) tenant lieu de thèse d'exercice.; L'acide orotique, ou acide 2,6-dihydroxypyrimidine 4-carboxylique, est un intermédiaire de la biosynthèse de novo des pyrimidines. Il dérive de la carbamylation dans le cytoplasme, de l'acide aspartique en carbamylaspartate. Ce dernier est également synthétisé dans la mitochondrie, où il constitue l'un des premiers intermédiaires du cycle de l'urée. L'acide orotique est donc relié au cycle de l'urée, via le carbamylphosphate. Cet acide est normalement excrété à l'état de traces dans les urines. Son excrétion augmente considérablement dans l'acidurie orotique héréditaire, et également dans certains troubles du cycle de l'urée. Nous avons mis au point le dosage de cet acide par CPG-SM avec dilution isotopique par l'acide orotique (l,3-15N2) . Le domaine de linéarité s'étend de 2 à 1 000 nmol d'acide orotique extrait. La méthode présente l'avantage d'être précise et exacte : le coefficient de variation de reproductibilité est de 1,03% ; le coefficient de variation de répétabilité est de 0,97% ; les bornes de l'erreur totale sont 0,70 et 5,12 nmol. Les valeurs normales obtenues pour les enfants de moins de 1 an sont de 1,73 ± 0,53 mmol/mol de créatinine ; ces valeurs diminuent avec l'âge pour atteindre les taux adultes de 0,54 ± 0,21 mmol/mol de créatinine. Des dosages effectués chez des enfants présentant un déficit sur le cycle de l'urée illustrent les variations de l'acidurie orotique observées dans ces pathologies : une excrétion très élevée dans les déficits en OCT et ASS, une excrétion normale dans les déficits en ASL.

RBSUMB L’arasement des talus, destine & permettre la mecanisation des diverses operations culturales, a eu pour consequence l’enfouissement en profondeur de l’horizon humifere A et la mise en surface des horizons B ou C t r b pauvres en matiere organique. L’analyse, par la technique des cinetiques de dilution isotopique, montre d’une part, que de tres nombreux sols des Antilles (sols bruns, ferrallitiques, andiques) sont, simultanement, pauvres en phosphore assimilable et A fort pouvoir fixateur et, d’autre part, que le nivellement a provoque une augmentation generale du pouvoir fixateur des horizons maintenant cultives. Elle permet egalement de mettre en evidence l’effet positif de certains types de matiere organique sur la mobilite des ions phosphate. Les formes les plus solubles d’engrais phosphates tel que le phosphate diammonique, sont fixees B 96 p. 100 par le sol en 24 h et ne permettent pas d’accroitre le pool d’ions phosphate immediatement disponible. C’est pourquoi, dans ces sols dont le pH est compris entre 4,7 et 5,7, il parait judicieux de preferer aux phosphates solubles les phosphates naturels dont la tres faible solubilite ralentit les transferts d’ions phosphate vers des formes alurniniques tres peu utilisables par les cultures.

Pharmaceuticals and their residues belong to the so-called “emerging” pollutants for which no current regulation is applied regarding their presence in the environment. Monitoring the contamination of aquatic resources by these kinds of micropollutants is a necessity in order to anticipate potential effects regarding human health and ecosystems. In this context, data quality (traceability and comparability) is compulsory so as to take better decisions regarding policies to be driven. Psychotropic compounds, which are widely consumed, display a great concern in that field.This thesis aimed at characterizing occurrence of psychotropic compounds in the environment and putting forward metrological tools insuring accuracy, traceability, comparability as well as representativity of the measurement results.To that purpose, a SPE-LC-MS² multi-residue method has been developed for a selection of psychotropic compounds and other commonly consumed drugs. Method limits of quantification were in the range of ng.L-1 which enabled to characterize their occurrence in several surface waters and treated wastewaters. Concurrently, usage of integrative samplers was evaluated and applied on the field in different locations. Occurrence levels of 68 selected compounds were established by implementation of this complementary strategy in aquatic systems. Furthermore, results from measurement campaigns were used to rank studied compounds into a short list of interest. Finally, a reference method using isotopic dilution and mass spectrometry (DI-MS) was developed for the characterization of 24 psychotropic compounds in surface waters. Expanded uncertainties (k=2) inferior to 10% were obtained. Last be not least, implementing this method to environmental analysis emphasized the importance of sampling related uncertainties regarding to global measurement uncertainties.; Les résidus de médicaments font partie des polluants dits « émergents » pour lesquels il n’existe actuellement pas de réglementation quant à leur présence dans l’environnement. Afin d’anticiper un risque éventuel pour l’Homme et les milieux aquatiques il est, entre autres, nécessaire de réaliser un état des lieux de la contamination des systèmes aquatiques par ce type de micropolluants. Dans ce contexte, disposer de données de mesures de qualité (traçables et comparables) constitue un prérequis indispensable pour décider au mieux des politiques à conduire dans ce domaine. L’étude des psychotropes présente un enjeu important d’autant plus qu’il s’agit de molécules abondamment consommées.Les travaux conduits lors de cette thèse avaient deux objectifs principaux. Le premier était de caractériser l’occurrence environnementale de composés psychotropes. Le second objectif était de proposer des outils métrologiques permettant d’assurer l’exactitude, la traçabilité, la comparabilité mais également la représentativité des résultats de mesure.Dans un premier temps, une méthode multi-résidus par SPE-LC-MS² a été développée pour une sélection de composés psychotropes et d’autres médicaments de consommation courante. Les limites de quantification de la méthode étaient de l’ordre du ng.L-1. Cela a permis de caractériser leur occurrence dans différents cours d’eau et rejets de station d’épuration en France. En parallèle, une approche par échantillonnage intégratif a été développée et déployée dans différents sites. Cette stratégie complémentaire a permis d’établir les niveaux d’occurrence des 68 psychotropes et traceurs sélectionnés et de conduire une démarche de hiérarchisation dans le but d’établir une liste restreinte de composés d’intérêt. Enfin, une méthode de référence associant la dilution isotopique à la spectrométrie de masse (DI-MS) a été développée pour l’analyse de 24 psychotropes dans les eaux de surface. Elle se caractérise par des incertitudes élargies (k=2) inférieures à 10%. La mise en oeuvre de cette méthode dans des études environnementales a permis de mettre en évidence l’importance de la contribution de l’incertitude liée à l’échantillonnage par rapport à l’incertitude totale de mesure.

National audience; L’objectif de cette étude était de chiffrer le flux de minéralisation du P organique du sol et d’analyser l’effet de la fertilisation minérale sur ce flux. Nous avons réalisé ce travail en utilisant la base de données et en analysant les échantillons de terre d’un dispositif de longue durée, initié en 1972 et arrêté en 2000. Les échantillons de terre avaient été soigneusement préparés, enregistrés, archivés et stockés pendant les 28 années de suivi. Trois régimes d'apports de superphosphate triple (Ca(H 2 PO 4 ) 2 titrant 45%P 2 O 5 ), répétés 4 fois, y étaient testés : 0, 44 et 96 kg P ha -1 an -1 , en moyenne sur la durée de l’essai. Cette expérimentation avait été implantée sur un sol sableux, labouré et cultivé sous une monoculture continue de maïs irrigué. Nous disposions de dix années d’échantillonnage de la couche labourée (0-25 cm) de sol : 1976, 1978, 1980, 1983, 1986, 1988, 1992, 1995, 1998 et 2000. Les rendements en grain de chaque parcelle expérimentale et leur teneur en P avaient été mesurés chaque année afin de connaître la quantité de P exporté chaque année. La quantité totale de phosphore organique a été déterminé par différence entre la quantité extraite de P par une solution d’acide sulfurique à 0.5 M d’un échantillon de terre calciné et celle extraite d’un échantillon de terre non calciné. Les résidus de cannes de maïs, restitués après récolte des grains, avaient également été pesés et analysés. La quantité de phosphore organique issue de la transformation des cannes de maïs a été estimée à 20% de la quantité de P restituée. Pendant les 28 années de suivi, il n’y a pas eu de différence significative du stock de phosphore organique quelle que soit l’année d’échantillonnage et le régime de fertilisation phosphatée. La moyenne générale de la teneur de phosphore organique est de 100 (±24) mg P kg -1 sol, équivalent à un stock de 390 kg P ha -1 dans la couche labourée. Ce compartiment représente 39% du phosphore total dans le traitement ne recevant pas de phosphore, 25% en apportant 44 kg P-TSP ha -1 an -1 et 19% en apportant 96 kg P-TSP ha -1 an -1 . La dynamique du P organique diffère de celle observée sur les stocks de carbone et d’azote organique du sol qui diminuent tous les deux, lentement mais constamment pendant la même période, tout en conservant un rapport C/N constant de 14.4. Notre poster détaillera les relations entre le carbone, l’azote et le phosphore et les vitesses de minéralisation que l’on peut en déduire.