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La chair de poisson et de mammifères marins constitue une source importante de protéines et de bons nutriments, tels que le sélénium (Se), la vitamine E et les acides gras polyinsaturés à longues chaînes. Cependant, la chair de ces animaux peut aussi bioaccumuler la forme organique de mercure (Hg), le méthylmercure (MeHg). Ce contaminant a fait l’objet de plusieurs études épidémiologiques, notamment en raison de sa neurotoxicité résultant d’une exposition in utero, étroitement reliée à l’ingestion de poissons fortement contaminés en MeHg. En réponse à ce risque toxicologique, les autorités sanitaires ont émis des lignes directrices quant à la consommation de poissons dans le but de protéger la population. Cependant, ces recommandations présentent certaines limites qui sont liées aux prémisses et aux omissions de l’équation déterministe utilisée pour évaluer l’exposition au MeHg par Santé Canada: (1) elles considèrent que 100% du Hg présent dans la chair de poisson est sous forme de MeHg, (2) elles supposent que le MeHg est distribué de façon homogène à l’intérieur de la chair de poisson, (3) elles prennent pour acquis que 100% du MeHg sera absorbé par le consommateur et (4) par l’utilisation d’une approche déterministe, elles omettent la potentielle incertitude et variabilité intra-populationnelle au niveau des données. L’objectif de cette thèse visait à explorer ces limites, afin de mieux comprendre l’exposition du consommateur au MeHg. Nous avons tout d’abord évalué la distribution du MeHg, du Se (antagoniste du MeHg) et de l’arsenic (As : antagoniste du Se) à l’intérieur de l’appareil musculaire d’un même poisson, en fonction de sa composition en biomolécules (protéines et lipides). Nos résultats démontrent que la présence concomitante de muscles rouges et blancs induit un gradient important de biomolécules à l’intérieur de l’appareil musculaire d’un même individu, provoquant par le fait même une variation moyenne de 2.2 fois quant à la distribution des métal(loide)s, qui se distribuent en fonction de leurs affinités biochimiques. Ces résultats confirment que le MeHg peut se distribuer de façon hétérogène à l’intérieur du muscle de poisson, ce qui pourrait mener à une sous- ou surestimation de l’exposition au MeHg pour le consommateur, en fonction de la partie du poisson qui est consommée. Par la suite, nous nous sommes attardés à l’hypothèse stipulant que 100% du MeHg est absorbé par le consommateur. Une des méthodes utilisées pour estimer la fraction de MeHg qui serait disponible à être absorbée par la paroi intestinale consiste à mesurer la bioaccessibilité, c’est-à-dire la fraction soluble de MeHg, à l’aide d’un modèle de digestion in vitro. Plusieurs études ayant utilisé cette approche observent que la cuisson de la chair de poisson diminue significativement la bioaccessibilité du MeHg, ce qui diminuerait sa potentielle absorption intestinale. Nous avons donc conduit une expérience in vivo en utilisant un modèle porcin et en parallèle, nous avons utilisé un modèle de digestion in vitro. Selon les profils sanguins porcins, la biodisponibilité orale du MeHg provenant de la chair de thon cuite n’est pas moins élevée que celle mesurée avec la chair de thon crue. En contraste, nous avons obtenu une bioaccessibilité de MeHg moins élevée avec la chair de thon cuite. Nos résultats démontrent que les modèles de digestion in vitro actuels ne sont pas suffisamment optimisés pour être utilisés directement dans les calculs d’exposition au MeHg, tels que proposés récemment dans la littérature. Finalement, nous avons testé l’impact d’ajout de variables supplémentaires dans l’équation déterministe actuellement utilisée par Santé Canada pour évaluer l’exposition du consommateur au MeHg, en conduisant une évaluation probabiliste du risque. Notamment, nous avons considéré (1) la proportion de Hg méthylée par rapport à la quantité de Hg, (2) la bioaccessibilité et (3) l’augmentation de la concentration du MeHg suite à la cuisson de la chair de poisson, créée par la perte d’humidité. Nos résultats sont clairs : chaque ajout de variable indépendante augmente ou diminue significativement l’exposition calculée, soulignant la sensibilité de l’équation utilisée pour évaluer l’exposition au MeHg. Ceci suggère que de plus amples recherches devront être conduites avant d’effectuer une quelconque modification dans l’équation de l’exposition au MeHg, par souci de ne pas sous-estimer celle-ci. Cette thèse illustre que les recommandations sont difficilement généralisables puisque la chair de poisson et de mammifères présente des propriétés différentes, en fonction de l’espèce animale considérée. Cette thèse démontre que l’équation déterministe utilisée par Santé Canada dans l’évaluation de l’exposition au MeHg devrait être mieux approfondie par la sphère scientifique, particulièrement dans le cas des mammifères marins., Fish flesh and marine mammals is an important source of proteins and nutrients, such as selenium (Se), vitamin E and long chain polyunsaturated fatty acids. However, flesh of those animals may bioaccumulate the organic form of mercury (Hg), methylmercury (MeHg). This contaminant has been the subject of various epidemiological studies, namely because of its neurotoxicity through in utero exposure, closely related to highly MeHg contaminated fish consumption. In response to this toxicological risk, health authorities have set fish consumption guidelines in order to protect the population. Still, those guidelines present limits that are related to premises and omissions of the determinist equation used by Health Canada in order to assess the exposure to MeHg: (1) it considers that 100% of Hg in fish flesh is MeHg, (2) it supposes that MeHg is homogeneously distributed within fish flesh, (3) it takes for granted that 100% of MeHg will be absorbed by the consumer and (4) by using a determinist approach, they omit the potential uncertainty and intra-population variability in the data. The aim of this thesis was to address these limits, in order to better understand the exposure of MeHg for consumers. We first assessed the distribution of MeHg, Se (MeHg antagonist) and arsenic (As, Se antagonist) within fish musculature, as a function of its biomolecule composition (proteins and lipids). Our results demonstrated that the concomitant presence of white and red muscle induces a large gradient of protein and lipid within the muscular apparatus of the same individual. This in turn causes on average a variation by 2.2-fold regarding MeHg, Se and As bioaccumulation, which are distributed according to their biochemical affinity. Those results confirmed that MeHg can distribute heterogeneously within fish muscle, which could lead to an under- or overestimation of MeHg exposure for consumers, as function of the part of the fish consumed. Subsequently, we focused on the hypothesis stipulating that 100% of MeHg is absorbed by the consumer. A method used to assess the fraction of MeHg that would be available to be further absorbed by the gut wall consists of measuring the bioaccessibility, i.e. the soluble fraction of MeHg, using an in vitro digestion model. Several studies that assessed the bioaccessibility of cooked fish flesh observed a decreased of MeHg solubility, that would potentially diminish its intestinal absorption. However, those results have not been yet validated in vivo. To that end, we conducted an in vivo experience using the pig model and, in parallel, we used an in vitro digestion model. According to the pig’s blood profile, the oral bioavailability of MeHg from cooked tuna flesh is not less bioavailable than the MeHg from the raw tuna. Contrasting results have been found with the in vitro model, with a decrease of MeHg bioaccessibility observed when fish flesh is cooked. Our results demonstrated that in vitro digestion models are not optimized to be directly used in MeHg exposure calculus as recently proposed in the literature. Finally, we tested the impact of adding variables to the deterministic equation currently used by Health Canada to assess consumer exposure to MeHg, by conducting a probabilistic risk assessment. We considered (1) the proportion of Hg that is MeHg, (2) the MeHg bioaccessibility and (3) the increased of MeHg level after the cooking of fish flesh due to moisture loss. Our results showed that each individual variable significantly increases or decreases the calculated exposure. Thereby, it highlights the sensitivity of the equation used to assess the exposure of MeHg. It strongly suggests that more research is needed to improve Hg exposure calculation to avoid underestimating the potential health risks of MeHg exposure. This thesis presents important results regarding the exposure of MeHg through fish and marine mammals’ consumption. This thesis shows that the recommendations are difficult to generalize since the flesh of fish and mammals has different properties, depending on the animal species considered. The conclusions of this thesis demonstrate that the premises and omissions of the deterministic equation used by Health Canada in the assessment of exposure to Hg should be better investigated by the scientific sphere, especially in the case of marine mammals.

Resume Introduction La Societe de toxicologie clinique (STC) a ete sollicitee par les pouvoirs publics pour produire des recommandations concernant la prise en charge des femmes enceintes exposees au mercure organique et leurs enfants a naitre. Methode Ces recommandations, avec la participation d’experts appartenant a des societes savantes concernees par la prise en charge des femmes enceintes et/ou de leurs enfants, ont ete etablies selon la methodologie des recommandations pour la pratique clinique definie par la Haute Autorite de sante (HAS). Resultats La principale source d’exposition de la population au methylmercure (MeHg) est alimentaire, notamment par la consommation de poissons fortement contamines. Les biomarqueurs d’exposition fiables pour la surveillance de l’impregnation au MeHg des populations sont le mercure total dans les cheveux et dans le sang total. L’effet critique du MeHg est l’alteration des fonctions cognitives resultant d’une exposition prenatale, et 11 μg/g de cheveux la valeur de la concentration capillaire de mercure maternelle, a partir de laquelle cet effet critique peut survenir chez l’enfant. La population prioritaire pour le depistage est celle des femmes en âge de procreer, ainsi que les enfants âges de moins de 7 ans, consommant plus de 2 portions de poissons par semaine, ou residant dans les bourgs isoles de Guyane, particulierement les femmes enceintes et leurs enfants allaites. Un suivi medical est recommande pour les femmes enceintes ayant une concentration capillaire de mercure superieure a 2,5 μg/g de cheveux (limite superieure de l’intervalle de confiance du 95e percentile dans la population francaise) ainsi que pour leurs nouveau-nes. Si la concentration capillaire chez la mere et/ou l’enfant a depasse 11 μg/g, l’enfant doit beneficier d’un suivi neurodeveloppemental. Conclusion Les mesures de reduction alimentaire des expositions sont primordiales : l’indication de la chelation se discute dans les cas ou des effets neurotoxiques severes sont possibles. Dans ces recommandations, la prise en charge d’une exposition maternelle au MeHg ainsi que celle de l’enfant a naitre sont detaillees dans un organigramme.

National audience; IntroductionLa Société de toxicologie clinique (STC) a été sollicitée par les pouvoirs publics pour produire des recommandations concernant la prise en charge des femmes enceintes exposées au mercure organique et leurs enfants à naître.MéthodeCes recommandations, avec la participation d’experts appartenant à des sociétés savantes concernées par la prise en charge des femmes enceintes et/ou de leurs enfants, ont été établies selon la méthodologie des recommandations pour la pratique clinique définie par la Haute Autorité de santé (HAS).RésultatsLa principale source d’exposition de la population au méthylmercure (MeHg) est alimentaire, notamment par la consommation de poissons fortement contaminés. Les biomarqueurs d’exposition fiables pour la surveillance de l’imprégnation au MeHg des populations sont le mercure total dans les cheveux et dans le sang total. L’effet critique du MeHg est l’altération des fonctions cognitives résultant d’une exposition prénatale, et 11 μg/g de cheveux la valeur de la concentration capillaire de mercure maternelle, à partir de laquelle cet effet critique peut survenir chez l’enfant. La population prioritaire pour le dépistage est celle des femmes en âge de procréer, ainsi que les enfants âgés de moins de 7 ans, consommant plus de 2 portions de poissons par semaine, ou résidant dans les bourgs isolés de Guyane, particulièrement les femmes enceintes et leurs enfants allaités. Un suivi médical est recommandé pour les femmes enceintes ayant une concentration capillaire de mercure supérieure à 2,5 μg/g de cheveux (limite supérieure de l’intervalle de confiance du 95e percentile dans la population française) ainsi que pour leurs nouveau-nés. Si la concentration capillaire chez la mère et/ou l’enfant a dépassé 11 μg/g, l’enfant doit bénéficier d’un suivi neurodéveloppemental.ConclusionLes mesures de réduction alimentaire des expositions sont primordiales : l’indication de la chélation se discute dans les cas où des effets neurotoxiques sévères sont possibles. Dans ces recommandations, la prise en charge d’une exposition maternelle au MeHg ainsi que celle de l’enfant à naître sont détaillées dans un organigramme.

Les barrages au fil de l’eau devraient tripler dans la prochaine décennie en réponse à la transition mondiale vers les énergies renouvelables. Or, contrairement aux barrages à réservoir dont les impacts sur le cycle du mercure (Hg) sont bien connus, très peu d’études ont évalué l’impact des barrages au fil de l’eau sur la mobilisation et la transformation du Hg en méthylmercure (MeHg), une neurotoxine bioaccumulable et bioamplifiable le long de la chaîne trophique. Malgré la surface limitée d’inondations créée par ces petits ouvrages comparés aux barrages avec réservoirs, les retenues d’eau créées en amont pourraient tout de même contribuer à créer des conditions propices à la méthylation du Hg. Cette étude a été conduite sur la rivière St.Maurice (QC, Canada) présente dans un paysage soumis à la construction récente de deux barrages au fil de l’eau et de milieux humides artificiels et à la présence concomitante de perturbations du paysage: un feu de forêt et de la coupe de bois. Les résultats montrent une augmentation du pourcentage de méthylmercure (%MeHg) de 2 à 3 fois dans les zones inondées comparées aux sites références ou en aval des barrages. De plus, une augmentation des concentrations en mercure total (THg) et en matière organique (MO) est observée dans ces mêmes zones inondées soumises aux perturbations du paysage. Cela suggère que les feux de forêt et la coupe de bois auraient contribué au transfert de MO lié au Hg en provenance du bassin versant vers la rivière, comme indiqué par la corrélation positive entre le ratio C/N et le % MeHg. L’accumulation de MO et Hg dans les retenues d’eau créées par les barrages au fil de l’eau seraient alors des lieux propices à la stimulation de la communauté procaryotique méthylatrice dont le gène marqueur hgcA a été détecté à tous les sites avec une composition très diverse, dominée par les méthanogènes, les sulfato-réducteurs et les fermenteurs dans ce système. A la lumière de ces résultats, nous proposons que les futures études concernant les barrages au fil de l’eau intègrent le paysage dans son ensemble et établissent un suivi des concentrations de Hg avant, pendant et après la construction., Run-of-river dams (RoRs) are expected to triple in the next decade in response to the global transition to renewable energy. However, unlike reservoir dams whose impacts on the mercury (Hg) cycle are well known, very few studies have evaluated the impact of RoRs on the mobilization and transformation of Hg into methylmercury (MeHg), a bioaccumulative and bioamplifiable neurotoxin along the trophic chain. Despite the limited area of flooding created by these small structures compared to reservoir dams, the pondages created upstream could still contribute to creating conditions conducive to the methylation of Hg. This study was carried out on the St. Maurice River (QC, Canada) located in a riverscape recently influenced by to the recent construction of two RoRs and artificial wetlands and to the concomitant presence of disturbances in the landscape. The results show an increase in the percentage of methylmercury (% MeHg) from 2 to 3 times in the flooded areas compared to the reference sites or downstream sites. In addition, an increase in total mercury (THg) and organic matter (MO) concentrations are observed in these same flooded areas subject to landscape disturbances: forest fire and logging. It suggests that forest fires and logging are contributing to the transfer of MO bound to Hg from the watershed to the river, as indicated by the positive correlation between the C / N ratio and % MeHg. The accumulation of MO and Hg in the pondages are likely favorable to the stimulation of the prokaryotic methylating community whose hgcA marker gene was detected at all sites with a very diverse composition, dominated by methanogens, sulfate-reducers and fermenters in this system. In the light of these results, we suggest that future studies on RoRs integrate the landscape as a whole and establish a monitoring of Hg concentrations before, during and after construction.

Résumé en anglais : The European eel (Anguilla anguilla) present a complex life cycle with a glass eel stage migrating up estuary to reach river for growth. However, this estuarine migration is known to be facultative, with some individuals settling at sea, in estuaries or alternating stays in rivers and estuaries. As glass eels feed little or not at all during their migration, their divergent migration patterns may be closely associated with individual’s body condition. To date, one major theory of conditional strategy proposed that the facultative migration in European glass eels is based on energy stores, the individuals with a high migratory capacity presenting high energy stores. However, this theory has been proved controversial and the aim of this thesis was to investigate the conditional strategy in European glass eels based on more comprehensive measures of energetic status, including not only energy stores but also energy mobilization (metabolism and energy-related genes expression). We also focused on both autumn and spring glass eels, which present dramatic difference in energy stores. We first characterized the individual energetic status of marine glass eels sampled in autumn and spring and related this status to their migration behavior assessed in experimental facilities. Autumn glass eels presented higher energy stores and a higher ability to produce energy than spring ones. This confirmed that autumn and spring glass eels present strong differences in their energetic status and that they have to be studied separately. We hypothesized that a potential threshold in energetic status may exist below which migration could be conditioned by energetics. Then, to unveil the underlying mechanisms of settlement processes in estuaries in relation to energy-based conditional strategy, we investigated the relationship between energetic status and migration behavior in both marine and estuarine glass eels. Estuarine individuals displayed lower weight than marine ones in autumn but not in spring supporting the idea that a conditional strategy based on energy may explain facultative migration when energy reserves become a limiting factor. Weight loss, standard metabolism and the expression of metabolism-related genes suggested that estuarine glass eels were more stressed and had a lower capacity of energy production than marine fish. The non-synchronized glass eels also presented a higher energy expenditure than synchronized individuals possibly reflecting a higher stress and/or vulnerability to stress in the former. We further exposed glass eels to a potential stressor in estuaries - methylmercury (MeHg) in order to investigate the effects of this contaminant on glass eels’ migratory behavior and energetic status. Our results first suggested that non-synchronized glass eels were more vulnerable to MeHg reflected by a decrease in swimming activity. MeHg also affected the relation between individual metabolism-related genes expression level and swimming activity, supporting our hypothesis that stress factors may influence the settlement processes in glass eels. Finally, it is noteworthy that non-synchronized glass eels displayed lower expression level of metabolism genes than their synchronized counterpart in the head but not in muscle nor in viscera. Altogether, these results provided evidences that the energetic status and sensitivity to stress may condition estuarine migration in glass eels but the underlying mechanisms and relationships between these factors but also with the endogenous clocks driving migration remain to be elucidated., L'anguille européenne (Anguilla anguilla) présente un cycle de vie complexe avec un stade civelle qui remonte les estuaires pour atteindre les rivières et entamer une phase de croissance. Cependant, cette migration estuarienne est connue pour être facultative, certains individus s'installant en mer, en estuaire ou alternant les séjours en rivière et en estuaire. Les civelles ne se nourrissent pas ou peu pendant leur migration et leurs schémas migratoires pourraient donc être étroitement associés aux réserves énergétiques des individus. La migration facultative des civelles pourrait donc reposer sur une stratégie conditionnelle, les individus présentant d’importantes réserves d'énergie ayant une capacité migratoire élevée. Cependant, certaines études s’avèrent contradictoires et l’objectif de cette thèse était d'étudier la stratégie conditionnelle chez les civelles européennes en se basant non seulement sur les réserves d'énergie mais également sur la mobilisation de l'énergie (métabolisme et expression des gènes liés à l'énergie). L’essentiel des travaux a été mené à la fois sur des civelles d'automne et de printemps, car elles présentent d’importantes différences de réserves énergétiques. Nous avons tout d'abord caractérisé le statut énergétique individuel des civelles marines échantillonnées en automne et au printemps et l’avons relié à leur comportement migratoire évalué dans des installations expérimentales. Les civelles d'automne présentaient des réserves énergétiques plus élevées et une plus grande capacité à produire de l'énergie que les civelles de printemps. Ces résultats confirment que les civelles d'automne et de printemps présentent de fortes différences dans leur statut énergétique et qu'elles doivent être étudiées séparément. Nous émettons l'hypothèse qu'il pourrait exister un seuil énergétique en dessous duquel la migration pourrait être conditionnée par ce facteur. Afin de mieux comprendre les mécanismes de sédentarisation dans les estuaires, la relation entre le statut énergétique et le comportement migratoire des civelles marines et estuariennes a ensuite été étudié parallèlement en automne et au printemps. Nos résultats soutiennent l’hypothèse d’une stratégie conditionnelle basée sur l'énergie lorsque les réserves énergétiques deviennent un facteur limitant (civelles de printemps). La perte de poids, la mesure du métabolisme et l'expression de gènes liés au métabolisme suggèrent également que les civelles estuariennes étaient plus stressées et avaient une capacité de production d'énergie plus faible que les marines. Les civelles non synchronisées au courant (considérées comme ayant une faible probabilité de migration) présentaient une dépense énergétique plus élevée que les individus synchronisés, ce qui pourrait refléter un stress et/ou une vulnérabilité au stress plus élevés chez les premières. Afin de tester cette hypothèse, des civelles ont été exposées à un facteur de stress potentiel dans les estuaires, à savoir le méthylmercure (MeHg), et les effets de ce contaminant sur le comportement migratoire et le statut énergétique des individus a été étudié. Nos résultats mettent en évidence une diminution de l’activité de nage chez les civelles non synchronisées mais pas chez les synchronisés, suggérant que les premières pourraient être plus sensibles au MeHg. Puis, les civelles non synchronisées présentaient un niveau d'expression des gènes du métabolisme inférieur à celui de leurs homologues synchronisées dans la tête et pas dans le muscle ni dans les viscères. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse suggèrent que le statut énergétique et la sensibilité au stress pourraient conditionner la migration estuarienne des civelles mais les mécanismes sous-jacents et les relations entre ces facteurs ainsi qu’avec les horloges endogènes qui contrôlent la migration restent à élucider.

La qualité de l'eau du lac Saint-Pierre (LSP), le plus grand lac fluvial du fleuve Saint-Laurent, est notamment compromise par le déversement d’une mixture composée de métaux et de pesticides provenant des rejets des industries, des effluents municipaux et de l’exploitation des terres agricoles dans son bassin versant. Cette contamination est d'autant plus importante dans les zones du lac caractérisées par une végétation dense favorisant la rétention et la sédimentation de la matière en suspension. Or, ces herbiers aquatiques, qui occupent de vastes étendues du LSP, servent de frayère pour plusieurs poissons, dont la perchaude (Perca flavescens). Cette espèce est donc particulièrement affectée par la dégradation des habitats aquatiques du LSP. À la suite d’un déclin important de ses populations depuis la fin des années 1990 en raison de son important intérêt commercial et sportif, un moratoire de cinq ans sur la pêche de la perchaude a été imposé en 2012 et reconduit jusqu’en 2022, puisque l’incapacité de rétablissement des populations de perchaudes semble persister. La présente étude vise à évaluer l'hypothèse que cette incapacité de rétablissement, qui se reflète par un recrutement déficient, soit en partie attribuable à l'impact de la contamination chimique sur la reproduction, soit par des effets toxiques potentiels sur les femelles ovigères, sur les œufs ou sur les jeunes larves pendant les premiers mois. Dans un premier temps, nous avons évalué l’hypothèse que le glyphosate, herbicide à large spectre et ingrédient actif de la formulation Roundup®, ait un impact indirect sur les jeunes perchaudes en décimant les communautés de biofilms périphytiques, source d’alimentation des invertébrés dont se nourrissent les jeunes larves. Cette suite d’effets contribuerait à l’accroissement de la mortalité hivernale des jeunes de l’année, due à une insuffisance de ressources énergétiques. Or, nos résultats démontrent que peu importe l’âge, et par le fait même l’épaisseur des biofilms, le glyphosate, en concentrations environnementales réalistes, ne semble pas impacter négativement la composition des communautés ou le métabolisme de la chlorophylle des biofilms. Seul l’âge (2 mois, 1 an, 20 ans) de ces derniers semblait en effet influencer la composition taxonomique des communautés. Nous avons cependant observé une augmentation de l’abondance relative d’Anabaena, un taxon de cyanobactérie toxique qui possède une forme résistante rare de l’enzyme EPSPS, cible principale du mode d’action du glyphosate. Cette étude contribue à l’avancement des connaissances sur les effets de l’herbicide le plus utilisé à l’échelle mondiale, actuellement au cœur de préoccupations d’intérêt international. Nous avons également évalué le potentiel de toxicité associé au transfert maternel du mercure et du sélénium chez la perchaude à l’aide de techniques de fractionnement subcellulaire. Le mercure est un contaminant d’intérêt en raison de son omniprésence dans l’environnement ainsi que de ses effets néfastes sur la reproduction des poissons à de très faibles concentrations. Il a également été démontré que des ratios molaires Se:Hg supérieurs à 1 atténuaient les effet néfastes du mercure. Nos résultats démontrent une évidence de transfert maternel de la femelle à ses œufs, mais également aux mitochondries gonadiques, principales composantes sensibles de la cellule. Le transfert maternel représentant la source d’exposition aux contaminants la plus importante pour les embryons, nos observations pourraient contribuer à expliquer le recrutement déficient des jeunes perchaudes au LSP. Nous avons également mesuré des ratios molaires Se:Hg systématiquement supérieurs à 1 dans les différentes fractions subcellulaires hépatiques et gonadiques, résultats novateurs qui laissent sous-entendre un effet protecteur du Se. Puisque nous avons confirmé l’occurrence d’un transfert maternel du mercure, l’étape logique subséquente était d’évaluer la bioaccumulation de ce contaminant au sein des différents stades ontogéniques du cycle de vie de la perchaude. Les stades embryo-larvaires et juvéniles précoces sont en effet des phases particulièrement sensibles aux contaminants organiques et inorganiques. Nos résultats démontrent que les concentrations de MeHg décroissent suivant un patron ontogénique, avec les plus hautes concentrations mesurées chez les juvéniles et les plus basses dans les masses d’œufs. Nous avons également démontré que presque 100% du mercure était présent sous forme de MeHg, forme toxique et bioamplifiable, chez les larves et les juvéniles. Les ratios molaires Se:Hg étaient quant à eux systématiquement supérieurs à 1, résultats comblant d’importantes lacunes au niveau des effets antagonistes entre le mercure et le sélénium chez les poissons. Les résultats découlant des présents travaux de recherche ont un impact important sur la science de l’écotoxicologie en raison de leur caractère novateur. Tout d’abord, nous avons contribué à l’avancement des connaissances sur l’impact de concentrations environnementales de glyphosate sur des biofilms d’âge très contrasté. Ensuite, nous avons, pour la première fois, utilisé des outils de fractionnement subcellulaire afin d’évaluer le potentiel de toxicité lié au transfert maternel du mercure. Enfin, nous rapportons les premières données liées à la bioaccumulation simultanée du mercure et du sélénium aux stades de vie clés du développement de la perchaude. La présente thèse s’avère ainsi nécessaire afin de contribuer au progrès du savoir sur le devenir de certains contaminants d’intérêt au sein des écosystèmes aquatiques., Lake Saint Pierre (LSP) is the largest fluvial lake in the Saint Lawrence River. Water quality in LSP is heavily affected by inputs of nutrients and chemical pollution from tributaries which drain agricultural watersheds, from municipal effluents and from industrial discharges. This contamination is amplified in areas of LSP with dense vegetation because aquatic plants promote the retention and sedimentation of dissolved and particulate matter. Several fish species, including Yellow Perch (Perca flavescens), use these aquatic vegetation beds as their spawning grounds and are therefore particularly affected by the contamination of aquatic habitats in LSP. This study therefore tests the hypothesis that chemical contamination in Yellow Perch (YP) during their early life stages can help explain this species’ lack of resilience despite the implementation of a fishing moratorium in 2012. This moratorium was extended until 2022 since populations are still undergoing a recruitment failure and a decline in juvenile abundance populations. The phosphonate herbicide glyphosate, which is the active ingredient in Roundup®, is currently the most widely used herbicide in the world. Glyphosate-based herbicides are sprayed on food and feed crops during cultivation and are thus subject to leaching to streams and rivers. In aquatic ecosystems, periphytic biofilms, or periphyton, are important primary producers and are often the first trophic level to be in contact with runoff waters. Thus, a trophic cascade could occur if these biofilms are negatively impacted by glyphosate, potentially leading to larval fish mortality due to resource limitation. Results showed that submersion period (2 months, 1 year, 20 years) was the only significant contributor to community structure. However, the glyphosate-resistant Cyanobacteria Anabaena was found to be favoured by the use of glyphosate. This freshwater Cyanobacteria commonly forms toxic blooms, raising concern regarding the use of glyphosate. For all colonization stages, and therefore different thicknesses, chlorophyll a did not show an unequivocal decline over time. This study therefore provides an interesting snapshot of the biological processes related to periphytic biofilms’ exposure to environmental concentrations of glyphosate. As this herbicide is currently of international concern, it is imperative to contribute to the advancement of knowledge about its effects. Mercury (Hg) is a trace element of particular concern since it is ubiquitous in the environment and because its methylated form (MeHg) readily bioaccumulates and biomagnifies in food webs. This latter process leads to elevated Hg concentrations in fish and thus induces toxicity. Maternal transfer of bioaccumulated contaminants to offspring is a suggested mechanism of impaired reproductive success in fish. We therefore assessed the toxicity potential of Hg during maternal transfer in YP from LSP using a sub-cellular partitioning approach. Results showed a strong relationship between Hg bioaccumulation in the liver and Hg concentrations in gonadal mitochondria, which corroborates the potential toxicity of maternal transfer. As selenium is a well-studied Hg antagonist, we also measured the Se:Hg molar ratios in all subcellular fractions. We found that these ratios were systematically above 1, which is the suggested threshold for Hg toxicity alleviation through sequestration by Se. Since early developmental stages in aquatic biota are particularly sensitive to Hg, and after confirming the evidence of maternal transfer, we subsequently addressed Hg bioaccumulation in all parts of YP life cycle. This study is the first of its kind to follow Hg and Se during YP ontogenetic development, from the gravid female to the juvenile. Results show that MeHg follow an ontogenetic pattern, with concentrations decreasing from the juveniles to egg masses. We also found that nearly 100% of THg was measured as the toxic form MeHg in larvae and juveniles. Lastly, Se:Hg molar ratios were systematically above 1, suggesting a potentially protective effect of Se on Hg bioaccumulation. This study will thus provide much needed information on the changes in bioaccumulation patterns during the most sensitive life cycle stages of this declining fish population. Results issued from the present research have significant impact when it comes to the advancement of knowledge in Ecotoxicology due to their novel characteristics. First, we have contributed to the advancement of knowledge on the effects of environmental concentrations of glyphosate on highly age-contrasted biofilms. Also, it is the first time that subcellular partitioning techniques are used in order to assess the toxicity potential of mercury during maternal transfer. Finally, we provide the very first results on the simultaneous bioaccumulation of mercury and selenium in key life stages of YP development. Therefore, this thesis is of particular interest when aiming to assess the fate of certain contaminants of interest within aquatic ecosystems.

Les réservoirs hydroélectriques contribuent à la remise en suspension du mercure (Hg) inorganique terrestre et de la matière organique suite à l’inondation des terres lors de la construction d’un barrage. Le développement de zones anoxiques dû à l’augmentation de la colonne d’eau et à la dégradation de matière organique inondée est une condition propice pour la méthylation du Hg par les communautés bactériennes aquatiques, le rendant neurotoxique et bioamplifiable. Les résultats de cette étude, conduite dans le complexe de réservoirs hydroélectriques de la rivière Romaine, démontrent que le pourcentage du mercure total (THg) étant du méthylmercure (MeHg) retrouvé dans les zones inondées est en moyenne 10 fois plus élevé que dans les systèmes naturels avoisinants et dans la portion de la rivière en amont de la série de barrages. Les concentrations en MeHg demeurent toutefois relativement faibles comparativement à d’autres réservoirs au Québec et ailleurs dans le monde. Des patrons de l’amont vers l’aval ont pu être observés, où le MeHg augmente de façon concomitante au dioxyde de carbone (CO2) à travers les réservoirs, les deux ayant des valeurs plus élevées au printemps, suite à la fonte des glaces, qu’en été, suggérant qu’une production sous la glace est probable due à une anoxie partielle avant que le retrait des glaces ne revienne oxygéner la colonne d’eau. De plus, les concentrations de mercure total ainsi que les patrons des composantes de matière organique dissoute et du carbone organique dissous demeurent très peu variables entre les sites inondés et naturels. Cela suggère que les réservoirs hydroélectriques agissent plutôt comme réacteurs de transformation du mercure inorganique terrestre en méthylmercure que comme mobilisateurs de mercure nouvellement importé dans le système, et que les processus opérant des centaines de kilomètres en amont et des mois auparavant sont importants pour les dynamiques de carbone et de mercure observées dans ce système hautement connecté., Following the flooding of soil during the construction of hydroelectric reservoirs, terrestrial inorganic mercury (Hg) and organic matter typically increase in concentrations in the aquatic environment. The anoxia developed due to the deepening of the water column and the degradation of organic matter due to aquatic microbial communities create new conditions in the system that are prone to the methylation of mercury into its neurotoxic and bioaccumulative form : methylmercury (MeHg). Results from this study, led in the hydroelectric complex of reservoirs of the Romaine River, showed that the percentage of total mercury which is methylmercury in the flooded area is on average 10 times higher than in surrounding natural systems from the watershed and in the upstream section of the river. MeHg concentrations in the Romaine River, however, remain relatively low when compared to other reservoirs in Quebec and worldwide. Upstream to downstream patterns have been observed, where MeHg increases along with carbon dioxide (CO2) throughout the series of reservoirs and where both showed higher values in June than in August, following the snowmelt and the melting of the ice cover. Concentrations were lower in the summer campaign, suggesting there was under-ice production due to the development of partial anoxia before the water column is mixed and oxygenated in spring. Moreover, the distribution of total mercury concentrations, dissolved organic carbon and dissolved organic matter components remained stable between flooded and natural sites. This suggests that hydroelectric reservoirs act as reactors for the transformation of terrestrial inorganic Hg in MeHg rather than as mobilizers of newly imported Hg and that processes occurring several kilometers upstream and months prior to sampling affect the carbon and Hg dynamics of this inter-connected system.

L’exposition à un mélange de contaminants durant la grossesse et la période post-partum contribue à des problèmes de santé neurologiques chez les nouveau-nés. Que ce soit les biphényles polychlorés, le méthylmercure ou les composées organochlorées, ils ont tous des effets néfastes lors d’une exposition individuelle. Notre étude s’intéresse à un mélange qui correspond aux concentrations de quelques contaminants présents dans le sang maternel des populations nordiques. Dans les études concernant ce mélange de contaminant, les auteurs ont démontré des altérations au niveau de la croissance ainsi qu’un changement du poids des organes chez les nourrissons. Par contre, les effets de l’exposition à un tel mélange lors de la période périnatale sur la structure cérébrale des mères post-partum ne sont pas connus. L'objectif de ce travail est donc d’évaluer les changements morphologiques associés à la grossesse, suite à l’exposition chronique à un mélange de contaminants environnementaux lors de la grossesse dans un modèle animal et d’explorer les effets de ceux-ci sur la plasticité du cerveau post-partum. Les rats femelles de souche Sprague–Dawley ont été accouplés avec un mâle pour obtenir au moins 10 portées par traitement. Dès la détection de grossesse, ces rats ont été assignés aléatoirement à un groupe de traitement : Dose élevée ou basse du mélange, dose élevée ou basse du méthylmercure ou le groupe témoin L’administration de la dose des contaminants des femelles s’est fait avec un biscuit Teddy Graham. Celui-ci a commencé la première journée de gestation jusqu’à la journée 21 postnatale. Au 21 ième jour, les mères ont été sacrifiées et leurs cerveaux fixés et coupés pour ensuite subir soit une coloration NISSL ou immunohistochimie pour lemarqueur de protéine acide fibrillaire gliale (GFAP). Ceci nous a permis d’étudier le nombre de neurones et de cellules gliales dans les régions du cerveau important au comportement maternel. Une augmentation significative du nombre de cellules gliales a été observée au niveau de CA3 avec l’exposition aux doses élevées du méthylmercure, et les deux doses du mélange ainsi qu’au niveau de l’aire préoptique médiane (MPOA) uniquement avec la dose élevée du mélange de contaminants. Quant aux neurones, une augmentation a uniquement été observée au CA3 avec la dose élevée du méthylmercure, et les deux doses du mélange. Malgré que plus de recherches soient nécessaires pour mieux comprendre les effets d’une telle exposition sur le comportement maternel, ces découvertes suggèrent que le mélange de contaminant est capable d’affecter le cerveau maternel.

Actuellement, l’Arctique canadien subit de grands changements, tant climatiques que socio- environnementaux, auxquels s’ajoute une pression croissante d’y exploiter les ressources naturelles. Les écosystèmes arctiques étant d’importants indicateurs des changements globaux futurs, il s’avère essentiel de mieux comprendre l’impact de ces changements sur la santé humaine et celle des écosystèmes. Pourtant, notre compréhension des cycles biogéochimiques des contaminants présente des lacunes importantes, notamment pour le cycle des métaux traces, qui subit d’importants déséquilibres en réponse aux changements climatiques. Dans la présente thèse, j’ai cherché à mieux comprendre les tendances écologiques à grande échelle des métaux traces dans les écosystèmes du Grand Nord canadien. Dans un premier temps, j’ai étudié les effets potentiels d’un climat en changement sur le cycle du mercure dans les lacs et les étangs nordiques. Cette étude pluriannuelle à grande échelle cherchait à déterminer si les mares thermokarstiques à forte activité microbienne pourraient être une source de méthylmercure dans l’est de l’Arctique canadien. Nos résultats démontrent que les mares de fonte de petite taille, omniprésentes dans le Grand Nord, pourraient devenir des sources de méthylmercure pour les écosystèmes aquatiques voisins, en réponse aux changements climatiques. Dans un second temps, cette thèse a examiné l’effet de la productivité aquatique sur la bioaccumulation de méthylmercure dans les organismes aquatiques à la base des réseaux trophiques. J’ai échantillonné des écosystèmes suivant une gamme décroissante de productivité afin d’étudier les implications des changements de productivité sur la bioaccumulation de mercure. Nos résultats suggèrent que dans ces lacs nordiques peu productifs, les indicateurs de la productivité, tels que la biomasse algale et la stoechiométrie des nutriments, ne sont pas les facteurs contrôlant l’accumulation de mercure à la base des réseaux aquatiques. Les troisième et quatrième chapitres de cette thèse se sont concentrées sur le comportement et le destin des éléments de terres rares dans les écosystèmes nordiques. Peu d’études écotoxicologiques ont été menées sur ces métaux et notre objectif principal était d’établir la base de référence avant la prolifération de projets d’exploitation minière aux latitudes nordiques. Nos résultats démontrent que les terres rares suivent des patrons de bioaccumulation spécifiques aux taxons et aux tissus, et que ces contaminants ne sont pas bioamplifiés dans les réseaux trophiques naturels. J’ai également identifié les facteurs environnementaux clés qui influencent la bioaccumulation de terres rares dans le zooplancton d’eau douce, incluant le pH, le carbone organique dissous, et la concentration de terres rares sous forme d’ion libre. Nos études soulignent la pertinence du zooplancton dans le suivi biologique de ces contaminants dans les écosystèmes d’eau douce. Dans un dernier temps, cette thèse met en lumière l’importance de mener de la recherche collaborative avec les communautés autochtones en Arctique, en examinant le succès d’un programme de suivi environnemental communautaire au Nunavik. J'ai contribué à ce projet de surveillance environnementale et à la création d’activités éducatives participatives visant l’intégration du savoir autochtone dans la recherche en écologie. J’ai également examiné comment la mise en place d’ateliers pour chercheurs en début de carrière pouvait jouer un rôle de plateforme-clé pour la réflexion sur les avantages et les défis de la recherche collaborative avec les communautés autochtones. En somme, la présente thèse a grandement amélioré notre compréhension de l’effet des changements socio-environnementaux sur la biodisponibilité et les dynamiques trophiques de mercure et des éléments de terres rares dans les écosystèmes de l’est de l’Arctique canadien. Mieux comprendre les répercussions des changements futurs sur le devenir des métaux traces dans l’environnement est crucial à l’évaluation de l’impact de ces changements sur le Nord et sur les communautés qui y vivent., Climate change will have wide-ranging effects on Arctic ecosystems and communities. Accelerated warming combined with significant pressure to exploit natural resources has led to Arctic ecosystems vulnerable to both climatic and socio-environmental change. As the Arctic is an important indicator of future global changes, it is important to study the impact of these changes on human and ecosystem health. A key knowledge gap in our understanding is how rapid changes in the North will affect the transport and biogeochemical cycling of key contaminants, including trace metals. In this thesis, I used a large-scale ecological approach to study the environmental fate, bioaccumulation, and trophic transfer of trace metals in Canada’s northern ecosystems. In the first chapter of this thesis, I studied the potential impacts of a changing climate on mercury cycling within Arctic lakes and ponds. This large-scale, multi-year study investigated whether microbially-active permafrost thaw ponds were potential sources of mercury in the eastern Canadian Arctic. Our results showed that thaw ponds are small but abundant sources of methylmercury, with potentially significant downstream effects linked to permafrost thaw. The second chapter of this thesis examined the effects of aquatic productivity on the uptake of methylmercury in biota at the base of freshwater food webs. I sampled a gradient in ecosystem productivity to study the implications of climate-induced changes in productivity on mercury bioaccumulation. Our results suggested that indicators of productivity, such as algal biomass and nutrient stoichiometry, are not the main drivers of methylmercury accumulation within unproductive Arctic lakes. The third and fourth chapters of this thesis focused on the behaviour and environmental fate of rare earth elements in Arctic ecosystems. Few ecotoxicological studies exist for rare earth elements and our goal was to establish baseline data before the proliferation of rare earth mining projects at northern latitudes. Our results found that rare earth element bioaccumulation patterns appear to be species- and tissue-specific and they do not biomagnify in natural food webs. I also identified key environmental drivers of bioaccumulation in zooplankton, including, pH, dissolved organic carbon and the rare earth element free-ion concentrations. These studies highlight the utility of zooplankton as a biomonitor for rare earth elements in freshwater ecosystems. Lastly, my thesis highlights the importance of collaborative research with Indigenous communities by examining a successful community-based environmental monitoring program in Nunavik. I participated in a collaborative and land-based environmental monitoring and science education program with the aim of integrating Indigenous knowledge into ecological research. I also examined the role of peer-led workshops as an effective platform for early-career researchers to reflect on the benefits and challenges of conducting community-collaborative research in Indigenous communities. Overall, my thesis greatly improves our understanding of how rapid socio-environmental change may affect the bioavailability and trophic transfer of mercury and rare earth elements in the eastern Canadian Arctic. Understanding the impact of future changes on the environmental fate of metals is crucial to ensuring the health of Arctic ecosystems and communities.

National audience; IntroductionLa Société de toxicologie clinique (STC) a été sollicitée par les pouvoirs publics pour produire des recommandations concernant la prise en charge des femmes enceintes exposées au mercure organique et leurs enfants à naître.MéthodeCes recommandations, avec la participation d’experts appartenant à des sociétés savantes concernées par la prise en charge des femmes enceintes et/ou de leurs enfants, ont été établies selon la méthodologie des recommandations pour la pratique clinique définie par la Haute Autorité de santé (HAS).RésultatsLa principale source d’exposition de la population au méthylmercure (MeHg) est alimentaire, notamment par la consommation de poissons fortement contaminés. Les biomarqueurs d’exposition fiables pour la surveillance de l’imprégnation au MeHg des populations sont le mercure total dans les cheveux et dans le sang total. L’effet critique du MeHg est l’altération des fonctions cognitives résultant d’une exposition prénatale, et 11 μg/g de cheveux la valeur de la concentration capillaire de mercure maternelle, à partir de laquelle cet effet critique peut survenir chez l’enfant. La population prioritaire pour le dépistage est celle des femmes en âge de procréer, ainsi que les enfants âgés de moins de 7 ans, consommant plus de 2 portions de poissons par semaine, ou résidant dans les bourgs isolés de Guyane, particulièrement les femmes enceintes et leurs enfants allaités. Un suivi médical est recommandé pour les femmes enceintes ayant une concentration capillaire de mercure supérieure à 2,5 μg/g de cheveux (limite supérieure de l’intervalle de confiance du 95e percentile dans la population française) ainsi que pour leurs nouveau-nés. Si la concentration capillaire chez la mère et/ou l’enfant a dépassé 11 μg/g, l’enfant doit bénéficier d’un suivi neurodéveloppemental.ConclusionLes mesures de réduction alimentaire des expositions sont primordiales : l’indication de la chélation se discute dans les cas où des effets neurotoxiques sévères sont possibles. Dans ces recommandations, la prise en charge d’une exposition maternelle au MeHg ainsi que celle de l’enfant à naître sont détaillées dans un organigramme.

Le mercure (Hg) est un contaminant d’envergure en Arctique, tant pour la santé écosystémique que la santé humaine. Émis par des activités anthropiques aux latitudes industrialisées, le Hg est transporté vers le Nord. Il peut ensuite être déposé dans les milieux aquatiques arctiques, où il peut être transformé en méthylmercure (MeHg), la forme organique et la plus toxique de ce contaminant. Le MeHg étant bioamplifiable dans les réseaux trophiques, il peut contaminer les animaux chassés par les Inuits, exposant cette population à des concentrations élevées de cette neurotoxine. L’objectif de cette thèse est d’améliorer notre compréhension des transformations que subissent le Hg et le MeHg dans le Nord, afin de mieux évaluer le risque posé par ce contaminant pour les milieux aquatiques et pour les Inuits. Nous nous penchons d’abord sur la photodéméthylation du MeHg, un processus abiotique survenant dans l’environnement aquatique qui déméthyle le MeHg en sa forme moins toxique, le Hg(II). Nos expériences démontrent que si la photodéméthylation est un phénomène observable dans des mares de fonte de pergélisol, elle est quasi-absente dans les lacs oligotrophes. Ceci contredit l’hypothèse couramment acceptée qu’il s’agit d’un phénomène ubiquitaire, et nous proposons que la matière organique expliquerait cette différence par des mécanismes indirects. Enfin, nous démontrons que la photodéméthylation n’a pas d’impact sur le bilan net de MeHg d’une mare de fonte. Nous proposons que l’importance de la photodéméthylation dans le Nord pourrait changer avec les apports en matière organique et en Hg vers les milieux d’eau douce, dus aux changements climatiques (Girard et al. 2016). Le MeHg qui n’est pas photodéméthylé dans l’environnement peut entrer dans les réseaux trophiques, et être absorbé par les humains via leur alimentation. Les lignes directrices visant à protéger les consommateurs du Hg assument que 100% du MeHg dans le poisson est absorbé par le corps humain. Toutefois, des études récentes suggèrent qu’il pourrait s’agir d’une surestimation, puisque ces recommandations ne tiennent pas compte de l’effet des pratiques alimentaires qui pourraient altérer la spéciation et la complexation du MeHg, affectant sa capacité à être absorbé. Nous avons utilisé un modèle de digestion in vitro pour étudier l’effet de pratiques alimentaires sur la bioaccessibilité (la solubilisation dans le tractus digestif) du MeHg. Nos résultats démontrent que la cuisson et la co-ingestion de composés riches en polyphénols (comme le thé) diminuent significativement la bioaccessibilité, et peuvent avoir un effet cumulatif. Cette étude in vitro devra être validée dans un modèle in vivo, mais ouvre de nouvelles avenues de recherche pour mieux comprendre le sort du Hg dans le corps et pour améliorer les lignes directrices actuelles (Girard et al. 2017a). Une autre variable pouvant affecter le sort du MeHg dans le corps est le microbiome intestinal, cet écosystème diversifié de microorganismes colonisant le tractus digestif. Les microorganismes étant les moteurs biogéochimiques du cycle du Hg dans l’environnement, ils pourraient également interagir avec le Hg et MeHg ingérés avec la nourriture, particulièrement chez les Inuits qui sont exposés à des concentrations importantes via leur diète traditionnelle. Nous présentons la première description du microbiome inuit, réalisé par séquençage de nouvelle génération d’un gène marqueur. Nous démontrons que le microbiome inuit est généralement similaire au microbiome d’occidentaux en termes de composition et de diversité, sans doute dû à la transition alimentaire actuellement en cours dans les communautés nordiques. Par contre, grâce à des analyses de souches bactériennes, nous avons identifié plusieurs marqueurs subtiles associés à la diète traditionnelle inuite (Girard et al. 2017b). Grâce au séquençage métagénomique, nous présentons le premier profile fonctionnel du microbiome inuit, et nous montrons la signature unique des gènes mobiles (comme les plasmides) chez les Inuits. Puis, nous avons exploré comment le microbiome de cette population répond au Hg. D’abord, nous analysons la présence de l’opéron de résistance au mercure (mer) dans le microbiome intestinal humain, qui pourrait permettre la volatilisation du Hg dans le tractus digestif en une forme moins biodisponible. Enfin, nous démontrons l’absence de potentiel de méthylation du Hg par le gène hgcAB dans le microbiome (Girard et al. in prep). Cette thèse contribue de nouvelles observations sur le cycle du Hg et du MeHg en Arctique. Dans le contexte où les changements climatiques risquent d’augmenter l’apport en Hg vers les écosystèmes aquatiques nordiques et de faciliter sa méthylation en MeHg, ces résultats nous permettent de mieux comprendre ce que devient ce contaminant dans l’environnement et chez l’humain, afin de mieux cerner les risques de santé auxquels les Inuits font face tout en permettant la valorisation de la nourriture traditionnelle., Mercury (Hg) is a contaminant of major interest in the Arctic, both for human and ecosystem health. Produced at industrialized latitudes by human activity, Hg is easily carried to the Arctic. It can then be deposited in the North and accumulate in aquatic ecosystems, where it can be transformed into its organic and toxic form of methylmercury (MeHg). As MeHg can biomagnify through foodwebs, it can have important health consequences on the Inuit, whose traditional diet relies on fauna that can be contaminated. The goal of this thesis is to improve our understanding of the cycle of Hg and MeHg in the North, to better assess the risk it represents to aquatic ecosystem health and to the Inuit. First, we focus on the photodemethylation of MeHg, an abiotic process occurring in aquatic ecosystems that degrades MeHg into the less toxic Hg. Our results show that while photodemethylation occurs in permafrost thaw ponds, it is barely detectable in Arctic oligotrophic lakes. This contradicts the commonly accepted idea that photodemethylation is ubiquitous in aquatic ecosystems, and we hypothesized that the lack of organic matter in oligotrophic lakes may explain this difference. Finally, by manipulating an entire pond, we show that photodemethylation did not impact this small ecosystem’s net MeHg budget. However, we suggest that the importance of photodemethylation may change with increased input of organic matter and Hg into thaw ponds due to climate warming (Girard et al. 2016). MeHg that is not degraded by photodemethylation can enter food webs and bioamplify in aquatic animals, and thus be absorbed by humans through their diet. Guidelines aiming to protect consumers from Hg assume that 100% of MeHg in fish is absorbed by the human body, but recent studies suggest this may be an overestimate. Indeed, these recommendations do not take into account dietary practices, which may alter speciation and complexation of MeHg, changing the way it is absorbed. We used an in vitro digestion model to study the impact of dietary practices on bioaccessibility (the fraction of a contaminant solubilized in the gastrointestinal tract) of MeHg. Our results show that cooking and co-ingesting polyphenol-rich foods (such as tea) can significantly reduce bioaccessibility, and both treatments can have a cumulative effect. While this in vitro study must be validated in an in vivo model, it improves our understanding of the mechanistic fate of Hg in the body, and offers novel ways of improving current guidelines (Girard et al. 2017a). iii Another variable that could potentially affect how MeHg behaves in the human body is the gut microbiome, the complex microbial ecosystem that colonizes the human intestine. Since microorganisms are the drivers of biogeochemical cycling of Hg in the environment, it is possible bacterial members of the microbiome can interact with Hg and MeHg ingested with food, notably in the Inuit who are exposed to MeHg through their traditional diet. Here, we provide the first description of the Inuit microbiome using next generation sequencing of a marker gene. We show that the taxonomic composition and diversity of the Inuit microbiome is broadly similar to that of Westerners, likely due to the dietary transition currently underway in Northern communities. However, using fine-scale strain-level analyses, we identified many markers associated with the traditional Inuit diet (Girard et al. 2017b). Using shotgun metagenomic sequencing, we also present the first functional profile of the Inuit microbiome, and show that mobile genes such as plasmids have a unique signature in the Inuit. We then explored how the Inuit microbiome can interact with dietary Hg: first, we show evidence for the presence of the Hg resistance operon (mer) in the human gut microbiome, which shows that Hg could be volatilized in the human gut into a less bioavailable species. Finally, we present our survey of the methylator gene hgcAB, and suggest that it is unlikely that Hg is methylated into toxic MeHg in the human microbiome (Girard et al. in prep). This thesis contributes novel observations on Hg and MeHg in the Arctic, especially in its cycling in the human body. Climate change is likely to increase Hg input into Arctic aquatic ecosystems and facilitate its methylation into MeHg, as well as to contribute to altering the Inuit diet. It is thus critical to better understand how this contaminant behaves in the environment and in the human body. This knowledge on the transformations of MeHg in the Arctic will allow us to improve our assessments of potential health risks Inuit populations face, while encouraging traditional food consumption.

L'Observatoire des Sédiments du Rhône (OSR), mis en place en 2009, vise à améliorer les connaissances scientifiques sur les dynamiques sédimentaires du fleuve et des contaminants associés. Les programmes précédents (OSR 2 et OSR 3), ont permis d'acquérir des informations plus précises sur la présence et les concentrations de contaminants prioritaires dans les matières en suspension du Rhône et de ses principaux affluents. Ce rapport vise à interpréter les données acquises par l'OSR sur les principales stations du réseau de suivi, en les complétant au préalable pour des substances non ou peu documentées, dans le but de formuler des recommandations à destination de l'AERMC concernant les substances à inclure dans un futur réseau de mesure des flux particulaires pérenne sur le bassin du Rhône. Pour ce faire, une démarche de priorisation et de sélection des substances pertinentes a été mise en oeuvre, à partir de critères tels que la présence dans les textes réglementaires, l'affinité pour les particules, la fréquence de quantification, la toxicité, etc. Au total, 298 substances ont été évaluées. Suite à cette démarche de priorisation, l'ensemble des données acquises sur les concentrations en contaminants des matières en suspension ont été regroupées et interprétées, afin d'établir un état des lieux détaillé des polluants prioritaires et émergents sur le bassin du Rhône en termes de tendances spatio-temporelles et de risque environnemental. L'influence des conditions hydrologiques et des saisons est également abordée. En parallèle, des analyses prospectives de méthylmercure, composés pharmaceutiques et hormones ont été menées sur des échantillons de matières en suspension prélevées sur le Rhône et plusieurs de ses affluents. Les résultats montrent que le Gier et la Bourbre sont les affluents sur lesquels les concentrations en ces contaminants émergents sont les plus élevées. En revanche, à Jons et Arles sur le Rhône, ces substances sont moins fréquemment quantifiées.

[Departement_IRSTEA]Eaux [ADD1_IRSTEA]Systèmes aquatiques soumis à des pressions multiples [ADD2_IRSTEA]Hydrosystèmes et risques naturels; L'Observatoire des Sédiments du Rhône (OSR), mis en place en 2009, vise à améliorer les connaissances scientifiques sur les dynamiques sédimentaires du fleuve et des contaminants associés. Les programmes précédents (OSR 2 et OSR 3), ont permis d'acquérir des informations plus précises sur la présence et les concentrations de contaminants prioritaires dans les matières en suspension du Rhône et de ses principaux affluents. Ce rapport vise à interpréter les données acquises par l'OSR sur les principales stations du réseau de suivi, en les complétant au préalable pour des substances non ou peu documentées, dans le but de formuler des recommandations à destination de l'AERMC concernant les substances à inclure dans un futur réseau de mesure des flux particulaires pérenne sur le bassin du Rhône. Pour ce faire, une démarche de priorisation et de sélection des substances pertinentes a été mise en oeuvre, à partir de critères tels que la présence dans les textes réglementaires, l'affinité pour les particules, la fréquence de quantification, la toxicité, etc. Au total, 298 substances ont été évaluées. Suite à cette démarche de priorisation, l'ensemble des données acquises sur les concentrations en contaminants des matières en suspension ont été regroupées et interprétées, afin d'établir un état des lieux détaillé des polluants prioritaires et émergents sur le bassin du Rhône en termes de tendances spatio-temporelles et de risque environnemental. L'influence des conditions hydrologiques et des saisons est également abordée. En parallèle, des analyses prospectives de méthylmercure, composés pharmaceutiques et hormones ont été menées sur des échantillons de matières en suspension prélevées sur le Rhône et plusieurs de ses affluents. Les résultats montrent que le Gier et la Bourbre sont les affluents sur lesquels les concentrations en ces contaminants émergents sont les plus élevées. En revanche, à Jons et Arles sur le Rhône, ces substances sont moins fréquemment quantifiées.

Le mercure est présent dans l'environnement à cause de phénomènes naturels (volcans) ou des activités humaines (combustion de combustibles fossiles). Le mercure existe sous forme de mercure élémentaire (Hg0), ionique (HgII) ou organique tel le méthylmercure (MeHg). Ces diverses formes sont en flux constant les uns avec les autres dans le cycle biogéochimique naturel. De par leur grande hydrophobicité et leur capacité à pénétrer les membranes biologiques, les composés organomercuriels contituent la forme la plus toxique de mercure retrouvée dans l’environnement Des niveaux élevés de MeHg ont d’ailleurs été détectés dans la chaire de poissons de nombreuses régions du monde. Conséquemment, une consommation de produits de la mer contaminés représente un grave danger pour la santé humaine. Certaines bactéries isolées à partir d'environnements contaminés par le mercure ont évolué vers un système qui leur permet de convertir efficacement les composés mercuriels présents autant sous forme ionique qu’organique en un mercure élémentaire moins toxique. Cette résistance au mercure s’explique par l'acquisition d'un élément génétique connu sous le nom d’opéron mer. L’opéron mer code entre autre pour deux enzymes importants : la lyase organomercurielle MerB et la réductase mercurielle MerA. MerA catalyse la réduction du HgII conduisant à la formation du mercure élémentaire Hg0 qui est un composé volatile et moins toxique. MerB, quant à elle, catalyse la protonolyse de la liaison carbone-mercure de composés organomercuriels pour produire un composé réduit de carbone et du mercure ionique (HgII). Au vu des effets des organomercuriels et de la réduction de HgII, MerA et MerB sont considérés comme des enzymes clés pouvant servir à la biorestauration des cours d'eau contaminés par les organomercuriels. Une compréhension claire des détails mécanistiques de la façon dont MerA et MerB fonctionnent ensemble au niveau atomique est donc cruciale dans la mise en œuvre de biotechnologies implicant l’opéron mer dans les efforts de bioremédiation. Dans cette étude, nous avons utilisé la résonance magnétique nucléaire (RMN)et la cristallographie aux rayons X pour caractériser la structure et le mécanisme enzymatique de MerB de E. coli. Sur la base d’études structurales précédentes de MerB de E. coli, trois résidus (Cys96, Asp99 et Cys159) ont été identifiés comme constituant la triade catalytique nécessaire au clivage de la liaison carbone-Hg. En guise de suivi aux études antérieures, mon projet consiste d’abord à utiliser la cristallographie aux rayons X afin de définir les rôles de Cys96, Asp99 et Cys159 dans la liaison du substrat et dans le clivage. Deux approches ont été mises en œuvre pour atteindre cet objectif. Tout d'abord, les mutants MerB ont été testés pour définir le rôle des résidus catalytiques. Deuxièmement, les inhibiteurs de MerB et d'autres substrats non organicomercuriels potentiels ont été utilisés pour explorer le site actif de MerB. Une sérine se retrouve à la position de Asp99 dans quatre variants de MerB répertoriés chez les bactéries. Pour mieux comprendre le rôle de Asp99, nous avons comparé la sérine présente dans le variants MerB de Bacillus megaterium (MerB2) et introduit un variant D99S à la protéine MerB du type sauvage d’E. coli (MerB D99S). Nous avons pu constater que la forme purifiée de MerB D99S se caractérisait par une couleur rose après avoir visualisé sa structure cristalline aux rayons X, révélant la présence d'un métal lié au niveau de son site actif. Les analyses par spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) et par fluorescence des rayons X indiquèrent que MerB D99S se liait au cuivre au niveau du site actif. En outre, les analyses par résonance paramagnétique électronique (EPR) et des études de RMN ont identifié la forme CuII du cuivre. L'addition de substrats organomercuriels a pu déplacer le CuII entrainant ainsi une diminution de l’activité catalytique de MerB D99S. En revanche, MerB2 n'a pu être co-purifié avec le cuivre, bien que la structure aux rayons X du complexe MerB2-Hg soit pratiquement identique à la structure du complexe MerB D99S-Hg. Ceci suggère que le résidu Asp99 est essentiel au clivage des liaisons carbone-Hg de composés organiques du mercure et dirige la spécificité de la liaison au métal. De plus, la liaison cuivre-MerB D99S propose un lien possible entre l'évolution de MerB et son homologue structural, la protéine NosL. Dans la seconde approche, nous nous sommes intéressés au site actif de MerB en testant sa liaison à des composés organostanniques et à des composés organoplombiques avec un inhibiteur de MerB connu sous le nom de triéthylétain (TET) qui se lie au résidu Asp99 sans s’associer aux cystéines du site actif. Une liaison similaire a été observée avec un autre inhibiteur à savoir le triméthylplomb (TML). Quant au diméthylétain (DMT), il inhibe MerB à l'aide d'un mécanisme alternatif en se liant d'abord à Asp99 puis à Cys96 conduisant à un changement critique dans le site actif perturbant ainsi l’interaction π-cation entre Trp95 et Arg155. D’autres inhibiteurs comme le diéthylétain (DET) et le diéthylplomb (DEL) ont été caractérisés comme étant un substrat de MerB où les deux groupes éthyle ont été clivés pour donner les produits ioniques SnIV PbIV qui se lient au site actif de manière similaire à HgII. DMT, DET et DEL présentent une affinité pour la liaison à MerB supérieure à celle de son substrat initial MeHg. Ces résultats suggèrent que les composés organomercuriels ne sont pas les seuls substrats pour MerB et Asp99 est le premier résidu à se lier aux composés organométalliques suivis de la liaison à Cys96 et Cys159. Ces observations suggèrent un agrandissement de l’éventail d'applications possibles pour MerB dans la bioremédiation de certains sites contaminés par des composés organométalliques tels les organoplombiques et organostanniques. Mot-clé: Organomercuriallyase, Merb, organoplombiques. Organostanniques, protéine de liaison cuivre, carbone liaison métallique clivage, méthylmercure, Organomercuriels, biorestauration, résonance magnétique nucléaire, la cristallographie aux rayons X., Mercury is introduced into the environment from either natural occurrences (volcanoes) or from human activities (combustion of fossil fuels). Mercury exists as elemental mercury (Hg0), ionic mercury (HgII) or organic mercury like methylmercury (MeHg) and these forms are in constant flux with each other as part of the natural biogeochemical cycle. Organomercurial compounds like MeHg are the most toxic form because of their hydrophobicity and their ability to efficiently permeate membranes and bioaccumulate in organisms. High levels of MeHg have been found in fish in many areas around the world, and therefore human consumption of contaminated seafood represents a serious danger for human health. Bacteria isolated from mercury-contaminated environments have evolved a system that allows them to efficiently convert both ionic and organic mercury compounds to the less toxic elemental mercury. The mercury resistance is due to the acquisition of a transferable genetic element known as the mer operon. The mer operon encodes for several proteins including two enzymes, the organomercurial lyase MerB and the mercuric ion reductase MerA. MerB catalyzes the protonolysis of the carbon-mercury bond of organomercurial compounds to produce a reduced-carbon compound and inorganic ionic mercury HgII. MerA catalyzes the reduction of HgII to elemental mercury Hg0, which is volatile and less toxic. Due to their ability to cleave MeHg and reduce the resulting HgII product, MerB and MerA are considered crucial to bioremediation efforts to clean up MeHg from contaminated waterways. A clear understanding of the mechanistic details of how MerB and MerA function together at the atomic level is crucial for appropriate utilization of the mer system in bioremediation efforts. We have been using nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and X-ray crystallography to structurally and mechanistically characterize E. coli MerB. Based on previous structural studies of E. coli MerB, three residues (Cys96, Asp99 and Cys159) have been identified as a catalytic triad which is required for carbon-Hg bond cleavage. As a follow up to the earlier studies, my project involves using X-ray crystallography to define the roles of Cys96, Asp99 and Cys159 in substrate binding and cleavage. Two different approaches were implemented to fulfill this goal. Firstly, MerB mutants were tested to define the role for the catalytic residues. Secondly, MerB inhibitors and other potential non-organomercurial substrates were used to probe MerB active site. The Cys,-Asp-Cys catalytic triad found in E.coli MerB is conserved in all MerB variants except four variants where aspartic acid is replaced by a serine. To understand the role of Asp99, we compared a serine-containing MerB variant (Bacillus megaterium MerB2) and an E. coli MerB mutant (MerB D99S) to wild type E. coli MerB. Interestingly, the purified MerB D99S protein was found to contain a pink color. X-ray crystal structure indicated the presence of a bound metal in the active site of MerB D99S. Analysis by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and X-ray fluorescence indicated that MerB D99S binds copper in the active site. Further, electron paramagnetic resonance (EPR) and NMR studies identified the copper as CuII. Addition of organomercurial substrate displaces bound CuII but MerB D99S shows diminished catalytic activity. In contrast, MerB2 did not co-purify with copper although the X-ray structure of MerB2-Hg complex is virtually identical to the structure of the MerB D99S-Hg. This suggests that the aspartic acid residue is crucial for the cleavage of carbon-Hg bonds of organomercurials as well as metal-binding specificity. Furthermore, the binding of copper to the MerB D99S protein suggests a possible evolutionary link between MerB and its structural homolog, the copper-binding protein NosL. In the second approach, we probed the active site of MerB through testing its binding to organotin and organolead compounds. The known MerB inhibitor triethyltin (TET) binds to Asp99 without binding to any of the active site cysteines. A similar binding has been observed with trimethylead (TML). Dimethyltin (DMT) inhibits MerB using an alternative mechanism. It first binds to Asp99 then Cys96, which induces a dramatic change in the active site by disrupting a cation-π interaction between Try95 and Arg155. In contrast, diethyltin (DET) and diethylead (DEL) were found to be substrates for MerB, where both ethyl groups were cleaved and the SnIV and PbIV products bound to the active site in a similar manner to HgII. DMT, DET and DEL show higher binding affinity to MerB than its initial substrate MeHg. These results suggest that organomercurials may not be the only substrates for MerB and Asp99 is the first residue to bind to organometals followed by subsequent binding to Cys96 and Cys159. In addition, these observations suggest that there are other possible applications for employing MerB in bioremediation of organolead and organotin contaminated sites while other organometals may have implications when using MerB in bioremediation systems. Keyword: Organomercuriallyase, MerB, Organolead. Organotin, Copper binding protein, Carbon metal bond cleavage, Methylmercury, Organomercuriels, Bioremédiation, Nuclear magnetic resonance, X ray crystallography.

National audience; L’observatoire des sédiments du Rhône (OSR) est une plateforme de recherche pluri-partenariale qui a été initiée en 2010 et fait suite aux questionnements qui ont émergé dans le cadre du Plan Rhône autour de la production de connaissances pour aider à la prise de décision. Cet observatoire a pour objectif de produire sur le long terme, des connaissances scientifiques permettant de caractériser les flux de matières en suspension (MES) et de contaminants associés. Avant la mise en place de ce réseau, peu de données étaient disponibles concernant les concentrations et les flux de contaminants particulaire à l’échelle du Rhône et de ses affluents contrairement à d’autres grands fleuves français comme la Seine ou la Garonne. Pour cela, les MES sont collectées sur le Rhône et ses affluents de façon ponctuelle par centrifugation de larges volumes d’eau ou par le biais de pièges à particules, qui permettent le prélèvement intégré dans le temps de MES sur une période déterminée. En s’appuyant sur cette banque échantillon remarquable, nous avons analysé les concentrations en mercure (Hg) dans les MES du Rhône et de ses affluents pour des conditions hydrologiques contrastées et différentes méthodes de prélèvements. Pour cela la mesure de Hg dans les MES ont été analysées par spectrométrie d’absorption atomique (AAS, DMA-80, Milestone). Aussi, pour évaluer la fraction du mercure qui est susceptible de se bioaccumuler dans les organismes et de se bioamplifier le long de la chaîne trophique, nous avons analysé sa forme la plus bioaccumulable et toxique, le méthylmercure (MeHg). Pour cela nous avons utilisé une technique de quantification robuste, la dilution isotopique, couplée à une analyse par chromatographie en phase gazeuse (GC) couplée à un ICP-MS. Les résultats ont montré que les concentrations en Hg dans les MES obtenues par différentes techniques d’échantillonnage étaient comparables. Ces résultats ont également montré que depuis la mise en place du réseau OSR, les concentrations en Hg des différents affluents du Rhône étaient relativement stables sur ces 5 dernières années. Des affluents du Rhône tels que l’Arve, le Fier, le Guiers ou l’Ain présentent des concentrations en Hg relativement faibles, avec des concentrations systématiquement inférieures à la TEC (Treshold Effect Concentration, 0.18 mg/kg). En revanche, des affluents tels que la Saône ou le Gier présentent des concentrations supérieures à cette valeur seuil, avec certains échantillons atteignant près 0.6 mg/kg sur le Gier et 4 mg/kg sur la Saône en 2012. Les résultats les plus importants en MeHg ont été obtenus à ce jour pour la Bourbre (7.5 µg/kg) et le Gier (19 µg/kg), alors que les ratios MeHg/Hg les plus importants ont été obtenus sur le Fier et le Guiers, suggérant un potentiel de méthylation important dans les MES de ces affluents. Pour finir grâce à la bancarisation de ces données dans BDOH, nous avons pu établir un bilan des flux de Hg particulaire sur le Rhône et ses affluents, permettant d’établir quel est le principal contributeur au flux de Hg particulaire à la Mer Méditerranée.

Dans cette thèse, les sources ainsi que la distribution spatio-temporelle du mercure particulaire ont été étudiées depuis la côte jusqu'au large d'un grand lac. Le Léman a été choisi comme cas d'étude et plus particulièrement la Baie de Vidy, connue comme étant l'endroit le plus contaminé de ce lac. Cette thèse montre l'évolution de la contamination en métaux lourds, notamment le mercure, dans les sédiments de cette zone depuis le début du 20ème siècle jusqu'à nos jours. L'effet de cette contamination sur les caractéristiques des sédiments (texture, structure et couleur), ainsi que sur les flux et les concentrations en mercure total et méthylmercure ont été également étudiés pour les sédiments et les particules en suspension au large de la baie. Finalement, nous avons démontré que des micro-organismes anaérobiques, comme les bactéries sulfato-réductrices sont les principales responsables de la méthylation du mercure dans les sédiments et dans les particules en suspension de la colonne d'eau oxique du lac.

In the boreal forest, watershed logging may increase runoff as well as chemical loading, including nutrient, dissolved organic carbon and mercury, to lakes. Since they are exposed directly to nutrients and contaminants exported from the watershed, littoral communities such as periphyton may respond quickly to watershed disturbances. The objectives of this study were to evaluate the response of periphyton to watershed logging using a BACI (Before/After Control, Impact) statistical approach, and to develop a predictive tool to facilitate the elaboration of practical logging policies aimed at reducing Hg loading to lakes. In this study, we compare the periphyton biomass as well as their total mercury and methyl-mercury levels in 18 boreal Canadian shield lakes. During the ice-free season from 2000 to 2002, eight lakes were monitored before and after logging whereas the others served as controls. The BACI statistical analyses reveal a significant impact of logging on periphyton biomass (decrease; 0.6 to 1.5-fold) and methyl-mercury accumulation (increase; 2 to 9.6-fold). This study demonstrates that periphyton responds quickly to disturbances of the watershed. Our results suggest that the periphyton and watershed characteristics could serve as good management tools and logging should be limited in watersheds with a mean slope below 7.0%.; En forêt boréale, la coupe forestière peut augmenter l'écoulement et l'apport d'éléments chimiques aux lacs tel que le carbone organique dissous et le mercure. Les communautés littorales, comme le périphyton, peuvent être exposées directement aux apports de contaminants exportés du bassin versant, et ainsi répondre rapidement aux perturbations de ce dernier. Les objectifs de cette étude étaient d'évaluer la réponse du biofilm périphytique aux coupes forestières en utilisant une approche statistique de type BACI, et de développer des outils prédictifs utiles pour l'élaboration de politiques forestières visant la réduction des apports de Hg dans les lacs. Dans cette étude, nous avons échantillonné 18 lacs boréaux du bouclier canadien et comparé la biomasse et les concentrations de mercure total et méthyl-mercure du périphyton. Durant la saison libre de glace de 2000 à 2002, huit lacs ont été échantillonnés avant et après la coupe alors que les autres ont servi de témoins. Les analyses statistiques BACI révèlent un impact significatif des coupes sur la biomasse (diminution; 0.6 à 1.5 fois) et sur les concentrations de méthyl-mercure (augmentation; 2 à 9.6 fois). Cette étude démontre que le périphyton répond rapidement à une perturbation du bassin versant. Nos résultats suggèrent que le périphyton et les caractéristiques du bassin versant peuvent être de bons outils de gestion et que la coupe forestière devrait être limitée lorsque la pente moyenne est inférieure à 7.0%.

Dans le cadre de travaux sur le rôle des échinodermes dans le cycle biogéochimique de certains métaux traces en milieu côtier, une étude de l'accumulation et de la rétention d'espèces chimiques du mercure a été menée avec l'étoile de mer Leptasterias polaris sur une période de 40 jours. Les étoiles de mer ont été divisées en deux groupes et nourries avec des moules contaminées soit au méthylmercure (MeHg) (14 mg.kg-1), soit au mercure inorganique (13 mg.kg-1). Les résultats montrent une vitesse d'accumulation dans le système digestif de 0,22 mg.kg-1.j-1 pour le Hg inorganique et 0,17 mg.kg-1.j-1 pour le MeHg. Ces vitesses sont 10 à 15 fois moins importantes dans les gonades et l'endosquelette. Pour le Hg inorganique, la charge relative dans les différents organes analysés se fixe après quelques jours et demeure stable jusqu'à la fin de l'expérience. Pour le MeHg, au contraire, cette charge relative passe progressivement du système digestif vers les gonades et l'exosquelette tout au long de l'expérience. Le pourcentage de rétention (%) demeure constant pour le Hg inorganique (51 ± 13%) mais il augmente régulièrement pour le MeHg, atteignant 90-95% vers la fin de l'exposition. L'application d'un modèle cinétique simple, basé sur un processus d'échange ionique, a permis de calculer des constantes de vitesse d'échange entre le digestat et le tissu digestif. Le MeHg s'échange plus vite entre la solution et les sites, mais semble mettre un peu plus de temps à voyager jusqu'aux organes de bioaccumulation. En conclusion, l'étoile L. polaris, par sa taille, sa longévité et sa grande efficacité à digérer tout ce qui est ingéré, semble en mesure de jouer un rôle important à la fois dans la séquestration du MeHg et la remise en solution du Hg inorganique., In spite of a large body of work on the uptake of trace metals in aquatic organisms in the last two decades, very little attention has been devoted to echinoderms (urchins, starfish, and sea cucumbers, among the most important ones), a large group of invertebrates forming a major component of most coastal ecosystems. In the course of our research program on the role of echinoderms in the biogeochemical cycling of some trace metals in coastal environment, an experiment has been conducted on the uptake and the retention of mercury species with starfish Leptasterias polaris over a 40-day exposure period.Starfish were caught near Pointe-au-Père (Québec, Canada) and were acclimatized to laboratory conditions for 10 days in a flow-through aquarium. Forty stars (84 ± 14 g) were divided in two groups, kept in two aquariums, one for inorganic mercury and the other for methylmercury exposure. Animals were isolated from each other by mean of small 65-mm net cubicles allowing free circulation of seawater at a rate of 2 L.min-1. This flow rate provided a rapid renewal of seawater and ensured the elimination of any soluble mercury excreted during the course of the experiment. Control starfish receiving only uncontaminated mussels were also maintained in both aquariums to monitor the possible uptake of mercury from seawater. Blue mussels were collected in the vicinity of Pointe-au-Père and were contaminated following a technique described elsewhere (PELLETIER and LAROCQUE, 1987). Average levels of inorganic mercury and methylmercury (MeHg) in mussels were 13 ± 3 and 14 ± 4 mg.kg-1, respectively. Each starfish received one contaminated mussel per day over a 40-day period. Mussels were weighed before to be introduced in cages and their empty shells weighed again after ingestion by starfish in order to evaluate the amount of food and mercury taken up daily by each star. Two starfish were sampled in each aquarium every five days and dissected for pyloric caeca, gonads, and endoskeleton. Coelomic fluid was also collected. Both mercury species were analysed as total mercury (assuming a preservation level of ± 85-90% of the speciation during the course of the experiment) in biological tissues by cold vapour atomic adsorption spectrophotometry (detection limit=0.005 mg.kg-1 ww). The coefficient of variation was ± 15% and the recovery yield of MeHg-spiked samples was 92 ± 12%.The concentration of inorganic mercury reached 7.56 mg.kg-1 (wet weight) in pyloric caeca and the uptake rate was 0.22 mg.kg-1.d-1. Concentrations in gonads and endoskeleton were 10 to 20 times lower than in caeca (Fig. 1). The uptake rate of MeHg (0.17 mg.kg-1d-1) was slightly slower and the maximum concentration reached in caeca was 5.34 mg.kg-1. Mercury concentrations found in coelomic fluid were low and at least 100 times smaller than those in ceaca. No mercury was found in tissues of control starfish indicating that mercury excreted by diffusion in water by contaminated starfish was not re-adsorbed by other starfish in aquariums. The mercury load in each organ of stars was calculated and expressed as a percent (%) of total Hg uptake for each chemical species (Fig. 2). The inorganic Hg loads in pyloric caeca, gonads and endoskeleton reached a steady-state after only 10 days and remained unchanged up to the end of the experiment. The behaviour of MeHg was totally different as the loads in caeca decreased from 95% to 65% but increased from almost zero up to 30% in endoskeleton. Finally, the retention (%) of mercury species was calculated by dividing the actual total amount of mercury in each starfish by the total amount of mercury received from mussels (Fig. 3). The retention of inorganic Hg was about 50% throughout the exposure period whereas the retention of MeHg increased up to 90-95% at the end of the experiment.A kinetic model, based upon the assumption that the uptake process of Hg species in the digestive system is quite similar to an ion-exchange adsorption mechanism between a contamination solution and a solid surface, was developed. The integrated equation of the rate law was expressed as: (ln(C0-q))/q0-q = K'(C0m-q0)t + ln (C0m/q0)were Co is the initial concentration of mercury in the prey, qo is the maximun amount of mercury being absorbed, and m stands for the wet weight of the animal. This equation allowed the plot of its left-hand side against time and the slope provided an estimation of an apparent exchange rate constant for each mercury species (Fig. 4). The rate constant k'MeHg was slightly higher than k'Hg, indicating a faster exchange rate for MeHg between digested mussel tissues and binding sites (and also between sites) in caeca. However, a faster exchange rate do not mean a faster uptake rate because transport rate towards other organs also play an important role in the whole bioaccumulation process. In conclusion, starfish, by its ability to digest all ingested tissues, seems to be in a position to play a major role in the sequestration of methylmercury (high retention) from mussels and from other potential preys and in recycling inorganic mercury in solution (low retention). Starfish can be seen as "marine digester" which engulfs bivalves and other invertebrates (following species) and sends back soluble metabolites and trace metals which have not been bioaccumulated.

Dans une perspective d’analyse des risques pour la santé publique, l’estimation de l’exposition revêt une importance capitale. Parmi les approches existantes d’estimation de l’exposition, l’utilisation d’outils, tels que des questionnaires alimentaires, la modélisation toxicocinétique ou les reconstructions de doses, en complément de la surveillance biologique, permet de raffiner les estimations, et ainsi, de mieux caractériser les risques pour la santé. Ces différents outils et approches ont été développés et appliqués à deux substances d’intérêt, le méthylmercure et le sélénium en raison des effets toxiques bien connus du méthylmercure, de l’interaction entre le méthylmercure et le sélénium réduisant potentiellement ces effets toxiques, et de l’existence de sources communes via la consommation de poisson. Ainsi, l’objectif général de cette thèse consistait à produire des données cinétiques et comparatives manquantes pour la validation et l’interprétation d’approches et d’outils d’évaluation de l’exposition au méthylmercure et au sélénium. Pour ce faire, l’influence du choix de la méthode d’évaluation de l’exposition au méthylmercure a été déterminée en comparant les apports quotidiens et les risques pour la santé estimés par différentes approches (évaluation directe de l’exposition par la surveillance biologique combinée à la modélisation toxicocinétique ou évaluation indirecte par questionnaire alimentaire). D’importantes différences entre ces deux approches ont été observées : les apports quotidiens de méthylmercure estimés par questionnaires sont en moyenne six fois plus élevés que ceux estimés à l’aide de surveillance biologique et modélisation. Ces deux méthodes conduisent à une appréciation des risques pour la santé divergente puisqu’avec l’approche indirecte, les doses quotidiennes estimées de méthylmercure dépassent les normes de Santé Canada pour 21 des 23 volontaires, alors qu’avec l’approche directe, seulement 2 des 23 volontaires sont susceptibles de dépasser les normes. Ces différences pourraient être dues, entre autres, à des biais de mémoire et de désirabilité lors de la complétion des questionnaires. En outre, l’étude de la distribution du sélénium dans différentes matrices biologiques suite à une exposition non alimentaire (shampoing à forte teneur en sélénium) visait, d’une part, à étudier la cinétique du sélénium provenant de cette source d’exposition et, d’autre part, à évaluer la contribution de cette source à la charge corporelle totale. Un suivi des concentrations biologiques (sang, urine, cheveux et ongles) pendant une période de 18 mois chez des volontaires exposés à une source non alimentaire de sélénium a contribué à mieux expliciter les mécanismes de transfert du sélénium du site d’absorption vers le sang (concomitance des voies régulées et non régulées). Ceci a permis de montrer que, contrairement au méthylmercure, l’utilisation des cheveux comme biomarqueur peut mener à une surestimation importante de la charge corporelle réelle en sélénium en cas de non contrôle de facteurs confondants tels que l’utilisation de shampoing contenant du sélénium. Finalement, une analyse exhaustive des données de surveillance biologique du sélénium issues de 75 études publiées dans la littérature a permis de mieux comprendre la cinétique globale du sélénium dans l’organisme humain. En particulier, elle a permis le développement d’un outil reliant les apports quotidiens et les concentrations biologiques de sélénium dans les différentes matrices à l’aide d’algorithmes mathématiques. Conséquemment, à l’aide de ces données cinétiques exprimées par un système d’équations logarithmiques et de leur représentation graphique, il est possible d’estimer les apports quotidiens chez un individu à partir de divers prélèvements biologiques, et ainsi, de faciliter la comparaison d’études de surveillance biologique du sélénium utilisant des biomarqueurs différents. L’ensemble de ces résultats de recherche montre que la méthode choisie pour évaluer l’exposition a un impact important sur les estimations des risques associés. De plus, les recherches menées ont permis de mettre en évidence que le sélénium non alimentaire ne contribue pas de façon significative à la charge corporelle totale, mais constitue un facteur de confusion pour l’estimation de la charge corporelle réelle en sélénium. Finalement, la détermination des équations et des coefficients reliant les concentrations de sélénium entre différentes matrices biologiques, à l’aide d’une vaste base de données cinétiques, concourt à mieux interpréter les résultats de surveillance biologique., In the context of public health risk analysis, exposure assessments are of primary importance. Among the approaches used to assess exposure, tools such as food questionnaires, toxicokinetic modelling or reverse dosimetry, combined with biomonitoring allow to refine exposure estimates as well as toxicological health risk estimates. Such approaches and tools have been developed and applied to two contaminants of interest - methylmercury and selenium - due to the known toxic effect of methylmercury, the interaction between methylmercury and selenium which reduces its toxicity, and common sources of exposure through fish consumption. Hence, the main objective of this thesis consists in producing kinetic and comparative data for the validation and the interpretation of approaches and tools used for exposure assessment to methylmercury and selenium. These data are currently lacking. To achieve this goal, the influence of the method used to assess methylmercury exposure was determined by comparing daily intakes and health risk estimated with different approaches (direct exposure assessment using biomonitoring and toxicokinetic modelling or indirect exposure assessment using food questionnaires). Important discrepancies between these two methods have been observed: the questionnaire-based intakes are higher than modeled intakes higher by a six-fold factor. These two approaches lead to divergent health risk estimates considering that, with the direct exposure assessment, methylmercury daily intakes are above Health Canada guidelines in most cases (21 of 23 volunteers) while only 2 volunteers have intakes above guidelines when using the direct approach. Among possible reasons, discrepancies could be due to recall and desirability bias related to the completion of food questionnaire. Subsequently, the study of selenium distribution in different biological matrices following a non-dietary exposure (selenium-containing shampoo) aimed to study the kinetic of the selenium originating from this exposure as well as assess the contribution of this source to the total Se body burden. The time courses of selenium biological concentration in blood, urine, hair and nails over 18 months for volunteers exposed to a non-dietary source of selenium contributed to better elucidate the mechanisms of selenium transfer to blood (concurrency of regulated and non-regulated pathways). This study also confirms that, unlike methylmercury, the use of hair as a biomarker can lead to a significant overestimate of the actual selenium body burden if confounding factors such as the use of selenium-containing shampoo are not controlled. In addition, a detailed analysis of selenium biomonitoring data from 75 published studies in the literature was conducted in order to better understand the kinetic of selenium in the human body. In particular, this analysis led to the development of a tool that relates daily intakes and selenium concentrations in biological matrices using mathematical algorithms. Consequently, by using these kinetic data expressed as a system of logarithmic equations and graphical representations, it enables the assessment of daily intakes in an individual from various biological sampling. Moreover, it facilitates the comparison of selenium biomonitoring data from studies using different biomarkers. Overall, these results show that the approach used to assess exposure has a sound impact on health risk estimates. Research showed that selenium from a non-dietary source does not contribute significantly to total body burden, however it constitutes a confounding factor. Finally, the determination of equations and coefficients using an extensive kinetic database relating selenium concentrations from different biological matrices helps to better interpret biomonitoring data.

La rade de Toulon est une zone semi-fermée (Nord-Ouest de la Méditerranée, France) séparée en deux parties. L'hydrodynamique dans la petite baie conduit à un temps de résidence des eaux assez long, favorisant le risque de la contamination sédimentaire, alors que la grande rade est ouverte à la mer. La cartographie des contaminants pour les sédiments de surface a révélé des valeurs très élevées, en particulier pour les parties les plus confinées de la petite rade. Ainsi, le mercure total dépasse le niveau N2 (législation française sur les sédiments marins/estuariens de dragage : 0,8 mg/kg) en plusieurs points de la rade. Dans le cadre de l'étude de la contamination de la baie de Toulon, l'objectif de cette étude est de mieux appréhender la mobilité du mercure et la formation du méthylmercure dans deux sites clés de la petite rade : l'un proche du port de Toulon et l'autre situé dans la baie du Lazaret, lieu d'aquaculture et de mytiliculture. Diverses techniques d'échantillonnage ont été déployées pour étudier l'interface eau-sédiment. A proximité de l'interface, l'eau sus-jacente au sédiment était échantillonnée par l'utilisation du SUSANE (Suprabenthic Sampler for Nearshore Environments). L'eau interstitielle du sédiment était prélevée par des dispositifs de dialyse in situ appelés « Peepers ». Le carbone organique dissous, le fer, le manganèse, les phosphates solubles réactifs (PSR) et les sulfates ont permis de caractériser la succession d'états d'oxydo-réduction dans les colonnes eausédiment étudiées. Le mercure total dissous (HgTD) a montré des pics (supérieurs à 25 ng/L) corrélés avec les zones de minéralisation de la matière organique, alors que les pics de méthylmercure (MeHgD, supérieurs à 8,8 ng/L) correspondent aux maximum de PSR. Les processus diagénétiques qui gouvernent ces modèles sont présentés et discutés.

The arctic seasonal snowpack is a key medium where chemical reaction of mercury (Hg) species occur. Elemental gaseous mercury can be produced through photochemical reduction of Hg(II) complexes, and Hg(II) species can also be oxydized. Complexation of Hg(II) with organic matter can stabilize Hg(II) species that can be subsequently transferred to water bodies during snowmelt. Hg(II) species can be biotically or abiotically transformed to organo-metallic compounds such as methylmercury (MeHg), although currently there are no measurements to confirm these mechanisms. The main goal of this thesis is to understand the pathways of Hg toxification through the production of bioavailable and methylated Hg species. This question is of utmost importance in order to link the atmospheric deposition pathways of Hg on snowpacks (in the Arctic for instance) and the contamination of food chains., Le manteau neigeux polaire est le siège d'une chimie complexe de transformation du mercure correspondant à la fois à une production interne de mercure élémentaire gazeux et une incorporation du mercure gazeux. Le manteau neigeux est à la fois une source et un puits de mercure. Le mercure présent dans la neige sous forme de Hg(II) peut être associé à la matière organique et être ainsi stabilisé chimiquement et photochimiquement et entrainé vers les écosystèmes à la fonte. Il est également transformable en une espèce organo-métallique, le méthylmercure dont les mécanismes biotiques ou abiotiques de formation sont inconnus. L'objectif de cette thèse est d'une part de comprendre l'impact de cette matière organique sur le temps de vie du mercure divalent dans les réservoirs environnementaux et notamment la neige et d'autre part de travailler sur les voies de formation d'espèces mercurielles à fort potentiel de toxicité (Hg biodisponible et méthylmercure). Nous voulons ainsi progresser dans l'étude des processus reliant dépôts atmosphériques et contamination de chaînes alimentaires.

Mercury is a metallic element naturally present in the environment. But since the industrial era, the flows of mercury in the environment deeply increased. This has impacts on environment and public health because mercury in the form of methylmercury is a powerful neurotoxic bioaccumalable in organisms and throughout the food chain. Mercury methylation is a biotic process. The role of some anaerobic microorganisms has been highlighted in the mercury methylation in aquatic systems. These microorganisms would grow mainly in the form of biofilms. But most of the methylation studies were focused on the potential of methylation of pure cultures. Biofilm cells are physiologically different from planctonic cells, moreover they're encased into an exocellular polymeric matrix. Those aspects are likely to influence the potential mercury methylation of cells. The aim of this study is to estimate the potential of mercury methylation by biofilms. In opposition to others studies, the results show that the methylant potential of biofilms studied are higher than the planctonic cells.; Le mercure est un élément trace métallique présent naturellement dans l'environnement. Mais depuis l'ère industrielle, les flux du mercure dans l'environnement ont fortement augmenté. Ceci n'est pas sans conséquence sur l'environnement et la santé publique car le mercure sous sa forme méthylée (méthylmercure) est un puissant neurotoxique bioaccumulable au sein des organismes et au fil de la chaine alimentaire. La méthylation du mercure est un processus biotique. Le rôle de certains microorganismes anaérobies a été mis en évidence dans la méthylation du mercure dans les systèmes aquatiques. Ces microorganismes se développeraient majoritairement sous forme de biofilms. Or la majorité des études de méthylation se sont intéressées au potentiel de méthylation de souches pures. Les biofilms contiennent des cellules qui sont physiologiquement différentes des cellules planctoniques et de plus sont enrobées dans une matrice de polymères exo-cellulaires. Ces aspects sont l'un et l'autre susceptibles d'influencer le potentiel de méthylation des cellules. Le but de cette étude est donc d'évaluer le potentiel de méthylation du mercure par les biofilms. Contrairement à d'autres études, les résultats montrent que le potentiel méthylant des biofilms étudiés est plus important que celui des cellules planctoniques.

Les valeurs certifiées suivantes ont été établies pour ce matériau de référence méthylmercure isotopiquement enrichi en isotope 198: ratios de contenu d’isotopes, abondance isotopique, et masse atomique du mercure (EMMS-1).

Les valeurs certifiées suivantes ont été établies pour le matériau de référence hépatopancréas de homard: fraction massique des métaux-trace, arsenobetaine, et méthylmercure (TORT-3).

Jusqu’à la fin des années 1990, les bactéries résistantes aux antibiotiques étaient essentiellement isolées chez les patients hospitalisés. Ce n’est plus le cas aujourd’hui, la résistance aux antibiotiques étant également observée en dehors de l’hôpital. Il est important de bien comprendre les mécanismes d’émergence et de dissémination de la résistance dans les populations de bactéries. Or, de telles étudessont difficiles à réaliser dans un milieu trop complexe, avec des populations mouvantes, en présence de multiples sources d’antibiotiques. Le terrain d'étude ici est le village de Trois-Sauts, situé très en amont sur le fleuve Oyapock en Guyane.

National audience; Jusqu’à la fin des années 1990, les bactéries résistantes aux antibiotiques étaient essentiellement isolées chez les patients hospitalisés. Ce n’est plus le cas aujourd’hui, la résistance aux antibiotiques étant également observée en dehors de l’hôpital. Il est important de bien comprendre les mécanismes d’émergence et de dissémination de la résistance dans les populations de bactéries. Or, de telles étudessont difficiles à réaliser dans un milieu trop complexe, avec des populations mouvantes, en présence de multiples sources d’antibiotiques. Le terrain d'étude ici est le village de Trois-Sauts, situé très en amont sur le fleuve Oyapock en Guyane.

The environment has changed considerably in recent decades due to economic development. These changes have been accompanied by positive effects but also negative because people are exposed to many chemicals, some of which pose health risks. The environmental degradation and its adverse health effects have gradually led policy makers to become aware of the need to engage in development based on an economically sustainable growth model. In this context, prevention policies in environmental health I should be based on a comprehensive approach mobilizing various scientific fields, from toxicology to social sciences through engineering and environmental ecology. In France, public policies hardly use the economic approach as a tool for decision support. Now, the contribution of this approach is undeniable: it may, in particular, measure the reduction of social welfare associated with the health effects of exposure. Economic evaluation can help economic agents disclose their willingness to pay in order to avoid a degradation of their health or welfare, by giving a monetary value on these externalities. In addition to helping decision, it also provides useful and necessary items for public discussion. In this thesis, we selected the Impact Pathway Analysis (IPA) as an assessment method because it precisely defines the nature, magnitude and probability of a given environmental hazard and integrates the economic assessment to measure the monetary impact of reducing risk. This thesis is based on two examples of the effects of environmental pollution on children's health, the cases of lead and mercury, and seeks to highlight the validity of integrating economic evaluation in the process of public decision. Exposure to lead and mercury affects the health of children and may cause serious side effects, such as cognitive and behavioral disorders. The objective of this thesis is to evaluate the economic impact of the exposure of the French child population to these pollutants, and to highlight the costs and benefits of measures that would reduce the risks. To do this, we selected the Cost Benefit Analysis (CBA), which encompasses a cost optimization assessment. The first results of the evaluation show that public policy focused on reducing exposure to these pollutants would achieve monetary benefits of several billion Euros per year as shown by the two first papers presented in the thesis1.2. These benefits include a reduction in future medical expenses and of the burden of special education of young children, and mainly increased productivity of the latter during their adult life. Assessing the costs of investments in programs to reduce emissions of pollutants is useful for public decision so that costs of intervention and the benefit of this reduction can be weighed. Different interventions are possible to reduce emissions and / or exposures: "regulation - emission permits - information" and have different costs and efficiencies. A third paper shows net negative benefits in the case of removal of water pipes containing lead. In a context of allocating scarce resources, the pursuit of efficiency in public policy requires to consider the return on investment, which is allowed by economic evaluation. Following the empirical work in the three articles, the general discussion comes back on contributions, limits and prospects of integration in the economic evaluation of prevention policies and environmental risks of their neurotoxic effects on the health of children, L'environnement s'est considérablement transformé au cours des dernières décennies sous l'effet du développement économique. Ces transformations se sont accompagnées d'effets positifs, mais aussi négatifs car l'homme se trouve exposé à un grand nombre de substances chimiques dont certaines présentent des risques pour sa santé. La dégradation de l'environnement et ses conséquences néfastes sur la santé ont fait prendre conscience progressivement aux décideurs publics de la nécessité de s'engager dans un développement durable reposant sur un modèle de croissance économiquement soutenable. Dans ce contexte, l'élaboration de politiques de prévention en santé environnementale repose sur une approche globale mobilisant différentes disciplines scientifiques allant de la toxicologie aux sciences sociales en passant par les sciences de l?ingénieur et l'écologie environnementale. En France, les politiques publiques de prévention mobilisent encore peu l'approche économique comme outil d'aide à la décision. Or la contribution de cette approche est indéniable : elle peut, notamment, mesurer la réduction du bien-être social liée aux effets des expositions sur la santé. L'évaluation économique peut permettre, entre autres, de faire révéler aux agents leur consentement à payer pour éviter une réduction de leur état de santé ou de leur bien-être, en donnant une valeur monétaire à ces externalités. Outre le fait d'aider à la décision, elle apporte aussi des éléments utiles et nécessaires au débat public. Dans cette thèse, nous avons retenu l'Impact Pathway Analysis (IPA) comme méthode d?évaluation parce qu'elle analyse un risque environnemental donné en définissant précisément sa nature, son ampleur et les probabilités qui le caractérisent et elle intègre ensuite l'évaluation économique afin de mesurer l'impact monétaire de la réduction du risque sur la santé. Cette thèse s'appuie sur deux exemples des conséquences de la pollution environnementale sur la santé des enfants, les cas du plomb et du mercure, et cherche à mettre en évidence le bien-fondé de l'intégration de l'évaluation économique dans les processus de décision publique. L'exposition au plomb et l'exposition au mercure altèrent la santé des enfants et provoquent des effets indésirables graves, tels que des troubles cognitifs et comportementaux. L'impact économique de l'exposition de la population infantile française à ces deux polluants et de sa réduction a été évalué par l'Analyse Coût Bénéfice (ACB) qui permet de rapprocher l'objectif à atteindre de l'optimisation des coûts. Les premiers résultats de l'évaluation montrent que des politiques publiques axées sur la réduction de l'exposition à ces polluants permettraient de réaliser des bénéfices monétaires de plusieurs milliards d'Euros par année comme le montrent les deux articles présentés 1,2. Ces bénéfices incluent une réduction des dépenses médicales futures et de la charge d'une éducation spécialisée des enfants en bas âge, et surtout l'augmentation de la productivité de ces derniers au cours de leur vie d'adulte. L'évaluation des coûts d'investissements dans des programmes de réduction des émissions des polluants est utile au décideur public afin qu'il puisse mettre en balance les coûts des interventions et le bénéfice de cette réduction. Différentes interventions pour réduire les émissions et/ou les expositions sont possibles : "réglementation - permis d'émission - information" et ont des coûts et des efficacités différents. Un troisième papier fait apparaître des bénéfices nets négatifs dans le cas des changements des canalisations d'eau contenant du plomb. Dans un contexte d'allocation de ressources rares, la recherche de l'efficience d'une politique publique nécessite de s'interroger sur le retour sur investissements, ce que permet l'évaluation économique. Faisant suite aux travaux empiriques réalisés dans ces trois articles, la discussion générale revient sur les apports, les limites et les perspectives de l'intégration de l'évaluation économique dans les politiques de prévention des risques neurotoxiques environnementaux et de leurs effets sur la santé des enfants exposés

Les thiols et le sélénium peuvent jouer un rôle important dans la méthylation du mercure des environnements aquatiques. Pour démontrer la présence des thiols et du sélénium et leur relation avec le mercure dans certains écosystèmes d'eau douce québécois, une campagne d’échantillonnage fut réalisée durant l’été 2010, dans le parc national du Mont-Tremblant (Laurentides, Québec). Il existe une corrélation significative entre le sélénium et le mercure total dans l’eau des lacs du parc. Cependant, les concentrations de sélénium sont très faibles dans les lacs, les étangs de castor et les ruisseaux. Par ailleurs, les lacs du parc national du Mont-Tremblant ont des concentrations relativement élevées de méthylmercure avec une moyenne de 0,33 ng L-1 et des maximums allant jusqu’à 3,29 ng L-1. Les étangs de castor peuvent aussi être considérés comme des lieux de contamination au méthylmercure, avec une concentration moyenne de 0,95 ng L-1. Toutefois, la présence d’une colonie de castors sur le bassin versant d’un lac ne semble pas influencer les concentrations de mercure que l’on y retrouve. Deux thiols sont détectables dans l’eau de surface des Laurentides, soit le glutathion et l’acide thioglycolique. La concentration de ce dernier thiol est corrélée significativement avec celle du mercure total et du méthylmercure. Les thiols peuvent jouer un rôle important dans les processus de méthylation en favorisant le transport du mercure inorganique à l’intérieur des bactéries sulfato-réductrices. Afin de mieux comprendre l’action antagoniste entre le sélénium et le mercure, des études devraient être réalisées au niveau des tissus des organismes vivants dans ces zones pauvres en sélénium., Thiols and selenium may influence mercury methylation in aquatic environments. To demonstrate the occurrence of both elements with mercury in selected aquatic systems of Quebec, a sampling campaign was conducted during the summer of 2010 in Mont-Temblant national park (Laurentians, Quebec). There is a significant correlation between selenium and total mercury in surface water. However, concentrations of selenium are very low in lakes and beavers ponds. In addition, the park’s lakes have a relatively high concentrations of methyl mercury with an average of 0,33 ng L-1 and maximum values up to 3,29 ng L-1. Beaver ponds can also be considered hotspots of methylmercury contamination, with an average concentration of 0,95 ng L-1. However, the presence of a colony of beavers in the watershed of a lake does not appear to influence the levels of mercury in that lake. Two species of thiols are present in the surface water of the Laurentian ecosystems: glutathione and thioglycolic acid. The latter is significantly correlated with total mercury and methyl mercury. Thiols may play an important role in the methylation process by promoting the transport of inorganic mercury within the sulfate-reducing bacteria. To better undestand the antagonistic action between selenium and mercury, more research should be conducted in the tissue of organisms living in areas of low concentration of selenium to know if they are protected against mercury toxicity.

Les valeurs certifiées suivante ont été établies pour le matériel de référence protéines de poissons: fraction massique des métaux traces, et de méthylmercure (DORM-4).

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.

International audience; Mercury is a widespread heavy metal with potential severe impacts on human health. Exposure conditions to mercury and profile of toxicity among humans depend on the chemical forms of the mercury: elemental or metallic mercury, inorganic or organic mercury compounds. This article aims to reviewing and synthesizing the main knowledge of the mercury toxicity and its organic compounds that clinicians should know. Acute inhalation of metallic or inorganic mercury vapours mainly induces pulmonary diseases, whereas chronic inhalation rather induces neurological or renal disorders (encephalopathy and interstitial or glomerular nephritis). Methylmercury poisonings from intoxicated food occurred among some populations resulting in neurological disorders and developmental troubles for children exposed in utero. Treatment using chelating agents is recommended in case of symptomatic acute mercury intoxication; sometimes it improves the clinical effects of chronic mercury poisoning. Although it is currently rare to encounter situations of severe intoxication, efforts remain necessary to decrease the mercury concentration in the environment and to reduce risk on human health due to low level exposure (dental amalgam, fish contamination by organic mercury compounds...). In case of occupational exposure to mercury and its compounds, some disorders could be compensated in France. Clinicians should work with toxicologists for the diagnosis and treatment of mercury intoxication.

Context. Food provides the nutrients which enable the body to function on a physiological level as well as delivering contaminants that may affect health. From a public health point of view, both aspects must be considered in order to determine optimum food consumption levels. Seafood is an interesting example as it provides n-3 long chain polyunsaturated fatty acids (n-3 LC-PUFA), vitamins and minerals but also methylmercury, arsenic and persistent organic pollutants. Objective. The aim of this thesis was to determine in what quantities seafood consumption would provide nutritional benefits while minimising the risks linked to food contaminants. Methods. Analyses were mainly based on data from the Calipso survey conducted among 996 high seafood consumers (at least twice a week) aged 18 and over. Their nutritional intakes and their exposure to contaminants were assessed through a food frequency questionnaire and through biomarker data. This made it possible to select nutrients and contaminants of interest, since seafood contributes significantly to both the intake of nutritional requirements and exposure to nutritional and health risks. The risk/benefit analysis consisted in using an optimization model with constraints to calculate optimum seafood consumption levels. The goal was to optimize nutritional intakes as well as contaminant exposure with the condition being to attain recommended nutritional intakes without exceeding tolerable upper intakes for contaminants and nutrients, while taking into account background intakes. Results. Among high seafood consumers, the health risk linked to methylmercury and arsenic appeared to be significant. Seafood also appeared to contribute largely to the intake of vitamin D and certain minerals. Moreover, consumption higher than 200 g/week of high fat fish does not seem to imply a higher benefit in terms of cardiovascular health biomarkers when compared with lower consumption. Taking this data into account, an optimum consumption level was calculated that minimises inorganic arsenic exposure and increases vitamin D intake in the general population. In parallel, this consumption level guarantees that the consumer attains the recommended intake for n-3 LC-PUFA, selenium and iodine, while remaining below the tolerable upper intakes for methylmercury, cadmium, dioxins, polychlorobiphenyls, zinc, calcium, and copper. This consumption level is approximately 200 g/week of certain fatty fish species and approximately 50 g/week of lean fish, molluscs, and crustaceans. Conclusion. Optimum seafood consumption levels providing both nutritional benefit and controlled risk have been calculated. This study highlights the necessity of reducing arsenic exposure and refining results using the model for certain subgroups of the population while taking into account the specificities of these populations., Contexte. L'alimentation apporte à la fois des nutriments nécessaires au fonctionnement physiologique normal de l'organisme et des contaminants susceptibles d'impacter sur la santé. Il convient donc de prendre en compte ces deux aspects dans la détermination des consommations optimales du point de vue de la santé publique. Les produits de la mer représentent un cas d'étude intéressant car ils apportent à la fois des acides gras polyinsaturés oméga 3 à longue chaine (AGPI LC n-3), des vitamines et des oligoéléments, mais aussi du méthylmercure, de l'arsenic ou encore de polluants organiques persistants. Objectifs. L'objectif de la thèse était de déterminer dans quelles quantités la consommation de produits de la mer présentait un bénéfice nutritionnel, tout en limitant le risque lié aux contaminants apportés par l'alimentation. Méthodes. Les analyses ont principalement porté sur les données de l'étude Calipso menée sur 996 forts consommateurs de produits de la mer (au moins deux occurrences par semaine) de 18 ans et plus. Leurs apports nutritionnels et leur exposition aux contaminants ont été estimés à partir du recueil des consommations alimentaires et de biomarqueurs. Ce travail a permis, au regard de la couverture des besoins nutritionnels et des risques nutritionnels et sanitaire, la sélection de nutriments et contaminants pertinents, à l'apport desquels et à l'exposition auxquels les produits de la mer contribuent majoritairement. L'analyse risque-bénéfice a consisté en l'utilisation d'un modèle d'optimisation sous contraintes pour déterminer des consommations optimales de produits de la mer. L'objectif était d'optimiser les apports nutritionnels et l'exposition aux contaminants, sous contrainte d'atteinte des apports nutritionnels conseillés (ANC) et de non dépassement des valeurs toxicologiques de référence (VTR), en tenant compte des apports par le reste du régime. Résultats. Chez les forts consommateurs de produits de la mer, le risque sanitaire lié à l'exposition aux méthylmercure et l'arsenic inorganique ne sont pas négligeables. Chez ces mêmes consommateurs, les produits de la mer apparaissent également comme contributeurs majeurs d'apport en vitamine D et certains minéraux. Par ailleurs, une consommation de plus de 200 g/sem de poissons très gras n'entraine pas de bénéfice supplémentaire en termes de biomarqueur de santé cardiovasculaire. Tenant compte de ces éléments, il a été déterminé une consommation dite optimale, permettant à la fois de minimiser l'exposition à l'arsenic inorganique et d'augmenter l'apport de vitamine D en population générale, tout en garantissant l'atteinte de l'ANC pour les AGPI LC n-3, le sélénium et l'iode, le non dépassement des VTR établies pour le méthylmercure, le cadmium, les dioxines et polychlorobiphényles, ainsi que le non dépassement des limites de sécurité établies pour le zinc, le calcium et le cuivre. Cette consommation est de 200 g/semaine environ de certaines espèces de poissons gras et de 50 g/semaine environ de poissons maigres, mollusques ou crustacés. Conclusion. Une consommation optimale de produits de la mer entrainant à la fois un bénéfice nutritionnel et un risque sanitaire maitrisé a pu être définie. Il ressort de ce travail la nécessité de réduire les expositions à l'arsenic et d'affiner les résultats en utilisant le modèle pour certaines populations, en tenant compte des spécificités de ces populations.