Contribution à la conception d'un système d'aide à la décision pour la gestion de situations de tension au sein des systèmes hospitaliers. Application à un service d'urgence.

The management of patient flow, especially the flow resulting from health (flu, heat waves and exceptional circumstances) is one of the most important problems to manage in the emergency department (ED). To handle the influx of patients, emergency departments require significant human and material resources, and a high degree of coordination between these resources. Under these conditions, the medical and the paramedical staffs are often confronted with strain situations which greatly complicate their task. The main purpose of this thesis is to contribute to improving the management of situations of tension occurring in the emergency department by providing a decision support system, SAGEST. This DSS allows i) a proactive control of the ED: predicting at short and/or medium-term the occurrence of potential strain situations and proposing corrective actions to prevent the occurrence of these situations, ii) a reactive control in the case of no-detection of the strain situation occurrence. A functional architecture of the SAGEST system, based on the manager’s decision making process is proposed. Used methodologies and models embedded in the main functions and the knowledge base of the SAGEST system are described. Finally, experiments and results of different models of SAGEST system applied to the paediatric emergency department (PED) of the Regional University Hospital of Lille are presented and discussed.La prise en charge des flux des patients, en particulier les flux récurrents et consécutifs à des crises sanitaires (grippes, canicules, situations exceptionnelles) est l'un des problèmes les plus importants auquel les services des urgences (SU) doivent faire face. Pour gérer cet afflux de patients, les services des urgences nécessitent des ressources humaines et matérielles importantes, ainsi qu'un degré élevé de coordination entre ces ressources. Dans ces conditions, le personnel médical se voit confronté très fréquemment à des situations de tension qui compliquent très fortement sa tâche. L‘objet de cette thèse est de contribuer à l’amélioration de la gestion des situations de tension se produisant dans un service d’urgence en proposant un système d’aide à la décision, SAGEST (Système d’Aide à la décision pour la GEstion des Situations de Tensions), permettant i) le pilotage proactif du SU : prévision à court et/ou moyen terme de l'apparition de situations de tension et l'évolution du flux patients et la proposition d'actions de correction afin d'éviter l’occurrence de ces situations et ii) le pilotage réactif dans le cas où l'occurrence de la situation de tension n'a pas été détectée. Une architecture fonctionnelle du système SAGEST, s'appuyant sur le processus décisionnel du responsable du service d'urgence, est proposée. Les méthodologies et les modèles utilisés dans la construction des principales fonctions et de la base de connaissances sont décrits. Enfin, les résultats d’application des différents modèles du système SAGEST pour le service d’urgence pédiatrique (SUP) du centre hospitalier régional universitaire du Lille sont présentés et discutés

Contribution au pronostic de défaillances guidé par des données

Ce mémoire d’Habilitation à Diriger des Recherche (HDR) présente, dans la première partie, une synthèse de mes travaux d’enseignement et de recherche réalisés au sein de l’École Nationale Supérieure de Mécanique et des Microtechniques (ENSMM) et de l’Institut FEMTO-ST. Ces travaux s’inscrivent dans la thématique du PHM (Prognostics and Health Management) et concernent le développement d’une approche intégrée de pronostic de défaillances guidée par des données. L’approche proposée repose sur l’acquisition de données représentatives des dégradations de systèmes physiques, l’extraction de caractéristiques pertinentes et la construction d’indicateurs de santé, la modélisation des dégradations, l’évaluation de l’état de santé et la prédiction de durées de fonctionnement avant défaillances (RUL : Remaining Useful Life). Elle fait appel à deux familles d’outils : d’un côté des outils probabilistes/stochastiques, tels que les réseaux Bayésiens dynamiques, et de l’autre côté les modèles de régression non linéaires, notamment les machines à vecteurs de support pour la régression. La seconde partie du mémoire présente le projet de recherche autour du PHM de systèmes complexes et de MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), avec une orientation vers l’approche de pronostic hybride en combinant l’approche guidée par des données et l’approche basée sur des modèles physiques.This Habilitation manuscript presents, in the first part, a synthesis of my teaching and research works achieved at the National Institute of Mechanics and Microtechnologies (ENSMM) and at FEMTO-ST Institute. These works are within the topic of Prognostics and Health Management (PHM) and concern the development of an integrated data-driven failure prognostic approach. The proposed approach relies on acquisition of data which are representative of systems degradations, extraction of relevant features and construction of health indicators, degradation modeling, health assessment and Remaining Useful Life (RUL) prediction. This approach uses two groups of tools: probabilistic/stochastic tools, such as dynamic Bayesian networks, from one hand, and nonlinear regression models such as support vector machine for regression and Gaussian process regression, from the other hand. The second part of the manuscript presents the research project related to PHM of complex systems and MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), with an orientation towards a hybrid prognostic approach by considering both model-based and data-driven approaches

Application de l'analyse métabolomique à la détection ciblée et globale de contaminants organiques dans des matrices agroalimentaires et environnementales par spectrométrie de masse à ultra-haute résolution

Pollution of agrifood and environmental water by pesticides and drugs is a real public health concern. There are many quantitative methods developed on triple quadrupole mass spectrometer for their detection, but drug residues and abiotic or biological degradation of pollutants are generally not considered and are limited to a predetermined and restricted list of molecules.In this context, we have developed an analytical method based on metabolomic analyses by high performance liquid chromatography coupled with ultra-high resolution mass spectrometry (LC-HRMS). Two matrices (honey and groundwater) were investigated as proof of concept studies. We showed that LC-HRMS associated to data mining tools enables (i) targeted analyses of pollutants, (ii) detection of untargeted and unknown xenobiotics, and (iii) detection of metabolites useful for the characterization of matrices. Then, a large targeted and semi-quantitative approach has been developed and validated for the detection of pesticides, drugs and metabolites in water samples by using on line SPE and UHPLC-ESI-HRMS. This method allowed the detection of 539 organic contaminants at the MLR of 0.1 µg/L in 36 minutes with only 5 milliliter of water. A study of 26 tap water samples from the Paris region showed the presence of 37 pollutants including 6 drugs.La pollution des produits agroalimentaires et des eaux environnementales par les substances phytosanitaires et les médicaments est une réelle préoccupation de santé publique. Il existe aujourd’hui de nombreuses méthodes d’analyses quantitatives développées sur des appareils de type triple quadripôle pour leur détection mais elles ne se préoccupent peu ou pas des résidus médicamenteux et des produits de dégradation abiotique ou biologique des polluants et sont limitées à un nombre restreint et figé de molécules.Dans ce contexte, nous avons développé une méthode d’analyse basée sur la métabolomique par chromatographie liquide haute performance couplée à la spectrométrie de masse à ultra-haute résolution (LC-HRMS). Deux matrices (miel et eau souterraine) ont ainsi été étudiées comme preuve de concept. Nous avons montré que la LC-HRMS associée à des outils de fouille de données permet (i) une recherche ciblée de polluants prioritaires, (ii) la détection sans a priori de contaminants inattendus ou inconnus et (iii) la recherche de métabolites nécessaire à la classification des échantillons en fonction de leur métadonnée (adultération, origine géographique, etc.). Ensuite, une approche semi-quantitative ciblée large spectre a été développée et validée pour la détection de pesticides, médicaments et métabolites dans l’eau par couplage de la SPE en ligne avec l’UHPLC-ESI-HRMS. Cette méthode permet la détection de 539 contaminants organiques en 36 minutes dans 5 millilitres d’eau au seuil minimum réglementaire de 0,1 µg/L. L’étude de 26 eaux du robinet de la région parisienne a permis de mettre en évidence la présence à l’état de trace de 37 polluants dont 6 médicaments

Exploitation des données spectrales dans la sécurisation du circuit des médicaments anticancéreux

Most of the anticancer drugs are defined by a narrow therapeutic margin; therefore medical errors can have major consequences on patients. Thus, it’s necessary to guarantee the good drug at the good dose by the implementation of a quality control of the preparation before administration. These potentially carcinogenic, mutagenic or teratogenic drugs present a risk for exposed people especially healthcare workers.The aim of this study was to develop tools which can optimize the safety of the cytotoxic medication circuit in hospitals, for the patient as much as for healthcare workers. In order to respond to these problematics, analytical tools have been associated with different methods of data interpretation of chemometric and risk management.To improve healthcare workers’ safety, environmental monitoring looking for traces of platinum compound cytotoxic drugs were performed to identify the most contaminated areas. Based on these contaminations and working conditions, a methodology of multi-criteria risk analysis has been developed to quantify the risk of exposure of healthcare workers. Regarding the risk, various corrective measures were considered. Thus, studies based on the detergent efficiency of decontamination protocols used to clean workplace surfaces and cytotoxic vials were conducted.In parallel, assays were performed on two anticancer molecules to secure cytotoxic preparations before administration: 5-fluorouracile and gemcitabine. Regarding their non-destructive, non-invasive properties and therefore, more secured handling, Raman and near infrared spectroscopy were explored. Spectral data (spectral zones and pretreatments) were optimized by multivariate analyses ComDim to develop models of regression PLS predicting the concentration of the active ingredient in solution. Results showed the feasibility and the complementarity of these two spectroscopies in the quantitative determination of the cytotoxic drugs.These works participate in the continuous approach of quality assurance implemented in numerous health institutions. We hope that they will contribute to durably decrease risks associated to cytotoxic drugs for both patients and healthcare workers.La plupart des médicaments anticancéreux sont des substances à marge thérapeutique étroite, les erreurs médicamenteuses peuvent avoir des conséquences majeures pour les patients. Il est de la responsabilité pharmaceutique de garantir le bon médicament à la bonne dose par la mise en place d’un contrôle qualité des préparations avant administration. Par ailleurs, ces molécules potentiellement cancérogènes, mutagènes et reprotoxiques présentent un risque pour les personnes exposées notamment le personnel de santé. L’objectif de ce travail de thèse a été de développer des outils permettant d’optimiser la sécurité du circuit de ces médicaments anticancéreux à l’hôpital tant pour le patient que pour le personnel de santé. Des outils analytiques associés à des méthodes d’interprétation des données issues de la chimiométrie et de la gestion de risque ont été mis en œuvre afin de répondre à cette problématique.Dans le cadre de la sécurisation du personnel, la recherche de traces de molécules anticancéreuses dérivées du platine a permis de mettre en évidence les zones les plus contaminées. Sur la base de ces contaminations et des conditions de travail, une méthodologie d’analyse de risque multicritère a été développée pour évaluer le risque d’exposition du personnel. Face au risque encouru, différentes mesures correctives ont été envisagées et des études évaluant plus spécifiquement l’efficacité détergente des opérations de décontamination des surfaces et des flacons ont été menées.En parallèle, des essais visant à sécuriser les préparations avant administration ont été conduits sur deux molécules anticancéreuses : le 5-fluorouracile et la gemcitabine. Au regard de leur caractère non destructif, non invasif et de ce fait, plus sécurisé, les spectroscopies vibrationnelles Raman et proche infrarouge ont été explorées. Les données spectrales (zones spectrales et prétraitements) ont été optimisées par des analyses multivariées ComDim pour développer des modèles de régression PLS prédisant la concentration en principe actif en solution. Les résultats ont montré la faisabilité et la complémentarité des techniques de spectroscopie Raman et proche infrarouge pour la détermination quantitative des molécules anticancéreuses

Détection de métaux lourds dans les sols par spectroscpoie d'émission sur plasma induit par laser (LIBS)

Dans les domaines de l’analyse, du contrôle et de la mesure physique, le laser constitue un outil métrologique particulièrement puissant et polyvalent, capable d’apporter des réponses concrètes à des problématiques variées, y compris d’ordre sociétal. Parmi ces dernières, la contamination des sites et des sols par les métaux lourds est un enjeu de santé publique important qui requiert de disposer de moyens de mesure adaptés aux réglementations existantes et suffisamment souples d’utilisation. Technique rapide et ne nécessitant pas de préparation de l’échantillon, la spectroscopie sur plasma induit par laser (LIBS) présente des avantages très intéressants pour réaliser des mesures sur site de la teneur en métaux lourds à l’échelle de la dizaine de ppm; la conception d’un appareil portable à moyen terme est envisageable. Dans cette thèse nous montrons d’abord que le régime femtoseconde ne présente pas d’avantages par rapport au régime nanoseconde standard pour notre problématique. Ensuite nous mettons en oeuvre un traitement avancé des spectres LIBS par des méthodes chimiométriques dont les performances améliorent sensiblement les résultats des analyses qualitatives et quantitatives d’échantillons de sols.In the fields of analysis, control and physical measurement, the laser constitutes a particularly powerful and multi-purpose metrological tool, capable to bring concrete solutions to various matters, including of a societal nature. Among the latter, contamination of sites and soils by heavy metals is an important issue of public health which requires to have measurement means adapted to existing regulations and whose use be sufficiently flexible. As a fast technique which does not need any sample preparation, laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) offers very interesting advantages for making on-site measurements of heavy metals content at the 10-ppm level ; the design of a portable system is conceivable in the medium term. In this work we first show that the femtosecond regime presents no advantages with respect to the standard nanosecond regime for our issue. The we implement an advanced treatment of LIBS spectra by chemometric techniques whose performances significantly improve the results of qualitative and quantitative analyses of soils samples

Effets de métaux (Cd et Pb) et d'une substance énergétique (HMX) sur la reproduction et sur les protéines de type métallothionéine chez Eisenia andrei

De nombreux sites militaires des Forces Armées Canadiennes sont contaminés par des métaux lourds (en particulier Pb et Cd) et des substances énergétiques (en particulier HMX). Ceux-ci entrent dans l'environnement lors de l'utilisation de munitions. Le ver Eisenia andrei est considéré comme une espèce sentinelle pertinente lors de l'étude de la pollution des sols. Des tests standardisés utilisant des paramètres tels que la létalité, la croissance et la reproduction de ce ver ont été développés afin d'évaluer les effets létaux et sublétaux de contaminants environnementaux. La métallothionéine (MT) est une protéine ubiquitaire impliquée dans la liaison, la bioaccumulation, le transport, le métabolisme et la détoxification des métaux. Son induction directe par certains métaux bivalents est bien reconnue et plusieurs groupes explorent son utilisation potentielle comme biomarqueur. D'autres facteurs exogènes et endogènes induiraient également l'expression de la métallothionéine de façon indirecte. Les objectifs de cette étude sont d'évaluer la possibilité d'utiliser les protéines de type métallothionéine (MTLPs) comme biomarqueur d'effet précoce par la recherche de relations statistiques entre la reproduction et la modulation de ces protéines suite à une exposition à deux métaux lourds (Pb et Cd) et au HMX. Les outils mis à disposition sont le suivi des paramètres standards après exposition (létalité, croissance et reproduction) et la mesure des MTLPs dans les organes impliqués dans la reproduction, soit les segments 9 à 15 (gonades) et 32 à 37 (clitellum), de même que dans les tissus non impliqués dans la reproduction du ver E. andrei. La technique expérimentale utilisée pour la mesure des MTLPs est la chromatographie liquide de haute performance en phase inverse (HPLC-RP) et en mode isocratique (phase mobile K₂HPO₄/ACN/MeOH, 80 :18 :2). Les résultats obtenus confirment que les deux métaux sont effectivement toxiques et létaux pour E. andrei et que les trois contaminants (Cd, Pb et HMX) présentent des effets délétères et dose-dépendants sur la reproduction du ver. De plus, nous constatons qu'une accumulation de MTLP induite par le Cd est corrélée avec une diminution de la reproduction du ver. Concernant le Pb, aucune induction significative de MTLPs n'a été observée, laissant ainsi ouverte la question de sa relation avec les MTLPs. Enfin, la segmentation des vers a permis d'entrevoir certains effets du HMX sur les MTLPs, effets indécelables au niveau du ver entier. Pour conclure, la présente étude démontre que l'induction des MTLPs chez le ver de terre constitue une réponse physiologique tout au moins à certains métaux ainsi qu'à une substance organique (HMX); la perspective d'utiliser cet outil comme biomarqueur est donc prometteuse. De plus, cette étude confirme la pertinence de classer les métaux lourds en deux groupes selon leurs mécanismes de rétention et de détoxification. Quant à la détoxification du HMX chez E. andrei, il pourrait s'agir d'un autre mécanisme de défense cellulaire qui agirait de manière indirecte sur les MTLPs. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Métallothionéine, Cadmium, HMX, Plomb, Reproduction, Eisenia andrei, Compartiments, Biomarqueur

Sources et transferts des éléments majeurs et traces dans le bassin versant de la Tafna (Algérie) : approches géochimiques et hydrochimiques

Sous un climat méditerranéen semi-aride caractérisé par des crues intenses et des étiages sévères et une anthropisation croissante, les oueds nord africains subissent des impacts environnementaux importants. La contamination par les éléments traces métalliques (ETM dont terres rares) ne cesse d’augmenter et contribue à dégrader les milieux aquatiques. Les concentrations et la mobilité des éléments traces, les différents processus (hydro)biogéochimiques, ainsi que leur transfert vers l’aval, sont ainsi affectés. Dans ce contexte, pour évaluer l’impact de ces pressions, la Tafna a servi de modèle dans cette thèse pour évaluer la qualité des eaux et sédiments du bassin, identifier les sources et le comportement des ETM visà- vis de différentes conditions hydrologiques. Les ETM (Pb, Cd, Zn, Cu, Cr, Co, Ni, As), les REE (La-Yb) et les éléments majeurs, COP, COD, ainsi que les paramètres physico-chimiques, ont été étudiés au cours de plusieurs campagnes hydrologiques contrastées, pour 10 stations et deux barrages, de l’amont à l’aval du bassin versant. Les résultats obtenus ont montré que la composition chimique des eaux est influencée par la lithologie (présence de calcite et minéraux évaporitiques) qui contribue à l’enrichissement des eaux en Na, Mg, B, Cl, SO4, ainsi qu’en Ca et CO3 par processus de dissolution. Les conditions hydrologiques ainsi que les différents processus géochimiques d’adsorption/désorption, précipitation/dissolution, dilution influencent la teneur et la mobilité des ETM dans les eaux et sédiments, notamment en lien avec la présence des formations carbonatées et évaporitiques. L’enrichissement et les origines de la contamination des sédiments ont été évalués à l'aide d’une combinaison d’indicateurs géochimiques et isotopiques. Une forte contamination en certains ETM (Pb>Cd>Zn>Cu) et un faible enrichissement pour d’autres (Al, Fe, Cr, Co, Ni), ont été mis en évidence. De multiples sources locales de contamination ont été identifiées (déchets industriels, agricoles et domestiques) et une pollution plus diffuse provenant notamment de dépôts atmosphériques (essence, minerais, aérosols). Lors des crues, par le biais de la remobilisation de particules accumulées, les barrages peuvent être soit des sources de contamination secondaires, soit de dilution de la contamination par des particules issues des zones amont très érosives. La géomorphologie a un rôle majeur dans le ralentissement du transfert de la contamination vers l’aval (par sédimentation), mais en hautes eaux on assiste à une remobilisation et un transfert des ETM vers la Méditerranée. Les éléments d'origine naturelle (Co, Ni, Cr, As) sont corrélés à Al, Fe et Mn, suggérant un contrôle par des oxydes ou à des argiles, ceux d'origine anthropique au phosphore (Cd et Zn) ou au soufre (Cu), en lien surtout avec les intrants agricoles. Le cadmium et le Pb sont les métaux les plus extractibles en amont et à l’aval, mais leur disponibilité n’est pas strictement liée au degré de contamination. Les profils de REE dans les sédiments sont contrôlés par la taille des particules et leurs caractéristiques géochimiques. Les LREE sont associées aux minéraux argileux et les HREE à des limons grossiers, ces dernières avec les MREE sont les plus extractibles. Les barrages sont des puits pour les LREE des sédiments retenus et influencent le fractionnement classique du profil d’érosion des REE de l’amont à l’aval. Par la mise en évidence de l'impact des processus naturels (hydrologiques, géochimiques et érosion) et de certaines perturbations anthropiques (rejets, barrages) par les REE et différents outils géochimiques et isotopiques combinés, ce travail innovant pour des systèmes semi-arides carbonatés, pourrait servir à d'autres bassins similaires soumis à diverses pressions (érosion et anthropisation). Des recommandations de référentiel et un ensemble de données et outils géochimiques et statistiques, sont fournis

Bioaccumulation et bioindication par les lichens de la pollution atmosphérique actuelle et passée en métaux et en azote en France (sources, mécanismes et facteurs d'influence)

La contamination atmosphérique par les métaux/métalloïdes (As, Cd, Cu, Pb, Sb, Zn ) et par les composés azotés impacte durablement les écosystèmes. L évaluation des dépôts atmosphériques responsables de ces effets néfastes reste éparse car complexe, en particulier dans les environnements éloignés des sources de contamination comme les massifs forestiers. La prospection et l estimation des éléments traces et de l azote apportés dans ces dépôts ont été réalisées à l échelle nationale à travers deux approches de biosurveillance par les lichens et les mousses : la bioaccumulation et la bioindication. L enregistrement des éléments traces par les organismes indique une forte pression lithogénique dans ces milieux éloignés des sources directes, qui s inclut dans le bruit de fond géochimique (e. g. Al, As, Co, Cr, Fe, Ni et Ti). Des sources additionnelles issues des activités anthropiques plus locales complètent régionalement les cortèges des éléments chimiques enregistrés (Cd, Cu, Sb ou Zn). La comparaison des échantillons de lichens et de mousses avec des spécimens historiques d herbiers nous permet de retrouver ce contexte régional durant les siècles passés, et notamment de conforter les signatures lithologiques à travers le temps grâce aux terres rares. Ainsi, l utilisation du charbon fossile apparaît être la source de contamination métallique dominante durant la fin du XIX e siècle et le début du XX e siècle, et plus récemment, une source additionnelle comme le transport routier (cas de Pb) a pu être notée. En parallèle, des facteurs influençant la bioaccumulation des métaux ont été testés : l espèce considérée joue sur la capture des particules atmosphériques à travers la morphologie du thalle, et l écorce support ne présente que peu d influence. En considérant les signatures des dépôts atmosphériques, la végétation au travers des pluviolessivats apparaît influencer davantage les mousses terricoles que les lichens corticoles, ces derniers étant plus représentatifs des dépôts totaux. Des expérimentations de sorption/désorption montrent un processus rapide d accumulation (une semaine) pour Pb et Cd, mais ne montrent ni compétition entre les métaux bioaccumulés, ni influence du lessivage sur la bioaccumulation. De nouvelles données concernant la sensibilité des espèces lichéniques face aux polluants métalliques ont pu être obtenues à partir de relevés de bioindication couplés à des analyses statistiques multivariées.The atmospheric contamination by metals/metalloids (As, Cd, Cu, Pb, Sb, Zn ) and by nitrogen compounds impact the ecosystems. The atmospheric deposition is responsible of these harmful effects and its evaluation is complex and missing, particularly in remote environments like forest areas. The monitoring of trace element and nitrogen deposition at the national scale is carried out through two different approaches of biomonitoring by lichens and mosses: bioaccumulation and bioindication. The metal bioaccumulation points out a strong lithogenic pressure in these remote areas that is included in the geochemical background (e. g. Al, As, Co, Cr, Fe, Ni and Ti). Additional sources from more local anthropogenic activities are responsible for the regional context by the accumulation of other chemical elements (Cd, Cu, Sb or Zn). The comparison of current samples with herbarium specimens allows us getting back to historical regional influence one and half century ago, including consolidating the lithological influence over the time by rare earth elements. The use of fossil coal appears as a dominant source of metallic contamination in the late 19th century and the beginning 20th century. In parallel, the factors influencing the bioaccumulation of metals were evaluated: the entrapment of atmospheric particles is influenced by the morphology of the thallus but not by the bark. Considering the atmospheric deposition signature, vegetation via throughfall was found to be more influent for terricolous mosses than for corticolous lichens. Additional experiments of sorption/desorption showed a quick accumulation process (one week) for Pb and Cd, but neither metal competition, nor leaching influence on bioaccumulation were highlighted. New data on lichen species sensitivity to metal pollutants have been compiled through multivariate statistical analysisTOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

Bioaccumulation et bioindication par les lichens de la pollution atmosphérique actuelle et passée en métaux et en azote en France : sources, mécanismes et facteurs d'influence

La contamination atmosphérique par les métaux/métalloïdes (As, Cd, Cu, Pb, Sb, Zn…) et par les composés azotés impacte durablement les écosystèmes. L’évaluation des dépôts atmosphériques responsables de ces effets néfastes reste éparse car complexe, en particulier dans les environnements éloignés des sources de contamination comme les massifs forestiers. La prospection et l’estimation des éléments traces et de l’azote apportés dans ces dépôts ont été réalisées à l’échelle nationale à travers deux approches de biosurveillance par les lichens et les mousses : la bioaccumulation et la bioindication. L’enregistrement des éléments traces par les organismes indique une forte pression lithogénique dans ces milieux éloignés des sources directes, qui s’inclut dans le bruit de fond géochimique (e. g. Al, As, Co, Cr, Fe, Ni et Ti). Des sources additionnelles issues des activités anthropiques plus locales complètent régionalement les cortèges des éléments chimiques enregistrés (Cd, Cu, Sb ou Zn). La comparaison des échantillons de lichens et de mousses avec des spécimens historiques d’herbiers nous permet de retrouver ce contexte régional durant les siècles passés, et notamment de conforter les signatures lithologiques à travers le temps grâce aux terres rares. Ainsi, l’utilisation du charbon fossile apparaît être la source de contamination métallique dominante durant la fin du XIX e siècle et le début du XX e siècle, et plus récemment, une source additionnelle comme le transport routier (cas de Pb) a pu être notée. En parallèle, des facteurs influençant la bioaccumulation des métaux ont été testés : l’espèce considérée joue sur la capture des particules atmosphériques à travers la morphologie du thalle, et l’écorce support ne présente que peu d’influence. En considérant les signatures des dépôts atmosphériques, la végétation au travers des pluviolessivats apparaît influencer davantage les mousses terricoles que les lichens corticoles, ces derniers étant plus représentatifs des dépôts totaux. Des expérimentations de sorption/désorption montrent un processus rapide d’accumulation (une semaine) pour Pb et Cd, mais ne montrent ni compétition entre les métaux bioaccumulés, ni influence du lessivage sur la bioaccumulation. De nouvelles données concernant la sensibilité des espèces lichéniques face aux polluants métalliques ont pu être obtenues à partir de relevés de bioindication couplés à des analyses statistiques multivariées. ABSTRACT : The atmospheric contamination by metals/metalloids (As, Cd, Cu, Pb, Sb, Zn…) and by nitrogen compounds impact the ecosystems. The atmospheric deposition is responsible of these harmful effects and its evaluation is complex and missing, particularly in remote environments like forest areas. The monitoring of trace element and nitrogen deposition at the national scale is carried out through two different approaches of biomonitoring by lichens and mosses: bioaccumulation and bioindication. The metal bioaccumulation points out a strong lithogenic pressure in these remote areas that is included in the geochemical background (e. g. Al, As, Co, Cr, Fe, Ni and Ti). Additional sources from more local anthropogenic activities are responsible for the regional context by the accumulation of other chemical elements (Cd, Cu, Sb or Zn). The comparison of current samples with herbarium specimens allows us getting back to historical regional influence one and half century ago, including consolidating the lithological influence over the time by rare earth elements. The use of fossil coal appears as a dominant source of metallic contamination in the late 19th century and the beginning 20th century. In parallel, the factors influencing the bioaccumulation of metals were evaluated: the entrapment of atmospheric particles is influenced by the morphology of the thallus but not by the bark. Considering the atmospheric deposition signature, vegetation via throughfall was found to be more influent for terricolous mosses than for corticolous lichens. Additional experiments of sorption/desorption showed a quick accumulation process (one week) for Pb and Cd, but neither metal competition, nor leaching influence on bioaccumulation were highlighted. New data on lichen species sensitivity to metal pollutants have been compiled through multivariate statistical analysi

Distribution spatiale des invertébrés benthiques du réseau hydrographique Adour-Garonne : modélisation et impact de l'anthropisation

L'analyse d'un grand nombre de travaux publiés décrivant la biodiversité à une échelle locale nous a permis de recenser 1093 espèces d'invertébrés benthiques provenant de 631 stations d'échantillonnage réparties dans l'ensemble du réseau hydrographique Adour-Garonne (sud-ouest de la France). La distribution spatiale de ces taxa dans le bassin donne lieu à des assemblages d'espèces à partir desquels nous proposons une biotypologie des cours d'eau. Cette classification révèle des différences longitudinales et géographiques de la composition des communautés à l'échelle régionale. Elle rend compte des différentes situations géomorphologiques rencontrées par les cours d'eau et fournit un cadre de référence utile à l'étude écologique comme à la gestion des cours d'eau d'un grand réseau hydrographique. L'eau douce constitue aussi une ressource pour les activités humaines. Les communautés d'invertébrés benthiques sont sensibles aux perturbation des cours d'eau et de leur environnement proche (utilisation des sols) qui modifient les gradients naturels de diversités spécifique et fonctionnelle. La directive européenne adoptée en 2000 définit un cadre pour la gestion, la préservation et la restauration des ressources en eau. Le grand réseau hydrographique y est clairement défini comme l'échelle d'étude adaptée. Ce travail montre qu'à cette échelle, la compréhension des écosystèmes aquatiques s'appuie nécessairement sur l'analyse d'un grand nombre d'études locales. Il souligne également l'intérêt des systèmes d'information géographique pour compiler et organiser les données écologiques et les rendre exploitables au moyen de techniques d'analyse multivariées adaptées.The analysis of a large number of published works describing biodiversity at local scales allowed us to identify 1093 species of benthic invertebrates from 631 sampling sites in the Adour-Garonne stream system (South-Western France). Macroinvertebrate distribution revealed spatial patterns in species assemblages from which we derived stream classifications. These classifications showed altitudinal and geographic differences in the specific composition of invertebrate communities reflecting the various physiographical situations encountered by streams at a regional scale. They also provide a useful framework for studying and managing streams in large geographic areas. In an economically developed area, water is a useful resource for many human activities. Macroinvertebrate communities are very sensitive to human modifications on streams and the surrounding land. These modifications induce changes in "natural" spatial patterns of specific and functional diversity. The EU Water framework directive adopted in 2000 (2000/60/EC) defines goals for management and protection of European surface waters in the next years. It clearly states that the best model for a single system of water management is management by river basin. Our work suggest that the understanding of aquatic ecosystems at a river basin scale necessarily relies on the analysis of a large number of local studies, the origin of which is generally diverse. It also emphasized the significance of geographic information systems to compile and organize biotic and abiotic data and make them exploitable through adapted multivariate analysis techniques