Soutenance de thèse de Gauthier Bernier-Turpin

Titre: Suivi des contaminants organiques présents dans les eaux usées brutes de l'agglomération parisienne par analyse ciblée et non-ciblée : de la mesure des concentrations à l’exposition environnementale

La soutenance aura lieu le mercredi 3 Décembre 2025 à 14h00 dans la salle de conférence de l'UFR TEB en tour 46/45, 2e étage sur le campus de Jussieu.

La soutenance sera également accessible par visioconférence depuis le lien suivant : https://zoom.us/j/95130977722?pwd=w6XaxuURaS7sYP49k3YbcDbnu248aZ.1 (ID de réunion: 951 3097 7722 - Code secret: thesegbt)

Résumé :

L’épidémiologie basée sur les eaux usées (WBE, Wastewater-Based Epidemiology) repose sur l’hypothèse d’un lien quantitatif entre les concentrations de contaminants (considérés comme des traceurs) mesurées dans les matières excrétées et les usages réalisés par la population raccordée au réseau d’assainissement. Cette approche permet d’évaluer les aspects quantitatifs et temporels sur une large gamme de traceurs, offrant ainsi un outil pour caractériser les dynamiques de consommation à l’échelle de la ville. L’objectif principal de ce travail était de développer un observatoire des pratiques de consommation à l’échelle de l’agglomération parisienne à partir d’eaux usées collectées sur la station d’épuration de Seine-Centre, jugée représentative des effluents parisiens. Cet objectif a nécessité la mise en place d’un protocole analytique robuste, élaboré en combinant extraction en phase solide (SPE) et analyse LC-MS/MS, et optimisé pour être compatible avec des investigations complémentaires en spectrométrie de masse haute résolution (HRMS). Les échantillons d’eau usée, collectés sur deux ans à une fréquence bi-hebdomadaire, ont permis l’étude des variations hebdomadaires et saisonnières des usages. D’autres développements ont été menés afin d’améliorer l’interprétation des résultats. La prise en compte d’une population dynamique, estimée à partir de paramètres hydrochimiques, a notamment permis une meilleure représentation des fluctuations réelles de la population contributive sur la zone de collecte (mobilité pendulaire, congés, etc.) y compris lors d’épisodes pluvieux. Ce travail a permis de mettre en évidence la contribution parfois significative de la fraction particulaire aux flux mesurés, soulignant la nécessité d’intégrer la phase solide dans l’estimation des usages rapportés. Nos résultats ont révélé une diversité de dynamiques, ces dernières étant inhérentes à la nature des composés. La majorité des substances à usage récréatif présentent des hausses marquées durant le week-end et les périodes festives. Toutefois certaines, comme le cannabis, par ailleurs grandement majoritaire vis-à-vis des autres usages du même type, s’inscrivent dans un schéma de consommation quotidien. Les dynamiques observées sur les produits pharmaceutiques reflètent plutôt des tendances liées à la nature de la pathologie (maladies chroniques ou médication ponctuelle) et au mode de délivrance, avec notamment une mise en évidence de l’automédication pour certaines spécialités en vente libre. L’analyse HRMS a permis d’élargir le spectre de nos observations, en identifiant à la fois des  rejets directs de certains composés pharmaceutiques, ainsi que des marqueurs émergents, tels que le répulsif anti-moustique DEET, dont la présence suit une dynamique estivale marquée. Enfin, la mise en relation de la consommation d’antihistaminiques avec les périodes de pollinisation a permis d’explorer le lien entre exposition environnementale et réponse thérapeutique. En effet, une variabilité saisonnière marquée a été observée, principalement corrélée à la pollinisation des graminées, alors que la présence d’un niveau de base tout au long de l’année témoigne de la prévalence des rhinites allergiques pérennes (acariens, animaux domestiques).

Mots clés: Eaux usées, WBE, Contaminants organiques, Analyses ciblées, Analyses non ciblées, HRMS

Abstract :

Wastewater-Based Epidemiology (WBE) relies on the hypothesis of a quantitative relationship between the concentrations of contaminants measured in wastewater and the corresponding consumption or exposure behaviors of the population served by the sewer network. This approach enables the simultaneous assessment of both quantitative aspects (e.g., self-medication practices) and temporal dynamics (e.g., the use of illicit substances during festive events), providing a unique framework to characterize consumption patterns at the urban scale. The main objective of this work was to develop an observatory of consumption practices based on wastewater collected at the Seine-Centre treatment plant, which receives the majority of Parisian effluents. A robust analytical protocol combining solid-phase extraction (SPE) and LC-MS/MS analysis was developed and optimized to ensure reliable quantification while remaining compatible with complementary high-resolution mass spectrometry (HRMS) investigations. Samples were collected on a bi-weekly basis, providing sufficient temporal coverage to explore both short and long-term variations in use. Further methodological developments were undertaken to improve data interpretation, notably through the consideration of a dynamic population. This population was estimated using hydrochemical parameters, allowing a more accurate representation of actual fluctuations in the contributing population within the catchment area, including daily commuting, holidays, and rainfall events. The study also highlighted the sometimes significant contribution of the particulate fraction to the measured loads, emphasizing the necessity of incorporating the solid phase when estimating reported usage. The results displayed a strong diversity of temporal dynamics depending on the nature of the compounds studied. Most substances associated with recreational use showed clear increases during weekends and festive periods, whereas cannabis consumption, which is by far the most prevalent, followed a steady pattern within the week. Pharmaceutical products reflected trends linked to both the type of pathology (chronic treatment versus occasional medication) and the dispensing mode, with evidence of self-medication for several over-the-counter drugs. HRMS analyses further broadened the scope of observation by identifying both episodic direct discharges of pharmaceuticals and emerging markers, such as the insect repellent DEET, which exhibited a distinct summery profile. Finally, the correlation between the use of some antihistamines and the main pollination periods provided new insights into the relationship between environmental exposure and therapeutic response. While a clear seasonal variability was observed and mostly attributed to grass pollen exposure, antihistamine consumption also appeared to remain largely driven by perennial allergies (e.g., dust mites and domestic animals).

Keywords: Wastewater, WBE, Organic contaminants, Target screening, Non-target screening, HRMS