Geochemistry of highly acidic mine water following disposal into a natural lake with carbonate bedrock

Acid mine drainage (AMD) from the Zn-Pb(-Ag-Bi-Cu) deposit of Cerro de Pasco (Central Peru) and waste water from a Cu-extraction plant has been discharged since 1981 into Lake Yanamate, a natural lake with carbonate bedrock. The lake has developed a highly acidic pH of similar to 1. Mean lake water chemistry was characterized by 16,775 mg/L acidity as CaCO(3), 4330 mg/L Fe and 29,250 mg/L SO(4). Mean trace element concentrations were 86.8 mg/L Cu, 493 mg/L Zn, 2.9 mg/L Pb and 48 mg/L As, which did not differ greatly from the discharged AMD. Most elements showed increasing concentrations from the surface to the lake bottom at a maximal depth of 41 m (e.g. from 3581 to 5433 mg/L Fe and 25,609 to 35,959 mg/L SO(4)). The variations in the H and 0 isotope compositions and the element concentrations within the upper 10 m of the water column suggest mixing with recently discharged AMD, shallow groundwater and precipitation waters. Below 15 m a stagnant zone had developed. Gypsum (saturation index, SI similar to 0.25) and anglesite (SI similar to 0.1) were in equilibrium with lake water. Jarosite was oversaturated (SI similar to 1.7) in the upper part of the water column, resulting in downward settling and re-dissolution in the lower part of the water column (SI similar to -0.7). Accordingly, jarosite was only found in sediments from less than 7 m water depth. At the lake bottom, a layer of gel-like material (similar to 90 wt.% water) of pH similar to 1 with a total organic C content of up to 4.40 wet wt.% originated from the kerosene discharge of the Cu-extraction plant and had contaminant element concentrations similar to the lake water. Below the organic layer followed a layer of gypsum with pH 1.5, which overlaid the dissolving carbonate sediments of pH 5.3-7. In these two layers the contaminant elements were enriched compared to lake water in the sequence As < Pb approximate to Cu < Cd < Zn = Mn with increasing depth. This sequence of enrichment was explained by the following processes: (i) adsorption of As on Fe-hydroxides coating plant roots at low pH (up to 3326 mg/kg As), (ii) adsorption at increasing pH near the gypsum/calcite boundary (up to 1812 mg/kg Pb, 2531 mg/kg Cu. and 36 mg/kg Cd), and (iii) precipitation of carbonates (up to 5177 mg/kg Zn and 810 mg/kg Mn: all data corrected to a wet base). The infiltration rate was approximately equal to the discharge rate, thus gypsum and hydroxide precipitation had not resulted in complete clogging of the lake bedrocks. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Amoeba-resisting Chlamydiales present in domestic drinking water and their potential role in pneumonia

Chlamydia-related bacteria classified in the Chlamydiales order, are strictly intracellular bacteria and are able for the most to replicate in free-living amoebae. Amoebae, ubiquitous in the environment and especially in water, are very resistant to disinfection used in drinking water production. Thus, amoebae may reach easily the distribution and domestic water system, potentially sheltering amoeba-resisting bacteria including Legionella, mycobacteria and Chlamydiales. Indeed, some of these amoeba-resisting bacteria have been shown to cause respiratory infections in people inhaling contaminated water. Therefore, an environmental and clinical study was conducted to determine if Chlamydiales bacteria are also involved in respiratory infections and if a transmission through domestic drinking water could occur. First, large scale molecular and serological tools specific of Chlamydia-related bacteria were developed and then were applied on clinical samples from patients with and without pneumonia. Simultaneously, water and biofilm samples from households of the same patients were investigated using molecular and culture methods for the presence of Chlamydiales bacteria. Chlamydiales were detected in the nasopharyngeal flora from patients with and without pneumonia. However, no significant difference was observed between both groups. Conversely, serological investigations showed that antibody reactivity against members of the Criblamydiaceae was associated with pneumonia. The thesis provided very efficient tools that showed the presence of Chlamydiales in human nasopharyngeal flora as well as in the majority of the domestic drinking water. However, no transmission from domestic drinking water to human could be demonstrated. These tools will help in the future specifying the ecology and pathogenicity of the Chlamydia-re\ated bacteria and especially of the species belonging to the Criblamydiaceae family.

Towards the validation of "in silico" models and physicochemical filters to identify and characterize new chemical entities

Summary: Lipophilicity plays an important role in the determination and the comprehension of the pharmacokinetic behavior of drugs. It is usually expressed by the partition coefficient (log P) in the n-octanol/water system. The use of an additional solvent system (1,2-dichlorethane/water) is necessary to obtain complementary information, as the log Poct values alone are not sufficient to explain ail biological properties. The aim of this thesis is to develop tools allowing to predict lipophilicity of new drugs and to analyze the information yielded by those log P values. Part I presents the development of theoretical models used to predict lipophilicity. Chapter 2 shows the necessity to extend the existing solvatochromic analyses in order to predict correctly the lipophilicity of new and complex neutral compounds. In Chapter 3, solvatochromic analyses are used to develop a model for the prediction of the lipophilicity of ions. A global model was obtained allowing to estimate the lipophilicity of neutral, anionic and cationic solutes. Part II presents the detailed study of two physicochemical filters. Chapter 4 shows that the Discovery RP Amide C16 stationary phase allows to estimate lipophilicity of the neutral form of basic and acidic solutes, except of lipophilic acidic solutes. Those solutes present additional interactions with this particular stationary phase. In Chapter 5, 4 different IANI stationary phases are investigated. For neutral solutes, linear data are obtained whatever the IANI column used. For the ionized solutes, their retention is due to a balance of electrostatic and hydrophobie interactions. Thus no discrimination is observed between different series of solutes bearing the same charge, from one column to an other. Part III presents two examples illustrating the information obtained thanks to Structure-Properties Relationships (SPR). Comparing graphically lipophilicity values obtained in two different solvent systems allows to reveal the presence of intramolecular effects .such as internai H-bond (Chapter 6). SPR is used to study the partitioning of ionizable groups encountered in Medicinal Chemistry (Chapter7). Résumé La lipophilie joue un .rôle important dans la détermination et la compréhension du comportement pharmacocinétique des médicaments. Elle est généralement exprimée par le coefficient de partage (log P) d'un composé dans le système de solvants n-octanol/eau. L'utilisation d'un deuxième système de solvants (1,2-dichloroéthane/eau) s'est avérée nécessaire afin d'obtenir des informations complémentaires, les valeurs de log Poct seules n'étant pas suffisantes pour expliquer toutes les propriétés biologiques. Le but de cette thèse est de développer des outils permettant de prédire la lipophilie de nouveaux candidats médicaments et d'analyser l'information fournie par les valeurs de log P. La Partie I présente le développement de modèles théoriques utilisés pour prédire la lipophilie. Le chapitre 2 montre la nécessité de mettre à jour les analyses solvatochromiques existantes mais inadaptées à la prédiction de la lipophilie de nouveaux composés neutres. Dans le chapitre 3, la même méthodologie des analyses solvatochromiques est utilisée pour développer un modèle permettant de prédire la lipophilie des ions. Le modèle global obtenu permet la prédiction de la lipophilie de composés neutres, anioniques et cationiques. La Partie II présente l'étude approfondie de deux filtres physicochimiques. Le Chapitre 4 montre que la phase stationnaire Discovery RP Amide C16 permet la détermination de la lipophilie de la forme neutre de composés basiques et acides, à l'exception des acides très lipophiles. Ces derniers présentent des interactions supplémentaires avec cette phase stationnaire. Dans le Chapitre 5, 4 phases stationnaires IAM sont étudiées. Pour les composés neutres étudiés, des valeurs de rétention linéaires sont obtenues, quelque que soit la colonne IAM utilisée. Pour les composés ionisables, leur rétention est due à une balance entre des interactions électrostatiques et hydrophobes. Donc aucune discrimination n'est observée entre les différentes séries de composés portant la même charge d'une colonne à l'autre. La Partie III présente deux exemples illustrant les informations obtenues par l'utilisation des relations structures-propriétés. Comparer graphiquement la lipophilie mesurée dans deux différents systèmes de solvants permet de mettre en évidence la présence d'effets intramoléculaires tels que les liaisons hydrogène intramoléculaires (Chapitre 6). Cette approche des relations structures-propriétés est aussi appliquée à l'étude du partage de fonctions ionisables rencontrées en Chimie Thérapeutique (Chapitre 7) Résumé large public Pour exercer son effet thérapeutique, un médicament doit atteindre son site d'action en quantité suffisante. La quantité effective de médicament atteignant le site d'action dépend du nombre d'interactions entre le médicament et de nombreux constituants de l'organisme comme, par exemple, les enzymes du métabolisme ou les membranes biologiques. Le passage du médicament à travers ces membranes, appelé perméation, est un paramètre important à optimiser pour développer des médicaments plus puissants. La lipophilie joue un rôle clé dans la compréhension de la perméation passive des médicaments. La lipophilie est généralement exprimée par le coefficient de partage (log P) dans le système de solvants (non miscibles) n-octanol/eau. Les valeurs de log Poct seules se sont avérées insuffisantes pour expliquer la perméation à travers toutes les différentes membranes biologiques du corps humain. L'utilisation d'un système de solvants additionnel (le système 1,2-dichloroéthane/eau) a permis d'obtenir les informations complémentaires indispensables à une bonne compréhension du processus de perméation. Un grand nombre d'outils expérimentaux et théoriques sont à disposition pour étudier la lipophilie. Ce travail de thèse se focalise principalement sur le développement ou l'amélioration de certains de ces outils pour permettre leur application à un champ plus large de composés. Voici une brève description de deux de ces outils: 1)La factorisation de la lipophilie en fonction de certaines propriétés structurelles (telle que le volume) propres aux composés permet de développer des modèles théoriques utilisables pour la prédiction de la lipophilie de nouveaux composés ou médicaments. Cette approche est appliquée à l'analyse de la lipophilie de composés neutres ainsi qu'à la lipophilie de composés chargés. 2)La chromatographie liquide à haute pression sur phase inverse (RP-HPLC) est une méthode couramment utilisée pour la détermination expérimentale des valeurs de log Poct.

High occurrence of hepatitis E virus in samples from wastewater treatment plants in Switzerland and comparison with other enteric viruses.

Hepatitis E virus (HEV) is responsible for many enterically transmitted viral hepatitides around the world. It is currently one of the waterborne diseases of global concern. In industrialized countries, HEV appears to be more common than previously thought, even if it is rarely virulent. In Switzerland, seroprevalence studies revealed that HEV is endemic, but no information was available on its environmental spread. The aim of this study was to investigate -using qPCR- the occurrence and concentration of HEV and three other viruses (norovirus genogroup II, human adenovirus-40 and porcine adenovirus) in influents and effluents of 31 wastewater treatment plants (WWTPs) in Switzerland. Low concentrations of HEV were detected in 40 out of 124 WWTP influent samples, showing that HEV is commonly present in this region. The frequency of HEV occurrence was higher in summer than in winter. No HEV was detected in WWTP effluent samples, which indicates a low risk of environmental contamination. HEV occurrence and concentrations were lower than those of norovirus and adenovirus. The autochthonous HEV genotype 3 was found in all positive samples, but a strain of the non-endemic and highly pathogenic HEV genotype I was isolated in one sample, highlighting the possibility of environmental circulation of this genotype. A porcine fecal marker (porcine adenovirus) was not detected in HEV positive samples, indicating that swine are not the direct source of HEV present in wastewater. Further investigations will be necessary to determine the reservoirs and the routes of dissemination of HEV.

Machine learning algorithms for spatial data. Case studies: Environmental pollution, natural hazards, renewable resources

This paper presents general problems and approaches for the spatial data analysis using machine learning algorithms. Machine learning is a very powerful approach to adaptive data analysis, modelling and visualisation. The key feature of the machine learning algorithms is that they learn from empirical data and can be used in cases when the modelled environmental phenomena are hidden, nonlinear, noisy and highly variable in space and in time. Most of the machines learning algorithms are universal and adaptive modelling tools developed to solve basic problems of learning from data: classification/pattern recognition, regression/mapping and probability density modelling. In the present report some of the widely used machine learning algorithms, namely artificial neural networks (ANN) of different architectures and Support Vector Machines (SVM), are adapted to the problems of the analysis and modelling of geo-spatial data. Machine learning algorithms have an important advantage over traditional models of spatial statistics when problems are considered in a high dimensional geo-feature spaces, when the dimension of space exceeds 5. Such features are usually generated, for example, from digital elevation models, remote sensing images, etc. An important extension of models concerns considering of real space constrains like geomorphology, networks, and other natural structures. Recent developments in semi-supervised learning can improve modelling of environmental phenomena taking into account on geo-manifolds. An important part of the study deals with the analysis of relevant variables and models' inputs. This problem is approached by using different feature selection/feature extraction nonlinear tools. To demonstrate the application of machine learning algorithms several interesting case studies are considered: digital soil mapping using SVM, automatic mapping of soil and water system pollution using ANN; natural hazards risk analysis (avalanches, landslides), assessments of renewable resources (wind fields) with SVM and ANN models, etc. The dimensionality of spaces considered varies from 2 to more than 30. Figures 1, 2, 3 demonstrate some results of the studies and their outputs. Finally, the results of environmental mapping are discussed and compared with traditional models of geostatistics.

Temporal variability of antibiotics fluxes in wastewater and contribution from hospitals.

Significant quantities of antibiotics are used in all parts of the globe to treat diseases with bacterial origins. After ingestion, antibiotics are excreted by the patient and transmitted in due course to the aquatic environment. This study examined temporal fluctuations (monthly time scale) in antibiotic sources (ambulatory sales and data from a hospital dispensary) for Lausanne, Switzerland. Source variability (i.e., antibiotic consumption, monthly data for 2006-2010) were examined in detail for nine antibiotics--azithromycin, ciprofloxacin, clarithromycin, clindamycin, metronidazole, norfloxacin, ofloxacin, sulfamethoxazole and trimethoprim, from which two main conclusions were reached. First, some substances--azithromycin, clarithromycin, ciprofloxacin--displayed high seasonality in their consumption, with the winter peak being up to three times higher than the summer minimum. This seasonality in consumption resulted in seasonality in Predicted Environmental Concentrations (PECs). In addition, the seasonality in PECs was also influenced by that in the base wastewater flow. Second, the contribution of hospitals to the total load of antibiotics reaching the Lausanne Wastewater Treatment Plant (WTP) fluctuated markedly on a monthly time scale, but with no seasonal pattern detected. That is, there was no connection between fluctuations in ambulatory and hospital consumption for the substances investigated.

Analyse comparée de régimes institutionnels de gestion des réseaux urbains de l'eau en station touristique de montagne : les cas de Crans-Montana (Suisse) et de Morzine-Avoriaz (France)

La station touristique représente un espace urbain consacré principalement au tourisme, tout en comprenant également une population résidente permanente. Du point de vue de la gestion des réseaux urbains de l'eau, cette caractéristique induit pour ce type de lieu des usages propres à tout espace urbain mais également des spécificités liées à la forte fluctuation saisonnière de la population résidente ou encore à la présence d'usages particuliers tels que l'irrigation des golfs, la production de neige artificielle ou le thermalisme. Dès lors, la planification de l'approvisionnement est délicate et peu prévisible. Ces difficultés sont renforcées par le fait que les concentrations temporelles de la demande coïncident généralement avec des périodes de stress hydrique notable. Dans le cas de stations balnéaires, les pics de fréquentation interviennent en général durant l'été lorsque la ressource en eau est peu disponible. Le problème est similaire dans les stations touristiques de montagne où l'eau est généralement indisponible car stockée sous forme de neige durant les mois de forte fréquentation. De plus, ces difficultés sont souvent renforcées par la localisation géographique des stations touristiques, fréquemment situées dans des espaces sensibles du point de vue de la ressource en eau, avec des situations de pénuries temporelles, voire structurelles. Ces problématiques propres à la plupart des stations touristiques mènent souvent à de fortes rivalités entre, d'une part, les différents usages touristiques de la ressource, et d'autre part, les usages autochtones et touristiques. Les particularités liées au tourisme tendent ainsi à renforcer les rivalités entre différents types de secteurs d'activité (approvisionnement en eau potable, tourisme, hydroélectricité, enneigement artificiel, irrigation, etc.). Ces différents usages de la ressource mis en concurrence nécessitent dès lors la mise en oeuvre de réglementations structurées à travers des politiques publiques ainsi que des droits de propriété et selon des composantes nationales, régionales et locales ; soit un cadre institutionnel que nous proposons d'appeler Régime Institutionnel de Ressource (RIR) (Knoepfel et al. 2001, 2007). A travers cette thèse de doctorat, nous répondons à différentes questions de recherche. Nous tentons d'abord de comprendre comment ces différents RIR sont-ils mis en oeuvre dans le cadre d'espaces touristiques ? Comment ceux-ci sont-ils concrétisés par les acteurs et quels sont leurs effets en termes de durabilité technique, environnementale, sociale et économique des réseaux urbains de l'eau ? Nous questionnons ensuite les effets du tourisme sur la gestion des infrastructures de réseau à l'échelle de la station touristique et de son bassin versant et nous interrogeons sur les effets du tourisme en termes de gestion des eaux urbaines. Nous portons notre attention sur deux stations touristiques situées dans deux contextes institutionnels différents (Crans-Montana en Suisse et Morzine-Avoriaz en France) et y étudions trois types de régimes institutionnels en particulier : la régie directe (gestion publique), l'affermage (gestion déléguée) et la gestion privée des infrastructures. Les résultats de cette thèse de doctorat indiquent tout d'abord dans quelle mesure le tourisme modifie de façon significative la perception et les modalités de gestion de la ressource en eau et des infrastructures. Ils montrent ensuite que l'espace fonctionnel de la gestion de ces infrastructures correspond rarement aux limites du réseau hydrographique naturel et quelles en sont les implications en termes de durabilité. Enfin, la comparaison de différents régimes institutionnels révèle les forces et les faiblesses de chaque modèle de gestion dans le cas spécifique des stations touristiques et également les différentes solutions adoptées localement pour la mise en oeuvre d'un arrangement institutionnel permettant un usage plus ou moins durable des infrastructures de réseau et du réseau hydrographique naturel. - Tourism resort represents an urban area mainly dedicated to tourism while including at the same time a permanent residential population. From the point of view of urban water networks, this characteristic induces a strong seasonal fluctuation of residential population and involves special water uses such as golf irrigation, production of artificial snow or functioning of thermal baths. Therefore, water supply planning can be tricky and difficult to predict. These difficulties are reinforced by the fact that temporary concentrations of water demand coïncidé generally with periods of water stress. In the case of seaside resorts, frequenting peaks arise in general during summer when water resource is less available. The problem is similar in mountainous tourist resorts where water is generally unavailable as it is stored as snow during months of highest frequenting. Furthermore, these difficulties are often reinforced by resorts' geographical localisations, which are often situated in sensitive areas in terms of temporary or structural water shortages. These problematic issues often lead to strong rivalries between tourists' water uses on the one hand, and between locals and tourists uses on the other hand. Thus, features of tourism tend to reinforce rivalries between different sectors of activity (supply of drinking water, tourism, hydroelectricity, artificial snow, irrigation, etc.). These different and competing water uses need the implementation of rules structured through public policies and property rights and through national, regional and local legal components; We propose to call this framework as an Institutional Resource Regime (IRR) (Knoepfel et al. 2001, 2007, 2009). Through this PhD thesis, we answer different research questions. We firstly aim to understand how those different IRR are implemented within tourism spaces? How do actors materialize them and what are their effects in term of technical, environmental, social and economical sustainability of urban water networks? We then, investigate effects of tourism on water networks infrastructures' management at the scale of the tourist resort and its river basin. We focus our attention on two tourist resorts situated within two different institutional contexts (Crans-Montana, Switzerland and Morzine-Avoriaz, France) and study three types of institutional regime in particular: public, delegated and private management of infrastructures. Results of this PhD thesis indicate firstly how tourism modifies in a significant way the perception and management modalities of water resource and infrastructures. Results also show that functional space of infrastructures management rarely matches with the limits of the natural river basin and indicates what it means in terms of sustainability. Finally, the comparison of different institutional regimes reveals the strengths and weakness of each management model in the specific case of tourist resorts and shows the different solutions in locally implementing an institutional arrangement for a more or less sustainable management of network infrastructures and natural water system.

Characterization of fecal indicator bacteria in sediments cores from the largest freshwater lake of Western Europe (Lake Geneva, Switzerland)

This study characterized the fecal indicator bacteria (FIB), including Escherichia coli (E. coli) and Enteroccocus (ENT), disseminated over time in the Bay of Vidy, which is the most contaminated area of Lake Geneva. Sediments were collected from a site located at similar to 500 m from the present waste water treatment plant (WWTP) outlet pipe, in front of the former WWTP outlet pipe, which was located at only 300 m from the coastal recreational area (before 2001). E. coil and ENT were enumerated in sediment suspension using the membrane filter method. The FIB characterization was performed for human Enterococcus faecalis (E. faecalis) and Enterococcus faecium (E. faecium) and human specific bacteroides by PCR using specific primers and a matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS). Bacterial cultures revealed that maximum values of 35.2 x 10(8) and 6.6 x 10(6) CFU g(-1) dry sediment for E. coil and ENT, respectively, were found in the sediments deposited following eutrophication of Lake Geneva in the 1970s. whereas the WWTP started operating in 1964. The same tendency was observed for the presence of human fecal pollution: the percentage of PCR amplification with primers ESP-1/ESP-2 for E. faecalis and E. faecium indicated that more than 90% of these bacteria were from human origin. Interestingly, the PCR assays for specific-human bacteroides HF183/HF134 were positive for DNA extracted from all isolated strains of sediment surrounding WWPT outlet pipe discharge. The MALDI-TOF MS confirmed the presence of general E. coli and predominance E. faecium in isolated strains. Our results demonstrated that human fecal bacteria highly increased in the sediments contaminated with WWTP effluent following the eutrophication of Lake Geneva. Additionally, other FIB cultivable strains from animals or adapted environmental strains were detected in the sediment of the bay. The approaches used in this research are valuable to assess the temporal distribution and the source of the human fecal pollution in aquatic environments. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Practical considerations for conducting ecotoxicity test methods with manufactured nanomaterials: what have we learnt so far?

This review paper reports the consensus of a technical workshop hosted by the European network, NanoImpactNet (NIN). The workshop aimed to review the collective experience of working at the bench with manufactured nanomaterials (MNMs), and to recommend modifications to existing experimental methods and OECD protocols. Current procedures for cleaning glassware are appropriate for most MNMs, although interference with electrodes may occur. Maintaining exposure is more difficult with MNMs compared to conventional chemicals. A metal salt control is recommended for experiments with metallic MNMs that may release free metal ions. Dispersing agents should be avoided, but if they must be used, then natural or synthetic dispersing agents are possible, and dispersion controls essential. Time constraints and technology gaps indicate that full characterisation of test media during ecotoxicity tests is currently not practical. Details of electron microscopy, dark-field microscopy, a range of spectroscopic methods (EDX, XRD, XANES, EXAFS), light scattering techniques (DLS, SLS) and chromatography are discussed. The development of user-friendly software to predict particle behaviour in test media according to DLVO theory is in progress, and simple optical methods are available to estimate the settling behaviour of suspensions during experiments. However, for soil matrices such simple approaches may not be applicable. Alternatively, a Critical Body Residue approach may be taken in which body concentrations in organisms are related to effects, and toxicity thresholds derived. For microbial assays, the cell wall is a formidable barrier to MNMs and end points that rely on the test substance penetrating the cell may be insensitive. Instead assays based on the cell envelope should be developed for MNMs. In algal growth tests, the abiotic factors that promote particle aggregation in the media (e.g. ionic strength) are also important in providing nutrients, and manipulation of the media to control the dispersion may also inhibit growth. Controls to quantify shading effects, and precise details of lighting regimes, shaking or mixing should be reported in algal tests. Photosynthesis may be more sensitive than traditional growth end points for algae and plants. Tests with invertebrates should consider non-chemical toxicity from particle adherence to the organisms. The use of semi-static exposure methods with fish can reduce the logistical issues of waste water disposal and facilitate aspects of animal husbandry relevant to MMNs. There are concerns that the existing bioaccumulation tests are conceptually flawed for MNMs and that new test(s) are required. In vitro testing strategies, as exemplified by genotoxicity assays, can be modified for MNMs, but the risk of false negatives in some assays is highlighted. In conclusion, most protocols will require some modifications and recommendations are made to aid the researcher at the bench. [Authors]

Evaluation des pratiques d'irrigation, de fertilisation et d'application de pesticides dans l'agriculture périurbaine de Dakar, Sénégal

RESUMEL'agriculture urbaine et périurbalne - nommée ci-après AU - est un thème fort de recherche transversale, au vu des nombreux enjeux économiques, sociaux et environnementaux. L'objectif de cette recherche était de contribuer à une meilleure connaissance des processus de transfert de polluants et du cycle des nutriments à l'échelle locale, afin de déterminer sous quelles conditions l'AU de Dakar peut être pratiquée sans porter atteinte à la santé et à l'environnement.Une approche basée sur l'étude des processus géochimiques dans ie sol jusqu'à la nappe a été choisie, à l'échelle de la parcelle cultivée et à une échelle un peu plus large de la zone périurbaine de Dakar pour déterminer les influences du type d'occupation du sol.L'évaluation des impacts de l'irrigation avec des eaux usées brutes et des eaux de nappe saumâtres sur la qualité des sols (chapitre 2) a montré que l'alcalinité et les teneurs en calcium élevées des eaux saumâtres induisent la précipitation de CaC03 dans l'horizon superficiel du sol. Na remplace consécutivement Ca sur le complexe argilo-humique du sol et les bicarbonates diminuent dans la solution du sol. Le carbone organique dissout (COD) augmente significativement dans la solution du sol et dans la nappe sous-jacente. Malgré l'alcalinité et les teneurs très élevées en calcium des eaux usées, il y a peu de précipitation de CaC03 dans l'horizon superficiel du sol et une faible augmentation du sodium échangeable ESP. La nitrification de l'ammonium des eaux usées (moy 190mg/L à Pikine) produit des protons, qui ne sont plus tamponnés par les bicarbonates exportés hors du profil. Il y a alors une nette baisse de pH des sols irrigués par des eaux usées non traitées. Les sols irrigués par des eaux usées et saumâtres stockent moins de C et Ν que les sols de référence.L'évaluation de l'influence de l'occupation des sols en zone périurbaine sur à la nappe phréatique peu profonde (chapitre 3) a permis de déterminer les traceurs représentatifs de l'occupation du sol, à savoir Br/CI, NO3/CI et δ180-Ν03 pour l'irrigation par des eaux usées, pH et δ15Ν-Ν03 pour l'irrigation par des eaux de nappe, et Rb+Cr et Κ pour les lixiviats de fosses septiques. Ce chapitre a mis en évidence des points importants de la dynamique de l'azote en zone périurbaine sous deux occupations du sol : (1) la dénitrification est un processus important dans l'agrosystème périurbain de Dakar en bas de dune, dans les gleysols où l'on trouve des conditions temporairement réduites et un substrat organique favorables aux microorganismes de la dénitrification. Les teneurs en nitrates sont presque nulles avec irrigation d'eau de nappe. (2) en bas de pente, mais avec irrigation quotidienne par les eaux usées, l'apport continu d'ammonium inhibe probablement la dénitrification, mais favorise la volatilisation. (3) la nitrification de l'ammonium dans la nappe lors de la lixiviation des fosses septiques se distingue de la nitrification de l'ammonium dans la zone non saturée dans la zone d'agriculture périurbaine par la composition isotopique de l'oxygène de l'eau. Une comparaison des flux d'azote entre l'agrosystème et les quartiers périurbains de Dakar (chapitre 4) ont révélé que ces derniers étaient du même ordre de grandeur par unité de surface, à savoir 2-4 tonnes Ν /ha/an.L'évaluation des flux de pesticides dans l'agrosystème et des risques induits pour les eaux souterraines (chapitre 5) a révélé un fiux total de pesticides de 60kg/ha/an, totalisant 15 matières actives. Seules deux de ces matières actives sont autorisées par le comité des pesticides sahélien. Les pesticides les plus utilisés par les producteurs sont l'organochloré dicofol, les organophosphorés methamidophos, dimethoate et fenithrotion ainsi que le cabamate methomyl. Les flux les plus importants sont de 9 à 7 kg/ha/an (methomyl, methamidophos, ethoprophos et dicofol). Les pesticides qui présentent un risque élevé de contamination des eaux souterraines et qui devraient être prioritaires pour un suivi analytique sont : le carbofuran, le dimethoate, l'ethoprophos et le methomyl.En conclusion, une meilleure gestion de la fertilisation est nécessaire dans la zone d'AU de Dakar, afin de (1) réduire les pertes gazeuses qui contribuent à l'effet de serre, (2) de ralentir la minéralisation du carbone et de l'azote organiques pour créer un stock de C et Ν dans ces sols, (3) de limiter le lessivage dans la nappe et enfin, 4) d'augmenter l'efficacité d'utilisation de Ν par les plantes. Une optimisation de l'irrigation devrait limiter l'alcalinisation secondaire. Enfin, la mise en place d'une lutte intégrée ou biologique contre les ravageurs est indispensable afin de minimiser les risques pour les eaux souterraines et les mares permanentes.ABSTRACTUrban and periurban agriculture (UA) is an important issue in southern countries, because of its key role in their social and economical development and its environmental concern. The goal of this study was to contribute to a better understanding of pollutant transfer and nutrient cycling at the local scale, in order to implement the necessary improvements to guarantee the sustainability of this practice.An approach based on geochemical processes occurring in the vadose zone from the surface down to the groundwater level was chosen, at the scale of cultivated plots and at the regional scale of Dakar periurban areas, to determine the influence of land use.The assessment of irrigation with untreated domestic wastewater and brackish water on soil quality (chapter 2) showed: (1) that the high alkalinity and calcium contents of brackish water induce CaC03 precipitation in the top layer of the soil and therefore a replacement of Ca by Na on the clay- humic complexes, strongly marked during the dry season. Dissolved organic carbon (DOC) increased significantly in the soil solution and in the underlying groundwater. (2) in spite of the similarly high alkalinity and Ca contents of waste water, there is only little CaC03 precipitation and a low increase of the percentage of exchangeable sodium (ESP) in the soil top layer. The nitrification of the ammonium of wastewater (mean 190 mg/L in Pikine) produces protons, which are not any more buffered by bicarbonates exported out of the soil profile, which leads to a net decline of soil pH. Both soils irrigated with untreated wastewater and brackish water store less of C and Ν than soils irrigated with non saline groundwater.The assessment of the impact of land use on the shallow groundwater (chapter 3) allowed determining representative tracers of the land use. Low Br/CI ratio, high NO3/CI ratio and low δ1βΟ- nitrate indicated the influence of wastewater; high pH and high 515N-nitrates indicated the influence of brackish water together with high amendments of organic fertilizers; high Rb+Cr and Κ indicated the influence of poor sanitation facilities in periurban districts (septic tank leakage). This chapter also pointed out the following facts about the nitrogen dynamics : (1) denitrification is a key-process in the Dakar UA agrosystem in the gleysols irrigated with groundwater. The underlying groundwater is almost nitrate free. (2) in the Gleysols irrigated with waste water, ammonium inhibits denitrification but facilitate ammoniac volatilization. A comparison of nitrogen balance between the UA agrosystem and the periurban districts of Dakar (chapter 4) revealed similar flows per surface unit, namely 2-4 tons Ν / ha / year.The evaluation of pesticides use in the UA agrosystem and the risk assessment for the groundwater (chapter 5) revealed a total flow of pesticides of 60kg / ha / year, totalizing 15 active substances. Only two of these are authorized by the Sahelian Pesticides Committee. The most used pesticides are dicofol (organochlorinated), methamidophos, dimethoate and fenithrotion (organophosphate) as well as methomyl. (carbamate). The most important flows vary between 9 to 7 kg / ha / year. Pesticides with a high risk of groundwater contamination - according to SIRIS and EPRIP 2 indicators - are: carbofuran, dimethoate, ethoprophos and methomyl. These substances should be established as a priority for an analytical follow-up in the different environmental compartments.In conclusion, a better management of the fertilization is necessary in the Dakar UA, (1) to reduce the gaseous losses which contribute to greenhouse emissions (2) to slow down the mineralization of the organic carbon and the nitrogen, in order to enhance the C and Ν stock in these soils, (3) to limit the nitrate leaching in the groundwater and finally, 4) to increase the N-use efficiency of plants. An optimization of the irrigation scheme should limit the secondary sodisation if coupled with an increase the stable organic matter of the soil. An integrated or biologic crop pest strategy is urgently needed to minimize risks with respect to ground and surface water (ponds used for fishing).RESUME LARGE PUBLICL'agriculture mondiale connaît actuellement une crise majeure, affectée par les changements climatiques, la sécurité alimentaire et les dégradations de l'environnement. Elle n'a plus le rôle unique de produire, mais devient un élément essentiel de la protection des ressources naturelles et du paysage. Les politiques agricoles basées sur les marchés mondiaux devront se réorienter vers une agriculture locale basée sur le développement durable.La production alimentaire située dans l'enceinte des villes, nommée agriculture urbaine ou périurbaine (AU ci-après) joue un rôle important dans le contexte actuel d'accroissement de la population et de la pauvreté urbaines. L'AU concerne en effet la majorité des mégapoies du monde, fait vivre plus de 200 millions de personnes dans les pays du Sud, fournit jusqu'à 80% de la demande urbaine en certains produits frais, fait barrière à l'extension urbaine et permet un recyclage de certains déchets urbains. L'AU a pour particularité d'être à cheval entre des politiques rurales et urbaines, d'où un délaissement ce cette activité au secteur informel. Ce qui a développé de nombreuses stratégies à risques, comme à Dakar, où les petits producteurs périurbains irriguent quotidiennement avec des eaux usées domestiques par manque d'accès à une eau de bonne qualité et pour raccourcir les cycles de production. L'extrême précarité foncière des acteurs de l'AU de Dakar les empêchent d'investir à long terme et induit des pratiques inadéquates d'irrigation, d'usage de pesticides et de fertilisation de ces sols sableux.L'objectif de cette recherche était de contribuer à une meilleure connaissance des processus de transfert de polluants et du cycle des nutriments à l'échelle des parcelles cultivées par des eaux usées et des eaux saumâtres, afin de déterminer sous quelles conditions l'AU de Dakar peut être pratiquée et surtout maintenue sans porter atteinte à la santé et à l'environnement. Pour cela, une approche basée sur l'étude des processus géochimiques dans le sol jusqu'à la nappe a été choisie, à l'échelle de la parcelle cultivée et à une échelle un peu plus large de la zone périurbaine de Dakar pour déterminer les influences du type d'occupation du sol.Les résultats principaux de cette étude ont montré que (1) il y a un processus de salinisation anthropique des sols (sodisation) lors d'irrigation avec des eaux de nappe saumâtres, un processus accentué en saison sèche et lors d'années à pluviométrie déficitaire. Bien que les eaux usées soient aussi salines que les eaux de nappe, la salinisation des sols irrigués' par des eaux usées est limitée par l'ammonium présent dans les eaux usées (moy 190mg NH4/L à Pikine) qui produit de l'acidité lors de la transformation en nitrates dans le sol (nitrification). (2) les sols irrigués par des eaux usées (EU) stockent moins de C et Ν que les sois de référence, ce qui montrent bien que l'azote des eaux usées n'est pas disponible pour les plantes, mais est lessivé dans la nappe (100 à 450 mg/L N03 sous irrigation par EU, alors que la limite de OMS est de 50mg/L). (3) l'utilisation des isotopes stables des nitrates et des éléments traces, notamment le bore et le brome, ont permis de distinguer l'influence de l'irrigation par des eaux usées, de l'irrigation par des eaux de nappe et des lixiviats de fosses septiques sur les propriétés de la nappe. (4) Le processus de la dénitrification (atténuation naturelle des concentrations en nitrates de la nappe par biotransformation en azote gazeux) est important dans les zones basses de l'agrosystème périurbain de Dakar, sous irrigation par eaux naturelles (ΝΟ3 < 50mg/L). Tandis que sous habitat sans assainissement adéquat, les nitrates atteignent 300 à 700 mg/L. (5) Le flux total de pesticides dans l'AU est énorme (60kg/ha/an) totalisant 15 pesticides, dont deux seulement sont autorisés. Les pesticides les plus utilisés sont des insecticides organophosphorés et organochlorés classés extrêmement dangereux à dangereux par l'OMS, appliqués à des doses de 2 à 9 kg/ha/an. Les pesticides qui ont montré un risque élevé de contamination des eaux souterraines avec les indicateurs SIRIS et EPRIP2 sont : le carbofuran, le dimethoate, l'ethoprophos et le methomyl.En conclusion, nous recommandons la reconstitution d'un horizon superficiel des sols riche en matière organique stable et structuré par production locale de compost. Cette mesure réduira les pertes gazeuses contribuant à l'effet de serre, augmentera le stock de Ν dans ces sols, alors utilisable par les plantes et permettra de diminuer l'irrigation car la capacité de rétention de l'eau dans le sol sera accru, ce qui limitera le lessivage des nitrates dans la nappe et l'alcalinisation secondaire. Enfin, la mise en place d'une lutte intégrée ou biologique contre les ravageurs est indispensable afin de minimiser les risques pour les eaux souterraines et lesmares permanentes.

Environmental pollution promotes selection of microbial degradation pathways

Astonishing as it may seem, one organism's waste is often ideal food for another. Many waste products generated by human activities are routinely degraded by microorganisms under controlled conditions during waste-water treatment. Toxic pollutants resulting from inadvertent releases, such as oil spills, are also consumed by bacteria, the simplest organisms on Earth. Biodegradation of toxic or particularly persistent compounds, however, remains problematic. What has escaped the attention of many is that bacteria exposed to pollutants can adapt to them by mutating or acquiring degradative genes. These bacteria can proliferate in the environment as a result of the selection pressures created by pollutants. The positive outcome of selection pressure is that harmful compounds may eventually be broken down completely through biodegradation. The downside is that biodegradation may require extremely long periods of time. Although the adaptation process has been shown to be reproducible, it remains very difficult to predict.

Water chemistry and isotope composition of the Acquarossa thermal system, Ticino, Switzerland

The thermal springs of Acquarossa and the nearby mineral springs of Soia have outlet temperatures of 12 degrees to 25 degrees C, TDS of 2290 to 3000 mg/kg and Ca-SO4 to Ca-SO4-HCO3 composition. Chemical geothermometers suggest reservoir temperatures close to 60 degrees C. P-CO2 values at depth are estimated to range from 0.3 to 2 bar. delta D and delta(18)O values indicate a meteoric origin and recharge elevations of 1600 +/- 150 m above sea level (a.s.l.) for these thermal and mineral waters. All these waters discharge from the overturned limb of the Simano nappe, probably dose to the contact between basement and underlying cover rocks. They therefore represent rain waters that descend slowly, heat at depth and locally rise relatively quickly to the surface, preserving part of their physical and chemical characteristics. (C) 1999 CNR. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Role of the renal circadian timing system in maintaining water and electrolytes homeostasis.

Many basic physiological functions exhibit circadian rhythmicity. These functional rhythms are driven, in part, by the circadian clock, an ubiquitous molecular mechanism allowing cells and tissues to anticipate regular environmental events and to prepare for them. This mechanism has been shown to play a particularly important role in maintaining stability (homeostasis) of internal conditions. Because the homeostatic equilibrium is continuously challenged by environmental changes, the role of the circadian clock is thought to consist in the anticipative adjustment of homeostatic pathways in relation with the 24h environmental cycle. The kidney is the principal organ responsible for the regulation of the composition and volume of extracellular fluids (ECF). Several major parameters of kidney function, including renal plasma flow (RPF), glomerular filtration rate (GFR) and tubular reabsorption and secretion have been shown to exhibit strong circadian oscillations. Recent evidence suggest that the circadian clock can be involved in generation of these rhythms through external circadian time cues (e.g. humoral factors, activity and body temperature rhythms) or, trough the intrinsic renal circadian clock. Here, we discuss the role of renal circadian mechanisms in maintaining homeostasis of water and three major ions, namely, Na(+), K(+) and Cl(-).