Ce mémoire fait la synthèse des travaux menés depuis 2005, sur la thématique de la relation exposition-effets des pesticides polaires sur les organismes aquatiques, dans le cadre de collaborations scientifiques internes ou externes à Irstea, de réseaux et consortium à l’échelle régionale, nationale et internationale, ainsi qu’au travers de la formation par la recherche avec le co-encadrements de stages, de thèses et de post-doctorats. Nous nous sommes notamment intéressés à la mise au point et en ½uvre des techniques d’échantillonnage passif. L’accent a été mis dans un premier temps sur les aspects métrologiques afin de déterminer le domaine d’application (quelles familles de pesticides sont échantillonnées, notamment en lien avec la gamme de polarité et les propriétés physico-chimiques ?) des dispositifs du type "Polar Organic Chemical Integrative Sampler" (POCIS). Le principe de fonctionnement, et donc les performances, de ces outils étant encore peu renseigné dans la littérature, nous avons abordé l’étude des mécanismes et phénomènes diffusifs, ceci afin d’améliorer les modèles cinétiques et la potentielle utilisation quantitative pour mesurer l’exposition dans les milieux. Cela s’est également poursuivi avec le développement de dispositifs novateurs, mieux adaptés pour l’échantillonnage d’herbicides très polaires et ionisables (aryloxyacides, tricétones, sulfonylurées, glyphosate...). Parallèlement aux études visant la compréhension du fonctionnement, conception ou amélioration de tels outils, nous nous sommes intéressés à la représentativité et la pertinence des fractions échantillonnées, notamment en termes potentiel toxique, de biodisponibilité et d’évaluation des effets de mélanges de pesticides à faibles doses environnementales, sur les organismes aquatiques, dont les biofilms de rivière. Enfin, il est également question de la mise en perspective et de l'application à terme des techniques d'échantillonnage passif en complément des réseaux institutionnels (contrôles de surveillance, opérationnel ou d'enquête), soit encore de leur applicabilité dans le cadre de la Directive Cadre sur l'Eau (DCE) et, plus généralement, afin d’améliorer l’évaluation du risque écologique.