Sujet de thèse IFSTTAR

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Fiche détaillée :

Titre : Spéciation du mercure dans les émissions automobiles et dans les environnements affectés par les infrastructures de transport

Laboratoire principal - Référent principal   -

Directeur du laboratoire principal   -

Spécialité de la thèse Géochimie de l'environnement / Chimie analytique

Axe 3 - COP2017 - Aménager et protéger les territoires

Site principal Nantes

Etablissement d'inscription Université Bretagne Loire

Ecole doctorale EGAAL - Ecologie, Géosciences, Agronomie et Alimentation

Directeur de thèse prévu FRANCOIS Denis  -  Université Gustave Eiffel  -  AME - EASE

Co-directeur de thèse prévu MURESAN PASLARU Bogdan  -  Université Gustave Eiffel  -  AME - EASE

Type de financement prévu Contrat doctoral  - Ifsttar

Résumé

Naturellement présent dans les produits pétroliers ainsi que dans certains gaz naturels (de 50 à >10000 fois plus concentré que dans l’eau du robinet), du mercure (Hg) est émis de manière chronique à l’échappement des automobiles. La quantité de Hg émise annuellement en France via la combustion des 50 millions de m3 de carburants pétroliers est proche de 50 kg (limite basse). A cela s’ajoute les émissions issues des plaquettes de frein dont la teneur en Hg est variable mais qui peut excéder de plus d’un ordre de grandeur la teneur de la croute terrestre. A titre de comparaison une pile bouton (contenant ~0,1 g Hg) contamine 400 L d’eau ou 1 m3 de terre pendant 50 ans.

Malgré tout, la composition ainsi que la toxicité de ces émissions demeurent largement méconnus en dépit des enjeux environnementaux et sanitaires. On ignore de plus presque tout de sa dynamique d’émission en fonction des paramètres moteur et de ses transformations dans le milieu récepteur. On sait néanmoins que certains composés mercuriels (les formes alkylés) sont capables de se concentrer fortement dans les organismes et de s’accumuler le long des réseaux trophiques jusqu’à plus de 10.000.000 de fois. Il s’ensuit qu’une exposition faible mais chronique aboutit à des teneurs extrêmes, voire dangereuses, pour les êtres vivants. Cet aspect a conduit l’Agence Américaine de l’Environnement (US-EPA) à classer Hg comme polluant prioritaire. Ses effets négatifs sur l’environnement sont également reconnus par le Programme des Nations Unies pour l'Environnement (PNUE) et l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS). En France, l’évaluation des sources de Hg, sa spéciation dans les émissions et les retombées, ses interactions avec le reste des polluants dont les (nano)particules sont régulièrement au cœur des APR PRIMEQUAL et CORTEA de l’Agence De l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie (ADEME).

Dans ce contexte, et au vu du manque de données, le projet de thèse s’articule autour de 3 objectifs :
1) évaluer la dynamique d’émission en fonction des paramètres moteur du véhicule,
2) caractériser la spéciation de Hg dans les émissions automobiles,
3) analyser l’imprégnation de différents types d’écosystèmes proches des routes.

Pour faire aboutir ces objectifs, le laboratoire Environnement-Aménagement, Sécurité et Eco-conception (EASE de l’Ifsttar) dispose d’outils d’investigation adaptés et optimisés. Il s’est équipé en 2014 d’un analyseur mobile permettant de suivre en temps réel et à l’échelle de l’ultra-trace le Hg présent dans l’atmosphère ou dans les émissions. Il bénéficie de véhicules instrumentés ce qui ouvre la porte à une analyse quantitativement réaliste des émissions. De plus, la thèse rassemble les laboratoires Ifsttar Environnement-Aménagement, Sécurité et Eco-conception (EASE) et Eau et Environnement (LEE). Le LEE a contribué au financement de l’analyseur de Hg puis a initié le développement de techniques d’investigation des formes organo-mercurielles dans diverse matrices solides, liquides et gazeuses. En cela, il confère au projet de thèse : 1) la puissance analytique nécessaire pour déterminer la dynamique environnementale de ces formes chimiques encore rarement étudiées et 2) une connaissance des sites pertinents en termes d’évaluation de la contamination des écosystèmes. Ce projet de thèse concerne les milieux urbains et interurbains. Il a pour vocation ultime d’appréhender, le plus largement possible, les processus qui contrôlent les émissions et le devenir de ce polluant global dont les effets se font sentir à l’échelle locale.

Références

OMS (2013). Mercury and health. Fact sheet N°361. Texte disponible à l’adresse : http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs361/en/ (octobre 2014).
PNUE (2013). Minamata convention on mercury. 62 pp. Texte et annexes disponibles à l’adresse : www.mercuryconvention.org (octobre 2014).
US-EPA (2013). Toxic and Priority Pollutants. List of 126 priority pollutants. Appendix A to 40 CFR Part 423. Liste disponible à l’adresse : http://water.epa.gov/scitech/methods/cwa/pollutants.cfm (octobre 2014).

L’école doctorale cible est "Ecologie, Géosciences, Agronomie Alimentation" (EGAAL) de l’université Bretagne Loire. Cette thèse, sera encadrée par Liliane Jean Soro (IFSTTAR GERS) et Bogdan MURESAN (IFSTTAR AME) sous la direction de Denis François (IFSTTAR AME).

Profil candidat
Le sujet de thèse est dédié à un(e) étudiant(e) diplômé de master 2ème année ou l’équivalent. Elle ou il devra faire preuve d’autonomie, de curiosité scientifique et de prise d’initiative tout en montrant une bonne aptitude au travail d’équipe.

Mots-clefs: Emissions automobiles, composés mercuriels, paramètres moteur, écosystèmes des bords de route

Laboratoire principal - Référent principal	-
Directeur du laboratoire principal	-
Spécialité de la thèse	Géochimie de l'environnement / Chimie analytique
Axe	3 - COP2017 - Aménager et protéger les territoires
Site principal	Nantes
Etablissement d'inscription	Université Bretagne Loire
Ecole doctorale	EGAAL - Ecologie, Géosciences, Agronomie et Alimentation
Directeur de thèse prévu	FRANCOIS Denis - Université Gustave Eiffel - AME - EASE
Co-directeur de thèse prévu	MURESAN PASLARU Bogdan - Université Gustave Eiffel - AME - EASE
Type de financement prévu	Contrat doctoral - Ifsttar
Résumé Naturellement présent dans les produits pétroliers ainsi que dans certains gaz naturels (de 50 à >10000 fois plus concentré que dans l’eau du robinet), du mercure (Hg) est émis de manière chronique à l’échappement des automobiles. La quantité de Hg émise annuellement en France via la combustion des 50 millions de m3 de carburants pétroliers est proche de 50 kg (limite basse). A cela s’ajoute les émissions issues des plaquettes de frein dont la teneur en Hg est variable mais qui peut excéder de plus d’un ordre de grandeur la teneur de la croute terrestre. A titre de comparaison une pile bouton (contenant ~0,1 g Hg) contamine 400 L d’eau ou 1 m3 de terre pendant 50 ans. Malgré tout, la composition ainsi que la toxicité de ces émissions demeurent largement méconnus en dépit des enjeux environnementaux et sanitaires. On ignore de plus presque tout de sa dynamique d’émission en fonction des paramètres moteur et de ses transformations dans le milieu récepteur. On sait néanmoins que certains composés mercuriels (les formes alkylés) sont capables de se concentrer fortement dans les organismes et de s’accumuler le long des réseaux trophiques jusqu’à plus de 10.000.000 de fois. Il s’ensuit qu’une exposition faible mais chronique aboutit à des teneurs extrêmes, voire dangereuses, pour les êtres vivants. Cet aspect a conduit l’Agence Américaine de l’Environnement (US-EPA) à classer Hg comme polluant prioritaire. Ses effets négatifs sur l’environnement sont également reconnus par le Programme des Nations Unies pour l'Environnement (PNUE) et l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS). En France, l’évaluation des sources de Hg, sa spéciation dans les émissions et les retombées, ses interactions avec le reste des polluants dont les (nano)particules sont régulièrement au cœur des APR PRIMEQUAL et CORTEA de l’Agence De l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie (ADEME). Dans ce contexte, et au vu du manque de données, le projet de thèse s’articule autour de 3 objectifs : 1) évaluer la dynamique d’émission en fonction des paramètres moteur du véhicule, 2) caractériser la spéciation de Hg dans les émissions automobiles, 3) analyser l’imprégnation de différents types d’écosystèmes proches des routes. Pour faire aboutir ces objectifs, le laboratoire Environnement-Aménagement, Sécurité et Eco-conception (EASE de l’Ifsttar) dispose d’outils d’investigation adaptés et optimisés. Il s’est équipé en 2014 d’un analyseur mobile permettant de suivre en temps réel et à l’échelle de l’ultra-trace le Hg présent dans l’atmosphère ou dans les émissions. Il bénéficie de véhicules instrumentés ce qui ouvre la porte à une analyse quantitativement réaliste des émissions. De plus, la thèse rassemble les laboratoires Ifsttar Environnement-Aménagement, Sécurité et Eco-conception (EASE) et Eau et Environnement (LEE). Le LEE a contribué au financement de l’analyseur de Hg puis a initié le développement de techniques d’investigation des formes organo-mercurielles dans diverse matrices solides, liquides et gazeuses. En cela, il confère au projet de thèse : 1) la puissance analytique nécessaire pour déterminer la dynamique environnementale de ces formes chimiques encore rarement étudiées et 2) une connaissance des sites pertinents en termes d’évaluation de la contamination des écosystèmes. Ce projet de thèse concerne les milieux urbains et interurbains. Il a pour vocation ultime d’appréhender, le plus largement possible, les processus qui contrôlent les émissions et le devenir de ce polluant global dont les effets se font sentir à l’échelle locale. Références OMS (2013). Mercury and health. Fact sheet N°361. Texte disponible à l’adresse : http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs361/en/ (octobre 2014). PNUE (2013). Minamata convention on mercury. 62 pp. Texte et annexes disponibles à l’adresse : www.mercuryconvention.org (octobre 2014). US-EPA (2013). Toxic and Priority Pollutants. List of 126 priority pollutants. Appendix A to 40 CFR Part 423. Liste disponible à l’adresse : http://water.epa.gov/scitech/methods/cwa/pollutants.cfm (octobre 2014). L’école doctorale cible est "Ecologie, Géosciences, Agronomie Alimentation" (EGAAL) de l’université Bretagne Loire. Cette thèse, sera encadrée par Liliane Jean Soro (IFSTTAR GERS) et Bogdan MURESAN (IFSTTAR AME) sous la direction de Denis François (IFSTTAR AME). Profil candidat Le sujet de thèse est dédié à un(e) étudiant(e) diplômé de master 2ème année ou l’équivalent. Elle ou il devra faire preuve d’autonomie, de curiosité scientifique et de prise d’initiative tout en montrant une bonne aptitude au travail d’équipe.
Mots-clefs:	Emissions automobiles, composés mercuriels, paramètres moteur, écosystèmes des bords de route

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