Sujet de thèse IFSTTAR

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Fiche détaillée :

Titre : Microplastiques dans le continuum Homme-Terre-Mer : Que nous disent les sédiments sur la Loire ?

Laboratoire principal - Référent principal GERS - EE  -  GASPERI Johnny      tél. : +33 240845882

Directeur du laboratoire principal PEYNEAU Pierre-Emmanuel  -

Spécialité de la thèse Sciences et Techniques de l'Environnement

Axe 3 - COP2017 - Aménager et protéger les territoires

Site principal Nantes

Etablissement d'inscription UNIVERSITE JEAN MONNET SAINT-ETIENNE

Ecole doctorale

Directeur de thèse prévu   -    -

Type de financement prévu Contrat doctoral  - Ifsttar

Résumé

1. Contexte
La pollution par les débris plastiques est une thématique très médiatisée et en plein essor. Sur le plan scientifique, elle se focalise sur les microplastiques (MP, taille entre 1 µm et 5 mm) et mobilise un nombre important d’acteurs à tous niveaux (communauté scientifique, instances gouvernementales ou locales, associations, etc.). Au niveau législatif, la directive-cadre européenne « stratégie pour le milieu marin » (DCSMM) vise clairement cette pollution avec la mise en place d’actions de réduction et de suivis de MP dans les milieux.
Les travaux sur les MP en milieu continental n’ont débuté que récemment comparé au milieu marin, alors que les fleuves sont les principaux pourvoyeurs de MP vers l’océan. Un état de l’art de la contamination des hydrosystèmes continentaux montre que leurs sédiments constituent des zones de stockage importants pour les MP, mais qu’ils demeurent un compartiment peu étudié et sous considéré (Dris et al., 2018). Dans la grande majorité des études, ces sédiments sont échantillonnés sans questionnement sur les processus hydro-sédimentaires affectant les teneurs en MP et leur distribution à différentes échelles d’espace et de temps (Dekiff et al., 2014; Mani et al., 2018). Cette prise en compte est pourtant cruciale pour permettre à la fois une évaluation correcte des niveaux de contamination et une comparaison des flux à différentes échelles spatiales et temporelles. La distribution des MP, particules soumises aux mêmes conditions de suspension et dépôt que les sédiments à l’échelle des bassins versants, dépend fortement des processus hydro-sédimentaires en jeu mais également des propriétés intrinsèques des MP.
Cette proposition de travail doctoral s’inscrit dans le cadre du projet Plasti-nium (2021-2025) - Débris Plastiques dans le continuum Homme-Terre-Mer - qui ambitionne d’étudier la pollution plastique de la ville jusqu’à la mer et de créer une dynamique transverse et interdisciplinaire sur cette thématique au sein de la Région des Pays de la Loire. Ce projet est co-financé par la région des Pays de la Loire et Nantes Métropole, territoires particulièrement sensibles à la question de la pollution plastique. La région des Pays de la Loire, dans le cadre de la stratégie « ambition marine » de 2018, vise spécifiquement la pollution plastique, et précise que des initiatives très concrètes de réduction sont d’ores et déjà opérationnelles ou sur le point de l’être. Nantes Métropole, territoire reconnu « Zéro déchet, zéro gaspillage » soutient également des initiatives expérimentales, innovantes, contribuant à un territoire zéro déchet. Evaluer la mise en œuvre de ces actions quelle que soit leur forme - de la sensibilisation à la gestion intégrée et concertée au niveau d’un territoire - constitue un enjeu de taille.

2. Objectifs scientifiques
Ce travail de thèse vise à combiner une approche sédimentologique et géochimique à l’analyse des MP à l’échelle d’un bassin versant. Dans ce contexte, les objectifs de ce travail seront d’une part, d’analyser les teneurs en microplastiques de sédiments ligériens, qu’ils aient été prélevés en amont du bassin de la Loire ou en aval dans la zone estuarienne. D’autre part, ils viseront à mettre en relation la contamination sédimentaire en MP (teneur, taille, nature chimique) avec les propriétés des sédiments. Une des originalités du projet réside dans l’utilisation de techniques analytiques complémentaires pour la caractérisation physico-chimique des MP par l’utilisation de méthodes à la fois spectroscopique couplée à la spectroscopie infrarouge (µ-IRTF) et chromatographique après pyrolyse et détection de masse (Pyr-GC-MS). Cette combinaison analytique fournira de nombreuses informations autant quantitatives que qualitatives sur les MP (concentration vs nombre de particules, distribution de taille, composition chimique) pour des particules pouvant atteindre une taille minimale de 25 µm. Grâce à cette identification du couplage nature des MP/nature des sédiments, en se basant sur les processus hydro-sédimentaires, il devrait être possible d’identifier les zones de stockage de ces sédiments particuliers. Il serait ainsi possible d’identifier des zones-clefs d’accumulation de MP considérés dont les sources sont jusqu’ici considérées comme diffuses.

3. Partenaires du projet
Université Gustave Eiffel, Laboratoire Eau Environnement (LEE)
Université de Nantes, Laboratoire Mer, Molécules, Santé (MMS) et Laboratoire Environnement - Télédétection - Géomatique (LETG)
Université de Tours, Laboratoire GéoHydrosystèmes Continentaux (GéHCO)
Ecole des Ponts ParisTech, Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU)

4. Encadrement
Johnny Gasperi, DR, johnny.gasperi@univ-eiffel.fr
Aurore Zalouk-Vergnoux, MCU HDR, aurore.zalouk-vergnoux@univ-nantes.fr
Agnès Baltzer, PR, agnes.baltzer@univ-nantes.fr

5. Profil candidat
Etudiant avec un profil orienté vers la chimie, chimie environnementale et/ou les sciences de l’Environnement ou géosciences.

6. Références bibliographiques
Dekiff, J.H., Remy, D., Klasmeier, J., Fries, E., 2014. Occurrence and spatial distribution of microplastics in sediments from Norderney. Environmental Pollution 186, 248–256. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2013.11.019
Dris, R., Gasperi, J., Tassin, B., 2018. Sources and Fate of Microplastics in Urban Areas. A Focus on Paris Megacity. Freshwater Microplastics 69, 10–1007.
Mani, T., Lorenz, C., Gerdts, G., Burkhardt-Holm, P., 2018. High Concentrations of Microplastics in the Bed Sediments of the Rhine River. Presented at the Micro20181, Lanzarote.

Mots-clefs: Microplastiques, sédiments, Infra-rouge, Loire, continuum Homme-Terre-Mer

Laboratoire principal - Référent principal	GERS - EE - GASPERI Johnny tél. : +33 240845882
Directeur du laboratoire principal	PEYNEAU Pierre-Emmanuel -
Spécialité de la thèse	Sciences et Techniques de l'Environnement
Axe	3 - COP2017 - Aménager et protéger les territoires
Site principal	Nantes
Etablissement d'inscription	UNIVERSITE JEAN MONNET SAINT-ETIENNE
Ecole doctorale
Directeur de thèse prévu	- -
Type de financement prévu	Contrat doctoral - Ifsttar
Résumé 1. Contexte La pollution par les débris plastiques est une thématique très médiatisée et en plein essor. Sur le plan scientifique, elle se focalise sur les microplastiques (MP, taille entre 1 µm et 5 mm) et mobilise un nombre important d’acteurs à tous niveaux (communauté scientifique, instances gouvernementales ou locales, associations, etc.). Au niveau législatif, la directive-cadre européenne « stratégie pour le milieu marin » (DCSMM) vise clairement cette pollution avec la mise en place d’actions de réduction et de suivis de MP dans les milieux. Les travaux sur les MP en milieu continental n’ont débuté que récemment comparé au milieu marin, alors que les fleuves sont les principaux pourvoyeurs de MP vers l’océan. Un état de l’art de la contamination des hydrosystèmes continentaux montre que leurs sédiments constituent des zones de stockage importants pour les MP, mais qu’ils demeurent un compartiment peu étudié et sous considéré (Dris et al., 2018). Dans la grande majorité des études, ces sédiments sont échantillonnés sans questionnement sur les processus hydro-sédimentaires affectant les teneurs en MP et leur distribution à différentes échelles d’espace et de temps (Dekiff et al., 2014; Mani et al., 2018). Cette prise en compte est pourtant cruciale pour permettre à la fois une évaluation correcte des niveaux de contamination et une comparaison des flux à différentes échelles spatiales et temporelles. La distribution des MP, particules soumises aux mêmes conditions de suspension et dépôt que les sédiments à l’échelle des bassins versants, dépend fortement des processus hydro-sédimentaires en jeu mais également des propriétés intrinsèques des MP. Cette proposition de travail doctoral s’inscrit dans le cadre du projet Plasti-nium (2021-2025) - Débris Plastiques dans le continuum Homme-Terre-Mer - qui ambitionne d’étudier la pollution plastique de la ville jusqu’à la mer et de créer une dynamique transverse et interdisciplinaire sur cette thématique au sein de la Région des Pays de la Loire. Ce projet est co-financé par la région des Pays de la Loire et Nantes Métropole, territoires particulièrement sensibles à la question de la pollution plastique. La région des Pays de la Loire, dans le cadre de la stratégie « ambition marine » de 2018, vise spécifiquement la pollution plastique, et précise que des initiatives très concrètes de réduction sont d’ores et déjà opérationnelles ou sur le point de l’être. Nantes Métropole, territoire reconnu « Zéro déchet, zéro gaspillage » soutient également des initiatives expérimentales, innovantes, contribuant à un territoire zéro déchet. Evaluer la mise en œuvre de ces actions quelle que soit leur forme - de la sensibilisation à la gestion intégrée et concertée au niveau d’un territoire - constitue un enjeu de taille. 2. Objectifs scientifiques Ce travail de thèse vise à combiner une approche sédimentologique et géochimique à l’analyse des MP à l’échelle d’un bassin versant. Dans ce contexte, les objectifs de ce travail seront d’une part, d’analyser les teneurs en microplastiques de sédiments ligériens, qu’ils aient été prélevés en amont du bassin de la Loire ou en aval dans la zone estuarienne. D’autre part, ils viseront à mettre en relation la contamination sédimentaire en MP (teneur, taille, nature chimique) avec les propriétés des sédiments. Une des originalités du projet réside dans l’utilisation de techniques analytiques complémentaires pour la caractérisation physico-chimique des MP par l’utilisation de méthodes à la fois spectroscopique couplée à la spectroscopie infrarouge (µ-IRTF) et chromatographique après pyrolyse et détection de masse (Pyr-GC-MS). Cette combinaison analytique fournira de nombreuses informations autant quantitatives que qualitatives sur les MP (concentration vs nombre de particules, distribution de taille, composition chimique) pour des particules pouvant atteindre une taille minimale de 25 µm. Grâce à cette identification du couplage nature des MP/nature des sédiments, en se basant sur les processus hydro-sédimentaires, il devrait être possible d’identifier les zones de stockage de ces sédiments particuliers. Il serait ainsi possible d’identifier des zones-clefs d’accumulation de MP considérés dont les sources sont jusqu’ici considérées comme diffuses. 3. Partenaires du projet Université Gustave Eiffel, Laboratoire Eau Environnement (LEE) Université de Nantes, Laboratoire Mer, Molécules, Santé (MMS) et Laboratoire Environnement - Télédétection - Géomatique (LETG) Université de Tours, Laboratoire GéoHydrosystèmes Continentaux (GéHCO) Ecole des Ponts ParisTech, Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU) 4. Encadrement Johnny Gasperi, DR, johnny.gasperi@univ-eiffel.fr Aurore Zalouk-Vergnoux, MCU HDR, aurore.zalouk-vergnoux@univ-nantes.fr Agnès Baltzer, PR, agnes.baltzer@univ-nantes.fr 5. Profil candidat Etudiant avec un profil orienté vers la chimie, chimie environnementale et/ou les sciences de l’Environnement ou géosciences. 6. Références bibliographiques Dekiff, J.H., Remy, D., Klasmeier, J., Fries, E., 2014. Occurrence and spatial distribution of microplastics in sediments from Norderney. Environmental Pollution 186, 248–256. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2013.11.019 Dris, R., Gasperi, J., Tassin, B., 2018. Sources and Fate of Microplastics in Urban Areas. A Focus on Paris Megacity. Freshwater Microplastics 69, 10–1007. Mani, T., Lorenz, C., Gerdts, G., Burkhardt-Holm, P., 2018. High Concentrations of Microplastics in the Bed Sediments of the Rhine River. Presented at the Micro20181, Lanzarote.
Mots-clefs:	Microplastiques, sédiments, Infra-rouge, Loire, continuum Homme-Terre-Mer

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