Migration des microplastiques dans un sol vers les eaux souterraines et effet sur le transport des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP)

La détection récente de microplastiques (MP) dans les eaux souterraines interroge la communauté scientifique. Compte-tenu de la forte pollution des sols par les MP, leur transport vertical par infiltration d’eau à travers le sol a été suggéré mais reste à démontrer et à caractériser. Les sols contenant des MP ont par ailleurs souvent des teneurs élevées en d’autres polluants et notamment en Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP). Les MP ayant une forte affinité pour les HAP, ils sont susceptibles de modifier leur migration dans les sols et jusqu’au eaux souterraines. De plus, les MP sont souvent exposés à la lumière solaire avant de se retrouver dans les couches de sol, exposition modifiant leurs propriétés physico-chimiques.

      Dans ce contexte, l’objectif du projet de thèse est d’améliorer la compréhension de l'écodynamique du système MP/HAP/UV/sol car il apparaît crucial de mieux comprendre ces phénomènes pour évaluer la menace réelle sur les sols et sur la ressource en eau souterraine et les risques sanitaires associés.

      Ainsi, le transport des MP par infiltration d'eau dans les dépôts alluvionnaires vers les eaux souterraines sera exploré en considérant les caractéristiques physico-chimiques du sol, des MP et les paramètres d’infiltration de l’eau pour accéder aux principaux paramètres guidant ce phénomène. Cette approche de migration dynamique permettra également d’aborder le partage possible des HAP présents dans le sol avec des particules de plastiques au cours de leur migration verticale et vice versa. Les facteurs classiques susceptibles de contrôler le transport des MP dans un sol tels que la taille pour les particules ou le pH pour les sols seront explorés. De plus, d’autres facteurs influant seront envisagés parmi lesquels le débit de l’eau et l’alternance de cycles humides-secs. Enfin, l’effet du vieillissement photochimique des particules plastiques sera étudié sur leur migration verticale mais aussi sur leur capacité à transporter les HAP. De plus, pour des degrés de photooxydation avancée des MP, il sera possible d’accéder à la fragmentation potentielle des particules plastiques vieillies et fragilisées au cours de leur parcours.

      Pour atteindre ces objectifs, dans un premier temps, des expériences de laboratoire en colonne seront nécessaires et le dosage des HAP dans le sol et dans les particules plastiques sera réalisé durant les expériences de migration. De plus, un effort particulier sera apporté à la caractérisation des sols et des particules plastiques après photooxydation (potentiel zéta, état physique et chimique de surface, masse molaire moyenne). Dans l'eau recueillie en sortie de colonne à différents intervalles de temps, la teneur en plastiques sera déterminée par microscopie FTIR, Pyr-GC-MS ou ATG-GC-MS et les particules seront caractérisées par MEB, SEC ou DLS. Par ailleurs, les concentrations de HAP seront déterminées dans les plastiques élués, l'eau et le sol par extraction et analyse LC ou analyse Pyr-GC-MS et/ou ATG-GC-MS. Les particules plastiques seront photooxydées dans une enceinte de vieillissement accélérée et caractérisées par spectroscopie IRTF, MEB (EDX), SEC et DLS. Enfin, la possibilité de modéliser le transport des particules plastiques dans le sol sera explorée, en adaptant des modèles numériques qui ont été conçus pour le transport des microparticules ou des nanoparticules dans les sols, et les expériences seront entreprises ensuite à une échelle pilote et dans des conditions simulées et contrôlées.

Le LCE est une unité mixte de recherche (CNRS AMU UMR 7376). Il est constitué de deux équipes et le sujet de thèse proposé sera développé dans l'équipe TRAME (Transfert Réactivité et Analyse des Micropolluants dans l'Environnement). Cette équipe s'intéresse depuis plusieurs années aux pollutions organiques (pesticides, pharmaceutiques, PCB, HAP...) dans différents milieux environnmentaux (sol, sédiment, eaux, biote...). Depuis quelques années, cette équipe travaille sur les microplastiques et au delà de les détecter et les caractériser dans l'environnement, elle essaie d'expliquer leur devenir. Ainsi, il a été possible de montrer leur transfert vers la phase atmosphérique, l'effet de leur dégradation photochimie sur ce procédé ou encore sur l'évolution de leur propriétés de sorption pour les HAP. Cette équipe dispose de tous l'équipements performants nécessaires pour la prépration et la caractérisation d'échantillons avec des techniques telles que l'ASE, la SPE, Soxtherm... des techniques spectroscopiques (UV, IRTF, microIRTF...) et chromatographiques (LC-UV-Fluo, LC-QTof, GC-MS, GC-MS-MS, pyrolyse-GC-MS...). Il est à noter que ce travail de thèse se fera en collaboration avec une équipe de l'Ineris (Ardevie, Arbois) et une équipe de l'Institut de Chimie Radicalaire d'AMU.

Pour répondre aux conditions d’attribution de l’allocation de thèse, le candidat doit :

• être titulaire d’un diplôme récent (moins de 1 an) d’ingénieur avec une spécialité chimie analytique, chimie-physique ou en chimie de l’environnement ou d’un master avec mention dans ces spécialités (ou en cours de préparation). Niveau minimum requis 14/20 au diplôme. Des connaissances en matériaux polymères et en photochimie seraient un plus.
• avoir la capacité à travailler en équipe et d’excellentes aptitudes à la communication.
• avoir l'esprit de synthèse, une clarté d’analyse et une curiosité scientifique
• avoir la maîtrise de l’anglais écrit et parlé