Transport et apportionnement des sources de microplastiques et nanoplastiques atmosphériques : enjeux pour une régulation mondiale // Transport and Source Apportionment of Atmospheric Microplastics and Nanoplastics: Modeling the Atmospheric Lifecycle to A

Cette thèse vise à améliorer la compréhension du transport atmosphérique et de l'apportionnement des sources des microplastiques (MP) et nanoplastiques (NP), afin d'éclairer les négociations du futur Traité mondial sur les plastiques. Les plastiques, issus du pétrole, ont profondément transformé nos sociétés, mais leur accumulation et leur fragmentation génèrent des particules de plus en plus fines qui contaminent l'air, l'eau et les sols, jusqu'aux régions les plus reculées et aux tissus humains. Les impacts sanitaires et économiques associés sont considérables, soulignant l'urgence d'une meilleure quantification de leur dispersion et de leurs sources.

Des travaux récents ont démontré le transport à longue distance des microplastiques dans la troposphère libre et proposé des premiers bilans globaux du cycle des plastiques. Des simulations avec le modèle atmosphérique GEOS-Chem ont également mis en évidence le rôle critique de la distribution en taille des particules dans le contrôle des concentrations atmosphériques. Cependant, les modèles actuels présentent des limites majeures : ils couvrent une gamme restreinte de tailles (0,3–70 µm), négligent la diversité des formes (fibres, fragments, sphères) et ne représentent pas explicitement les propriétés physico-chimiques telles que l'hydrophobie ou le vieillissement atmosphérique. Ces lacunes limitent la robustesse des projections et l'évaluation des politiques publiques.

La thèse développera une représentation plus réaliste des MP/NP dans GEOS-Chem. La gamme de tailles sera étendue jusqu'à 300 µm afin de mieux refléter les observations de terrain. De nouvelles paramétrisations intégreront l'influence de la forme des particules sur le transport, la sédimentation et le dépôt sec et humide. L'effet du vieillissement (modification des surfaces, interactions avec les aérosols secondaires, hygroscopicité) sera également pris en compte, notamment pour mieux représenter les interactions avec les nuages. Les simulations seront contraintes et évaluées à l'aide de la base de données MPsizeBase, qui compile des distributions granulométriques issues de mesures environnementales.

Un second objectif consistera à quantifier l'apport relatif des émissions locales, régionales et globales aux concentrations atmosphériques et aux dépôts, en chaque point du globe. L'identification des principales voies de transport longue distance permettra de mieux comprendre la contamination des régions éloignées des sources directes.

Enfin, des scénarios prospectifs (2026–2060) seront simulés afin d'évaluer l'impact de différentes politiques (réduction de 50 % des émissions, interdiction des plastiques à usage unique, amélioration de la gestion des déchets). Les résultats permettront de cartographier les zones les plus affectées et d'estimer les co-bénéfices sanitaires et environnementaux associés aux réductions d'émissions. L'ensemble du projet contribuera à combler des lacunes scientifiques majeures, à fournir des outils quantitatifs pour la décision politique et à renforcer le rôle de la recherche française dans les négociations internationales sur la pollution plastique.
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This PhD project aims to advance understanding of the atmospheric transport and source apportionment of microplastics (MP) and nanoplastics (NP), providing quantitative scientific support for the future Global Plastics Treaty. Plastics have transformed modern societies, yet their fragmentation generates microscopic particles that contaminate air, water, and soils, reaching remote ecosystems and even human tissues. The associated health and economic costs are substantial, highlighting the urgent need to better quantify their emissions, dispersion pathways, and long-term impacts.

Recent studies have demonstrated free-tropospheric and long-range transport of microplastics and proposed initial global mass budgets of plastics cycling across land, ocean, and atmosphere. Global simulations using the GEOS-Chem atmospheric chemistry model have shown that particle size distributions critically control atmospheric concentrations and deposition. However, current atmospheric transport models remain limited: they typically represent only a narrow size range (0.3–70 µm), neglect particle shape diversity (fibers, fragments, spheres), and do not explicitly account for key physicochemical properties such as hydrophobicity and atmospheric aging. These simplifications constrain the reliability of projections and weaken policy assessment capabilities.

The thesis will develop an improved representation of MP/NP in GEOS-Chem. The size spectrum will be extended up to 300 µm to better match field observations. New parameterizations will describe how particle shape influences aerodynamic behavior, gravitational settling, and dry and wet deposition. Aging processes—such as surface coating, interaction with secondary aerosols, and changes in hygroscopicity—will be incorporated to better represent cloud interactions and removal processes. Model outputs will be constrained and evaluated using the MPsizeBase database, which compiles environmentally observed particle size distributions.

A second objective is to quantify, at every location worldwide, the relative contributions of local, regional, and global emissions to atmospheric concentrations and deposition fluxes. Identifying dominant long-range transport pathways will clarify how remote regions become contaminated despite limited local sources.

Finally, future scenarios (2026–2060) will be simulated to assess the atmospheric response to different policy pathways, including a 50% emission reduction, bans on single-use plastics, and improved waste management strategies. These simulations will map regions most affected by long-range transport and estimate potential health and environmental co-benefits of emission reductions. Overall, the project will close key scientific gaps in atmospheric microplastic modeling, deliver robust quantitative tools for international policy negotiations, and strengthen France's contribution to global plastic pollution governance.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université Grenoble Alpes

105 STEP - Sciences de la Terre de l'Environnement et des Planètes

- Master (M2) en sciences de l'environnement, chimie atmosphérique, ou modélisation numérique. - Compétences techniques : Expérience en analyse de données et en programmation (Python). - Autonomie et esprit collaboratif : Capacité à travailler en équipe interdisciplinaire et à interagir avec des partenaires internationaux. - Anglais courant (oral/écrit) : Indispensable pour la rédaction d'articles, les présentations en conférences et les collaborations. - Français : Non obligatoire, mais un atout pour les échanges avec les équipes locales.
- Master's degree (MSc, M2 level) in environmental sciences, atmospheric chemistry, or numerical modeling. - Technical skills: Experience in data analysis and programming (Python). - Autonomy and collaborative mindset: Ability to work within an interdisciplinary team and to engage with international partners. - Proficiency in English (spoken and written): Essential for scientific writing, conference presentations, and international collaborations. - French: Not mandatory, but an asset for interactions with local teams.