Etude des micro et nano particules de plastiques dans les eaux de surface par SP-ICP-MS // Single-Particle-ICP-MS characterization of Nano&Microparticles from the environment

La dégradation des plastiques dans l'environnement conduit à la production de nouveaux micro et nano polluants. Ces nano particules passant aisément les barrières biologiques (hémato encéphalique ...) elles sont une préoccupation de santé publique. Dans le cas des plastiques, le polymère initial contenant de nombreux additifs métalliques (retardateurs de flamme ou colorants) ces micro et nanoplastiques constituent donc des polluants mais véhiculent également des additifs toxiques (Pb, Sb …).
Dans le domaine de l'analyse des particules, très peu de techniques permettent de déterminer à la fois la taille, la distribution et la composition d'un objet de taille micro à nanométrique.
Il est indispensable de mieux appréhender les risques environnementaux et sanitaires associés aux micro et nano plastiques et donc d'améliorer la mise en évidence de ces polluants. La technique de spectrométrie de masse avec ionisation de particule isolées par un plasma inductif (SP ICP-MS pour single particle ICP-MS) permet de renseigner la taille, la composition élémentaire et la concentration de particules à des niveaux pertinents pour l'environnement. Grâce à une analyse résolue dans le temps avec des temps de mesure ultra-courts (10-100 µs) chaque particule conduit à un signal dont la fréquence est proportionnelle à la concentration en nombre de particules, tandis que l'intensité est proportionnelle à la taille des particules. L'analyseur de masse permet quant à lui d'identifier l'élément, voire les éléments qui constituent la particule.
L'application de l'ICP-MS à la détermination des NP et MP a reçu beaucoup d'attention au cours des dernières décennies. L'objectif de ce travail sera d'analyser simultanément la présence d'une particule de polymère et d'un élément additif (Pb, Sb …), ainsi que d'être capable de distinguer des polymères de nature différente, grâce à une préparation d'échantillon adaptée. Le projet ambitieux vise à améliorer la détection simultanée des éléments en SP-ICP-MS car l'évolution des capacités instrumentales a été très rapide en ces dernières années.
Cette recherche s'appliquera aux eaux de surface qui véhiculent une grande quantité de micro plastiques. L'équipe fait partie des réseaux H2O'Lyon et PlastInLyon, dans ce cadre des prélèvements d'eaux en milieu naturel pourront être réalisés. De plus, le modèle de traitement de données SP-ICP-MS, développé par notre groupe, sera utilisé car il permet d'améliorer les capacités d'un instrument classique pour atteindre une LOD en taille très basse. La technique développée sera comparée et validée grâce à des mesures effectuées par des techniques de référence comme la microscopie Infra Rouge qui permet d'atteindre la taille et la nature des micro plastique mais pas leur composition élémentaire.
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The degradation of plastics in the environment leads to the production of new micro and nano pollutants. These nanoparticles easily pass through biological barriers (blood-brain barrier, etc.) and are a major public health concern. In the case of plastics, the original polymer contains numerous metallic additives (flame retardants or colorants), these Micro and Nanoplastics are pollutants and carry toxic additives (Pb, Sb, etc.). In the field of particle analysis, very few techniques allow for the determination of both the size, distribution, and composition of an object at the micro to nanometer scale. In the field of particle analysis, very few techniques allow the simultaneous determination of size, distribution, and composition of objects ranging from micrometer to manometer scale
It is essential to better understand the environmental and health risks associated with micro and nanoplastics, and therefore to improve the detection of these pollutants. To improve the detection of these micro and nano-objects in the environment, the technique of mass spectrometry with ionization of single particles in an inductively coupled plasma (SP ICP-MS) allows the determination of size, elemental composition, and concentration of particles at environmentally relevant concentrations. Thanks to time-resolved analysis with ultra-short measurement times (10-100 µs), each particle produces a signal whose frequency is proportional to the concentration in number of particles, while the intensity is proportional to the particle size. The mass analyzer can identify the element or even elements that constitute the particle.
The application of ICP-MS to the determination of nanoparticles (NP) and microplastics (MP) has received much attention over the past few decades. The goal of this ambitious work will be to simultaneously analyze the presence of a polymer particle and an additive element (Pb, Sb, etc.), as well as to be able to distinguish polymers of different types, thanks to an appropriate sample preparation. The project aims to improve the simultaneous detection of elements in SP-ICP-MS, as instrumental capabilities have evolved very rapidly in recent years.
This research will focus on surface waters that carry a large amount of microplastics. The team is part of the H2O'Lyon and PlastInLyon networks, and water sampling in natural environments may be carried out. In addition, the SP-ICP-MS data processing model developed by our group will be used, as it allows improving the capabilities of a conventional instrument to achieve a very low size LOD. As a rigorous research work, the developed technique will be compared and validated through measurements carried out using reference techniques such as Infrared Microscopy.
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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 Claude Bernard Lyon 1

206 Chimie de Lyon

Master M2 en chimie analytique avec un fort intérêt pour l'application à l'environnement des compétences en sciences des matériaux seraient appréciables
Master's M2 in analytical chemistry with a strong interest in environmental applications skills in materials science would be appreciated