Caractérisation chimique et évolution des émissions issues de l'usure des pneus : des signatures à la source aux transformations et propriétés hygroscopiques (TWEET) // Chemical characterization and evolution of tire wear emissions: from source signatures

Le transport routier demeure une source majeure de pollution atmosphérique. Alors que les émissions à l'échappement ont été significativement réduites grâce aux avancées technologiques et à l'électrification progressive des véhicules, les émissions hors échappement — incluant celles liées à l'usure des freins, de la chaussée et des pneus — sont désormais reconnues comme des sources dominantes de polluants, encore insuffisamment caractérisées. Parmi celles-ci, les particules issues de l'usure des pneus (TWP, Tire Wear Particles) constituent un mélange complexe de composés organiques, d'additifs et de métaux, émis à la fois sous forme particulaire et semi-volatile [1,2]. Ces particules s'accumulent dans divers compartiments environnementaux (air, eaux de ruissellement, végétation, organismes vivants) et représentent une source importante de microplastiques et de métaux lourds, présentant des risques pour la santé humaine et écologique [3].

Malgré l'attention croissante portée à ces émissions [4,5], des incertitudes importantes subsistent quant à leur composition chimique, leur transformation atmosphérique et leur devenir environnemental. En particulier, l'impact du vieillissement atmosphérique sur leurs propriétés physicochimiques — telles que l'état d'oxydation, la réactivité de surface et les interactions avec l'eau — reste encore mal compris [6].

Ce projet de thèse, mené en collaboration entre IMT Nord Europe et l'Université de Lille (LASIRE UMR 8516 CNRS), vise à caractériser les émissions particulaires liées à l'usure des pneus, depuis leur émission primaire jusqu'à leur évolution atmosphérique.

À IMT Nord Europe, les émissions issues de pneus neufs et vieillis (été, hiver et toutes saisons) seront analysées à l'aide de techniques complémentaires telles que des microchambres, TD-GC-MS, pyrolyse-GC-MS et la spectroscopie FTIR, afin de déterminer la composition moléculaire et les groupes fonctionnels. Des échantillons collectés en environnement influencé par le trafic seront étudiés afin d'évaluer la pertinence des traceurs identifiés en conditions réalistes. La teneur en métaux des TWP ainsi que leur distribution au sein des particules seront analysées par ICP-MS et à l'aide d'outils de caractérisation de surface.

Au LASIRE, la morphologie des particules, leur composition élémentaire, leur degré de mélange interne et leurs caractéristiques de surface seront examinés par microscopie électronique (MEB/EDX), tandis que la résonance paramagnétique électronique (RPE/EPR) sera utilisée pour identifier les espèces radicalaires persistantes formées lors du vieillissement et évaluer leur rôle potentiel dans la réactivité des particules.

Le projet étudiera également l'impact du vieillissement environnemental simulé et réel sur les interactions des TWP avec l'eau, afin de mieux comprendre l'évolution de leurs propriétés physicochimiques dans l'atmosphère.

Dans l'ensemble, ce travail contribuera à améliorer la compréhension mécanistique de l'usure des pneus en tant que source émergente de pollution atmosphérique urbaine et à favoriser son intégration dans les études de qualité de l'air.
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Road transport remains a major contributor to air pollution. While exhaust emissions have been significantly reduced through technological advances and the progressive electrification of vehicles, non-exhaust emissions—including brake, road, and tire wear—are increasingly recognized as dominant and still poorly characterized sources of pollutants. Among these, tire wear particles (TWPs) constitute a complex mixture of organic compounds, additives, and metals, emitted both in the particulate and semi-volatile phases [1,2]. TWPs accumulate in many environments (air, stormwater runoff or through bioaccumulation in vegetation and animals) and can be a major source of
microplastics and heavy metals that are toxic to human and environmental health [3].

Despite growing attention [4,5], important uncertainties remain regarding the chemical composition, atmospheric transformation, and environmental behavior of tire-derived emissions. In particular, the impact of atmospheric aging on their physicochemical properties—such as oxidation state, surface reactivity, and interaction with water—remains insufficiently understood [6].

This collaborative PhD project between IMT Nord Europe and the Université de Lille (LASIRE UMR 8516 CNRS) aims to characterize tire wear particulate emissions from primary release to atmospheric evolution.

At IMT Nord Europe, emissions from new and aged tires (summer, winter, and all-season) will be analyzed using complementary techniques including microchambers, TD-GC-MS, pyrolysis-GC-MS, and FTIR spectroscopy to determine molecular composition and functional groups. Samples collected in traffic-influenced environments will be studied to evaluate the relevance of identified tracers under realistic conditions. TWP's metal content and distribution in the particles will be investigated using ICP-MS and surface-sensitive approaches.

At LASIRE, particle morphology, elemental composition, degree of encrustation and surface characteristics will be examined using electron microscopy (MEB/EDX), while electron paramagnetic resonance (EPR) will be employed to identify persistent radical species formed during aging and assess their potential role in particle reactivity.

The project will also examine how simulated and real environmental aging modifies the interaction of TWPs with water, providing insight into their evolving physicochemical properties in the atmosphere.

Overall, this work will improve the mechanistic understanding of tire wear as an emerging source of urban air pollution and support its consideration in air quality studies.
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Début de la thèse : 01/10/2026
WEB : https://cdp-area.fr/wp-content/uploads/2026/04/Chemical-characterization-and-evolution-of-tire-wear-emissions_TWEET_En.pdf

Financement d'un établissement public Français

Université de Lille

104 Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement

Nous recherchons une personne fortement motivée, disposant d'une solide formation en chimie atmosphérique, physicochimie ou domaine connexe. Le profil recherché inclut : • Master (ou équivalent) en chimie atmosphérique, physicochimie, sciences de l'environnement ou discipline proche • Connaissances en techniques analytiques (GC-MS, FTIR ou équivalent) • Intérêt pour le travail expérimental et la caractérisation de systèmes complexes • Capacité à évoluer dans un environnement multidisciplinaire et international • Rigueur, autonomie et sens de l'organisation • Bon niveau d'anglais (écrit et oral) Une expérience avec des chambres de simulation atmosphérique, l'analyse des aérosols ou l'instrumentation avancée sera un atout. Une participation aux activités d'enseignement du CERI EE pourra également être envisagée, dans la limite de 64 heures.
We are seeking a highly motivated candidate with a strong background in atmospheric chemistry, physical chemistry, or a related field. The ideal candidate should have: • A Master's degree (or equivalent) in atmospheric chemistry, physical chemistry, environmental science, or a closely related discipline • Knowledge of analytical techniques, particularly spectrometric and/or spectroscopic methods (e.g., GC-MS, FTIR, or similar) • Interest in experimental laboratory work and physicochemical characterization of complex systems • Ability to work in a multidisciplinary and international research environment • Strong organizational skills, scientific rigor and autonomy • Good communication skills in English (written and spoken) Previous experience with atmospheric simulation chambers, aerosol analysis, or advanced analytical instrumentation will be considered an asset. Participation in teaching activities of CERI EE may also be considered, up to a maximum of 64 hours.