Sargasses et qualité de l'air dans les Antilles françaises : observation, caractérisation et compréhension des émissions atmosphériques en conditions réelles (ALIZÉS)

Contexte de la thèse :

Depuis plus d'une décennie, les territoires de la Caraïbe sont confrontés à des échouements massifs et récurrents d’algues sargasses sur leurs littoraux. Ce phénomène constitue un enjeu environnemental, sanitaire et socio-économique majeur pour les territoires caribéens.

Lors de leur dégradation, ces macroalgues produisent des émissions gazeuses susceptibles d'affecter la qualité de l'air et la santé des populations riveraines. Si le sulfure d'hydrogène (H₂S) et l'ammoniac (NH₃) font aujourd'hui l'objet d'une surveillance opérationnelle, de nombreuses autres espèces comme les composés organiques volatils (COV), les composés soufrés, carbonylés et potentiellement des particules secondaires restent plus largement méconnues. Par ailleurs, des questions demeurent quant à la variabilité dans le temps et dans l'espace du mélange émis, ainsi qu'aux mécanismes environnementaux qui contrôlent ces émissions.

Des travaux récents montrent que les émissions dépendent fortement de l'état physiologique des algues, des conditions de dégradation (température, humidité, immersion, rayonnement solaire) et de la dynamique microbienne. Ils suggèrent également que les composés actuellement surveillés ne représentent probablement qu'une fraction du mélange réellement émis lors des échouements.

Dans ce contexte, le projet SAGES vise à améliorer la compréhension des expositions environnementales liées aux sargasses dans les Antilles françaises. Cette proposition de thèse contribuera plus particulièrement à la caractérisation des émissions atmosphériques en conditions réelles et à l'identification des facteurs environnementaux qui contrôlent leur dynamique.

Problématique scientifique :

Les concentrations atmosphériques observées à proximité des échouements présentent une forte variabilité spatiale et temporelle qui demeure aujourd'hui insuffisamment décrite et expliquée. À biomasse comparable, certains échouements génèrent des épisodes de pollution atmosphérique importants tandis que d'autres produisent des concentrations beaucoup plus faibles. Cette variabilité suggère l'existence de mécanismes de contrôle encore mal compris impliquant l'état de dégradation des algues, les conditions météorologiques locales, les caractéristiques physico-chimiques des dépôts, les interactions avec le milieu marin et les transformations atmosphériques des composés émis.

L'objectif central de la thèse « ALIZÉS » est donc de répondre à la question suivante : « Comment les caractéristiques des échouements de sargasses et les conditions environnementales contrôlent-elles la composition chimique, la dynamique et les mécanismes de formation des polluants gazeux et particulaires émis lors de la dégradation en conditions réelles des sargasses dans les Antilles françaises ? ».

L'originalité de cette thèse réside dans l'étude intégrée des émissions atmosphériques de sargasses en conditions réelles, combinant caractérisation chimique multi-polluants, observations environnementales multi-échelles et analyse des mécanismes de formation des polluants atmosphériques.

Objectifs scientifiques :

Les travaux de thèse poursuivront trois objectifs principaux :

Objectif 1 : Identifier et quantifier les principaux composés gazeux et particulaires associés aux échouements de sargasses

Le doctorant ou la doctorante contribuera à la mise en oeuvre de campagnes de mesures sur plusieurs sites des Antilles françaises afin d’améliorer les connaissances sur la spéciation des composés en présence et la caractérisation des concentrations atmosphériques de polluants d'intérêt sanitaire à proximité des échouements.

Afin de documenter la variabilité spatiale et temporelle des concentrations observées et de constituer une base de données environnementale de référence sur les émissions associées aux sargasses, les mesures porteront notamment sur :

-les composés soufrés (H₂S et composés associés) ;

-les composés azotés (ammoniac et amines associées) ;

-autres composés organiques volatils dont les composés carbonylés ;

-la composition chimique de la phase particulaire (métaux, EC/OC) ;

-les paramètres météorologiques et micro-environnementaux.

Selon les dispositifs disponibles dans le cadre du projet, ces mesures pourront mobiliser différentes techniques de caractérisation chimique (TD-GC-MS, analyses EC/OC, analyses élémentaires et autres méthodes adaptées aux espèces ciblées).

Objectif 2 : Identifier les déterminants environnementaux contrôlant les émissions atmosphériques

À partir des données acquises sur le terrain et de leurs croisements avec d’autres bases de données (suivi des échouements et de la dynamique du trait de côte par caméra autonome, BRGM ; mesures spatialisées H2S et NH3, Madininair et Gwad’Air, …), la thèse visera à identifier les principaux facteurs expliquant la variabilité des émissions :

-l'état de dégradation des sargasses ;

-les caractéristiques physiques des dépôts ;

-les conditions météorologiques locales ;

-les interactions avec le milieu marin ;

-les paramètres micro-environnementaux influençant les processus de dégradation.

Des approches statistiques multivariées (ACP, classification, régressions multivariées) et des analyses spatio-temporelles seront utilisées afin de mettre en évidence les mécanismes dominants et de hiérarchiser les facteurs explicatifs.

Objectif 3 : Comprendre les mécanismes de formation des polluants et identifier des traceurs chimiques des émissions de sargasses

Ce dernier objectif visera à relier les caractéristiques des échouements, les signatures chimiques observées dans l'atmosphère et les niveaux d'exposition potentiels des populations riveraines.

En complément des travaux de laboratoire menés dans le cadre du projet SAGES, les présents travaux de thèse ALIZÉS chercheront à :

-distinguer les contributions des sargasses des autres sources présentes dans l'environnement ;

-identifier des associations caractéristiques de polluants pouvant servir de traceurs des émissions liées aux sargasses ;

-déterminer les schémas mécanistiques régissant la production des composés observés sur le terrain en fonction des conditions environnementales ;

-représenter les liens de cause à effet entre les processus d'échouement, de dégradation, d'émission et d'exposition ;

-caractériser les situations les plus susceptibles de générer une exposition élevée des populations.

L'ensemble des résultats contribuera à améliorer la compréhension des mécanismes conduisant aux expositions environnementales observées dans les Antilles françaises et à fournir des éléments utiles aux travaux d'évaluation sanitaire du projet SAGES.

Méthodologie :

Le travail reposera principalement sur des campagnes de terrain conduites dans les Antilles françaises.

Le doctorant ou la doctorante participera :

-à la préparation et à la réalisation des campagnes de mesures ;

-au déploiement d'instrumentation sur les sites d'étude ;

-à la collecte et à la validation des données environnementales ;

-à l'analyse chimique des échantillons atmosphériques ;

-au traitement statistique des données ;

-à l'interprétation des résultats en lien avec les partenaires du projet.

Une attention particulière sera portée à l'intégration de données issues de différentes échelles spatiales et temporelles afin de relier les observations locales aux processus environnementaux régionaux.

Environnement scientifique :

Les travaux seront conduits en collaboration étroite avec les Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l'Air (AASQA) des Antilles françaises, Gwad'Air et Madininair, ainsi qu'avec le Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA, CNRS – Université Paris-Est Créteil – Université Paris Cité) pour les aspects liés à la caractérisation chimique et à l'interprétation des processus atmosphériques.

Cette complémentarité entre laboratoire académique, organisme de recherche et acteurs opérationnels de la surveillance de la qualité de l'air, offrira au doctorant ou à la doctorante un accès privilégié à des compétences couvrant l'ensemble de la chaîne allant de l'observation environnementale à l'interprétation des mécanismes atmosphériques.

Résultats attendus :

Les travaux permettront :

-d'améliorer la connaissance des émissions atmosphériques liées aux sargasses ;

-d'identifier les facteurs contrôlant leur variabilité ;

-de proposer de nouveaux indicateurs environnementaux d'exposition ;

-d'alimenter les travaux d'évaluation sanitaire menés dans le cadre du projet SAGES ;

-de contribuer à l'amélioration des stratégies de surveillance de la qualité de l'air dans les territoires antillais.

Les résultats feront l'objet de publications dans des revues internationales de premier plan dans les domaines de la chimie atmosphérique, des sciences de l'environnement ou de la santé environnementale.

Unité : CERI EE

Responsable hiérarchique : Directrice du Centre d’Enseignement, de Recherche et d’Innovation Energie Environnement (CERI EE)

Responsables fonctionnels : Alexandre TOMAS, Professeur, Directeur de thèse - Sabine CRUNAIRE, Enseignante-Chercheuse, Encadrante de thèse

Catégorie : Doctorant.e

Nature de l’emploi : Thèse de doctorat

Lieu de travail : Douai – Site Bourseul, CERI EE - Bâtiment CURIE

Contexte :

Ecole sous tutelle du ministère en charge de l’économie et des finances, et école de l’Institut Mines Télécom, les missions d’IMT Nord Europe consistent notamment à mener des recherches débouchant sur des innovations à haute valeur ajoutée ; soutenir le développement des territoires notamment en facilitant l’innovation et les créations d’entreprises. Idéalement située au carrefour de l’Europe, à 1 heure de Paris, 30 minutes de Bruxelles et 1h30 de Londres, IMT Nord Europe a l’ambition de devenir un acteur majeur des grandes transformations industrielles, numériques et environnementales du 21ème siècle en combinant, tant dans ses enseignements et que dans sa recherche, les sciences de l’ingénieur et les technologies du digital. Le CERI EE offre un environnement de travail international dans un groupe de recherche basé à Douai, une ville moyenne proche de Lille, métropole cosmopolite avec une scène culturelle florissante et une atmosphère animée.

Pour plus de détails, consulter le site internet de l’Ecole : www.imt-nord-europe.fr

Le sujet de thèse est à pourvoir au sein du CERI EE (https://recherche.imt-nord-europe.fr/energie-environnement-ceri/), dans l’axe thématique « Observations, Sources et Processus Atmosphériques » (OSPA). Les recherches menées dans OSPA portent sur la physico-chimie des espèces traces de l'air ambiant et ses domaines d'application. L'objectif est de mieux comprendre les processus de formation et de transformation des polluants atmosphériques et de proposer des solutions adaptées aux besoins de la société et des opérateurs économiques. Les thématiques centrales de l’équipe visent à une meilleure compréhension des processus physico-chimiques de formation et de réaction des polluants gazeux et particulaires et une évaluation de leur impact sur l’Homme et l’environnement.

Cette proposition de thèse s’inscrit dans le cadre des travaux de recherche menés par le CERI EE pour le projet SAGES (ANR Sargassum III), coordonné par l’INSERM et qui vise à évaluer les effets sur la santé humaine des émissions de gaz provenant de la décomposition des algues sargasses aux Antilles françaises.

Proposition de sujet de thèse

Sargasses et qualité de l'air dans les Antilles françaises : observation, caractérisation et compréhension des émissions atmosphériques en conditions réelles (ALIZÉS)

Profil du candidat : (Prérequis/ Diplôme)

Titulaire d’un diplôme de niveau Master 2 ou équivalent (Ecole d’ingénieur ou Université), spécialisation : Sciences de l’environnement, Chimie analytique ou chimie de l’atmosphère, Génie des procédés environnementaux. Les candidatures présentant des compétences à l'interface entre qualité de l'air, exposition environnementale et analyse de données seront particulièrement appréciées.

Savoir-être Savoir faire et Connaissances

• Curiosité scientifique

• Bonnes capacités d’organisation et de travail en autonomie

• Aptitude au travail en équipe et dans un contexte pluridisciplinaire

• Rigueur scientifique et capacités de synthèse

• Goût pour les activités de terrain et les déplacements

•Expérience en chimie analytique ou en instrumentation environnementale

•Intérêt marqué pour les approches expérimentales et les observations de terrain

•Bonne communication, capacités orales et écrites

•Connaissances en pollution atmosphérique, qualité de l’air, chimie atmosphérique

•Compétences en traitement et analyse de données environnementales (Python, R ou autre)

Langues :

•Maîtrise du français indispensable ;

•Bon niveau d'anglais scientifique (lecture, rédaction et présentation de résultats).

Conditions :

Le sujet de thèse est à pourvoir à compter de octobre 2026 pour une durée de 36 mois.