Biodégradation des microplastiques en milieu aquatique via des piles à combustible microbiennes fongiques : un outil pour évaluer l'efficacité de la dégradation et l'état

L'objectif est d'étudier le rôle des champignons dans la biodégradation des microplastiques (MP) en milieu marin. La dégradation des MP représente un défi majeur pour la gestion de la pollution plastique. En raison de leur persistance et de leur petite taille, ces polluants échappent souvent aux méthodes de traitement traditionnelles. Les champignons, qui peuvent décomposer une variété de composés organiques et inorganiques, offrent un potentiel prometteur pour la biorestauration des MP.

Les champignons sont des organismes très adaptables que l'on trouve dans divers environnements, y compris les écosystèmes terrestres et marins, même dans des conditions extrêmes. Grâce à leur capacité enzymatique, ils peuvent produire des enzymes extracellulaires capables de fragmenter et de biodégrader des polymères plastiques complexes. Les champignons peuvent favoriser la formation de différentes liaisons chimiques dans les MP, telles que les groupes fonctionnels carbonyle, carboxyle et ester, réduisant ainsi leur hydrophobicité.

Cependant, la lenteur du processus de dégradation dans des conditions naturelles reste un obstacle majeur. L'utilisation de piles à combustible microbiennes (PCM) basées sur des champignons (PCM fongiques) pourrait stimuler cette dégradation en accélérant la formation de biofilms fongiques. Ces biofilms peuvent améliorer l'interaction des champignons avec les microplastiques et accélérer le processus de dégradation.

Une attention particulière sera accordée aux effets écotoxicologiques de la dégradation fongique des microplastiques, notamment sur les organismes aquatiques tels que les bivalves (Scrobicularia plana). En explorant ces interactions, l'objectif est de déterminer dans quelle mesure les champignons peuvent être utilisés comme agents de biorémédiation efficaces, tout en limitant les impacts négatifs sur la biodiversité aquatique.

Les résultats attendus de cette recherche pourraient offrir de nouvelles solutions écologiques pour réduire la pollution par les microplastiques et contribuer à la préservation des écosystèmes aquatiques.

Un autre aspect de la thèse portera sur la sensibilisation du public au problème de la pollution par les MP. Cet aspect est essentiel, car il peut influencer les comportements individuels en terms d'utilisation du plastique.

Le projet se déroulera en plusieurs étapes :

- Collecte et analyse des microplastiques

- Sélection et culture de souches fongiques : Identification des espèces fongiques adaptées à la dégradation des MP, culture des souches en laboratoire dans différentes conditions (aérobie/anaérobie) pour évaluer leur tolérance et leur efficacité.

- Conception et optimisation des MFC fongiques : Développement de prototypes de MFC et optimisation des conditions opératoires (pH, substrats, électrodes).

- Caractérisation des mécanismes de biodégradation : Analyse des produits de dégradation par chromatographie (GC-MS, HPLC), Identification des enzymes clés (laccases, peroxydases, hydrolases) et évaluation de leur activité, Comparaison de l'efficacité des champignons marins et d'eau douce pour déterminer les conditions optimales.

- Exposition en laboratoire de bivalves S. plana à de l'eau contaminée par des MP avant et après traitement par les piles à combustible microbiennes pendant 21 jours, et évaluation des effets écotoxicologiques à l'échelle moléculaire (dommages à l'ADN, expression des gènes).

- Modélisation de la biodégradation pour prédire l'évolution et la dégradation des MP dans différents environnements.

-Évaluation du potentiel de récupération d'énergie : Mesure du courant généré par les MFC en fonction des substrats (MPs seules vs MPs + autres sources de carbone).

-Analyse de la conversion bioélectrochimique pour évaluer l'efficacité énergétique du système, Optimisation du rendement bioélectrique par l'amélioration des électrodes et des médiateurs redox.

- Diffusion scientifique et exploitation des résultats.

L’ESAIP, Ecole d’Ingénieurs LaSalle est labellisée Etablissement d’Enseignement Supérieur Privé d’Intérêt Général (EESPIG), habilitée par la Commission des Titres d’Ingénieurs et membre de la Conférence des Grandes Ecoles (CGE). Les activités de recherche s’effectuent dans le cadre du Centre d’Etudes et de Recherche pour l’Aide à la Décision de l’ESAIP (CERADE) , en partenariat avec des laboratoires du territoire et des entreprises. Ses domaines d’expertises se décline dans le domaine de spécialisations en Informatique et Réseaux (IR) et Gestions des risques et environnement (GRE).

Avoir un diplôme de Master délivré par une université française (ou équivalent) ou un Diplôme d’ingénieur (Bac +5) avec de préférence un Diplôme d'ingénieur en sciences de l'environnement (biodiversité marine, sciences de la pollution, biochimie, électrochimie, biorestauration, écotoxicologie, microbiologie, etc.)

Niveaux langues : Français C2, Anglais C1