Contexte socio-économique et scientifique

La production et l’utilisation croissante de plastiques par toutes les activités humaines (alimentation, automobile, médecine, transport, textile…) génère un rejet massif de débris plastiques dans l’environnement pouvant avoir un effet néfaste sur les écosystèmes marins et continentaux. Qu’ils soient d’une origine pétrosourcée ou biosourcée (potentiellement biodégradables), les débris plastiques se retrouvent dans les divers réservoirs des écosystèmes : les océans, les glaces, les eaux de surface, les sols, l’atmosphère, les organismes. Ces débris plastiques peuvent être visibles (souvent de taille macro- (MAP) et micrométrique, MP) ou nanométrique (nanoplastiques, NP).
Leur présence avérée et leur quantification dans les sols est récente, et demandent (1) une meilleure identification et caractérisation de cette pollution dans les sols, ainsi que (2) la détermination des sources et trajectoires potentielles des plastiques via l’utilisation d’un multi-traçage élémentaire et isotopique spécifique à ces contaminants au cycle de vie complexe.

Hypothèses et questions scientifiques

Actuellement, une question fondamentale forte repose sur la capacité de tracer les débris plastiques durant leur cycle de vie dans un milieu complexe polyphasé, formé de molécules organiques et minérales pouvant interagir avec ces débris plastiques. Cette capacité à tracer les plastiques reste un verrou majeur dans la problématique de la « plastisphère ». Il faut aussi :
– Etre en mesure d’isoler les phases cibles pour les analyser.
– Travailler sur des phases s’inscrivant dans un continuum gradatif de taille car si la pollution plastique concerne des gros débris caractérisés de MAP (> 5 mm), elle concerne aussi des phases plus petites issues de la dégradation des premières : les microplastiques (MP < 5 mm) et les nanoplastiques (NP < 1000 nm) (Gigault et al., 2018).
– Développer une méthodologie relative à la mise au point du multi-traçage élémentaire et isotopique le plus pertinent est également l’un des verrous majeurs que cette thèse entend contribuer à faire sauter.

Principales étapes de la thèse et démarche

La démarche choisie est triple, basée sur :
(a) des suivis de sites naturels témoins pollués en plastiques (sols agricoles contaminés en déchets plastiques depuis plusieurs décennies). Cette étape nécessite le prélèvement, l’extraction et la caractérisation de débris plastiques du mm au nm dans des parcelles de sols agricoles contaminés en déchets plastiques depuis plusieurs décennies et qui constituent un site d’étude exceptionnel et unique en Europe. La variabilité spatiale sera aussi étudiée.
(b) des études expérimentales en conditions contrôlées d’interactions entre des solutions, des minéraux, des phases organiques y inclus des contaminants plastiques mimant la dynamique potentielle des contaminants plastiques dans les sols.
Les plastiques seront extraits selon leur taille après extraction des sols naturels ou expérimentaux et leur évolution chimique et isotopique des plastiques dans les sols sera étudiée à l’aide des concentrations élémentaires des métaux traces et la composition isotopique de certains éléments (C, Fe, Ni, Sr et Pb).
(c) le développement de traceurs isotopiques : comprendre la réactivité des traceurs isotopiques (C, Ni, Pb) à la dégradation physique et chimique des plastiques, permettant d’identifier les mécanismes opérant et/ou des sous-produits de dégradation des plastiques.

Approches méthodologiques et techniques envisagées

• Caractérisation chimique, moléculaire et isotopique des plastiques
• Etude de terrain : les plastiques dans les sols
• Expérimentations de colonnes de sols en laboratoire

Compétences scientifiques et techniques requises pour le candidat

Le candidat devra disposer de solides compétences en Géochimie ou Chimie environnementale avec si possible une bonne connaissance des fractionnements isotopiques et des processus susceptibles de les modifier dans les sols et les eaux. Une expérience en chimie des polymères serait également particulièrement appréciée.
Des compétences analytiques dans les techniques d’analyse envisagées et un intérêt pour l’expérimentation en conditions contrôlées aux interfaces Eau/Sol et la compréhension des processus y régnant seraient un atout.

Encadrement

• Anne-Catherine Pierson-Wickmann, Maître de Conférences HDR, Univ. Rennes – Géosciences Rennes. Géochimie magmatique : anne-catherine.pierson-wickmann@univ-rennes1.fr. Tél : 02 23 23 32 27
• Aline Dia, Directrice de recherche CNRS, Univ. Rennes – Géosciences Rennes. Géochimie isotopique : aline.dia@univ-rennes1.fr. Tél : 02 23 23 56 50

Comment candidater
Concours de l’Ecole Doctorale EGAAL
https://theses.doctorat-bretagneloire.fr/egaal/campagne-2023

Date limite de candidature : 25 mai 2023

Sujet en français : https://theses.doctorat-bretagneloire.fr/egaal/campagne-2023/l2019analyse-isotopique-peut-elle-tracer/@@download/pdf_fr/Pierson-Wickmann_Ge%CC%81osciences%20Rennes_ASTRAS_FR-1.pdf
Sujet en anglais : https://theses.doctorat-bretagneloire.fr/egaal/campagne-2023/l2019analyse-isotopique-peut-elle-tracer/@@download/pdf_en/Pierson-Wickmann_G%C3%A9osciences%20Rennes_ASTRAS_EN.pdf
Site pour candidater : https://theses.doctorat-bretagneloire.fr/egaal/campagne-2023/l2019analyse-isotopique-peut-elle-tracer/++add++Candidate