Le laboratoire des Géo-Hydrosystèmes continentaux recherche un candidat pour une thèse intitulé « Dégradation environnementale des polymères plastiques : impact sur la production de gaz à effet de serre et de molécules hydrosolubles polluantes de l’environnement aquatique »
Résumé du projet de thèse :
Les émissions des matières plastiques constituent une préoccupation grandissante des communautés scientifiques internationales s’intéressant à la contamination des milieux naturelles, au regard de leur présence ubiquiste et l’importance croissante de ces matériaux dans la vie quotidienne. A titre d’exemple, nombreuses études aujourd’hui s’intéressent à la dissémination des microplastiques (MP) à la surface des océans et leurs impacts sur la santé de la faune marine. Mais les impacts de cette pollution ne touchent pas uniquement le domaine marin, comme le révèle une étude de Nizetto et al. (2016) montrant l’influence des épandages de boues de traitement des eaux usées comme amendement utilisé dans l’agriculture et affirment que les quantités de microplastiques épandues annuellement en Europe et aux États-Unis, seraient supérieures au total des quantités de plastique actuellement estimées dans les océans.
S’agissant des substances émises par les matières plastiques au cours de leur dégradation, leurs impacts environnementaux sont encore très peu étudiés. Les premières études se sont d’abord intéressées aux applications médicales dès lors que les Phtalates contenus dans les PVC ont été suspectés de perturber les fonctions endocriniennes. Au début des années 1980, une première étude (Kevy and Jacobson, 1982) présente la quantification du Phtalates de di-2-éthylhexyle (DEHP) libéré dans les poches de conservation du sang fabriquées avec du PVC. Cette étude met en évidence la contamination de ces poches par du DEHP à des concentrations comprises entre 3,2 µg/mL et 5 µg/mL pour un temps de contact de 3 heures à peine.
Les émissions issues de la dégradation des plastiques intéressent d’autre champ d’application, comme le stockage des déchets nucléaires. Les programmes lancés dans ce domaine d’activité s’intéressaient à la quantification des dégagements gazeux émis au cours de la dégradation des polymères par radiolyse. Ces programmes ont permis de fournir des rendements de dégradation spécifiques à plusieurs polymères tels que la cellulose, le PVC, le PE, … (Kosiewicz et al., 1980). Depuis les années 1990, de nouvelles études ont mis en évidence un autre type de molécules pouvant être libérées par dégradation des déchets organiques. Il s’agissait de produits de dégradation hydrosolubles (PDH), tout d’abord détectés au cours de l’hydrolyse de la cellulose dans des solutions alcalines (Van loon et Glauss 1997 ; Glauss et Van Loon 2008). La libération des PDH est susceptible de favoriser la dissémination des métaux traces qui pourraient être relargués à partir de matrices polluées en produisant des complexes organométalliques stables. Les premières mesures réalisées par Bourbon et Toulhoat (1996) montrent que l’acide isosaccharinique, produit de dégradation de la cellulose par hydrolyse augmente la solubilité d’oxydes/hydroxydes de Cu, Co, Sm et Eu de 4 à 7 ordres de grandeur. Ce type d’études a été étendu par la suite aux produits de dégradation du polyuréthane (Fromentin, 2017) et du PVC (Baston et al., 2017).
Dans le domaine environnemental, il existe à ce jour très peu de travaux portant sur les émissions des produits de dégradation des plastiques. S’agissant des émissions gazeuses, on note l’étude de Royer et al., 2018 portant sur ce sujet. Cette récente étude démontrent grâce à une expéri-mentation de photolyse au laboratoire la contribution de la dégradation du polyéthylène à l’augmentation de la concentration des gaz à effet de serre (méthane et éthylène) dans l’atmosphère. S’agissant des molécules contaminantes libérées en solution, Teuten et al. (2009) reportent le cas du bisphénol-A et des Phtalates, analysés dans les effluents de décharge. Les expériences réalisées par Paluselli et al. (2018), confirment la libération de Phtalates au bout de 90 jours d’incubation d’échantillons de PVC dans de l’eau de mer. Ce type d’étude reste aujourd’hui encore exceptionnel.
Beaucoup reste à faire sur le milieu naturel et notamment fluviatile. Le projet que nous abordant intégrant cette thèse va nous permettre de faire un premier bilan de l’état de contamination microplastiques du géohydrosystème Loire dans son ensemble. Le but est dans un premier temps d’analyser et de quantifier la part de chacun des principaux polymères plastiques dominant, et d’évaluer ensuite la part de la dégradation de ces matériaux dans la production des gaz à effet de serre et de molécules (Hydrocarbures, Phtalates, produits chlorés et PDH) potentiellement polluantes. Cette dernière étape nécessitera préalablement une expérimentation au laboratoire de l’effet de ces dégradations combinant la photolyse et l’hydrolyse dans la production des gaz et des molécules polluantes. L’idée est de se rapprocher des conditions de dégradation rencontrées dans le cas d’un transport des matières plastiques dans les cours d’eau en général et d’évaluer leur conséquence sur la contamination du milieu d’un point de vue particulaire et moléculaire (gazeuses et en solution). De ce fait la thèse concernera les deux premier verrous à lever du projet :
1- Un verrou analytique consistant à mettre au point une méthode rapide et efficace dans le suivi analytique des polymères plastiques les plus représentatifs et de leurs produits de transformation dans l’environnement. Ce travail sera réalisé en amont pour harmoniser les méthodes de caractérisation utilisé dans le projet.
2- Un verrou expérimental consistant à modéliser in vitro la dégradation environnementale des polymères plastiques par hydrolyse et photolyse en se rapprochant le plus possible des conditions naturelles. Les produits de dégradation gazeux et solubles seront quantifié. Ceci dans le but d’évaluer le plus précisément possible la participation à l’effet de serre des gaz produits et l’apport de molécules organiques hydrosolubles polluantes comme les Phtalates et les produits chlorés tout deux considérés depuis plusieurs années comme des perturbateurs endocriniens. Cette thèse sera basé sur une démarche laboratoire pour réaliser les expériences de dégradation sur divers polymères plastiques dont les plus courents d’entre eux les PE et les PVC par photolyse UV et hydrolyse sous différentes conditions physicochimiques à sec et en condition d’hydrolyse. Des essais de biodégradation seront également réalisés avant et après photolyse et hydrolyse. Un bilan géochimique sera dréssé aussi bien sur les solides avant et après dégradation pour apprécier leur degré d’évolution diagénétique que sur les produits moléculaires libérés au cours des expérimentations in-vitro de la dégradation.
Modalité de candidature :
Les modalités de candidature (ainsi que les détails du sujet) sont décrits sur le site ADUM : https://www.adum.fr/as/ed/voirproposition.pl?site=adumR&matricule_prop=41156
