Caractérisation du comportement de nanoplastiques représentatifs de l'environnement dans un gradient de salinité : évaluation de leurs impacts écotoxicologiques sur les huitres de palétuviers Isognomon alatus

Characterization of environmentally representative nanoplastics behavior across a salinity gradient : assessment of their ecotoxicological impacts on flat tree oysters Isognomon alatus

• Auteur / Autrice : Zélie Venel
• Direction : Magalie Baudrimont, Julien Gigault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie et écotoxicologie
• Date : Soutenance le 16/07/2020
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Pessac, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Cachot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Magalie Baudrimont, Julien Gigault, Bruno Grassl, Catherine Mouneyrac, Mélanie Davranche
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Grassl, Catherine Mouneyrac, Mélanie Davranche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Risques écotoxicologiques

Microplastiques

Huîtres

Mots clés libres

Nanoplastiques

Gradient de salinité

Microfluidique

Ecotoxicologie aquatique

Huître de palétuvier

Diffusion dynamique de la lumière

Nanoplastics

Salinity gradient

Microfluidics

Isognomon alatus

Laser Induced Breakdown Detection

Dynamic light scattering

Résumé

La pollution mondiale des eaux de surface par les plastiques ne cesse de croitre et soulève des problèmes économiques et écologiques. D'après de récentes études, les macro-déchets plastiques marins se dégradent en microparticules puis en nanoparticules par des effets mécaniques et photochimiques. La fraction nanométrique des plastiques environnementaux est encore inconnue car cela reste un challenge analytique pour les caractériser à l'état d'ultra-trace. Ces particules sont potentiellement toxiques par leur composition, leur taille et leur forme, mais peuvent le devenir encore plus, par l'agrégation avec de la matière organique, ou bien par l'adsorption de métaux trace ou de polluants organiques à leur surface. Le comportement des nanoplastiques dans les eaux de transition comme les estuaires ou les mangroves est encore méconnu et peu étudié. Le but de cette thèse est de (i) caractériser le comportement physico-chimique de nanoparticules de plastiques modèles dans un gradient de salinité, avec une technique originale utilisant la microfluidique ; (ii) étudier l’impact écotoxicologique de ces nanoparticules sur des bivalves, avec un mode d’exposition représentatif des conditions d’exposition in situ.Des latex de polystyrène, ainsi que des nanoplastiques mécaniquement vieillis provenant soit de pellets de polystyrène, soit de macroplastiques prélevés sur des plages de Guadeloupe (polyéthylène, polypropylène), ont été soumis à un gradient de salinité dans des conditions dynamiques à l'intérieur de micro-puces. Les résultats ont été comparés à ceux des protocoles classiques qui consistent à disperser des nanosphères standards dans un milieu salin homogène en condition statique. Les tailles, concentrations, morphologies et stabilité de ces nanoparticules, ont été mesurées en fonction des conditions physico-chimiques du milieu.L'impact écotoxicologique des nanoplastiques modèles, dispersés via un gradient de salinité, a ensuite été étudié sur des huitres des palétuviers : Isognomon alatus. Les expositions ont été réalisées par voie directe à des concentrations environnementales. Différents marqueurs tels que la production de métallothionéines et l’expression précoce des gènes ont été utilisées pour évaluer la toxicité des nanoplastiques. Cette thèse a également permis le développement d’un des instruments les plus sensibles pour l'analyse de nanoparticules à l'état d'ultra-traces : la détection de plasmas induits par laser (LIBD). Ces travaux mettent en évidence l’impact des gradients de salinité sur le comportement des nanoplastiques et leur importance dans l’évaluation de la toxicité sur les bivalves lors de la transition eau douce-eau de mer.

Plastic pollution of surface water is constantly increasing and raises economic and ecological problems. According to recent studies, marine plastic debris breaks down into microparticles and nanoparticles by mechanical and photochemical processes. The nanometric fraction of environmental plastics is still unknown because there are still analytical challenges to characterize nanoparticles at trace concentrations. These particles are potentially toxic due to their composition, size and shape, but can become even more toxic, by aggregation with organic matter, or by surface adsorption of trace metals or organic contaminants. Up to date, there is limited studies about behavior of nanoplastics in transitional waters such as estuaries and mangroves. The aim of this thesis is to (i) characterize physico-chemical behavior of nanoplastic models in a salinity gradient, with an innovative methodology using microfluidics; (ii) study the ecotoxicological impact of these nanoparticles on bivalves, with an exposure representative of in situ conditions.Polystyrene latex, as well as mechanically aged nanoplastics from either pristine polystyrene pellets or from macro-plastics sampled on Guadeloupe beaches (polyethylene, polypropylene), were dispersed across a salinity gradient under dynamic conditions inside a microchip. Results were compared with conventional protocols i.e. dispersing standard nanospheres in a homogeneous saline medium under static conditions. Sizes, concentrations, morphologies, compositions and stability of these nanoparticles were measured as a function of the physicochemical conditions of the medium. Then, the ecotoxicological impact of model nanoplastics dispersed via a salinity gradient was studied on flat tree oysters: Isognomon alatus. Exposures were carried out by direct route at environmental concentrations. Different markers such as metallothionein production and early gene expression have been used to assess the toxicity of nanoplastics. This thesis also allowed the development of one of the most sensitive instruments for the analysis of nanoparticles at ultra-trace concentration: the Laser Induced Breakdown Detection (LIBD). This work highlights the impact of salinity gradients on the behavior of nanoplastics and its importance in the toxicity assessment on bivalves during the transition from freshwater to seawater.