Développements analytiques et d’échantillonneurs passifs appliqués aux terres rares et platinoïdes : application aux systèmes aquatiques anthropisés

Analytical and passive samplers developments applied to rare earths and platinum group elements : application to anthropized aquatic systems

• Auteur / Autrice : Guillaume Trommetter
• Direction : Gabriel Billon, David Dumoulin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique, minérale, industrielle
• Date : Soutenance le 10/12/2020
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Avancé de Spectroscopie pour les Interactions, la Réactivité et l'Environnement (LASIRE)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectrométrie de masse à plasma induit par haute fréquence

Éléments traces -- Analyse

Eau -- Analyse

Environnement -- Échantillonnage

Platine, Groupe du

Terres rares

Effets de l'homme

Écologie des eaux

Mots clés libres

Gradients de diffusion en couches minces

Résumé

Les écosystèmes aquatiques sont des systèmes fragiles, vitaux pour la biosphère et cependant soumis à de nombreuses pressions anthropiques, parfois importantes. Actuellement, des méthodes fiables permettent la quantification et l’étude du devenir des éléments traces métalliques (Pb, Zn, Cd, etc.) et bon nombre de micropolluants organiques dans les eaux et les sédiments. Pour d’autres éléments comme les terres rares ou les platinoïdes, de plus en plus utilisés par l’industrie, leur quantification demeure en revanche plus complexe, voire encore incertaine du fait de leurs très faibles concentrations. Leur quantification est pratiquement impossible sans l’utilisation de techniques de préconcentration ou le développement de méthodes analytiques spécifiques pour réduire les interférences spectrales liés à des interférents présents en forte concentration dans l’environnement. Ce travail de recherche a permis (i) de quantifier précisément ces éléments par spectrométrie de masse à plasma par couplage inductif combiné à l’utilisation d’une cellule de collision/réaction en choisissant judicieusement le gaz et son flux appliqué dans la cellule ; (ii) de préconcentrer in situ puis de déterminer des concentrations variant du pg L-1 au ng L-1 pour les éléments du groupe du platine, dans des zones impactées par les activités humaines (lessivages des routes, rejets de médicaments à base de Pt), en développant des techniques d’échantillonnage passif dites « Diffusive Gradients in thin films (DGTs) » basées sur l’utilisation de deux résines différentes, et (iii) de mieux comprendre comment certains de ces éléments peuvent servir de traceurs de rejets urbains notamment liés aux stations de traitement des eaux usées contenant des rejets domestiques et hospitaliers, en complément des traceurs habituellement utilisés. Pour ce faire, la Marque Rivière a servi de site pilote pour cette étude prospective au cours d’une période d’étiage. Ces études ont permis de déterminer les concentrations actuelles des terres rares et platinoïdes dans des milieux fortement impactés par les activités humaines rendant possible le suivi de leur évolution et l’évaluation de leur potentiel impact dans le futur.

Aquatic ecosystems are fragile systems, vital for the biosphere and yet subject to numerous, sometimes significant, anthropogenic pressures. Currently, reliable methods allow the quantification and study of the fate of metallic trace elements (Pb, Zn, Cd, etc.) and many organic micropollutants in water and sediments. For other elements such as rare earths or platinum group elements, which are increasingly used by industry, their quantification remains more complex and even uncertain due to their very low concentrations. Their quantification is practically impossible without the use of preconcentration techniques or the development of specific analytical methods to reduce the spectral interferences linked to interferents present in high concentrations in the environment. This research work has allowed (i) to quantify precisely these elements by inductively coupled plasma mass spectrometry combined with the use of a collision/reaction cell by judiciously choosing the gas and its flow applied in the cell ; (ii) to preconcentrate in situ and then determine concentrations ranging from pg L-1 to ng L-1 for platinum group elements, in areas impacted by human activities (road leaching, Pt-based drug releases), by developing passive sampling techniques called ''Diffusive Gradients in thin films (DGTs)'' based on the use of two different resins, and (iii) to better understand how some of these elements can be used as tracers of urban discharges, particularly in connection with wastewater treatment plants containing domestic and hospital discharges, in addition to the tracers usually used. To this end, the Marque River served as a pilot site for this prospective study during a period of low water levels. These studies made it possible to determine the current concentrations of rare earths and platinum in environments heavily impacted by human activities, making it possible to monitor their evolution and evaluate their potential impact in the future.