Comportement et devenir environnemental des nanoplastiques : quels processus physico-chimiques ?

Environmental fate and behavior of nanoplastics : Implication of physico-chemical processes

• Auteur / Autrice : Alice Pradel
• Direction : Julien Gigault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'environnement
• Date : Soutenance le 25/11/2021
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Mélanie Davranche
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohammed Ahmed Baalousha, Aline Dia
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Denise M. Mitrano, Mark R. Wiesner

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microplastiques

Risques écotoxicologiques

Matière organique

Transport

Colloïdes

Contamination

Mots clés libres

Contamination

Colloïde

Transport

Transfert

Matière organique

Contamination

Colloid

Transport

Transfer

Organic Matter

Résumé

Résumé : Les plastiques sont le troisième matériau le plus produit sur Terre et une importante fraction (>25%) se retrouve dans l'environnement. Pour évaluer les risques liés aux débris plastiques, il est nécessaire de comprendre les sources, et les mécanismes de transport et d’accumulation des débris plastiques dans l'environnement. Ceci s'avère difficile car le plastique se dégrade en particules qui sont trop petites pour être échantillonnées et quantifiées. En particulier, les nanoplastiques (< 1 μm), qui sont des particules colloïdales, pourraient constituer une fraction importante du budget global de débris plastiques. L’objectif de ce travail est d’examiner les possibles lieux d’accumulation des nanoplastiques en étudiant des processus physicochimiques lors d’expérimentations. Une attention particulière a été accordée à la pertinence environnementale des modèles de nanoplastiques utilisés. D'abord, l'agrégation des nanoplastiques est étudiée car c’est un processus clé dans le transport des colloïdes. Ensuite, ce travail se focalise sur le transfert des nanoplastiques à travers deux interfaces environnementales. Celles-ci présentent des gradients physico-chimiques soupçonnés de contrôler le devenir des nanoplastiques : les milieux poreux (qui représentent des sols, sédiments et aquifères) et l'interface entre l'eau salée et la glace (qui représente l’interface eau de mer/banquise). Cette étude montre que les différents comportements des nanoplastiques modèles sont principalement attribuables à leurs tailles, formes et propriétés de surface qui influencent leurs comportements hydrodynamiques et leurs énergies d’interaction.

Abstract : Plastics are the third most-produced material on Earth and a significant proportion (>25%) ends up in the environment. To elucidate the risks that this contamination can cause, it is necessary to track the sources, transport pathways, and sinks of plastic debris in the environment. This has proven difficult since plastic degrades into particles that are too small to sample and quantify. In particular, nanoplastics (<1μm), which are colloidal particles, could form a substantial fraction of the global budget of plastic debris. Therefore, the goal of this was to investigate where nanoplastics may accumulate, by studying physicochemical processes in lab experiments. Throughout this work, special attention has been devoted to the environmental relevance of the nanoplastic models used. First, nanoplastics’ aggregation dynamics was investigated since it impacts downstream transport processes. Then, this work studied nanoplastics' transfer through two environmental interfaces. These have physicochemical gradients suspected to control nanoplastics’ fate: porous media (as a proxy for soils, sediments and aquifers) and the interface between saltwater and ice (as a proxy for seawater/sea ice interfaces). This study shows that the different behaviors of the nanoplastic model are attributable to their sizes, shapes and surface properties that modify their hydrodynamic behaviors and interaction energies.