Thèse soutenue

Méthodes photoniques innovantes pour l'évaluation de la contamination des écosystèmes aquatiques à travers l'analyse des sédiments

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Auteur / Autrice : Carla Pereira de Morais
Direction : Stéphane MounierDebora Milori
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie
Date : Soutenance le 03/12/2021
Etablissement(s) : Toulon en cotutelle avec Universidade de São Paulo (Brésil)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mer et Sciences (Toulon ; 2012-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut méditerranéen d'océanologie (Marseille ; Toulon ; 2012-....)
Jury : Président / Présidente : Ladislau Martin-Neto
Examinateurs / Examinatrices : Tristan Rousseau, Frederico, Fabio Mauad
Rapporteurs / Rapporteuses : Ladislau Martin-Neto, Anne Hélène Fostier

Résumé

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Les contaminants présents dans les eaux de rivière peuvent être absorbés par les matières en suspension et s'accumuler dans les sédiments. Le suivi des éléments potentiellement toxiques (PTEs) et du phosphore (P) dans les sédiments permet d'évaluer respectivement le niveau de contamination et le degré d'eutrophisation des rivières. Les techniques couramment utilisées pour la détermination des éléments dans les sédiments nécessitent la préparation d'échantillons générant des quantités considérables de résidus chimiques, de la main-d'œuvre et du temps. La spectrométrie d'émission optique à plasma induit par laser (LIBS) est une alternative pour contourner les inconvénients liés entre autre à la préparation des échantillons. La faible sensibilité de la LIBS à impulsion unique (SP) peut être augmentée en utilisant la LIBS à double impulsion (DP). Compte tenu de la complexité chimique des sédiments, la matière organique (MO) est l'un des paramètres qui doit être évalué. Le mode de mesure par matrice d'excitation-émission de fluorescence (EEM) combiné à une analyse factorielle parallèle (PARAFAC) peut être utilisé pour accéder aux informations sur la composition et l'origine de la MO extraite. Quant au quenching de fluorescence, cette technique permet de mesurer la capacité de la MO extraite à complexer ou à libérer les PTEs. La teneur en chlorophylle-a (Chl-a) dans les sédiments reflète également l'eutrophisation des rivières. Sa détermination se fait par des techniques qui nécessitent son extraction avec des solvants organiques. Ainsi, l'évaluation directe de la Chl-a dans les sédiments est idéale pour évaluer le degré d'eutrophisation des rivières. Certaines techniques innovantes basées sur la fluorescence, telles que la microscopie confocale à balayage laser (CLSM) et la spectroscopie de fluorescence induite par laser (LIFS), permettent l'analyse directe des échantillons et constituent un avantage par rapport aux extractions chimiques. Compte tenu de ce qui précède, cette étude présente le développement d'instruments et de méthodes utilisant la LIBS pour quantifier P, Cr, Cu et Ni dans les sédiments, l'utilisation des EEMs et du quenching de fluorescence pour évaluer les propriétés optiques et l’affinité vis à vis des métaus de la MO extraite des sédiments, respectivement. Les réultats sur le développement de méthodes utilisant le CLSM et la LIFS pour mesurer le Chl-a dans les sédiments afin d'évaluer la contamination des écosystèmes aquatiques sont également présentés. Les résultats ont montré que les techniques SP et DP LIBS ont un grand potentiel pour la détermination du P dans les sédiments, mais pour la détermination du Cr, Cu et Ni, il est nécessaire d'utiliser la DP LIBS en raison de sa plus grande sensibilité. Selon la quenching de fluorescence et de la fluorescence EEMs, la MO extraite des sédiments avec NaOH (EOMSed) de la rivière Piracicaba est d'origine autochtone et allochtone dérivant de la MO du sol et interagit davantage avec le Cu (II) que celle du la rivière Tiête, tandis que l'EOMSed de la rivière Tietê est principalement anthropique. La CLSM a permis de vérifier que le Chl-a a une plus grande affinité et est moins oxydé dans la fraction minérale du sédiment. Le LIFS combiné à la dérivée première des spectres s'est avéré capable de semi-quantifier la Chl-a dans les sédiments. La combinaison des méthodes développées basées sur les techniques photoniques s’avére efficace pour la surveillance des écosystèmes aquatiques.