Thèse soutenue

Développement d'outils de chimiométrie pour le suivi de contamination aux composés aromatiques polycycliques dans des matrices environnementales complexes

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Auteur / Autrice : Merzouk Haouchine
Direction : Pierre FaureMarc Offroy
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Géosciences
Date : Soutenance le 04/10/2023
Etablissement(s) : Université de Lorraine
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine ; 2018-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements Continentaux (Vandoeuvre-lès-Nancy)
Jury : Président / Présidente : Véronique Sadtler
Examinateurs / Examinatrices : Pierre Faure, Marc Offroy, Ludovic Duponchel, Edith Parlanti, Xavier Luciani
Rapporteurs / Rapporteuses : Ludovic Duponchel, Edith Parlanti

Résumé

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En Europe, 332 500 sites sont contaminés par des composés aromatiques polycycliques (CAP) incluant des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). Ces CAP représentent plusieurs centaines de molécules et présentent des propriétés toxiques, mutagènes et cancérigènes avérées. A l'heure actuelle, seuls 16 HAP sont suivis pour le diagnostic et le monitoring de sites contaminés car listés comme polluants prioritaires par l'US-EPA. Néanmoins, cette vision restrictive n'est pas représentative de la globalité de la contamination qui peut être décrite comme un continuum à l'échelle moléculaire, allant de composés simples de deux à sept noyaux aromatiques à des macromolécules de structures plus complexes. Soumis à différents processus de transformation au cours des phénomènes d'atténuation naturelle ou en contexte de traitements de remédiation (biodégradation, oxydation chimique), la nature de la pollution évolue. Seule une caractérisation la plus exhaustive possible de la contamination couplée à un traitement numérique adapté des données générées permettra de comprendre une telle évolution. L'objectif de cette thèse sera donc de mettre au point et d'appliquer plusieurs approches de chimiométrie pour caractériser des matrices environnementales complexes contenant des CAP. La chimiométrie est une discipline issue des mathématiques ayant pour but d'extraire le maximum d'information afin d'acquérir une interprétation plus complète d'échantillons analysés lors d'études en physico-chimie. Pour ce faire, plusieurs techniques analytiques vont être utilisées pour caractériser des extraits organiques de matrices contaminées (sols) : la fluorescence 3D, la spectroscopie UV-Visinle, le Raman et la chromatographie en phase gaz couplée à de la spectrométrie de masse. Parmi les nombreuses méthodes mathématiques développées en chimiométrie, les méthodes d'analyses multivariées ont déjà mis en évidence leur potentialité sur les différentes techniques analytiques précédemment citées (e.g. PARAFAC, MCR-ALS, etc. , ). Néanmoins, l'une des difficultés quant à leur emploi réside dans la nature même de l'échantillon analysé. En effet, des « effets » indésirables peuvent apparaître sur les différents signaux de ces appareils (e.g. déviation de ligne de base, influence de l'eau, effets d'échauffement, recouvrement spectrale, décalage des temps de rétention, etc.). Ce travail de thèse s'appuiera sur (i) des jeux de données déjà existantes au laboratoire de géochimie organique pour lesquels les informations (sources et/ou processus) sont connus afin de tester l'efficacité des traitements de chimiométrie développés et sur (ii) de nouveaux jeux de données pour permettre d'appliquer la méthodologie développée en condition réelle. La stratégie employée portera sur plusieurs axes pluridisciplinaires. Tout d'abord, il faudra se focaliser sur les meilleurs prétraitements mathématiques à appliquer suivant la technique instrumentale utilisée. Ensuite, les résolutions multivariées du type MCR-ALS et PARAFAC seront testées de manière indépendante pour chacun des jeux de données issues de ces différents appareils. Ce travail permettra de donner des éléments de réponse quant à la caractérisation d'espèces de CAP purs ou en mélange présents dans des matrices environnementales complexes, mais également de comprendre leur évolution au cours du temps (nature des produits transformés et/ou générés, mécanismes mis en jeu et influence des paramètres.