Complémentarité des méthodes spectroscopiques en phase solide et des modèles chimiométriques pour la quantification in situ des HAPs dans les sols.

Complementarity of spectroscopic methods in solid phase and chemometrics models for in situ quantification of PAHs in soils

• Auteur / Autrice : Tanguy Wallet
• Direction : Yves Perrette, Marine Quiers
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Chambéry
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Ingénierie Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnements, Dynamiques et Territoires de la Montagne
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Zone Critique
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Naffrechoux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Perrette, Stéphane Mounier, Olivier Devos, Kévin Jacq, Pierre Faure, Philippe Giamarchi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pierre Faure, Philippe Giamarchi

Mots clés

Mots clés libres

Sites et sols pollués (SSP)

HAPs

Spectroscopie de fluorescence induite par laser (LIF)

Chimiométrie

Diagnostic in situ

Réhabilitation environnementale

Contaminated sites and soils

PAHs

Ultraviolet laser-induced fluorescence (UV-LIF)

Chemometrics

In situ diagnosis

Environmental rehabilitation

Résumé

La pollution des sols par les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) est une problématique environnementale majeure, en raison de leur toxicité élevée et de leur persistance dans l'environnement. Cette thèse vise à développer un outil de diagnostic in situ, rapide et peu coûteux, capable de quantifier les HAPs dans les sols pollués pour faciliter les remédiations et de réhabilitations des terrains contaminés. L'objectif de cette recherche est de combiner des méthodes spectroscopiques, avec des techniques chimiométriques, pour construire des modèles prédictifs robustes. Le LIF a été choisi pour sa capacité à cibler spécifiquement les composés aromatiques, tout en permettant une analyse rapide et sensible, adéquate pour les applications sur le terrain. Ce travail inclut l'utilisation d'informations sur les sols, telles que leur composition élémentaire et leur texture, pour améliorer la précision et la robustesse des modèles prédictifs. Les résultats montrent que la distribution hétérogène des HAPs dans les sols (''effet pépite'') est possible avec les instruments développés, bien qu'elle complique les mesures spectroscopiques in situ et rende difficile l'obtention d'une prédiction précise. De plus, l'analyse des interactions entre les HAPs et les composants minéraux des sols a permis de développer des sous-modèles spécifiques aux types de sols rencontrés. Ces modèles, créés à partir de regroupements d'échantillons présentant des caractéristiques similaires (clusters), se sont révélés plus fiables et plus précis, bien que les gains soient limités, en raison du nombre restreint d'échantillons et la présence d'interférents organiques. Bien que certaines limites méthodologiques, comme la variabilité des sols et des HAPs, subsistent, les résultats obtenus sont encourageants. Ils démontrent que l'utilisation de la spectroscopie LIF couplée à des informations complémentaires sur la composition élémentaire des sols peut fournir des estimations précises des concentrations en HAPs sur le terrain. Des améliorations devraient permettre de surmonter les difficultés liées à l'hétérogénéité des sols incluant une meilleure prise en compte de leur composition et l'intégration de méthodes de conditionnement d'échantillons plus représentatives pour améliorer la précision des diagnostics environnementaux in situ.

Soil pollution by polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) is a major environmental issue due to their high toxicity and persistence in the environment. This thesis aims to develop a fast, cost-effective in situ diagnostic tool capable of quantifying PAHs in contaminated soils to support remediation and rehabilitation processes. The primary objective of this research is to combine spectroscopic methods, such as ultraviolet laser-induced fluorescence (UV-LIF), with chemometric techniques to build robust predictive models for estimating PAH concentrations in the field. UV-LIF was selected for its ability to specifically target aromatic compounds, while allowing rapid and sensitive analysis suitable for field applications. This work also incorporates information about soil composition and texture to improve the precision and robustness of the predictive models. The results show that the heterogeneous distribution of PAHs in soils, known as the ''nugget effect,'' can be captured using the developed instruments, although it complicates in situ spectroscopic measurements and makes precise predictions challenging. Additionally, analyzing the interactions between PAHs and soil mineral components led to the development of sub-models tailored to specific soil types. These models, based on clusters of samples with comparable characteristics, proved to be more reliable and accurate, although their improvement was limited by the small sample size and the presence of organic interferences. While some methodological limitations remain, such as soil variability and PAH heterogeneity, the results are promising. They suggest that LIF spectroscopy, coupled with complementary soil matrix information, can provide accurate PAH concentration estimates in the field. Future improvements, including better soil characterization and more representative sampling methods, are expected to enhance the precision of in situ environmental diagnostics.