Détection chimique des explosifs artisanaux et de leurs précurseurs dans les réseaux d’eaux usées.

Chemical detection of homemade explosives and their precursors in wastewater systems.

• Auteur / Autrice : Pierre Michel
• Direction : Jean-Luc Boudenne, Bruno Coulomb
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement: Chimie
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de l'Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LCE - Laboratoire Chimie Environnement
• Jury : Président / Présidente : Emmanuelle Vulliet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Luc Boudenne, Aurore Zalouk-vergnoux, Sopheak Net-david-buytaert, Edwin Palacio, Bruno Coulomb
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Aurore Zalouk-vergnoux, Emmanuelle Vulliet

Mots clés

Mots clés libres

Explosifs

Detection

Précurseurs

Automatisation

Eaux usées

Spectroscopie

Explosives

Detection

Automation

Precursors

Wastewater

Spectroscopy

Résumé

Depuis les années 2000, la prolifération d’attaques terroristes utilisant les explosifs artisanaux, en particulier ceux à base de peroxyde, constitue une menace importante pour la sécurité publique et nationale. Ce sujet de recherche répond au besoin urgent de recherche de méthodes de détection avancées en se concentrant sur l'identification et la quantification de ces explosifs et de leurs précurseurs avant passage à l’acte par le biais de la matrice des eaux usées. Ces enjeux majeurs ont grandement suscité l’intérêt de l’acteur majeur de la recherche défense : l’Agence de l’Innovation de Défense – AID, branche de recherche du ministère des armées et a permis une collaboration avec l’UMR CNRS 7376 afin de répondre aux objectifs majeurs de ce sujet de thèse. L’analyse en ligne des réseaux d’eaux usées par un analyseur in-situ, sensible, miniature permettra la détection précoce des rejets des laboratoires clandestins terroristes. La multiplication de cet analyseur sur des points stratégiques du maillage des eaux usées permettra de faciliter la localisation par les forces de l’ordre de ces laboratoires clandestins par réduction du périmètre de recherche. La première étape de ce travail de recherche a été d’établir un état de l’art critique des méthodologies existantes, identifiant leurs limites et proposant des stratégies innovantes ou d’optimisations adaptées aux spécificités du projet. Les objectifs majeurs de la thèse visent à lever les verrous scientifiques du projet, liés à la détection sensible, sélective et miniaturisable des précurseurs des explosifs par dérivation dans la matrice des eaux usées. Les molécules cibles (précurseurs ou molécules dérivées) seront préconcentrés par extraction en phase solide (SPE) afin d’éliminer les interférences et d’améliorer la sensibilité des méthodes. Une étude sur la transformation des molécules d’explosifs artisanaux été menée afin de les quantifier par dérivation des produits de dégradations. Le dernier objectif de la thèse étant la conception préliminaire d’un prototype laboratoire d’analyseur en ligne afin de montrer la possibilité de l’automatisation des méthodes chimiques développées ainsi que ses paramétrages et ses performances. La finalité de cette thèse vise à proposer le développement analytique d’un couplage automatisé de la détection et de la préparation de l’échantillons afin de quantifier les molécules cibles de l’étude dans la matrice d’étude en répondant au cahier des charges du projet.

Since the 2000s, the proliferation of terrorist attacks using homemade explosives, particularly those based on peroxide, has posed a major threat to public and national security. This research topic responds to the urgent need for advanced detection methods, focusing on the identification and quantification of these explosives and their precursors prior to the act, using the wastewater matrix. These major challenges have attracted the interest of a major player in defense research, the Agence de l'Innovation de Défense - AID, the research arm of the French Ministry of Defence, and led to collaboration with UMR CNRS 7376 in order to meet the major objectives of this thesis topic. On-line analysis of wastewater networks using a sensitive, miniature, in-situ analyzer will enable early detection of discharges from terrorist clandestine laboratories. The multiplication of this analyzer at strategic points in the wastewater network will make it easier for law enforcement agencies to locate these clandestine laboratories by reducing the search perimeter. The research begins with a critical review of existing methodologies, identifying their limitations and proposing innovative strategies or optimizations adapted to the specificities of the project. The major objectives of the thesis are to overcome the project's scientific and chemical barriers, i.e. the sensitive, selective and miniaturizable detection of explosives precursors by bypassing the wastewater matrix. The target molecules (precursors or derived molecules) will be pre-concentrated by solid phase extraction (SPE) in order to clean up the analyte and improve the sensitivity of the methods. A study of transformation of homemade explosives molecules was also carried out, in order to quantify them by derivation of their degradation products. The final objective of the thesis was the preliminary design of a laboratory prototype of the on-line analyzer, to demonstrate the possibility of automating the chemical methods developed, as well as their parameterization and performance. The final aim of this thesis is to propose the analytical development of an automated coupling of detection and sample preparation in order to quantify the target molecules of the study in the study matrix, meeting the project specifications.