Transferts des micro et nano-plastiques dans la zone non saturée sous les systèmes d'infiltration : expériences en laboratoire et modélisation.

PhD in micro and nano-plastics transfers in the vadose zone below infiltration systems:laboratory experiments and modelling

• Auteur / Autrice : Lizeth Cardoza pedroza
• Direction : Laurent Lassabatere
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Environnement
• Date : Inscription en doctorat le 05/12/2023
• Etablissement(s) : Vaulx-en-Velin, École nationale des travaux publics de l’État
• Ecole(s) doctorale(s) : Chimie de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LEHNA - LABORATOIRE D'ÉCOLOGIE DES HYDROSYSTÈMES NATURELS ET ANTHROPISÉS

Mots clés

Mots clés libres

Microplastiques

Nanoplastiques

Transfert

Modélisation

Essai colonnes

Microplastics

Nanoplastics

Transfer

Modelling

Column experiments

Résumé

La thèse impliquera des expériences en laboratoire sur des colonnes pour simuler le transfert de MNP dans les matériaux rencontrés sous les systèmes d'infiltration (IS). La conception expérimentale examinera les conditions contrastées suivantes : conditions non saturées versus conditions saturées (pour imiter les cycles d'humectation/séchage), injection à plusieurs débits, et transfert à travers différents types de matériaux simulant des sols, des sédiments ou des systèmes stratifiés représentatifs des systèmes d'infiltration dans la région de Lyon (France). Plus en détail, les matériaux seront mis en place dans les colonnes à une densité apparente conforme aux mesures de terrain. Les colonnes seront ensuite soumises à un écoulement constant et alimentées avec différentes solutions (traceur et les MNP étudiés). Le bromure (Br) sera utilisé comme traceur pour caractériser les modalités d'écoulement. Le modèle MIM sera utilisé pour modéliser les courbes de percée du Br afin de caractériser les fractions d'eau mobile et immobile, et les paramètres hydrodynamiques estimés. Les injections de MNP seront injectés en mode créneau pour fournir à la fois les courbes de percée (BTC) et les profils de rétention à la fin de l'expérience en colonne, ce, dans le but de caractériser l'élution à la sortie de la colonne et la rétention dans le système. La méthode des moments fournira des informations sur la réversibilité et la cinétique des mécanismes de rétention. Les deux signaux, c'est-à-dire les courbes de percée et les profils de rétention, seront modélisés avec différentes hypothèses de sorption (réversible versus irréversible, sorption instantanée versus limitée cinétiquement, etc.) sur la base des résultats d'expériences en bacths (isothermes de sorption et cinétique de sorption). La démarche globale devrait permettre l'identification des processus physiques (transport de solutés) et des mécanismes géochimiques (sorption), les équations correspondantes, ainsi que les paramètres relatifs, permettant ainsi à quiconque de modéliser le transfert de MNP dans la zone vadose dans les deux modes direct et inverse.

The thesis will involve laboratory column experiments to simulate the transfer of MNP in materials encountered below IS. The experimental design will investigate the following contrasting conditions: unsaturated versus saturated conditions (to mimic wetting/drying cycles), injection of several flow rates, and transfer through different materials simulating soils, sediments, or layered systems representative of the IS in the region of Lyon (France). In more detail, materials will be embedded in the columns at a given bulk density in accordance with field measurements. Columns will then be submitted to steady flow and fed with different solutions (tracer and the studied MNPS). Bromide (Br) will be used as a tracer to characterize flow pathways. The MIM model will be used to model Br BTCs (Breakthrough Curves) to characterize water fractionation into mobile-immobile water fractions and related hydrodynamic parameters. The injections of MNP in pulse mode will be carried out to provide both breakthrough curves (BTC) and retention profiles at the end of the column experiment to characterize the elution at the column outlet and the retention in the system. The moment method will provide insight into retention mechanism reversibility and kinetics. The two signals, i.e., BTCs and retention profiles, will be modeled with different hypotheses of sorption (reversible versus irreversible, instantaneous versus kinetically limited sorption, etc.) on the basis of the results of batch experiments (sorption isotherms and kinetics). The resulting framework is expected to provide the identification of physical processes (solute transport) and geochemical mechanisms (sorption), the corresponding equations, and related parameters, thus enabling anyone to model MNP transfer in the vadose zone under both direct and inverse model.