Identification, production et caractérisation de nanoplastiques environnementaux par l'utilisation d'outils géochimiques & de nanométrologie

Le jury se compose de :

Rapporteurs

Géraldine SARRET, Directrice de recherche (CNRS), ISTerre, Université Grenoble Alpes
Mohammed BAALOUSHA, Maître de conférences, PHRC, University of South Carolina

Examinateurs

Aline DIA, Directrice de recherche, Géosciences Rennes, Université Rennes 1
Mark R. WIESNER, Professeur, Civil & Envionmental Engineering, Duke University

Directeurs de thèse

Julien GIGAULT, Chargé de recherche (CNRS), TAKUVIK, Université de Laval
Mélanie DAVRANCHE, Professeure, Géosciences Rennes, Université Rennes 1

Mots clés : Nanoplastiques, identification, caractérisation, interactions métal-NPs, modélisation

Résumé :

L’utilisation des plastiques s’est accompagnée d’un rejet massif de déchets plastiques dans l’environnement. Leur altération par photo-oxydation produit des nanoplastiques (NPs) dont les caractéristiques et les propriétés en font des vecteurs potentiellement importants de métaux. Etant difficiles à échantillonner dans l’environnement, leur étude a été jusqu’à présent réalisée à l’aide de modèle non représentatifs de l’environnement. Il est donc primordial de produire des modèles de NPs plus pertinents afin de mieux appréhender leur comportement et leur impact sur les polluants métalliques.

La Py-GCMS permet d’identifier les NPs de polypropylène en présence de matière organique comme dans les matrices environnementales. L’abrasion mécanique des couches d’altération des plastiques photo-oxydés dans l’environnement, nous a permis de produire un modèle plus représentatif.

Ces modèles de NPs présentent à leur surface des fonctions capables de complexer les métaux et de contrôler leur stabilité colloïdale. L’utilisation des terres rares et la modélisation thermodynamique, nous a permis de démontrer que l’adsorption des métaux est contrôlée par la formation de complexes mono ou bidentés avec les sites carboxyliques de surface. La formation des complexes mono ou bidentés dépend de la valence des métaux étudiés et des conditions physicochimiques du milieu. Plus globalement, la réactivité des NPs dépend de leur état d’oxydation qui contrôle leur densité de site de surface.

De par leurs propriétés de sorption, les NPs peuvent être des acteurs clés de la dynamique des métaux dans des zones polluées par les plastiques comme par exemple: les sols agricoles amendés en déchets plastiques et les décharges.

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“Identification, production and characterization of environmental nanoplastics using geochemical and nanometrology tools”

Reviewers

Géraldine SARRET, Research Scientist (CNRS), ISTerre, Université Grenoble Alpes
Mohammed BAALOUSHA, Associate Professor, PHRC, University of South Carolina

Examiners

Aline DIA, Research director, Géosciences Rennes, Université Rennes 1
Mark R. WIESNER, Professor, Civil & Envionmental Engineering, Duke University

Supervisors

Julien GIGAULT, Research Scientist (CNRS), TAKUVIK, Université de Laval
Mélanie DAVRANCHE, Professor, Géosciences Rennes, Université Rennes 1

Key-words: Nanoplastics, identification, characterization, metal-NPs interactions, modeling

Abstract:

The use of plastics has been accompanied by a massive release of plastic waste into the environment. Their alteration by photo-oxidation produces nanoplastics (NPs), whose characteristics and properties make them potentially important metal vectors. Being difficult to sample in the environment, their study has been carried out with models not representative of environmental NPs. It is therefore essential to produce more relevant NPs models in order to better understand their behavior and impact on metal pollutants.

Py-GCMS allows the identification of polypropylene nanoparticles in the presence of organic matter as in environmental matrices. The mechanical abrasion of the weathering layers of photo-oxidized plastics in the environment allowed us to produce a more representative model.

These NPs models present on their surface functions complexing metals and controlling their colloidal stability. The use of rare earths and thermodynamic modeling, allowed us to demonstrate that the metal adsorption of metals is controlled by the formation of mono- or bidentate complexes with the surface carboxylic sites. The formation of mono- or bidentate complexes depends on the valence of the metals studied and the physicochemical conditions of the medium. More globally, the reactivity of NPs depends on their oxidation state which controls their surface site density. Due to their sorption properties, NPs can be key players in the dynamics of metals in areas polluted by plastics such as: agricultural soils amended with plastic waste and landfills.