Quantification de contaminants organiques et métalliques

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Edité le 15/05/2019

Titre de la thèse: Vers une nouvelle méthode rapide de quantification de Contaminants Organiques et Métalliques par imagerie HYperspectrale dans des matrices environnementales compleXes

Directeurs de thèse: Dr Florence Koltalo

Laboratoire d'accueil: UMR CNRS 6014 COBRA - Université de Rouen Normandie

Lieu de la thèse: IUT Evreux, 55 rue Saint Germain 27000 Evreux

Contexte de la thèse:

Les quantités de contaminants accumulés dans les sédiments depuis plusieurs dizaines d'années sont complexes à évaluer. Actuellement, les analyses quantitatives de polluants organiques persistants (POPs) et d'éléments traces (ETs) dans les sédiments se font par des méthodes destructives qui utilisent une relativement grande quantité de matière et le temps nécessaire à l'analyse peut durer plusieurs semaines. Par ailleurs, ces techniques offrent une résolution centimétrique des carottes sédimentaires. L'imagerie hyperspectrale dans le spectre du visible et le proche infra-rouge (Vis-NIR) est une nouvelle technique qui permet d'analyser les carottes de sédiments sans destruction du matériau, à très haute résolution (micrométrique) et sans préparation d'échantillon, donc de manière très rapide. Cette technique demande encore des développements technologiques et méthodologiques pour caractériser la signature spécifique des contaminants dans des matériaux sédimentaires hétérogènes. L'objet de la thèse est donc de valider des méthodes de détermination de contaminants cibles (organiques et inorganiques) présents dans des carottes sédimentaires par imagerie hyperspectrale en les comparant aux méthodes plus classiques d'analyses chromatographiques ou d'ICP.

Les contaminants recherchés dans cette étude seront des hydrocarbures aliphatiques et aromatiques (BTEX, HAP) et des ETs (Cd, As…). Les hydrocarbures présents dans les matrices particulaires pourront être analysés suite à une étape d'extraction assistée par micro-ondes (MAE). Cependant, une autre méthode d'extraction sera testée : la thermodésorption (TD), plus rapide et n'utilisant pas de solvants. Les contaminants seront ensuite séparés par chromatographie en phase gazeuse (GC) et identifiés/quantifiés par couplage à la spectrométrie de masse en tandem (MS/MS). L'analyse des ETs se fera par minéralisation assistée par micro-ondes puis quantification par ICP-MS. L'imagerie hyperspectrale consistera, quant à elle, à mesurer la réflectance du matériau contenant les contaminants cibles en fonction de la longueur d'onde, émise dans le domaine du visible et du proche infra-rouge (NIR). La réflectance ensuite captée par une caméra hyperspectrale peut donner une image en trois dimensions, dont le signal devra être traité informatiquement. L'objectif sera alors de reconnaitre la signature spectrale des contaminants ciblés après traitement du signal. Il s'agira alors d'établir des indices spécifiques aux contaminants recherchés qui permettront de les identifier et de les quantifier, les indices choisis devant être peu sensibles aux changements de matrice sédimentaire. Bien que des études aient porté sur les effets des propriétés de la matrice (teneur en eau, en matière organique, granulométrie…), aucune étude n'a entrepris de tester les effets conjugués de ces propriétés. Par conséquent, une expérimentation (sous forme de plans d'expériences) de ces paramètres de matrice sera nécessaire pour développer une analyse rapide des carottes sédimentaires par imagerie hyperspectrale.

Finalement, les résultats des analyses effectuées par TD-GC-MS/MS ou ICP-MS et par imagerie hyperspectrale seront comparés, tant au niveau de sédiments modèles reconstitués qu'à celui de matrices naturellement contaminées, afin de dégager les avantages et inconvénients des différentes méthodologies d'analyse. A ce stade, nous pourrons dire si l'imagerie hyperspectrale permet de reconstruire une chronique de contaminants dans une séquence sédimentaire composite.

 

MOTS CLES: Polluants organiques, éléments traces, GC-MS, ICP, spectroscopie IR, sédiments.

Profil du candidat:

Le candidat devra être titulaire d'un Master 2 de chimie analytique, spécialisé dans les techniques spectroscopiques et en sciences séparatives. Il devra également avoir de solides connaissances dans le domaine de la chimie environnementale. Un stage déjà réalisé dans le domaine de l'analyse de matrices environnementales sera un plus. Le candidat devra posséder un solide goût pour l'expérimentation en laboratoire mais aussi de bonnes connaissances en informatique, et également avoir de très bonnes qualités rédactionnelles, un bon niveau d'anglais, un esprit curieux et d'équipe.



Adresser un CV, une lettre de motivation et les relevés de notes de Master 1 et Master 2 (1er semestre).

Laboratoires d'accueil: 

La thèse se déroulera dans deux laboratoires de l'Université de Rouen (Normandie): Le laboratoire COBRA UMR CNRS 6014, sur le site de l'IUT d'Evreux principalement (Eure); et le laboratoire M2C UMR CNRS 6143, sur le site de Mont Saint Aignan (Seine Maritime).
Les analyses chimiques des polluants sédimentaires et de l'eau se feront au laboratoire COBRA sur le site d'Evreux mais également sur le site du Madrillet (Seine Maritime). Les analyses sédimentologiques se feront au laboratoire M2C. Des déplacements sur le terrain seront à effectuer en Seine Maritime pour les prélèvements et les suivis de mesures in-situ.
Les nombreux déplacements entre les sites des différents laboratoires de recherche et les sites de prélèvement nécessitent d'avoir le permis B et un véhicule.

Localisation : La thèse se déroulera dans deux laboratoires de l'Université de Rouen-Normandie: Le laboratoire COBRA UMR CNRS 6014, principalement sur le site d'Evreux (Eure) (directrice de thèse : F. Portet-Koltalo), et le laboratoire partenaire M2C UMR CNRS 6143, sur le site de Mont Saint Aignan (Seine Maritime) (co-encadrant de thèse : M. Debret).

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