Ce travail de thèse visait à étudier différents aspects du problème mondial de la pollution plastique, tels que la présence, le devenir et le comportement des particules micro- et nanoplastiques (MPs et NPs) dans l'environnement.
Ce travail combine trois domaines d'investigation :
1. Échantillonnage des MPs et NPs dans l'atmosphère ;
2. Développement d'un modèle luminescent de MPs et de NPs environnementalement représentatif pour une imagerie et un suivi faciles dans des tissus d'organismes vivants ;
3. Étudier le mécanisme d'interaction entre le plastique et les organismes vivants.
Les travaux réalisés au cours de cette thèse seront présentés en 4 chapitres :
Le chapitre I « Le problème mondial de la pollution plastique » donne un aperçu de la bibliographie sur l'état actuel de l'art.
Le chapitre II présente la méthodologie mise en place pour le développement d'un modèle de MPs et de NPs environnementalement représentatif pour étudier l'effet de la pollution plastique sur les organismes vivants. Ce travail comprend la synthèse de polymère marqué avec des nanoparticules upconverting (UCNP) et la production de micro- et nanoparticules de ce matériau marqué en utilisant une approche de synthèse descendante. Enfin, les propriétés chimiques et physiques de ces particules ont été étudiées à l'aide des analyses suivantes : analyse de suivi de nanoparticules (NTA) et de diffusion dynamique de la lumière (DLS), potentiel Z, spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie par microscopie électronique à transmission (TEM/EDX), analyse par diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS), analyse thermogravimétrique (TGA), calorimétrie différentielle à balayage (DSC), mesures de fluorescence, etc.
Le chapitre III se concentre sur l'étude de l'effet des microplastiques précédemment synthétisés sur la croissance de microalgues Chlorella vulgaris et l’induction d’un mécanisme de floculation. Cette partie du travail comprend la caractérisation des microplastiques avec un microscope à force atomique (AFM) et une microscopie à force fluidique (Fluid FM). Ces techniques ont été utilisées pour obtenir des images MPs et étudier l'hydrophobie des particules, leur rugosité et le mécanisme d'interaction entre les microparticules et les cellules de microalgues. Ensuite, nous étudions le mécanisme de floculation des microalgues induit par le microplastique (dans différentes conditions et concentrations).
Le chapitre IV comprend le développement d'une méthodologie pour la collecte d'échantillons de MPs et de NPs de l'atmosphère. La réalisation de ce travail implique l'étude de zones géographiques avec différents niveaux d'activité humaine : d'une zone à l’écart des activités humaines à une zone fortement industrialisée. L'étude de ces zones comprend la collecte de données météorologiques et l'échantillonnage de matières atmosphériques, y compris les aérosols (particules en suspension dans l'atmosphère) et les dépôts (pluie, neige, grésil, etc.). On a également proposé une méthodologie de préparation des échantillons et d'analyse qualitative et quantitative réalisée par la combinaison de méthodes analytiques comprenant le µ-FTIR (microscopie infrarouge à transformée de Fourier), Py-GC-MS (pyrolyse couplée à la chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse), DLS (Dynamic diffusion de la lumière), NTA (analyse de suivi des nanoparticules), etc. |
This PhD work was directed at studying different aspects of the global plastic pollution problem such as occurrence, fate, and behaviour of micro- and nanoplastic particles (NPs and NPs) in the environment.
This work combines three areas of investigation:
1. Sampling of MPs and NPs in the atmosphere;
2. Development of an environmentally relevant luminescent model of MPs and NPs for easy imaging and tracking in the tissues of living organisms;
3. Study the interaction mechanism between plastic and living organisms.
Performed work during this thesis will result in 4 chapters:
Chapter I. “Global plastic pollution problem” provides an overview of the bibliography on the current stage of art.
Chapter II presents the methodology implemented for the development of an environmentally relevant model of MPs and NPs to study the effect of plastic pollution on living organisms. This work includes synthesis of labelled polymer with UpConverting Nanoparticles (UCNPs), and the production of micro- and nanoparticles of this labelled material using a top-down synthesis approach. Finally, chemical and physical properties of these particles were investigated using fallowing analysis: Nanoparticle tracking (NTA) and Dynamic light scattering (DLS) analysis, Z - potential, Transmission electron microscopy energy-dispersive X-ray spectroscopy (TEM/EDX), Small-angle X-ray scattering (SAXS) analysis, Thermogravimetric analysis (TGA), Differential scanning calorimetry (DSC), Fluorescence measurements, etc.
Сhapter III focuses on studying the effect of microplastic on Chlorella vulgaris growth and the flocculation mechanism. This part of the work includes microplastic characterisation with an Atomic Force Microscope (AFM) and Fluidic force microscopy (Fluid FM). These techniques were used to obtain MPs image, and study particles hydrophobicity, roughness, and interaction mechanism between microparticles and microalgae cells Chlorella vulgaris. After, we are investigating the microalgae flocculation mechanism induced by microplastic (under different conditions and concentrations).
Chapter IV includes the development of a methodology for collecting samples of MPs and NPs from the atmosphere. The realization of this work involves the study of areas with different levels of human activity: from an area separated from human activities to a highly industrialized area. Investigation of those areas includes the collection of meteorological data and sampling of atmospheric samples including aerosols (suspended particles in the atmosphere) and deposition (rain, snow, sleet, etc.). Also were proposed methodology of samples preparation, qualitative and quantitative analysis performed by the combination of analytical methods including µ-FTIR (Fourier transform-infrared microscopy), Py-GC-MS (pyrolysis coupled with gas chromatography and mass spectrometry), DLS (Dynamic Light Scattering), NTA (Nanoparticle Tracking Analysis), etc. |