LABILLE projet de thèse 2 pages

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• Langue: Français

Extrait

Ecole Doctorale Sciences de l’Environnement (ED251 – EDSE)

Unité de Recherche :

Centre Européen de Recherche et Enseignement en Géosciences de l’Environnement

CEREGE UMR 6635

Equipe d’accueil :

Sol, Eau, Déchets, Biogéochimie et Développement Durable

Localisation :

CEREGE, Europole Méditerranéen de l’Arbois,

13545 Aix en Provence cedex 04,

France

Directeur de thèse :

Jérôme ROSE

Co-directeur de thèse :

Jérôme LABILLE

Adresse contact :

[e-mail]

Titre de la thèse :

Etude du vieillissement et de l’impact environnemental

des nanomatériaux de la vie courante.

Description du projet :

Les nanotechnologies connaissent actuellement un véritable essor permis par les avancées

technologiques de ces dernières décennies. Elles sont déjà largement utilisées en milieu industriel dans

la synthèse de nouveaux produits aux propriétés inédites, permettant de répondre aux attentes de la

société de consommation. Des nanomatériaux commercialisés apparaissent ainsi dans une multitude de

domaines, allant de l’électronique à la médecine, en passant par les textiles et les revêtements de

surface. Leur omniprésence dans les produits de la vie courante nous réserve une formidable

révolution socio-économique.

Toutefois, cet engouement pour le progrès nanotechnologique s’accompagne d’une réelle prise de

conscience quant à l’impact environnemental et toxique qu’il réserve. La taille nanométrique des

nanoparticules les rend relativement mobiles dans l’environnement, assimilables par les organismes

vivants à l’échelle de la cellule, et donc potentiellement toxiques. De plus, leurs grandes surface

spécifique et réactivité de surface favorisent les interactions bio-physicochimiques avec les

constituants de l’environnement. C’est pourquoi une attention toute particulière doit être portée sur le

devenir et la toxicité de ces nanomatériaux dans l’environnement.

Dans le cadre de cette thèse, dans un soucis de pertinence par rapport à la réalité environnementale et

technologique, nous nous intéresserons à des nanomatériaux déjà commercialisés, dont l’altération au

cours du temps est susceptible de déverser dans l’environnement des sous-produits nanométriques

(SPA) en quantité significative. Ce sont par exemple les peintures ou pot catalytiques à base d’oxyde

de cérium, les cosmétiques ou vitrages autonettoyants à base d’oxyde de titane ou de zinc…etc…

Le premier volet de cette thèse consistera en une approche physicochimique de compréhension des

processus d’altération du nanomatériau, et de caractérisation des sous-produits nanométriques formés.

La réaction d’altération du nanomatériau au contact de l’environnement sera étudiée sous diverses

conditions physicochimiques et d’exposition aux rayons UV. Les réactions de transformation mises en

jeu seront étudiées à l’échelle moléculaire afin de mieux comprendre le processus de formation des

sous produits nanométriques. Leurs propriétés et réactivité de surface étant des paramètres

déterminants quant à leur impact environnemental, elles seront prioritairement caractérisées. Ce volet

consacrera donc une large part à étudier les liens de cause à effet entre les conditions

physicochimiques du milieu d’altération et les propriétés de taille et de surface des résidus formés

d’une part, et la dispersion et biodisponibilité de ces derniers en milieu naturel d’autre part. Les outils

analytiques utilisés pour cela sont en majorité accessibles au CEREGE : spectroscopie infrarouge,

RMN, microscopie de fluorescence X, diffusion de lumière, diffraction des rayons X, électrophorèse,

et spectroscopie d’absorption X en synchrotron.

Le deuxième volet de cette thèse sera consacré à étudier l’impact toxique des sous produits

d’altérations nanométriques (SPA) sur des organismes cibles représentatifs du sol ou du milieux

aquatiques (bactéries, crustacés), et sur des cellules humaines. L’étude écotoxicologique sera abordée

d’une part par une approche globale qui visera à déterminer l’impact sur la structure des communautés

bactériennes ou animales; et d’autre part par une approche ciblée visant à déterminer le mécanisme de

toxicité de ces SPAs, en explorant par exemple le rôle possible du stress oxydant. Ces expériences de

cultures et incubation seront réalisées au sein des laboratoires d’écotoxicologie partenaires de ce projet

(LEMIRE CEA Cadarache ; Cemagref Lyon). Par ailleurs, l’éventuelle bio-accumulation des SPAs

par des crustacés ou poissons sera également étudiée à l’aide de la microscopie par fluorescence X, qui

permettra de cartographier chimiquement les nanoparticules dans l’organisme.

Les études de toxicité sur des cellules humaines (fibroblastes dermiques) seront réalisées in vitro à

l’aide de tests spécifiques permettant de différencier impact cytotoxique et génotoxique. Ainsi il

s’agira de mettre en évidence d’éventuelles dégradations cellulaires liées à la toxicité des SPAs, telles

que baisse de la perméabilité membranaire, altération de l’activité mitochondriale, lésions primaires de

l’ADN, ou aberrations chromosomiques… Ces essais seront réalisés essentiellement au sein du

Laboratoire de Biogénotoxicologie et Mutagenèse Environnementale (Faculté de Médecine de

Marseille), partenaire de ce projet.

Parallèlement à ces approches, l’évolution structurale et chimique des SPAs interagissant avec les

organismes cibles sera contrôlée de manière systématique (outils analytiques du premier volet) de

manière à mieux comprendre les réactions chimiques à l’origine de leur toxicité avérée ou pas.

Compétences requises :

Ce projet de thèse est basé sur une approche pluridisciplinaire, allant de la physique des

matériaux à la toxicité de leurs résidus d’altération, en passant par la caractérisation chimique

des réactions mises en jeu. Il requiert un réel esprit d’ouverture, de curiosité scientifique, et

d’adaptation de la part du candidat. Les connaissances en physicochimie des interfaces

solide/liquide largement requises pour ce projet pourront être acquises au sein de l’équipe

d’accueil du CEREGE. Il est toutefois demandé au candidat d’avoir acquis au cours de son

cursus de solides bases de chimie.

Toute autre expérience dans l’une des disciplines mises en jeu sera un atout supplémentaire.

En outre, il est également demandé au candidat :

•

une bonne maîtrise de l’anglais,

•

une certaine mobilité pour des missions éventuelles d’une semaine ayant pour objet la

réalisation d’expériences dans des laboratoires partenaires du projet en France ou aux

Etats-Unis, ou en synchrotron.

•

une réelle motivation et un esprit entreprenant

Toute expérience antérieure de projet de recherche en laboratoire, accompagnée d’une lettre

de recommandation de l’ancien directeur de stage attestant l’intérêt du candidat pour cette

activité seront un réel atout.