Apports, dégradation et impacts en milieu littoral PACA des ... - Cerege

Proposition de sujet de thèse 2013
(A remplir par les équipes d'accueil et à retourner à Isabelle HAMMAD : hammad@cerege.fr
MASTER : Master Océanologie, Master SET (CHARME, MAEVA)
Ordre de priorité de la proposition(1) :
Candidat(e)(1)
Nom - Prénom :
Date de naissance :
Cursus de second cycle (origine, années, mention) :
Mention et classement au Master (Xème sur Y) :
Intitulé : Apports, dégradation et impacts en milieu littoral PACA des fragments plastiques et de leur
dérivés les phtalates
Descriptif :
Depuis une cinquantaine d’années, les usages domestiques, les activités agricoles et de
construction ont introduit dans l’atmosphère des macro et des micro-débris constitués pour 40-80% de
plastiques, issus des emballages de marchandise commerciales, industrielles, agricoles ou de la construction
du bâtiment (polyvinyl chlorure (PVC). Ces plastiques sont essentiellement des dérivés de polyéthylène à
basse et hausse densité (LDPE, HDPE), des polyéthylènes tetraphtalate (PET), du PVC, du polypropylène, et
du polystyrène. Les plastiques contiennent par ailleurs, des phtalates fabriqués à grande échelle
essentiellement comme des plastifiants dans les résines et les polymères et comme des agents de flexibilité
de plastiques. On trouve également les phtalates dans les cosmétiques les insecticides et les propulseurs de
différents produits (Xie et al, 2011). En tant que plastifiants ils ne sont pas physiquement liés aux polymères
et peuvent diffuser à partir des plastiques et intégrer l’environnement extérieur. Les phtalates sont des
polluants organiques semi-volatils très répandus dans l’environnement des zones urbaines et détectés en
zone éloignée marine (Fu et al., 2012). Les phtalates, bioaccumulables, interviennent sur les systèmes
endocriniens des organismes vivants et présentent un caractère néfaste pour la santé humaine. Les phtalates
se retrouvent prioritairement en zone urbaine, dans les eaux, l’atmosphère et dans le milieu marin.
Cependant, leurs effets sur l’écosystème marin et leur biodégradation sont peu connus.
Les zones littorales du Nord de la Mer Méditerranée (région PACA en particulier) reçoivent par
l’atmosphère un flux continu de particules issues de l’activité anthropique des industries et des activités
domestiques (Rapport CHARMEX, 2011; MERMEX group, 2011). Ces particules se déposent en zone
littorale marine ainsi qu’au large des côtes. En Méditerranée, les quantités de particules plastiques flottantes
se chiffrent en centaines de milliard (Collignon et al., 2011 ; Galgani et al., 2011, Zarfl et al., 2011) et
constituent un risque significatif d 'apport de contaminants. Néanmoins, si les plastiques ont déjà été étudiés
en Mer Méditerranée (par Francois Galgani co-porteur de ce projet de thèse), il n’existe pas d’études traitant
de leur dégradation bactérienne et photochimique en Mer Méditerranée et peu de travaux traitent de cet
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aspect d’une manière générale. Ce projet de thèse vise donc à étudier de façon simultanée, la distribution et
la dégradation des plastiques et des phatalates dans les milieux atmosphériques et marins en région PACA.
Ces recherches seront réalisés entre les laboratoires M I O/OSU Pytheas et LER/IFREMER et associés aux
travaux des chercheurs Elvira Pulido-Villena (M I O), Olivier Radakovitch (CEREGE) Ivane Pairaud
(LER/IFREMER) impliqués dans les programmes MERMEX/CHARMEX et PARTICULE et d’Anne
Molcard (M I O, USTV).
sont :
Les objectifs du projet de thèse ‘Plastique-Phtalates’ au sein du programme PARTICULE
1-Etudier en zone urbaine et littorale de la ville de Marseille et en Méditerranée, les flux de
particules plastiques et de phtalates atmosphériques issues des déchets plastiques.
2-Etudier la distribution (à l’aide de prélèvements et de modélisation) de particules plastiques et de
phtalates dans l’eau de mer en zone urbaine et littorale de la ville de Marseille.
3-Etudier la dégradation bactérienne et photochimique des fragments de plastiques et des phtalates
en laboratoire.
1-Etudier en zone urbaine et littorale de la ville de Marseille et en Méditerranée, les flux de
particules plastiques et de phtalates atmosphériques issues des déchets plastiques
Ces études porteront également sur la possible contribution des plastiques et des phtalates aux
apports aux régions adjacentes (région PACA/Corse). Des prélèvements de phtalates en phase gazeuse
seront également réalisés. Cet objectif sera réalisé à l’aide de prélèvements atmosphériques en continu (par
aspiration et par le suivi des retombées) sur le site du Frioul. Cette station qui a été instrumentée dans le
cadre du service d’observation du COM puis du M I O, est déjà équipée d’une station météo, de radiomètres
UV/Visible ainsi que d’un Photomètre CIMEL permettant de mesurer l’épaisseur optique (cad la quantité
intégrée d’aérosols dans les premiers kms de l’atmosphère). Elle est par ailleurs, à proximité du site
SOFCOM en baie de Marseille qui est régulièrement étudié par les chercheurs/ingénieurs du service
d’observation du M I O et de programmes CNRS/IFREMER. De façon saisonnière, ces prélèvements
atmosphériques seront réalisés en Corse et en zone côtière Tunisienne ainsi qu’en en milieu hauturier (à bord
du navire océanographique la Tethys) étudiés au laboratoire dans le cadre du programme
MERMEX/MISTRALS.
2-Etudier la distribution (à l’aide de prélèvements et de modélisation) de particules plastiques
et de phtalates dans l’eau de mer en zone urbaine et littorale de la ville de Marseille.
Ces travaux nécessitent des prélèvements (fréquence bi-mensuelle) d’eau de mer et de particules à 3
stations (durant le suivi du service d’observation du M I O) à partir du navire de station (INSU/CNRS)
l’Antédon, à l’aide de bouteilles Niskin et d’un filet de récupération (type filet à zooplancton). D’autre part,
des échantillons de particules et d’eau de mer seront prélevés de façon saisonnière lors des campagnes
océanographiques MERMEX en milieu hauturier en Méditerranée occidentale et en zone côtière Tunisienne
étudiés au laboratoire dans le cadre du programme MERMEX/MISTRALS. La dispersion en milieu marin
dans la zone littorale de Marseille sera étudiée, dans le cadre d’une collaboration avec Ivane Pairaud
(LER/IFREMER La seyne/Mer) à l’aide de l’analyse des données hydrologiques et de modélisation.
3-Etudier la dégradation bactérienne et photochimique des fragments de plastiques et des
phtalates en laboratoire.
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La dégradation photochimique sous l’effet du rayonnement solaire sera étudiée en laboratoire en
suivant durant plusieurs jours l’évolution de la fragmentation des plastiques (en suspension) et des
modifications moléculaires des phtalates dissous dans des échantillons d’eau de mer exposés à un
rayonnement solaire artificiel généré par un simulateur solaire. Ce dispositif expérimental qui permet
d’exposer différentes cibles à différents types de rayonnement (UV, Visible) et d’intensités variables a été
développé dans le cadre du programme CNRS UVECO (PI ; R. Sempéré, F. Joux) fonctionne actuellement
en routine au laboratoire (Tedetti et al., 2009 ; thèse effectuée au laboratoire).
Les analyses de phatalates seront réalisées par chromatographie gazeuse et spectrométrie de masse GC/MS
(Sempéré and Kawamura, 2003 ; Fu et al., 2013).
Calendrier proposé :
2013-2014 : Prélèvements :
-Aérosols en zone littorale (continu) et en milieu hauturier (saisonniers) :
-Retombées sèches et humides en zone littorale (bimensuel)
-Echantillons d’eau de mer (bi-mensuel)
-Etude de la dispersion à l’aide de la modélisation
2014 : Analyses
-Analyse des échantillons pour leur continu en carbone organique total, des fragments de plastiques et des
phtalates.
-Etude en laboratoire de la dégradation photochimique (à l’aide d’un simulateur solaire) et bactérienne des
fragments de plastiques et des phtalates.
-2014-2015 : Rédaction d’articles scientifiques, de la thèse de Doctorat. Retour (vidéo et écrits) sous forme
de comptes rendus vers les collectivités locales et le public.
Références citées:
Collignon, A., Heck, J.H., Galgani, F., , Voisin, P., , Goffard, A. (2011) Neustonic microlastics and
zooplankton in the western Mediterranean sea.
Eichinger, M., Koojman, S., Sempéré, R., Lefèvre, D., Gregori, G., Charrière, B., Poggiale, J.C., (2009)
DOC consumption and release by marine bacteria in pulsed-substrate environment: from experiments to
modelling. Aquatic Microbial Ecology, 56 : 41-54.
Fu, P. Q., Kawamura, K., Chen, J., Charrière, B., Sempéré R., (2013) Organic molecular composition of
marine aerosols over the Arctic Ocean in summer: contributions of primary emission and secondary aerosol
formation. Biogeosciences, 10, 653–667, 2013
Galgani, F., G Hank, G., S Werner, S., , H Piha, H., (and MSFD GES Technical Subgroup on Marine
Litter) (2011) Marine Litter Technical Recommendations for the Implementation of MSFD
Requirements. JRC Scientific and technical report. EUR 25009 EN – 2011, 93 pages
MERMEX group, 2011, Marine Ecosystems Responses to climatic and anthropogenic forcings in the
Mediterranean, Progress In Oceanography, Volume 91, Issue 2, October 2011, Pages 97-166.
Pairaud Ivane, Gatti Julie, Bensoussan N., Verney Romaric, Garreau Pierre (2011). Hydrology and
circulation in a coastal area off Marseille: Validation of a nested 3D model with observations. Journal of
Marine Systems, 88(1), 20-33. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmarsys.2011.02.010
Sempéré, R., Kawamura, K., (2003). Interhemispheric contribution of α, β dicarboxylic acids and related
polar compounds to water soluble organic carbon in the marine aerosols in relation to photochemical
oxidation reactions, Global Biogeochemical Cycles, 10.1029/2002GB001980
Tedetti, M., Joux, F., Charrière, B., Mopper, K., Sempéré, R., (2009) Contrasting effects of solar radiation
and nitrates on the bioavailability of DOM to marine bacteria. Journal of Photochemistry and Photobiology
A: Chemistry (201): 243-247.
Xie, Z., Ebinghaus, R., Temme, C., Lohmann, R., Caba, A., Ruck, W. 2007. Occurence and air-sea exchange
of phthalates in the Arctic. Environ. Sci. Technol., 41, 4555-4560.
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Zarfl C., D. Fleet , E Fries, Galgani, F., Gertds, G., Hanke, G.,, Matthies, G. (2011) Microplastics in oceans.
Marine Pollution Bulletin, Volume 62, Issue 8, 1589-1591
Equipement disponible au laboratoire:
-Plateforme M I O : Service Atmosphère Mer (SAM) avec prélèveur d’aérosols atmosphériques au FRIOUL
-Système de prélèvement hydrologique (Sonde CTD-Bouteilles Niskin)
- Couplage chromatographe en phase gazeuse-spectromètre de masse
-Simulateur Solaire
-Matériel classique de microbiologie et de biologie moléculaire
- Evaporateurs rotatifs
-Navire Côtier INSU
-Filet à Plancton
- Matériel classique de (géo)chimie organique
Programme finançant la recherche :
Obtenu : MERMEX/MISTRALS
Projets soumis : Programme Région PACA PARTICULE, LABEX OT-MED
Directeur de thèse HDR : Richard Sempéré (M I O) et François Galgani (IFREMER)
Nom – prénom : Sempéré Richard
Corps : DR1 CNRS
Laboratoire : Mediterranean Institute of Oceanography (MIO), UMR 7294, Luminy, Marseille.
Tel : 04 91 82 92 12 ; e-mail : richard.sempere@univ-amu.fr
Choix de cinq publications récentes (souligner éventuellement les étudiants dirigés co-signataires) :
PANAGIOTOPOULOS, C., REPETA, D., MATHIEU, L., RONTANI, JFR. SEMPÉRÉ, R. (2013).
Molecular level characterization of methyl sugars in marine high molecular weight dissolved organic matter.
Mar. Chem. In Press.
FU, P. Q., KAWAMURA, K., CHEN, J., CHARRIÈRE, B., SEMPÉRÉ R., (2013) Organic molecular
composition of marine aerosols over the Arctic Ocean in summer: contributions of primary emission and
secondary aerosol formation. Biogeosciences, 10, 653–667, 2013. doi:10.5194/bg-10-653-2013.
SANTINELLI, C., SEMPÉRÉ, R., VAN-WAMBEKE, F., CHARRIERE, B., SERITTI, A., (2012). Organic
carbon dynamics in the Mediterranean Sea: an integrated study, Global Biogeochemical Cycles, vol. 26
(2012) p.13.
EICHINGER, M., POGGIALE, J.C., SEMPÉRÉ, R., (2011) Toward a mechanistic approach to modeling
bacterial DOC pathways: a review. in Microbial Carbon Pump in the Ocean. Science/AAAS,Washington,
DC, 2011. doi: 10.1126/Science.
PARA, J., COBLE, P. G., CHARRIÈRE, B., TEDETTI, M., FONTANA, C., SEMPÉRÉ R., (2010)
Fluorescence and absorption properties of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) in coastal
surface waters of the northwestern Mediterranean Sea, influence of the Rhône River. Biogeosciences, 7 :
4083-4103.
Thèses encadrées ou co-encadrées au cours des quatre dernières années
Nom : PARA Julien
Intitulé : Distribution et réactivité des acides dicarboxyliques et composés polaires associés en milieu marin.
Impact du rayonnement UV
Type d'allocation : Bourse Région PACA
Date de début de l'allocation de doctorat : 2007
Date de soutenance (si la thèse est soutenue) : Juin 2011
Programme finançant la recherche: MALINA
Situation actuelle du docteur (si la thèse est soutenue) : Enseignant de Français en Australie
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Pourcentage de participation du directeur à l'encadrement en cas de co-direction : 50%
Nom : BOUTRIF Mehdi
Intitulé : Dégradation de la matière organique dissoute en milieu hyperbare.
Type d'allocation : MRT
Date de début de l'allocation de doctorat : 2008
Date de soutenance (si la thèse est soutenue) : Juillet 2012
Programme finançant la recherche: POTES
Situation actuelle du docteur (si la thèse est soutenue) : A la recherche de post doc
Pourcentage de participation du directeur à l'encadrement en cas de co-direction : 40%
Nom : Morgan Petit
Intitulé : Induction de processus photodégradatifs dans les bactéries associées aux phytodétritus: implications sur le
transfert de matière dans l’Océan
Type d'allocation : MRT
Date de début de l'allocation de doctorat : 2010
Date de soutenance (si la thèse est soutenue) : en cours, soutenance prévue en 2013
Programme finançant la recherche: PHOTOMED (MERMEX WP 4), TRANSPHYTOBAC (EC2CO)
Situation actuelle du docteur (si la thèse est soutenue) :
Pourcentage de participation du directeur à l'encadrement en cas de co-direction : 50%
Nom – prénom : Francois Galgani
Corps : Responsable projet IFREMER
- Laboratoire : IFREMER, LER/PAC , ZI Brégaillon, 83337, la seyne/mer, & Immeuble Agostini, ZI
Furiani, 20600 Bastia., Mail : Francois.galgani@ifremer.fr. Tél : 04 95 38 95 10
- COLLIGNON A., JH HECQ, F GALGANI, P VOISIN, A GOFFARD (2012) Neustonic microlastics and
zooplankton in the western Mediterranean sea. Marine pollution Bulletin, 64 (2012) 861–864.
- GALGANI F,, J SENIA, Jl GUILLOU, T LAUGIER , F MUNARON, B ANDRAL, G. BERNARD, E
COULET, P BOISSERY, L LEBRUN t & MC BERTRANDY (2009) Assessment of the environmental
quality of french continental mediterranean lagoons with oyster embryo bioassay. Arch Env Cont Tox,
Volume 57, Issue 3 (2009), Page 540-549 (DOI 10.1007/s00244-009-9302-2).
-M DENOYELLE, E GESLIN, FJ. JORISSEN, L CAZES, F GALGANI.(2012) Innovative use of
foraminifera in ecotoxicology: A marine chronic bioassay for testing potential toxicity of drilling muds.
Ecological Indicators, Volume 12, Issue 1, Pages 17-25
- GALGANI F , C MARTINEZ-GOMEZ , F.GIOVANARDI, G. ROMANELLI, M.CALVO, J. CAIXAP,
A CENTO, A SCARPATO , S BENBRAHIM , C SAMMARI , S DEUDERO , M BOULAHDID & B
ANDRAL ( 2010) Assessment of polycyclic aromatic hydrocarbon concentrations in mussels (Mytilus
galloprovincialis) from the North West basin of the Mediterranean sea (the Mylilos project) ,Environmental
monitoring and assessment, DOI 10.1007/s10661-010-1335-5.
- C TSANGARIS, K KORMAS, E STROGGYLOUDI, I HATZIANESTIS, C NEOFITOU, B ANDRAL &
F GALGANI ( 2010) Multiple biomarkers of pollution effects in caged mussels on the Greek coastline.
Comp. Biochem. Physiol., Volume 151, Issue 3, April 2010, Pages 369-378
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