Thèse en Caractérisation des empreintes de pression chimique des cours d’eau de petits bassins versants : développement de stratégies d’analyses non ciblées des composés organiques

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Présentation INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

Environnement de travail, missions et activités

La présence de nombreux contaminants organiques dans les écosystèmes aquatiques peut entraîner une dégradation de l'état écologique des cours d’eau. Les petits bassins versants avec des occupations et usages mixtes des sols sont particulièrement sensibles à ces pressions de contaminations, avec i) des origines nombreuses et variées, liées au développement urbain et trafic automobile, au tourisme, à l’industrie et à l’agriculture, ii) des cours d’eau, souvent proches des sources de contaminants, parfois intermittents ou avec de faibles capacités de dilution et iii) des contaminants soumis à des processus de transformations conduisant à un nombre important de substances potentiellement présentes dans les eaux de surface. Si les contaminations d’origines ponctuelles sont bien identifiées, celles d’origines diffuses sont plus difficiles à cerner en raison de la complexité des voies de transferts vers les cours d’eau. L’identification des contaminations organiques (matière organique dissoute – MOD – et micropolluants organiques) est d’autant plus difficile à cerner que ces composés peuvent avoir des origines naturelles ou anthropiques et résulter d’utilisations variées dans l’espace et dans le temps.
La caractérisation de la MOD repose habituellement sur la mesure de la concentration en carbone organique dissous (COD), alors qu’il est désormais admis que les activités humaines modifient la composition de la MOD des cours d’eau avec de possibles conséquences, encore peu comprises, sur le fonctionnement de l’écosystème et sur le cycle global du carbone (Williams et al., 2016). D’autre part, alors que près de 350 000 substances chimiques aux propriétés physico-chimiques variées sont utilisées dans l’industrie (Wang et al., 2020), les programmes de surveillance suivent une liste arrêtée de micropolluants, ce qui ne permet pas de caractériser la pression chimique dans sa globalité. Les approches d’analyses moléculaire non ciblées (NTS, pour non target screening) basées sur la spectrométrie de masse haute résolution (HRMS) se développent rapidement dans le domaine de la chimie environnementale. Elles permettent d’explorer, sans a priori, la grande majorité des milliers de composés organiques présents dans un échantillon d’eau, qu’ils soient d’origine anthropique ou naturelle et incluant les micropolluants organiques ainsi que les constituants de la matière organique dissoute (Boukra 2023, González-Gaya et al. 2021).
Une connaissance approfondie des différentes pressions chimiques dans les petits bassins versants est nécessaire aux décideurs (pouvoirs publics, gestionnaires, utilisateurs, …) pour mieux cerner les risques et impacts des activités humaines sur les cours d’eau. Ils pourront ainsi optimiser la mise en œuvre d’actions pour, d’une part, protéger les ressources en eaux (protection de l'environnement et de la santé humaine) et d’autre part, anticiper les pressions de demain dans un contexte de changement climatique et d’évolution des trajectoires des territoires (Hernández et al., 2019).

L’enjeu de cette thèse est d’améliorer les stratégies d’acquisition et de traitement des données non ciblées pour affiner la caractérisation de la contamination organique (MOD et micropolluants) dans les cours d’eau. Ce travail vise à approfondir les connaissances sur les pressions chimiques dans les bassins versants afin de mieux les identifier.
Les principaux objectifs scientifiques sont les suivants : 
1.    Développer et adapter des stratégies d’acquisition et de retraitement de données issues de l’analyse LC-HRMS pour fiabiliser les listes de composés organiques présents dans les échantillons en se basant sur les travaux précédents de l’équipe (Rocco et al. 2022, Ducroq 2025).
2.    Elaborer des stratégies d’analyses statistiques avancées pour améliorer la caractérisation des familles de composés organiques (origines naturelles, anthropiques).
3.    Proposer de nouveaux indicateurs globaux issues des analyses HRMS, pour identifier et caractériser les pressions chimiques affectant la qualité chimique d’échantillons d’eau prélevés à l’exutoire de sous bassins versants.

Le doctorant mènera un travail de recherche qui comprendra :
-    Campagnes de prélèvements : définition du plan d’échantillonnage et collecte d’échantillons d’eau soumis à des pressions chimiques différenciées et de mélanges aux exutoires de bassins versants (région Auvergne-Rhône-Alpes principalement) ;
-    Développements analytiques : optimisation de l’analyse en chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse haute résolution pour fiabiliser l’acquisition de la donnée et générer une base de données originale en lien avec les pressions chimiques ;
-    Exploitation des données HRMS : mise en place d’outils chimiométriques, statistiques et de gestion de données pour le traitement approfondi des données HRMS (ex. analyses spécifiques HRMS de type Kendricks ou Van Krevelen, analyses multivariées, machine learning) afin de définir des typologies de contamination.

Références bibliographiques : 
Boukra A (2023): Caractérisation intégrée de la matière organique dissoute : recherche d’empreintes physico-chimiques pour tracer les sources de pollutions anthropiques, Université Claude Bernard - Lyon I
Ducrocq T (2025). Exploration des micropolluants organiques dans les sédiments du Rhône par analyse non-ciblée, Université Claude Bernard - Lyon I. A paraitre.
González-Gaya B, Lopez-Herguedas N, Bilbao D, Mijangos L, Iker AM, Etxebarria N, Irazola M, Prieto A, Olivares M, Zuloaga O (2021): Suspect and non-target screening: the last frontier in environmental analysis. Analytical Methods 13, 1876-1904
Hernández F, Bakker J, Bijlsma L, de Boer J, Botero-Coy AM, Bruinen de Bruin Y, Fischer S, Hollender J, Kasprzyk-Hordern B, Lamoree M, López FJ, Laak TLt, van Leerdam JA, Sancho JV, Schymanski EL, de Voogt P, Hogendoorn EA (2019): The role of analytical chemistry in exposure science: Focus on the aquatic environment. Chemosphere 222, 564-583
Rocco K, Margoum C, Richard L, Coquery M (2022): Enhanced database creation with in silico workflows for suspect screening of unknown tebuconazole transformation products in environmental samples by UHPLC-HRMS. Journal of Hazardous Materials 440, 129706
Wang Z, Walker GW, Muir DCG, Nagatani-Yoshida K (2020): Toward a Global Understanding of Chemical Pollution: A First Comprehensive Analysis of National and Regional Chemical Inventories. Environmental Science & Technology 54, 2575-2584*
Williams, C.J., Frost, P.C., Morales-Williams, A.M., Larson, J.H., Richardson, W.B., Chiandet, A.S. and Xenopoulos, M.A. (2016) Human activities cause distinct dissolved organic matter composition across freshwater ecosystems. Global Change Biology 22(2), 613-626.
 

Formations et compétences recherchées

Formation recommandée : Master 2 Recherche en chimie analytique ou chimie environnementale.
Connaissances souhaitées : solides bases théoriques en chimie de l’environnement ; maitrise des concepts de chimio-informatique et des outils statistiques sous R ou autre langage de programmation libre.
Expérience appréciée : expérience en analyses non ciblées (LC ou GC-HRMS).
Aptitudes recherchées : intérêt pour les enjeux environnementaux, rigueur scientifique et bon esprit d’équipe
 

Votre qualité de vie à INRAE

En rejoignant INRAE, vous bénéficiez (selon le type de contrat et sa durée) :

-  jusqu'à 30 jours de congés + 15 RTT par an (pour un temps plein)
- d'un soutien à la parentalité : CESU garde d'enfants, prestations pour les loisirs ;
- de dispositifs de développement des compétences : formation, conseil en orientation professionnelle ;
- d'un accompagnement social : conseil et écoute, aides et prêts sociaux ;
- de prestations vacances et loisirs : chèque-vacances, hébergements à tarif préférentiel ;
- d'activités sportives et culturelles ;
- d'une restauration collective.

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