Caractérisation moléculaire par LC-HR-MS de la matière organique dissolute et de micropolluants organiques dans de petits cours présentant un gradient d’anthropisation

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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

L'Unité de Recherche RiverLy du centre INRAE de Lyon-Villeurbanne allie des compétences en hydrologie, hydraulique, chimie environnementale, écologie, écotoxicologie, et microbiologie pour développer des approches innovantes permettant d’appréhender la qualité, le fonctionnement et les dynamiques des hydrosystèmes. Ces recherches interdisciplinaires visent à mieux prendre en compte les risques naturels et anthropiques pour une meilleure gestion et restauration des cours d'eau.

Au sein de l’UR RiverLy vous serez accueilli-e dans l’équipe du Laboratoire de chimie des milieux aquatiques (LAMA) qui a pour objectifs d’évaluer les sources, le devenir et l’impact des contaminants dans les hydrosystèmes afin de réduire les apports et les risques. L’équipe développe des méthodologies et stratégies adaptées pour caractériser les sources de pollutions des milieux aquatiques et le devenir des contaminants dans l’environnement.

Contexte

Les activités humaines impactent la qualité chimique des milieux aquatiques. Cela peut se faire directement, par apport de substances xénobitiques, notamment des micropolluants organiques tels que les pesticides, produits pharmaceutiques, hormones de synthèse, substances per- et polyfluoroalkylées. Ces familles de composés sont relativement bien étudiées car elles présentent souvent de fortes toxicités pour les organismes vivants à de très faibles concentrations dans l’environnement. Toutefois, elles ne représentent que la partie émergée de l’iceberg : le réseau NORMAN évalue à plus de 125.000 le nombre de substances émergentes dans l’environnement. Néanmoins, la grande majorité des composés organiques dans les cours d’eau sont des molécules naturelles dont la composition est complexe, des petits acides organiques et lipides de quelques centaines de Daltons, aux acides de type humique de quelques milliers de Da, et macromolécules (lignines, polysaccharides, protéines…) de plusieurs dizaines voire centaines de milliers de Da(petits acides organiques, lipides, acides type-humique, polysaccharides, protéines…), et les propriétés physico-chimiques tout aussi variées. Cette matrice est généralement désignée sous le nom générique de matière organique dissoute (MOD), et joue un rôle significatif dans les hydrosystèmes (e.g. comme source de nutriments, protecteur contre le rayonnement solaire…). Toutefois, sa composition peut être modifiée voire altérée par les activités humaines (défrichement des forêts, modification de la végétation, altération des écoulements et de l’hydrologie du bassin-versant, rejets anthropiques…). Cette pollution « indirecte » est plusCes altérations sont complexe encore difficiles à caractériser, quand bien même elles onta déjà des conséquences observables – en potabilisation de l’eau, par exemple.

À ce jour, les micropolluants organiques et la MOD dite « naturelle » sont rarement analysés conjointement. En analyse environnementale, la MOD est généralement plus souvent considérée comme un interférent qu’une source d’information ; tandis qu’en caractérisation de la MOD, les micropolluants ne sont jamais discriminés.

Depuis une quinzaine d’années, les approches d’analyses moléculaire non-ciblées (NTS, pour non-target screening) basées sur la spectrométrie de masse haute résolution (HR-MS) couplée à la chromatographie liquide (LC) ou gaz se développent rapidement dans le domaine de la chimie environnementale et permettent d’analyser plusieurs milliers de micropolluants organiques d’un échantillon d’eau, sans a priori. Même si ces stratégies sont encore très discrètes en caractérisation de la MOD, elles devraient trouver leur place dans les laboratoires au cours des prochaines années. Ce faisant, une image plus complète de la qualité chimique de nos hydrosystèmes pourra être obtenue.

L’étudiant·e interviendra dans le cadre de la thèse de Fanny Mathiaux (2025-2028, https://www.riverly.inrae.fr/nos-recherches/nos-theses/theses-en-cours/mathiaux-fanny) dont l’objectif est de développer une stratégie NTS pour caractériser les pressions chimiques dans les cours d’eau de petits bassins versants. Celles-ci peuvent être reliées à l’occupation de sol (forestière, agricole, urbaine...) et aux activités qui y sont associées. La thèse vise à identifier les signatures chimiques induites par la MOD naturelle et les micropolluants par ces pressions, par l’élaboration de nouveaux workflows de retraitement des données HR-MS.

Objectifs du stage

Le stage proposé s’intéressera à l’évolution de l’empreinte moléculaire de l’eau d’une rivière  en lien avec l’anthropisation croissante du bassin-versant. Plus précisément, il s’agira d’effectuer un suivi longitudinal de la qualité de la matière organique dans le cours d’eau afin d’appréhender comment le paysage/l’occupation de sol et les autres conditions hydrogéographiques influencent sa composition (apport de nouvelles substances, transformation, dilution…)

Pour ce faire, les échantillons d’eau prélevés seront extraits (SPE), analysés par LC-HR-MS et les données associées retraitées avec les workflows NTS appropriés. Le cœur du sujet résidera dans l’interprétation des données afin d’identifier l’évolution spatio-temporelle de la signature chimique de la MOD et des micropolluants au fil du cours d’eau. Il pourra s’agir, entre autres, d’évaluer si les signatures chimiques dues aux différentes occupations de sols à l’amont sont pérennes (si elles se dégradent tout ou partie) et se retrouvent toujours dans des échantillons prélevés plus à l’aval ou si elles évoluent le long du cours d’eau et dans le temps. Des méthodes mathématiques, statistiques (e.g. analyses multivariées), issues de la littérature ou originales seront ainsi testées.

Activités attendues

• Participation à la réflexion sur le design de la stratégie d’échantillonnage (choix du(des) sous-bassin(s)-versant(s) et points de prélèvements, temporalité…).
• Mise en œuvre et participation aux campagnes de prélèvements.
• Analyse des échantillons au laboratoire par SPE-LC-HR-MS.
• Retraitement des données acquises selon les protocoles (ou workflows) développés au sein de l’équipe pour l’analyse de la MOD et des micropolluants organiques.
• Exploitation des données retraitées par analyses mathématiques et statistiques (ex : analyses multivariées).

Formations et compétences recherchées

• Étudiant de Master 2 (ou équivalent) en chimie analytique.
• Connaissances théoriques et pratiques en analyse par spectrométrie de masse (haute résolution).
• Intérêt pour les sciences de l’eau et chimie environnementale.
• Notions en traitement de données complexes (ex : analyses statistiques).
• Bases solides en programmation (ex : R).
• Organisation, rigueur, autonomie, force de proposition.
• Aptitude rédactionnelle. Nécessité de lecture de littérature scientifique en anglais.

Modalités pour postuler

J'envoie mon CV et ma lettre de motivation