Thèse Cycle et Solubilité des Métaux Atmosphériques d'Origine Anthropique Fe Cu Mn H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris Cité École doctorale : Sciences de l'Environnement d'Ile-de-France Laboratoire de recherche : LISA - Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques Direction de la thèse : Karine DESBOEUFS ORCID 0000000277666877 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-11T23:59:59 Dans les particules fines présentes dans l'atmosphère on retrouve de nombreux métaux à l'état de traces. Même présents en faibles quantités, ces métaux jouent un rôle important en termes d'impact sur la santé et sur le fonctionnement climatique. Du point de vue de la qualité de l'air, les concentrations de cuivre, fer et manganèse sont surveillées du fait de leur capacité à induire du stress oxydant dans notre organisme (Shiraiwa et al, 2017). Concernant le climat, certains métaux (notamment le Fe) sont des nutriments essentiels au développement du phytoplancton marin tandis que d'autres, comme le cuivre peuvent l'inhiber. En conditionnant ainsi la croissance du phytoplancton, les apports atmosphériques de ces métaux jouent un rôle clé dans la captation du CO2 atmosphérique par photosynthèse.

Pour être en mesure d'évaluer finement ces impacts et d'imaginer des stratégies de remédiations, il faut pouvoir identifier les sources d'émissions des métaux ainsi que l'ensemble des processus qui pilotent leur cycle de vie et de transformations physico-chimiques. Notamment, on doit pouvoir connaître comment et sous quelles formes redox ils sont liés dans les particules pour déterminer leur fraction soluble qui pilote leur bio-disponibilité que ce soit pour le phytoplancton ou dans la matrice humaine (notamment au niveau du système respiratoire).
Les métaux peuvent être aussi bien d'origine naturelle (par ex. dans les poussières désertiques) que d'origine anthropique. Si la composante naturelle est assez bien maîtrisée, il existe encore de forts questionnements sur le rôle des métaux d'origine anthropique. Au cours de ces dernières années nous avons développés au laboratoire des inventaires d'émissions anthropiques pour Cu, Fe et Mn qui permettent désormais de simuler les concentrations de ces métaux avec le modèle de chimie-transport CHIMERE pour pouvoir à termes évaluer leurs impacts sur la santé humaine ou leur dépôt à l'océan.

Ce sujet de thèse est proposé afin d'améliorer et de compléter la représentation de ces métaux dans le modèle CHIMERE en vue de mieux évaluer leurs impacts. Pour se faire la thèse comportera deux parties :

- Une première partie expérimentale qui aura pour but d'acquérir de nouvelles données sur la solubilité des métaux dans des aérosols anthropiques. Pour ceci des prélèvements seront menés en atmosphère urbaine et proche des différentes sources caractéristiques (trafic, incinérateur, voies ferrées...) seront menés et les particules seront caractérisées en distinguant composition chimique en métaux, statut redox et fraction soluble dans l'eau et dans des analogues de fluide pulmonaire.
- A partir de la base de données acquises et de la littérature, la seconde parte de la thèse sera d'imaginer et de développer une stratégie pour représenter la fraction soluble de ces métaux dans le modèle CHIMERE.

Ce sujet qui porte sur des sujets très innovants requiert une forte motivation et une curiosité importante. En termes de formation académique et d'expérience, il est attendu que le·la candidat·e possède des connaissances en chimie, idéalement en chimie de l'atmosphère ou en sciences de l'environnement. Il·elle devra utiliser le modèle de chimie-transport CHIMERE (Fortran) mais aussi tous les outils d'analyse et de post traitement (R, Python) nécessaire à l'exploration des données de terrains et issues des simulations. Pour les expériences en laboratoire, il.elle devra apprendre à manipuler en salle blanche, en conditions d'ultra-propreté. Ainsi une expérience dans un des deux domaines serait fortement appréciée.
Dans les particules fines présentes dans l'atmosphère on retrouve de nombreux métaux à l'état de traces. Même présents en faibles quantités, ces métaux jouent un rôle important en termes d'impact sur la santé et sur le fonctionnement climatique. Du point de vue de la qualité de l'air, les concentrations de cuivre, fer et manganèse sont surveillées du fait de leur capacité à induire du stress oxydant dans notre organisme (Shiraiwa et al, 2017). Concernant le climat, certains métaux (notamment le Fe) sont des nutriments essentiels au développement du phytoplancton marin tandis que d'autres, comme le cuivre peuvent l'inhiber. En conditionnant ainsi la croissance du phytoplancton, les apports atmosphériques de ces métaux jouent un rôle clé dans la captation du CO2 atmosphérique par photosynthèse.

En termes de formation académique et d'expérience, il est attendu que le·la candidat·e possède des connaissances en chimie, idéalement en chimie de l'atmosphère ou en sciences de l'environnement. Il·elle devra utiliser le modèle de chimie-transport CHIMERE (Fortran) mais aussi tous les outils d'analyse et de post traitement (R, Python) nécessaire à l'exploration des données de terrains et issues des simulations. Pour les expériences en laboratoire, il.elle devra apprendre à manipuler en salle blanche, en conditions d'ultra-propreté. Ainsi une expérience dans un des deux domaines serait fortement appréciée.