Mickaël WAGNER, 2023-2025 Financement : ERC StG LEAPHY #101041729
Sujet de la thèse: « Adhésion, absorption, transfert et transformation de nanomatériaux aux interfaces feuille-plante-sol »
L’utilisation actuelle des produits phytosanitaires est inefficace. Une grande fraction des fertilisants et des pesticides appliquée dans les champs n’atteint pas sa cible et est gaspillée. Ils contaminent alors les sols, les eaux de surface et souterraines, et dégradent les écosystèmes où ils se dispersent. Les nanoparticules, grâce à leur petite taille, possèdent une réactivité et une capacité à interagir avec la matière différente de celles des sels et des micro-particules. Leurs propriétés physico-chimiques particulières pourraient permettre de formuler des produits phytosanitaires (fertilisation et protection des plantes) plus efficaces à atteindre leurs cibles, tout en diminuant les risques pour les écosystèmes. Cependant, la compréhension limitée des interconnections entre propriétés des nanoparticules, anatomie des plantes et réponses physiologiques influençant les effets et le devenir des nanoparticules, restreint à ce jour la possibilité de synthétiser des nanostructures efficaces et sûres.
L’objectif de ce travail de thèse est d’identifier comment les propriétés physico-chimiques en lien avec la réactivité des nanoparticules influencent leur capacité à franchir les barrières cellulaires aux interfaces feuille-plante-sol. Les mécanismes associés à l’absorption foliaire, aux transferts, et aux transformations in planta des nanoparticules seront investigués de l’échelle cellulaire à celle de l’individu.
En particulier, les questions suivantes seront posées :
- Comprendre le rôle des propriétés physico-chimiques des nanoparticules sur leur devenir après dépôt foliaire.
- Identifier les structures cellulaires, les contraintes anatomiques, les flux, ainsi que les réponses physiologiques responsables de l’internalisation, de la (bio)transformation et du transport des nanoparticules et de leurs produits de transformation in planta.
- Mettre en lumière le lien entre dose, stratégie de gestion par la plante des nanoparticules et impacts (toxiques ou bénéfiques).
Ce travail permettra d’améliorer la compréhension des mécanismes d’interactions entre plantes et nanoparticules, ce qui constituera un préalable indispensable à la recherche de formes nanoparticulaires de produits phytosanitaires sûres qui puissent réduire l’utilisation des ressources et la contamination des agroécosystèmes.
Résumé du projet de thèse en anglais: The current use of crop protection products is inefficient. A large fraction of fertilizers and pesticides applied to fields do not reach their target and are wasted. They then contaminate soils, surface and groundwater, and degrade ecosystems where they are dispersed. Nanoparticles, thanks to their small size, have a different reactivity and ability to interact with matter than salts and micro-particles. Their physico-chemical properties could allow the design of phytosanitary products (fertilization and plant protection) that are more efficient in reaching their targets, while reducing the risks for ecosystems. However, the limited understanding of the interplays between nanoparticle properties, plant anatomy and physiological responses influencing the effects and fate of nanoparticles restricts the possibility of synthesizing effective nanostructures to date.
The objective of this PhD work is to identify how physicochemical properties related to nanoparticle reactivity influence their ability to cross cell barriers at leaf-plant-soil interfaces. The mechanisms associated with leaf uptake, transfer, and in planta transformation of nanoparticles will be investigated from the cellular to the individual scale.
In particular, the following questions will be asked:
- To understand the role of physicochemical properties of nanoparticles on their fate after foliar deposition.
- Identify the cellular structures, anatomical constraints, fluxes, as well as the physiological responses responsible for the internalization, (bio)transformation and transport of nanoparticles and their transformation products in planta.
- To highlight the link between dose, management strategy of nanoparticles by the plant and impacts (toxic or beneficial).
This work will help to improve the understanding of the mechanisms of interactions between plants and nanoparticles, which will be an essential prerequisite to the search for nanoparticulate forms of safe phytosanitary products that can reduce the use of resources and the contamination of agroecosystems.
Astrid Avellan (G3, GET), Camille LARUE (LEFE)