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)
Mariana Rodrigues, 2019 -2023, Bourse CAPES-Cofecub, thèse en cotutelle entre l’Université de Brasilia (UnB) et l’Université Paul Sabatier (UPS).
Sujet de la thèse: “Analyse de la provenance sédimentaire des bassins du Crétacé du système Andes-Amazonie Océan Atlantique (bassin arrière arc andin amazonien, bassins brésiliens intracratoniques et marge équatoriale) et de ses relations avec la paléogéographie et la tectonique”
Les bassins de la marge équatoriales brésiliennes se forment aussi au cours du Crétacé en relation avec l’ouverture de l’océan atlantique équatorial qui commence au Cénomanien (~100 Ma) et l’hyperextension des marges conjuguées obliques de l’Océan Atlantique Equatorial. Cette période est aussi connue pour son haut niveau marin relatif (transgressions cénomano-turonienne) et ses évènements anoxiques (OAE2 et OAE3). Alors que ces évènements géodynamiques et climatiques ont fait l’objet de nombreuses études dans les autres marges passives atlantiques, curieusement, les bassins de la marge équatoriales brésiliennes restent peu étudiés d’un point de vue académique. Notamment, les reliefs sources et la provenance des sédiments se déposant dans les bassins de la marge équatoriale brésilienne n’ont jamais été étudiés. En particulier, on peut se poser la question d’une éventuelle provenance andine et donc de la présence d’une Amazone transcontinentale en relation avec la première période de construction des Andes amazoniennes au Maastrichtien supérieur. Le but de cette thèse est, à partir des outils classiques de sédimentologie et d’analyses de bassins et de la détermination de la provenance des sédiments à partir des compositions isotopiques en Nd et Sr des sédiments fins et des datations U-Pb sur zircons pour les des sédiments grossiers, de proposer une reconstitution paléogéographique du système Andes-Amazonie-Océan Atlantique au cours du Crétacé et de discuter quels sont les mécanismes géodynamiques et climatiques qui contrôlent la production et l’export de sédiments clastiques dans les bassins de ce système. La venue de Mariana Rodrigues au GET à Toulouse est financée par une bourse de mobilité de la CAPES (d’une durée de 1 an à un an et demi) automatiquement attribuée dans le cadre du projet CAPES-COFECUB Te 924/18 porté par Martin Roddaz et Roberto Ventura Santos.
Directeurs: M. Roddaz (GET-UPS) et R. Ventura Santos (UnB).
Laudine Marchive, 2020 -2023, Bourse CIFRE, entreprise SCOP Ethiquable
Sujet : Effet des bio-amendements sur les rendements et les niveaux de cadmium dans la production de cacao en agriculture biologique et durable (Équateur et Côte d’Ivoire)
Ce projet de recherche vise à apporter des solutions agronomiques biologiques et durables afin de répondre à des problématiques propres à la culture du cacao en Afrique et en Amérique du sud. Les premiers sites d’expérimentation participative sont situés en Équateur, où l’objectif est d’aider les petits agriculteurs à diminuer les niveaux de cadmium dans les fèves, et ainsi assurer l’exportation de leur production suite à la mise en place des nouvelles normes sanitaires européennes. Le second site est situé en Côte d’Ivoire où il s’agit d’accompagner les producteurs de cacao vers un modèle en agroforesterie rentable et durable pour pallier aux faibles rendements actuels et faire face aux maladies qui affectent les récoltes. Les solutions agronomiques identifiées seront testées dans les deux pays et adaptées en fonction des caractéristiques locales des sols et des modes de culture.
Encadrants : Laurence Maurice, Eva Schreck
Marie Heydon, 2021-2024, Bourse ministérielle, Projet DiagnOSE, région Occitanie
Sujet : Etude de la mobilité de l’arsenic et impact potentiel pour les populations
Le district minier de Salsigne (Aude, France) a été exploité pour l’or depuis les années 1870 jusqu’en 2004. Plus importante mine d’or d’Europe, ce fut également le premier site mondial de production d’arsenic, un élément constitutif du « mispickel » (arsénopyrite, FeAsS). En 2004, après l’arrêt de toute activité, certains travaux de réhabilitation et confinement ont été entrepris et un suivi environnemental perdure. Aujourd’hui, malgré les études récentes (Khaska et al., 2015, 2018) portant sur le transfert d’As par la rivière Orbiel et l’origine de cet As, de nombreuses interrogations persistent quant à l’importance des sources des différents éléments (arsenic, antimoine, plomb…), de leurs flux mais aussi des mécanismes contrôlant leur transfert entre les principaux réservoirs biotiques et abiotiques. Dès lors, dans un contexte de tension sociale perceptible et parfois de défiance vis-à-vis des services de l’Etat dans cette partie de la vallée de l’Orbiel, il est important d’apporter des connaissances fondamentales sur le comportement des contaminants dont l’arsenic au sein de cette vallée, souvent soumise à des phénomènes hydrologiques extrêmes comme la récente crue d’octobre 2018 dont les conséquences furent dramatiques pour les populations de la vallée.
Ce doctorat a pour objectif principal de : 1) quantifier les flux d’éléments chimiques (As mais aussi Cd, Al, Sb, Pb…) et autres composés chimiques comme les composés du soufre, le cyanure et ses dérivés, les composés organiques d’origine naturelle comme les composés humiques et d’origine anthropique transportés au cours du cycle hydrologique annuel (dont évènements exceptionnels tels que les crues) par les cours d’eau ; 2) mieux identifier les sources principales de ces éléments à partir d’une approche isotopique (en collaboration avec le laboratoire HSM à Montpellier); 3) faire une analyse de spéciation physique et chimique des éléments d’importance en lien avec les composés organiques et minéraux majeurs dans les différentes phases (dissoute, colloïdale et particulaire) des eaux. Pour les analyses de spéciation chimique, l’accent est mis sur l’As et le manganèse (Mn), via la mise en place de capteurs in situ, analysés en collaboration avec le laboratoire LCA (INP Toulouse). Cependant, la mesure d’autres éléments (Cd, Cu, Zn, Hg, Fe, Al) est également considérée en fonction de leurs risques (éco)toxicologiques potentiels ou de leurs rôles sur le transport des éléments traces. Des mesures complémentaires des conditions bio-physicochimiques et de la composition du milieu sont également effectuées en parallèle. Enfin, des collaborations actives avec les chercheurs hydrologues modélisateurs (IMFT) sont déployées pour modéliser les transferts d’eau en période de crue.
Encadrants : Jérôme Viers, Eva Schreck
Michele Andriolli Custodio, 2019 -2023, Bourse CAPES-Cofecub, thèse en cotutelle entre l’Université de Brasilia (UnB) et l’Université Paul Sabatier (UPS).
Sujet: Sujet de la thèse: “Evolution du système Andes-Amazonie-Océan Atlantique au cours du cénozoïque”
Les objectifs de cette thèse sont de comprendre les mécanismes qui ont contrôlé l’évolution cénozoïque (essentiellement paléogène) du système Andes-Amazonie-Océan Atlantique en 1) déterminant les paléo-environnements et la provenance des sédiments amazoniens sur un profil proximal-distal (depuis les Andes jusqu’à la marge) et 2) en corrélant les bassins intracratoniques avec les bassins de la marge équatoriale grâce aux données d’affleurement et de sous-sol obtenu ou en phase d’obtention auprès de l’ANP. Deux sections sont ciblées dans les bassins arrière-arc péruvien : celle de Contamana (Antoine et al., 2016) dont les échantillons sont au GET (Toulouse) et celle de Huallaga en cours d’étude par les paléontologues de l’ISEM (Montpellier) et les géologues de Toulouse et Brasilia. Pour le bassin Solimoes, nous ferons appel aux données de sous-sol qui ont été collectée dans le cadre de la campagne RAMDAM BRASIL et dont les échantillons de puits sont stockés au siège du service géologique brésilien à Manaus. En ce qui concerne les bassins de la marge équatoriale, le bassin Foz de Amazonas est ciblé et nous sommes en train de faire des demandes pour avoir accès à des lignes sismiques et à des échantillons de puits. Les outils classiques de la sédimentologie (analyse de facies et interpétation paléo-environnementale en associant bio et litho faciès) et de l’analyse de bassin (interprétation de lignes sismiques via les logiciels IHS-Kingdom, OpendTect et MOVEà Toulouse) seront utilisés. La provenance des sédiments sera déterminée à partir des compositions isotopiques en Nd et Sr des sédiments fins (Toulouse et Brasilia) et des datations U-Pb sur zircons (Brasilia) pour les des sédiments grossiers. La venue de Michele Andriolli Custodio au GET à Toulouse est financée par une bourse de mobilité de la CAPES (d’une durée de 1 an à un an et demi) automatiquement attribuée dans le cadre du projet CAPES-COFECUB Te 924/18 porté par Martin Roddaz et Roberto Ventura Santos
Directeurs: M. Roddaz (GET-UPS) et R. Ventura Santos (UnB).