Descriptif du sujet

ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES DE L’ENVIRONNEMENT
D'ILE DE France N° 129
Proposition de sujet de thèse pour la rentrée 2017
Nom du Laboratoire d’accueil : Laboratoire d’Océanographie Microbienne LOMIC ; UMR 7621
Nom du Directeur du laboratoire : Fabien Joux
Adresse complète du laboratoire : Laboratoire Arago - Avenue Fontaulé - 66650 Banyuls sur mer
Nom du Directeur de thèse HDR : GHIGLIONE Jean-François (DR2 CNRS)
Téléphone : 04 68 88 73 16
Mail : [email protected]
• Titre de la thèse : Biodégradation des polymères plastiques en mer
• Sujet proposé (2 pages maximum) :
Description du projet:
Les plastiques représentent environ 80% des déchets retrouvés en milieu marin, estimés à 8 millions de
tonnes qui rejoignent l’océan chaque année. La découverte du « 7ème continent de plastique » dans le gyre du
Pacifique Nord a défrayé la chronique, révélant une pollution de grande envergure, de l’ordre de 3 fois la
superficie de la France. Plus récemment en 2014, notre équipe a participé à l’expédition «Tara-Méditerranée»
qui a montré que cette mer semi-fermée était une autre victime de la pollution plastique, avec des
concentrations aussi importante que dans le 7ème continent de plastique.
Ces dernières années, nous avons réalisé de nombreux travaux pour mieux caractériser le biofilm
bactérien qui colonise les plastiques, la « plastisphère ». Avec d’autres équipes, nous avons montré que
l’abondance et la biodiversité présente sur les plastiques est plus importante que dans l’eau environnante. En
utilisant la métagénomique, nous avons notamment révélé que des bactéries hydrocarbonoclastes et des
bactéries pathogènes peuvent parfois y représenter une fraction importante. Des gènes impliqués dans la
mobilité et dans le transport membranaires ont également pu être identifiés. Nous avons également pu
observer que les bactéries de la plastisphère étaient particulièrement actives, avec des capacités de
reminéralisation de la matière organique insoupçonnée qui soulèvent des questions sur leur importance dans
les cycles biogéochimiques des Océans (thèse Claire Dussud, Univ. Paris 6, 2014-2017).
Néanmoins, la caractérisation du biofilm ne donne que peu d’informations sur la biodégradabilité des
polymères plastiques en mer. Si certaines bactéries cultivées en laboratoire ont montré des capacités de
dégradation de certains plastiques, la biodégradation en condition naturelle reste très peu explorée. Une
approche pluridisciplinaire est indispensable pour répondre à cette problématique. Notre équipe anime
actuellement un groupe de travail sur ce sujet qui vise à fédérer les connaissances acquises par les physiciens
et chimistes des polymères avec les biologistes (Groupement de Recherche GDR en cours de validation).
Les nouvelles réglementations dénotent d’une prise de conscience des pouvoirs publics, conduisant
notamment à une première interdiction des sacs plastiques à usage unique en France en 2017. Notre équipe
travaille actuellement de concert avec le ministère de l’Environnement, de l’Energie et de la Mer pour la
rédaction d’un décret relatif à l’interdiction de la mise sur le marché de produits cosmétiques à usage
d'exfoliation (microbilles) en 2018 et pour les tiges de bâtonnets ouatés à usage domestique en 2019. Ce
décret proposera des solutions alternatives utilisant des plastiques non-conventionnels biosourcés dont nous
évaluons actuellement la biodégradabilité en mer. Dans le cadre d’un projet ANR coordonné par notre équipe
(ANR-OXOMAR), nous travaillons également en collaboration avec le premier producteur mondial de
plastiques oxo-dégradables (Symphony Environmental Technologies, London), pour évaluer leur
biodégradabilité en milieu marin.
Le sujet de thèse portera sur la biodégradation des polymères plastiques conventionnels et
non-conventionnels (biosourcés et oxodégradables) en milieu marin.
La thèse répondra à trois objectifs :
Objectif 1 : démontrer la biodégradabilité de polymères plastiques conventionnels (PE, PP) et
non-conventionnels (PHBV, PLA, PET, PBS, PBAT, PCL, PE-OXO) en milieu marin à partir
de plusieurs approches complémentaires utilisant des techniques de respiromètrie, de perte de
masse, de microscopie à force atomique et de mesures de degré d’oxydation par FTIR
Objectif 2 :
Objectif 3 :
(collaboration avec le laboratoire F. Coulomb de Montpellier).
évaluer pour la première fois les taux de dégradation et identifier les bactéries capables de
dégrader certains polymères marqués par des isotopes stables (PE, PE-OXO et PHBV) en
utilisant des techniques de pointe reposant sur le marquage par des isotopes stables couplés
soit à la GC/RMN (collaboration avec le laboratoire ICCF de Clermont Ferrand), soit à la
métagénomique (DNA-stable isotope probing).
mieux comprendre les processus biochimiques clés de la dégradation des polymères
conventionnels et non-conventionnels à partir d’analyses transcriptomiques réalisées sur des
souches bactériennes isolées en milieu marin.
Laboratoire d’accueil : Ces recherches seront réalisées au laboratoire d’Océanographie Microbienne - voir
axe de recherche «Ecotoxicologie et ingénierie microbienne marine» coordonné par JF Ghiglione. Il
bénéficie de laboratoires de recherche avec des équipements de pointe et d’une structure expérimentale
directement reliée à la mer dans le Parc naturel marin du Golfe du Lion, où nous réalisons également nos
prélèvements avec le bateau océanographique NereisII.
Actuellement, ce projet implique directement 3 chercheurs permanents, 3 ingénieurs, 1 post-doctorant, 1
doctorant (en fin de thèse) et 1 master 2.
Site internet de l'équipe d'accueil:
http://lomic.obs-banyuls.fr/fr/axe_4_ecotoxicologie_et_ingenierie_metabolique_microbienne.html
Intégration programmatique, financement des travaux de recherches: L’étudiant bénéficiera des moyens
et des collaborations avec les équipes internationales impliquées dans le programme OXOMAR (ANR
2017-2021; coordinateur JF Ghiglione) et le programme MINIS (ministère de l’Environnement, de l’Energie
et de la Mer 2017-2019; coordinateur JF Ghiglione).
Techniques utilisées: Campagnes en mer, extraction d’ADN et d’ARN, pyroséquençage et bioinformatique,
microscopie à force atomique et microscopie optique, cytomètrie en flux, culture bactérienne, production et
respiration microbienne, activités ectoenzymatiques, FTIR, DNA stable isotope probing.
Compétences : La sélection des étudiants reposera essentiellement sur leur motivation et sur la qualité de
leur dossier. Des connaissances de base en microbiologie et en biologie moléculaire sont souhaitables.
N’hésitez pas à nous contacter pour nous exposer vos motivations et pour avoir de plus amples
renseignements.
Mots clés : Microplastiques, biodégradation, pollution, écotoxicologie microbienne
• Type de financement autre que ED 129, précisez si envisageable ou acquis (CNES, CEA, ADEME
etc…) : aucun
. Liste des autres doctorants que vous encadrez au 1er janvier 2017
DUSSUD Claire, Université Paris 6, bourse MENRT, date de soutenance : 31 Septembre 2017