Thèse Diachronie de la Contamination des Grands Lacs par les Microplastiques Influence des Politiques Publiques de Gestion de l'Eau et des Déchets H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Savoie Mont-Blanc École doctorale : Sciences Ingénierie Environnement Laboratoire de recherche : Environnements, Dynamiques et Territoires de la Montagne Direction de la thèse : David GATEUILLE Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-31T23:59:59 Les microplastiques (MP), observés dès les années 1970, se retrouvent aujourd'hui dans tous les milieux, des sommets aux fonds océaniques. Issus principalement de la fragmentation d'objets plastiques, ces particules micrométriques se déplacent via l'atmosphère et les hydrosystèmes, se déposant dans les sédiments lacustres, qui agissent comme des pièges naturels. Par exemple, le lac du Bourget piège plusieurs centaines de kilogrammes de MP par an dans ses sédiments, faisant de ces archives un outil précieux pour retracer l'évolution de la contamination sur près d'un siècle. Sur le plan environnemental et sanitaire, les MP posent un défi majeur en raison de leur persistance et de leur capacité à pénétrer les organismes, augmentant leur toxicité. Malgré leur ubiquité, l'efficacité des politiques publiques de réduction reste mal évaluée, en partie à cause de la multiplicité des sources et des processus de transfert complexes. Le projet DiMiCo vise à quantifier les contributions des différentes sources de MP et à évaluer l'impact des politiques publiques sur leur réduction. Pour ce faire, les carottes sédimentaires de cinq lacs (Bourget, Annecy, Anterne, Lebna, Iznik), choisis pour leur variabilité en termes de gestion des déchets et d'activités anthropiques, seront analysées. Trois hypothèses sous-tendent ce projet : les sédiments lacustres enregistrent fidèlement la contamination en MP, les différences de gestion des milieux se traduisent par des niveaux de contamination contrastés, et une résolution temporelle fine permet de détecter les effets des politiques publiques. Les lacs du Bourget et d'Annecy, serviront de systèmes de référence où des politiques publiques ambitieuses ont été mises en place, tandis que le lac d'Anterne permettra d'étudier les retombées atmosphériques régionales et que les lacs Lebna et d'Iznik représenteront les systèmes fortement impactés par des industries. Observés pour la première fois dans les années 1970 en milieu marin, les microplastiques (MP) ont depuis été détectés dans tous les environnements, des plus hauts sommets aux fonds des océans (Napper et al., 2020; Peng et al., 2018). Ces particules de plastique micrométriques, majoritairement issues de la fragmentation d'objets plus massifs, peuvent voyager par voie atmosphérique et se déposer sur les surfaces terrestres (Allen et al., 2021). A la faveur d'évènements hydrologiques intenses (fonte du manteau neigeux, pluie, etc.), ces particules sont remobilisées puis transférées par les rivières (Treilles et al., 2022) sur des distances importantes jusqu'à leur dépôt à la faveur d'écoulements plus calmes (Vaughan et al., 2017). Des travaux réalisés précédemment à l'USMB, ont ainsi montré que les grands lacs se comportent comme des pièges captant la majorité des MP du bassin versant (Dusaucy, 2023). Ainsi, plusieurs centaines de kilogrammes de MP finissent piégés dans les sédiments du lac du Bourget chaque année. Les sédiments lacustres constituent donc des archives environnementales précieuses pour comprendre la dynamique de ces polluants dans l'environnement et l'évolution de la contamination au cours des 80 dernières années. D'un point de vue environnemental et sociétal, les MP représentent un risque sanitaire majeur puisqu'une fois fragmentés à l'échelle submillimétrique, il devient extrêmement difficile de les retirer de l'environnement et de dépolluer les milieux (Rasheed et al., 2023) tandis que leur capacité à pénétrer profondément dans les organismes s'accroit, augmentant leur toxicité (Wu et al., 2021). Il est donc nécessaire de limiter cette contamination à sa source mais si l'ubiquité des MP ne fait aucun doute, l'efficacité des politiques publiques visant à limiter leur présence dans l'environnement reste mal quantifiée (Bank et al., 2022). Cette méconnaissance est liée à multiplicité des sources et à la durée des processus de transferts qui rendent complexe la réalisation de bilan de masse et nécessitent donc la mise en place d'approches innovantes permettant l'étude des effets sur le temps long.Dans ce contexte de pollution généralisée, il apparaît crucial de mieux quantifier les contributions des différentes sources à la contamination en MP et de déterminer l'efficacité des politiques publiques en matière de gestion des déchets et des eaux sur les émissions de MP vers l'environnement. Pour ce faire, le projet DiMiCo propose de reconstituer l'évolution de la contamination de 5 lacs (Bourget, Annecy, Anterne, Lebna & Iznik) différant par la temporalité des politiques de traitement des déchets et de l'eau, à travers l'étude de leurs carottes sédimentaires. Les objectifs du projet sont donc multiples : 1) Retracer l'évolution de la contamination en MP (et additifs) des grands lacs, à la fois en termes de nombre, de masse et de type de polymères, via l'étude de carottes sédimentaires ; 2) Comparer ces lacs et leur bassin versant (densités de population, occupations des sols et activités industrielles) afin de mieux quantifier les contributions relatives des différentes sources (industrielles, domestiques ou atmosphériques) à la contamination environnementale tout en prenant en compte les conditions hydrologiques ; 3) Mettre en parallèle l'évolution de la contamination avec les changements de politiques publiques de gestion des déchets et des eaux afin de mieux comprendre les impacts de celle-ci sur les pollutions en MP comme cela a été fait pour d'autres polluants (Naffrechoux et al., 2015).

Le projet s'appuie ainsi sur trois hypothèses : 1) Les carottes sédimentaires lacustres constituent des archives environnementales pertinentes pour l'enregistrement de la contamination en MP. Cette hypothèse s'appuie à la fois sur des résultats issus de la bibliographie (Uddin et al., 2021) et sur des études déjà réalisées à l'USMB sur la contamination des lacs périalpins. 2) Les lacs variant par leurs expositions aux activités anthropiques (occupation des sols, gestion des eaux pluviales et usées, gestion des ordures ménagères, etc.) présenteront des contaminations en MP contrastées. Cette hypothèse ne saurait être remise en question que si les apports atmosphériques à longue distance constituaient la source majoritaire de contamination. Or, les précédents travaux portés par l'USMB ont montré que ceux-ci ne constituaient au plus, qu'un tiers des apports totaux (Dusaucy, 2023). 3) L'étude des carottes sédimentaires à une résolution temporelle suffisamment fine permettra de détecter des changements dans les tendances globales des flux de MP déposés dans le sédiment et ainsi d'évaluer l'efficacité des politiques publiques. Cette hypothèse s'appuie sur le projet en cours ECOMAS dont les premiers résultats seront connus d'ici juin 2026.

En résumé, le projet DiMiCO propose une approche innovante d'étude diachronique s'appuyant sur des méthodologies développées ces dernières années au sein de l'USMB et du laboratoire EDYTEM pour mieux quantifier les effets des politiques publiques sur la pollution environnementale en MP. METHODOLOGIE
Choix des sites
Les lacs du Bourget et d'Annecy constitueront nos deux sites de référence les mieux connus, à la fois en termes de flux actuels de microplastiques, d'évolution des bassins versants, de conditions hydrologiques et de politiques publiques mises en place. Ces deux lacs ont également l'avantage d'avoir fait l'objet de politiques environnementales ambitieuses (ceinture de collecteurs, détournements des eaux usées dans le Rhône, etc.) depuis les années 60/70 et d'avoir des dépôts sédimentaires varvés depuis les années 1933 qui facilitent la datation et la résolution temporelle de l'étude. Le lac d'Anterne nous permettra d'étudier l'évolution des retombées atmosphériques à l'échelle régionale, des travaux précédents ayant montré que celui-ci reçoit très peu de pollution issue de sources locales (Vallée de l'Arve). Enfin, les lacs Lebna (Tunisie) et Iznik (Turquie) serviront de sites de référence pour des politiques de gestion des déchets limitées, voire en faveur d'industries génératrices de contamination, la Turquie important actuellement 700 000 tonnes de déchets plastiques par an en provenance de l'Union Européenne.

Collecte et caractérisation des archives sédimentaires
Afin de réduire les besoins financiers et l'impact environnemental du projet, celui-ci s'appuie sur des sites pour lesquels des carottes ont déjà été collectées, datées et sont disponibles dans la carothèque d'EDYTEM. Des échantillons seront ainsi accessibles dès le début de la thèse. L'empreinte carbone, les frais de terrain et de datation seront également limités. Pour les lacs choisis, la datation des sédiments a déjà été réalisée sur des carottes de référence à l'aide de méthodes radiométriques (activités du 14C, du 210Pb, du 137Cs et du 241Am) et du comptage des strates annuelles, ce qui a permis d'établir des chronologies précises (Arnaud et al., 2012). Pour les carottes analysées dans le cadre de la thèse, le modèle d'âge sera transposé depuis ces carottes de référence. Afin de prévenir toute contamination, les carottes seront ouvertes sur le banc spécifiquement développé à Edytem (Gallet and Arnaud, 2025) et les échantillons seront prélevés au coeur du sédiment. Le reste des lamines sera utilisé pour déterminer la composition du sédiment par analyse en fluorescence X, sa teneur en matière organique et sa granulométrie. Ces paramètres nous permettront de mieux comprendre le rôle des processus internes aux lacs dans la sédimentation des plastiques. Pour les lacs situés en France, des carottages complémentaires pourront être réalisés, si nécessaire, avec le nouveau système métallique développé dans le cadre du projet ECOMAS (USMB 2026-2027) pour les milieux peu contaminés.

Analyses des microplastiques et de leurs additifs
Les analyses microplastiques seront réalisées selon le protocole développé à Edytem. Les microplastiques sont extraits de la matrice sédimentaire par une série de tamisages, tris densimétriques et d'attaques oxydantes. Les échantillons sont ensuite filtrés sur un support en silicium et analysés par imagerie infrarouge à transformées de Fourier. Les images ainsi obtenues seront analysées à l'aide du logiciel SIMPLE (Primpke et al., 2020) et de la base de données de référence développée au laboratoire contenant plusieurs centaines de spectres de polymères plastiques naturellement vieillis. Cette analyse permettra de déterminer le nombre de particules plastiques, leurs tailles, leurs compositions polymériques et d'estimer leurs masses. En parallèle de ces analyses microplastiques, certains des principaux additifs des plastiques, les phtalates et les bisphénols, seront également quantifiés par chromatographie liquide couplée à un spectromètre de masse. Ces travaux permettront d'étudier le rôle des microplastiques comme vecteurs (Gateuille and Naffrechoux, 2022) de polluants réputés dangereux pour l'homme et l'environnement (Campanale et al., 2020). Cette approche permettra également de voir les impacts1) de l'évolution des formulations des plastiques par les fabricants et 2) des politiques publiques spécifiques aux additifs sur la contamination des milieux aquatiques par ces derniers.

Variabilités spatiales et temporelles des dépôts de microplastiques dans les sédiments
Sur les lacs du Bourget et d'Annecy, une cartographie de la contamination du sédiment sera réalisée afin d'étudier la variabilité spatiale des dépôts de MP au fond des lacs et de vérifier la représentativité des carottes sédimentaires généralement collectées au point le plus profond des lacs. Ces travaux permettront d'étudier l'influence de sources locales (ports, embouchures de tributaires, etc.) et des conditions météorologiques et hydrodynamiques sur la distribution de la contamination en microplastiques au fond des lacs. En parallèle, la variabilité temporelle (intra-annuelle) des flux de sédimentation des plastiques sera étudiée via l'installation d'une trappe à sédiment séquentielle. Cette question est cruciale car la majorité des microplastiques présents dans l'environnement ont une densité inférieure à 1 et ne sédimentent que sous l'action de processus internes aux lacs (développement d'un biofilm microbien, interaction avec de la matière minérale, précipitation de calcite, etc.). Les précédents travaux réalisés à l'USMB (Dusaucy, 2023) ont montré que la quasi-intégralité de MP sédimentent dans le lac mais il est nécessaire de déterminer la durée de ce processus car il pourrait créer un décalage entre l'évolution de la contamination du lac et son enregistrement dans le sédiment.

Caractérisation des pressions anthropiques et des politiques publiques
Les pressions anthropiques seront regroupées en 4 catégories : domestiques, industrielles, agricoles et atmosphériques. Cette partie fera l'objet d'un stage de master 2 en géographie en collaboration avec le laboratoire PACTE à Grenoble. Pour les rejets domestiques, l'évolution des populations résidant dans le bassin versant sera reconstituée à partir des données de l'Insee. Ces populations seront corrigées par la consommation individuelle moyenne de plastique déterminée à l'échelle nationale. Les pressions industrielles seront estimées via deux proxy : la densité industrielle dans le bassin versant et le nombre d'industries réputées émettrices de microplastiques (plasturgie, textile, etc.). Les pressions agricoles seront évaluées à partir des surfaces dédiées à l'agriculture intensive et, si possible, les volumes de boues urbaines épandues. Les valeurs des retombées atmosphériques seront reconstituées à partir des données du lac d'Anterne et des flux actuels. Pour caractériser les politiques publiques locales, des frises chronologiques des politiques de gestion de l'eau seront établies. Une attention particulière sera portée à la mise en route et l'évolution des stations d'épuration, à la couverture des réseaux unitaires et séparatifs ainsi qu'au nombre de raccordements individuels à ces réseaux. Pour la gestion des déchets, nous focaliserons sur les politiques locales comme la mise en place d'un incinérateur remplaçant la décharge à ciel ouvert en 1977 dans le bassin du Bourget.

Approche comparative et diachronique de la contamination
Une fois obtenus, l'ensemble de ces résultats devront être croisés afin de mieux comprendre les différentes sources et processus impactant la contamination des lacs en microplastiques. La première étape sera donc de comparer la contamination des différents lacs variant par leurs expositions aux activités anthropiques afin d'obtenir une première estimation des contributions des différentes sources de microplastiques. Ensuite, les concentrations en microplastiques et en additifs seront combinées aux modèles d'âges des carottes sédimentaires pour établir des chroniques de contamination. Ces chroniques de contamination pourront être corrigées pour intégrer l'évolution des différentes sources détaillées précédemment (consommation moyenne par habitant, évolution des apports atmosphériques, etc.). Enfin, les résultats feront l'objet d'une analyse de séries temporelles visant à mettre en avant des grandes tendances temporelles ainsi que des ruptures de pente potentielles. Ces changements de tendances seront mis en parallèle des politiques locales régionales ou nationales visant à réduire la contamination environnementale.

Le/la candidat(e) devra être titulaire d'un master en sciences de l'environnement et classé(e) parmi les premiers de sa promotion de master 2. Il/Elle devra posséder de solides connaissances en sciences de l'environnement et en particulier en chimie, en physique et/ou en géosciences. Il/Elle aura déjà réalisé au moins un stage dans une structure publique ou privée de recherche en sciences de l'environnement idéalement, en chimie de l'environnement ou en sédimentologie. En particulier, une expérience professionnelle portant sur les microplastiques, les carottes sédimentaires ou le fonctionnement de système lacustre sera appréciée. Le/la candidat(e) devra avoir un goût prononcé pour l'expérimentation scientifique en laboratoire et en terrain extérieur, maîtrisera les outils statistiques pour l'exploitation des données d'analyses multiples et présentera des bonnes capacités rédactionnelles. Dans le cadre de la valorisation des résultats, un bon niveau en anglais est requis.