Thèse Mobilisation des Polluants Induite par les Intrusions Salines Biogéochimie et Dynamique à l'Interface Eau-Sédiment dans un Contexte de Changement Climatique Mobidicc H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Lille École doctorale : Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement Laboratoire de recherche : LAboratoire de Spectroscopie pour les Interactions, la Réactivité et l'Environnement Direction de la thèse : Ludovic LESVEN ORCID 0000000245755891 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-22T23:59:59 Les intrusions salines, stimulées par le changement climatique, l'élévation du niveau de la mer et les pressions anthropiques, représentent un facteur émergent de l'instabilité géochimique dans les sédiments côtiers et industrialisés. En modifiant les gradients rédox, la composition ionique et les équilibres biogéochimiques, les eaux salines peuvent mobiliser des métaux, des métalloïdes et des nutriments auparavant piégés dans les matrices sédimentaires. Ces eaux salines peuvent également restructurer les communautés bactériennes benthiques, ce qui a des conséquences importantes non seulement sur les flux de métaux, mais aussi sur la dégradation de la matière organique et le potentiel pathogène des sédiments. Ces changements suscitent des préoccupations concernant la qualité de l'eau, le fonctionnement des écosystèmes et la gestion des sédiments dans des zones vulnérables telles que le corridor côtier industrialisé de Dunkerque (par exemple le canal de Bourbourg).
Afin de compléter les investigations géochimiques et microbiologiques, le projet a pour but d'intégrer des méthodes géophysiques à haute résolution pour cartographier l'étendue et la dynamique des intrusions salines. Ces techniques non invasives permettront de délimiter les zones d'eaux souterraines salinisées, de suivre leur évolution et de fournir des conditions aux limites essentielles pour les expériences en mésocosmes, puisque seules les intrusions salines peu profondes influencent directement les échanges à l'interface eau-sédiment. Parallèlement, le projet AQUASEL (BRGM, AEAP), basé sur des mesures géophysiques aéroportées par hélicoptère, contribuera à comprendre la géométrie des intrusions d'eau salée dans les environnements côtiers.
Ce projet de thèse vise donc à élucider et à modéliser les mécanismes gouvernant la remobilisation des contaminants (métaux traces, métalloïdes, anions...) sous différents scénarios d'intrusion saline, en combinant des systèmes expérimentaux contrôlés, des analyses géochimiques avancées, une microbiologie ciblée et une imagerie 2D à haute résolution (optodes, DGT). Cette approche intégrée et multi-échelle permettra de révéler les processus couplés, désorption, dissolution réductrice, formation de sulfures et transitions microbiennes, qui contrôlent la mobilité des contaminants à l'interface sédiment-eau. Soutenu par le LASIRE, le LOG (Université de Lille), l'Université de Mons et la Communauté urbaine de Dunkerque, le projet présente de fortes dimensions interdisciplinaires, internationales et socio-économiques. Les résultats attendus incluent une compréhension prédictive des impacts des intrusions salines, l'identification des conditions critiques de relargage des polluants et le développement d'outils d'aide à la décision pour l'adaptation au changement climatique dans les territoires côtiers vulnérables.
Les intrusions salines, qu'elles soient provoquées par l'élévation du niveau de la mer, des événements extrêmes ou par la gestion anthropique de l'eau (Syndicat intercommunal des Wateringues, IIW), induisent des réorganisations rapides des voies de diagénèse précoce et affectent profondément la stabilité des phases porteuses de métaux [1,2,5]. La littérature existante met en évidence plusieurs processus clés, mais une vision intégrée reste nécessaire pour passer de la compréhension fondamentale des mécanismes à la mise en oeuvre d'outils d'aide à la décision.

- Désorption et complexation induites par le chlorure : des concentrations élevées en Cl augmentent la force ionique et entrent en compétition avec les oxo-anions sur les surfaces minérales, favorisant la libération de l'arséniate et du chromate tout en stabilisant les complexes dissous métal-chlorure (par exemple CdCl, PbCl) [2,3]. Ce phénomène contribue à de forts relargages de contaminants dissous après des perturbations de salinité, un comportement fréquemment observé dans les sédiments pollués des ports et canaux.

- Modifications microbiennes induites par l'augmentation des concentrations en sulfate : une disponibilité accrue en sulfate accélère la respiration anaérobie via les bactéries sulfato-réductrices, renforçant la minéralisation de la matière organique et générant des espèces sulfureuses (HS, HS) [5]. Selon les gradients rédox et la disponibilité en fer, ces sulfures peuvent soit précipiter les métaux sous forme de phases AVS/CRS (Acid Volatile Sulfides / Chromium Reducible Sulfur), soit favoriser la dissolution réductrice des minéraux de Fe(III), libérant ainsi les éléments traces associés.
- Dissolution des oxyhydroxydes de Fe-Mn : ces phases, abondantes dans les sédiments de la région de Dunkerque, constituent d'importants puits pour l'As, le Zn, le Pb, le Mn et le phosphate. Lors des transitions vers des conditions anoxiques induites par les intrusions salines, elles se dissolvent, provoquant une libération conjointe de solutés sensibles au rédox et stimulant des réactions diagénétiques en cascade [1,7]. Selon leur composition, les communautés microbiennes jouent également un rôle majeur dans la mobilisation de ces métaux [7,17].

- La matière organique comme variable maîtresse : la réactivité et la labilité de la matière organique (MO) déterminent l'apport en donneurs d'électrons, modulant ainsi la cinétique des fronts de réduction et la persistance de la précipitation des sulfures. Les systèmes industrialisés contiennent souvent des sources de MO mixtes (urbaines via les stations d'épuration et les déversoirs d'orage par exemple), industrielles, algales), entraînant des schémas de dégradation complexes [7,8]. La composition des communautés microbiennes joue également un rôle majeur dans ces processus [17].
Malgré ces avancées, très peu d'études combinent simultanément :
1. L'imagerie à haute résolution (optodes planaires, DGT, ...),
2. La microbiologie,
3. Des expériences d'intrusion saline multi-scénarios,
4. Et la cartographie géophysique des masses d'eaux souterraines salinisées.
Cette intégration interdisciplinaire, appliquée directement au corridor côtier fortement industrialisé, certainement contaminé et exposé aux aléas climatiques de Dunkerque (élévation du niveau de la mer, inondations, fortes précipitations...), constitue l'originalité du projet. Peu d'études ont examiné de manière aussi intégrée la réponse couplée chimie-microbiologie-toxicité dans des sédiments portuaires et de canaux en zone tempérée.

La méthodologie repose sur un cadre multi-échelle et multidisciplinaire combinant expériences contrôlées en laboratoire, validation in situ et caractérisation géophysique

Le/la candidat(e) devra posséder une formation en chimie de l'environnement, géochimie, sciences de l'eau, microbiologie environnementale ou géosciences. Des compétences en analyses chimiques, instrumentation analytique, expérimentation en laboratoire ou traitement de données seront appréciées. Un intérêt pour les approches interdisciplinaires et le travail de terrain est attendu. De plus, le/la candidat devra avoir des capacités à travailler en équipe, à collaborer avec des experts multidisciplinaires et posséder une adaptabilité et une capacité à travailler dans des environnements variés (laboratoire, terrain, bureau...).