Thèse Caractérisation Chimique et Évolution des Émissions Issues de l'Usure des Pneus des Signatures à la Source aux Transformations et Propriétés Hygroscopiques Tweet H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Lille École doctorale : Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement Laboratoire de recherche : CERI EE Centre d'Enseignement de Recherche et d'Innovation Energie Environnement Direction de la thèse : Marie CHOEL ORCID 0000000191609919 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-31T23:59:59 Le transport routier demeure une source majeure de pollution atmosphérique. Alors que les émissions à l'échappement ont été significativement réduites grâce aux avancées technologiques et à l'électrification progressive des véhicules, les émissions hors échappement - incluant celles liées à l'usure des freins, de la chaussée et des pneus - sont désormais reconnues comme des sources dominantes de polluants, encore insuffisamment caractérisées. Parmi celles-ci, les particules issues de l'usure des pneus (TWP, Tire Wear Particles) constituent un mélange complexe de composés organiques, d'additifs et de métaux, émis à la fois sous forme particulaire et semi-volatile [1,2]. Ces particules s'accumulent dans divers compartiments environnementaux (air, eaux de ruissellement, végétation, organismes vivants) et représentent une source importante de microplastiques et de métaux lourds, présentant des risques pour la santé humaine et écologique [3].Malgré l'attention croissante portée à ces émissions [4,5], des incertitudes importantes subsistent quant à leur composition chimique, leur transformation atmosphérique et leur devenir environnemental. En particulier, l'impact du vieillissement atmosphérique sur leurs propriétés physicochimiques - telles que l'état d'oxydation, la réactivité de surface et les interactions avec l'eau - reste encore mal compris [6].

Ce projet de thèse, mené en collaboration entre IMT Nord Europe et l'Université de Lille (LASIRE UMR 8516 CNRS), vise à caractériser les émissions particulaires liées à l'usure des pneus, depuis leur émission primaire jusqu'à leur évolution atmosphérique.

À IMT Nord Europe, les émissions issues de pneus neufs et vieillis (été, hiver et toutes saisons) seront analysées à l'aide de techniques complémentaires telles que des microchambres, TD-GC-MS, pyrolyse-GC-MS et la spectroscopie FTIR, afin de déterminer la composition moléculaire et les groupes fonctionnels. Des échantillons collectés en environnement influencé par le trafic seront étudiés afin d'évaluer la pertinence des traceurs identifiés en conditions réalistes. La teneur en métaux des TWP ainsi que leur distribution au sein des particules seront analysées par ICP-MS et à l'aide d'outils de caractérisation de surface.

Au LASIRE, la morphologie des particules, leur composition élémentaire, leur degré de mélange interne et leurs caractéristiques de surface seront examinés par microscopie électronique (MEB/EDX), tandis que la résonance paramagnétique électronique (RPE/EPR) sera utilisée pour identifier les espèces radicalaires persistantes formées lors du vieillissement et évaluer leur rôle potentiel dans la réactivité des particules.

Le projet étudiera également l'impact du vieillissement environnemental simulé et réel sur les interactions des TWP avec l'eau, afin de mieux comprendre l'évolution de leurs propriétés physicochimiques dans l'atmosphère.

Dans l'ensemble, ce travail contribuera à améliorer la compréhension mécanistique de l'usure des pneus en tant que source émergente de pollution atmosphérique urbaine et à favoriser son intégration dans les études de qualité de l'air. Le transport routier constitue une source majeure de pollution atmosphérique urbaine. Si les émissions à l'échappement ont fortement diminué au cours des dernières décennies grâce aux évolutions technologiques et réglementaires, les émissions non liées à l'échappement (freins, chaussées et pneus) sont désormais reconnues comme une contribution importante et croissante à la pollution particulaire urbaine. Parmi celles-ci, les particules issues de l'usure des pneus (TWP, Tire Wear Particles) suscitent un intérêt scientifique croissant en raison de leur composition complexe, associant composés organiques, additifs, métaux et microplastiques.

Malgré les avancées récentes dans ce domaine, des incertitudes importantes persistent concernant la composition chimique des TWP, leurs traceurs spécifiques, leur transformation atmosphérique ainsi que l'évolution de leurs propriétés physicochimiques au cours du vieillissement environnemental. En particulier, les mécanismes gouvernant l'oxydation, la réactivité de surface et les interactions avec l'eau restent encore insuffisamment compris, alors que ces processus peuvent fortement influencer leur devenir atmosphérique, leurs propriétés hygroscopiques et leurs impacts potentiels sur la qualité de l'air et la santé. Les objectifs sont de :
(i) développer une méthode de quantification des TWP et de certains additifs sélectionnés par pyrolyse-GC-MS
(ii) identifier des traceurs chimiques des TWP issues d'échantillons témoins et de prélèvements en conditions réelles (ex. collectés en bord de routes)
(iii) étudier les modifications de composition et de surface des TWP induites par le vieillissement
(iv) évaluer leurs propriétés hygroscopiques.

The objectives are to:
(i) develop a method to quantify TWP and their selected additives using pyrolysis-GC-MS,
(ii) identify chemical tracers of TWPs in controlled and real-world samples,
(iii) investigate compositional and surface changes induced by aging, and
(iii) assess their hygroscopic properties. Les travaux de thèse reposeront sur une approche expérimentale multidisciplinaire combinant analyses chimiques, caractérisations physicochimiques et études de vieillissement atmosphérique des particules issues de l'usure des pneus (TWP).

Des émissions provenant de pneus neufs et vieillis (été, hiver et toutes saisons) seront générées et étudiées à l'aide de microchambres expérimentales. La composition chimique des émissions et des particules sera analysée par des techniques complémentaires incluant la pyrolyse-GC-MS, la TD-GC-MS et la spectroscopie FTIR afin d'identifier et de quantifier des traceurs spécifiques des TWP ainsi que leurs principaux groupes fonctionnels.

Des échantillons environnementaux collectés en conditions réelles seront également étudiés afin d'évaluer la pertinence atmosphérique des traceurs identifiés en laboratoire. La caractérisation des métaux et de leur distribution au sein des particules sera réalisée à l'aide de techniques telles que l'ICP-MS et d'outils de caractérisation de surface.

Les modifications induites par le vieillissement environnemental simulé et réel seront étudiées afin d'évaluer l'évolution des propriétés chimiques, morphologiques et hygroscopiques des particules. Des techniques de microscopie électronique (MEB/EDX) ainsi que la résonance paramagnétique électronique (RPE/EPR) seront utilisées pour caractériser la morphologie des particules, leur composition élémentaire et la formation éventuelle d'espèces radicalaires persistantes.

L'ensemble de ces approches permettra d'améliorer la compréhension des processus de transformation atmosphérique des TWP et de leur impact potentiel sur la qualité de l'air urbain.

Nous recherchons une personne fortement motivée, disposant d'une solide formation en chimie atmosphérique, physicochimie ou domaine connexe.

Le profil recherché inclut :
- Master (ou équivalent) en chimie atmosphérique, physicochimie, sciences de l'environnement ou discipline proche
- Connaissances en techniques analytiques (GC-MS, FTIR ou équivalent)
- Intérêt pour le travail expérimental et la caractérisation de systèmes complexes
- Capacité à évoluer dans un environnement multidisciplinaire et international
- Rigueur, autonomie et sens de l'organisation
- Bon niveau d'anglais (écrit et oral)

Une expérience avec des chambres de simulation atmosphérique, l'analyse des aérosols ou l'instrumentation avancée sera un atout.

Une participation aux activités d'enseignement du CERI EE pourra également être envisagée, dans la limite de 64 heures.

• Réalisation d'analyses chimiques
• Chimie