Polystyrène nanoplastiques, Matière organique naturelle, Homo/hétéro-agrégation, Sédimentation, Biofilm, QCM-D, Ions, Pseudomonas aeruginosa, Membrane de filtration

Les nanoplastiques (NPls), notamment les nanoparticules de polystyrène (PS-NPs), sont devenues d'importants polluants environnementaux en raison de leur forte utilisation et de leur présence durable dans les eaux naturelles. Ce projet de thèse porte sur le rôle des matières organiques naturelles dissoutes (MOD) et des biofilms sur le devenir des PS-NPs en milieu aqueux. Nos travaux ont montré que le type de MOD, spécifiquement les biopolymères (BIOP) et les substances humiques, ainsi que la composition ionique, notamment les ions Ca2+ et Na+, affectent significativement l'agrégation et la stabilité des PS-NPs. La présence de Ca2+ favorise l'agrégation des PS-NPs à travers des mécanismes de pontage cationique comparativement à Na+. Les BIOP majoritairement composés de protéines et de polysaccharides, montrent une plus forte affinité pour les PS-NPs comparativement aux substances humiques plus riches en structures aromatiques. Les BIOP favorisent la stabilité et ainsi réduisent la sédimentation des PS-NPs par rapport aux substances humiques. Les propriétés structurelles des MOD et l'environnement ionique sont des facteurs importants dans la détermination du comportement des PS-NPs. La température présente des effets variables sur l'agrégation des PS-NPs en fonction de la composition du milieu, soulignant la complexité des interactions environnementales. De plus, la séquence d'ajouts des réactifs, i.e., PS-NPs, MOD et Ca2+ et leur concentration respective, influencent les phénomènes d'agrégation. La coagulation et l'échange d'ions sont des traitements efficaces pour l'élimination des PS-NPs. L'étude de la dynamique d'interaction des PS-NPs avec les biofilms a été abordée avec des biofilms produits par Pseudomonas aeruginosa, et avec des biofilms présents sur des membranes de nanofiltration (NF) et d'osmose inverse (RO) industrielles. Les PS-NPs peuvent se combiner efficacement avec les biofilms dans des proportions qui augmentent avec l'épaisseur, et la densité bactérienne des biofilms. La nature des biofilms influence la bio-adsorption des PS-NPs, et la bio-accumulation n'est pas influencée par la concentration des PS-NPs et n'inhibe pas la croissance bactérienne. Les résultats montrent que la présence de MOD et d'ions impactent significativement l'agrégation et la rétention des PS-NPs. La microbalance à cristal de quartz (QCM-D) a été utilisée pour analyser l'interaction des PS NPs avec des surfaces de SiO2 et de polystyrène (PS) revêtues ou non de MOD. Le dépôt de PS-NPs augmente significativement avec Ca2+ plutôt qu'avec Na+, en particulier à faible force ionique (I). Les PS NPs ont tendance à se déposer davantage sur la surface de PS par rapport à celle de SiO2. Le revêtement par des biopolymères constitue des couches d'adsorption plus viscoélastiques que les substances humiques. Les PS-NPs présentent une plus grande affinité pour les surfaces revêtues avec des substances humiques plutôt qu'avec des biopolymères, affinité qui varie avec la composition ionique. Les caractéristiques structurales des MOD et la force ionique influencent de manière critique le dépôt des PS NPs. Cette thèse contribue à une meilleure compréhension des comportements environnementaux des PS-NPs, en mettant l'accent sur les rôles nuancés des caractéristiques des MOD, des conditions ioniques et des interactions avec les biofilms. En analysant ces interactions complexes, ce travail améliore notre capacité à prédire l'impact environnemental des NPs et propose des stratégies pour réduire leur présence dans les écosystèmes aquatiques.