Active and passive biomonitoring tools for microplastics assessment in two highly polluted aquatic environments : case study of the Seine estuary and the Lebanese coast

par Maria Kazour

Thèse de doctorat en AGRONOMIE, PRODUCTIONS ANIMALE ET VEGETALE, AGROALIMENTAIRE : Biologie de l’environnement, des populations, écologie

Sous la direction de Rachid Amara et de Gaby Khalaf.

Soutenue le 17-12-2019

à Littoral , dans le cadre de École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord) , en partenariat avec Laboratoire d'océanologie et de géosciences (Wimereux, Pas-de-Calais) (équipe de recherche) , Conseil National de la Recherche scientifique (Liban) (laboratoire) et de Laboratoire d’Océanologie et de Géosciences (LOG) (laboratoire) .

Le président du jury était Guillaume Duflos.

Le jury était composé de Catherine Mouneyrac, Johnny Gasperi, Hélène Thomas-Guyon.

Les rapporteurs étaient Catherine Mouneyrac, Johnny Gasperi.

  • Titre traduit

    La biosurveillance active et passive pour l’étude des microplastiques dans deux environnements aquatiques pollués : l’estuaire de la Seine et le littoral libanais Thèse présentée


  • Résumé

    La production de plastique est en augmentation continue pour répondre à la forte demande mondiale. Cette production massive est la source d'importantes quantités de plastiques que l'on retrouve dans les milieux aquatiques. Parmi ces plastiques, les microplastiques (MP) (particules microscopiques d’une taille < 5 mm) se retrouvent dans l’eau, les sédiments et sont susceptibles d’être ingérés par divers organismes marins. Cette thèse se focalise sur (1) l’évaluation des sources et des apports de microplastiques au milieu aquatique et de leur présence dans les organismes, et (2) de tester la faisabilité d’utiliser des organismes vivants pour la surveillance de la pollution de l’environnement par les microplastiques. Deux zones côtières affectées par des pressions anthropogéniques ont été étudiées : Le Havre et le littoral libanais. Dans le premier cas, le rôle d’une station de traitement des eaux usées (STEP) et d’une décharge côtière dans l’introduction des microplastiques dans l’environnement a été étudié. Les MPs ont d’abord été analysés dans l'influent, la boue et l’effluent de la STEP. Leur devenir a été suivi selon un gradient de distance de la STEP au niveau de trois matrices : eau de surface, sédiments et moules sauvages (Mytilus spp.). Les MPs ont été trouvés au niveau de toutes les matrices avec une concentration qui diminue en s’éloignant de l’effluent. Des taux de microplastiques élevés (plus élevés que ceux trouvés à côté de la STEP) ont été observés à proximité de la décharge côtière, suggérant son rôle important comme voie d’entrée des MPs dans les eaux côtières. Le long de la côte libanaise, nous avons évalué pour la première fois la pollution par les MPs dans l'eau de mer, les sédiments et dans deux espèces marines importantes en terme de consommation humaine (un poisson pélagique: Engraulis encrasicolus et un bivalve: Spondylus spinosus). Les résultats ont montré différents patterns de concentration des MPs dans les matrices analysées. La présence de MPs dans les organismes était élevée (83.4% et 86.3% dans les anchois et les huîtres, respectivement). Ces résultats ont mis en évidence la pollution élevée liée aux MPs au niveau du bassin Levantin par rapport aux autres régions de la Méditerranée occidentale. De plus, les résultats obtenus indiquent une contribution potentielle des décharges côtières à cette pollution. Le plus souvent, les études sur les microplastiques impliquent l'échantillonnage d’organismes indigènes. Au cours de cette thèse, nous avons testé la faisabilité d'utiliser des organismes transplantés (encagement) pour évaluer la pollution par les microplastiques dans l'environnement marin côtier. Nous avons mis au point des expériences d'encagement avec des juvéniles de flets, Platichthys flesus, en estuaires et des moules bleues, Mytilus edulis, en zone côtière. Pour chaque espèce, l'abondance et les caractéristiques (forme, taille, couleur et type de polymères) des MPs ingérés par les individus encagés ont été comparées avec les MPs ingérés par des individus sauvages capturés sur le même site et avec ceux trouvés dans leur environnement (eaux de surface et sédiments). Nos résultats suggèrent que la technique d'encagement d'organismes peut constituer un outil prometteur pour la biosurveillance des MPs la rendant plus fiable et permettant une étude précise des effets biologiques des MPs sur une période d'exposition prédéterminée.


  • Résumé

    Plastic fabrication is increasing worldwide in response to daily human demands. This mass production is linked to the immense plastic marine litter found all around the world: each synthetic material is meant to find its way back into the aquatic systems. Anthropogenic pressure and the immense human population, the lack of appropriate plastic treatment process and the growing industrial activities advocate their presence in the aquatic environments. These plastics are then found in the form of microplastics (microscopic particle with a size < 5 mm) observed in the water, in the sediments and are prone to be ingested by various marine organisms along the trophic chain. This thesis focuses on (1) assessing microplastics sources and input into the aquatic environment and their occurrence in biota, and (2) to test the feasibility of using transplanted organisms (caging) for monitoring microplastics pollution in the marine coastal environment. Two coastal areas highly impacted by anthropogenic pressures were studied: Le Havre in France and the Lebanese coast. For the former, the role of a municipal wastewater treatment plant (WWTP) effluent and an abandoned coastal landfill as pathways for microplastics (MPs) input into the marine environment was assessed. MPs were first analyzed in raw sewage influent, sludge and effluent samples, and their fate was studied along a distance gradient from the WWTP in three matrices: surface water, sediments and wild mussels (Mytilus spp). MPs were found in all matrices with a decreasing abundance from the effluent. Strong MPs abundances (higher than those found near the WWTP effluent) were observed in the vicinity of the coastal landfill suggesting its importance as a MPs entry route into the marine coastal environment. Whereas for the Lebanese coast, we evaluated for the first time the MPs pollution in the seawater, sediments and two important seafood species (one pelagic fish: Engraulis encrasicolus and one bivalve: Spondylus spinosus). Results showed different patterns of MPs concentration in the analyzed matrices. The occurrence of MPs in the biota was high (83.4% and 86.3% in anchovies and spiny oysters, respectively). These results highlighted the high MPs pollution found in the Levantine Basin in comparison to other Western Mediterranean regions. In addition, the obtained results indicate the potential contribution of coastal landfills to this pollution. Most often microplastics studies involve collection of organisms’ samples from natural populations. In this thesis, we tested the feasibility of using transplanted organisms (caging) for monitoring microplastics’ pollution in the marine coastal environment. We developed caging experiments with juvenile European Flounder, Platichthys flesus, in estuarine nursery grounds and blue mussels, Mytilus edulis, in coastal marine environment. For each species, the abundance and characteristics (shape, size, color and type of polymers) of MPs ingested by caged individuals are compared with those ingested by wild individuals collected at the same site and with those found in their surrounding environment (surface water and sediments). Our results suggest that transplanted organisms (caging) may be a promising tool for MPs biomonitoring making monitoring more reliable with an accurate assessment of the biological effects of MPs over a predetermined exposure period.


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