Description du sujet de thèse

La contamination croissante des sols et des eaux de surface par les pesticides constitue un enjeu majeur environnemental et de santé publique, nécessitant la mise au point de méthodes de remédiation performantes et durables. Parmi les approches développées, la biodégradation s’avère être une alternative efficace, naturelle et peu coûteuse aux procédés physico-chimiques conventionnels. Cependant, l’utilisation de souches microbiennes conduit souvent à la formation de produits de transformation (métabolites), qui peuvent présenter des toxicités et avoir des comportements très différents de la molécule mère. Il est donc primordial, pour pouvoir utiliser de telles approches en traitement, de comprendre les mécanismes de biodégradation mis en jeu, de combiner es microorganismes dégradants afin d’atteindre la minéralisation du pesticide et de déterminer les conditions optimales en vue d’une utilisation en conditions réelles.
Le sujet de thèse proposé s’intéressera au cas du nicosulfuron, herbicide du maïs largement utilisé et fréquemment retrouvé, comme ses deux principaux métabolites (ASDM et ADMP), dans les eaux et les sols, parfois au-delà des normes de potabilité. Plusieurs souches microbiennes dégradantes ont été décrites mais la plupart conduisent principalement à l’ADMP et l’ASDM, ce dernier étant plus toxique et plus persistant que l’herbicide parent.
L’objectif de cette thèse est donc de développer une solution efficace de biodégradation de ces composés utilisable sur le terrain. Pour ce faire, l’étude s’articulera autour de 3 axes principaux : (1) l’immobilisation de souches dégradant l’herbicide au sein de matrices inorganiques de type Hydroxydes Doubles Lamellaires (HDL) poreux ou de nanocomposites à base d’HDL et de biopolymères (alginate, chitosan, agarose) ; (2) la recherche et l’identification d’enzymes dégradant potentiellement les métabolites du nicosulfuron, l’ASDM et l’ADMP ; (3) le criblage de la biodiversité afin d’identifier des enzymes / microorganismes performants ; (4) la co-immobilisation au sein des nanocomposites HDL/biopolymère des acteurs les plus performants et l’étude de leurs performances de biodégradation une fois immobilisés.
Cette étude fournira des bases solides pour le développement d’une stratégie originale d’optimisation dans le contexte de la bioremédiation adaptée aux sols et aux eaux contaminées, qui pourra être élargie à d’autres pesticides.

Se situant à l’interface entre la microbiologie environnementale, la biocatalyse et la chimie des matériaux, cette étude réunira des compétences pluridisciplinaires essentielles, présentes dans deux équipes de l’Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (ICCF) et s’appuiera sur une collaboration avec le Génoscope (Evry).

La thèse, financée par la MITI International du CNRS, s’inscrit plus largement dans la cadre du Laboratoire International Associé (LIA) des Processus et de Remédiation de l’Environnement (LPRE) entre l’Université Clermont Auvergne, le CNRS et l’Université de Wuhan (Chine). Ce laboratoire est dédié à l’amélioration de la qualité de l’environnement (eau, air, sol) et a été labellisé IRP (International Research Project) par le CNRS pour 5 ans (2022 – 2026).

Contexte de travail

- Rattachement à l'Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (UMR CNRS 6296) sur le Campus des Cézeaux. Le laboratoire se compose d’environ 300 personnes dont un gros tiers de permanents et s’organise autour de 6 équipes couvrant les différentes disciplines de la chimie (organique et médicinale, bio-organique, inorganique et physique).

Le doctorant travaillera dans les équipes « Biocatalyse et Métabolisme » (BioMETA) et « Matériaux » (MI) de l’ICCF et en interactions avec le Génoscope.
- Co encadrement: Pascale Besse-Hoggan (DR CNRS, Equipe BioMETA), Vanessa Prévot (DR CNRS, Equipe MI) et Christine Hélaine (MCF, Equipe BioMETA)

Contraintes et risques

Risques inhérents au travail en laboratoire