Doctorant⸱e Caractérisation chimique et évolution des émissions issues de l’usure des pneus : des signatures à la source aux transformations et propriétés hygroscopiques (TWEET)

Unité : CERI EE

Responsable hiérarchique : Direction du CERI

Responsable fonctionnel : Direction du CERI

Catégorie : Thèse

Nature de l’emploi : CDD (36 mois)

Lieu de travail : IMT Nord Europe (campus Bourseul, Douai)

Contexte :

École sous tutelle du ministère de l’économie, des finances et de la souveraineté industrielle et numérique, IMT Nord Europe est née en 2017 de la fusion de Télécom Lille et de l’École des Mines de Douai. Elle compte aujourd’hui parmi les plus Grandes Écoles d’ingénieurs au Nord de Paris avec plus 2200 élèves, dont un quart d’apprentis, plus de 600 diplômés par an et un réseau de 15 000 diplômés. Elle fait partie de l’Institut Mines Télécom, premier groupe public de Grandes Écoles d’ingénieurs et de management de France, et est partenaire de l’université de Lille.

IMT Nord Europe a 3 missions principales : former des ingénieurs responsables aptes à résoudre les grandes problématiques du XXIème siècle ; mener des recherches débouchant sur des innovations à haute valeur ajoutée ; soutenir le développement des territoires notamment en facilitant l’innovation et les créations d’entreprises. Son objectif est de former les ingénieurs de demain, maîtrisant à la fois les technologies numériques et les savoir-faire industriels. Idéalement située au carrefour de l’Europe, à 1 heure de Paris, 30 minutes de Bruxelles et 1H30 de Londres, IMT Nord Europe a l’ambition de devenir un acteur majeur des grandes transformations industrielles, numériques et environnementales du XXIème siècle en combinant, tant dans ses enseignements et que dans sa recherche, les sciences de l’ingénieur et les technologies du digital.

Localisée sur 2 sites principaux d’enseignement et de recherche, à Lille et à Douai, IMT Nord Europe s’appuie sur plus de 20 000 m² de laboratoire pour développer un enseignement de haut niveau et une recherche d’excellence dans les trois domaines « Systèmes Numériques », « Energie Environnement » et « Matériaux et Procédés ».

Pour plus de détails, consulter le site internet de l’École : www.imt-nord-europe.fr

Le poste est à pourvoir au sein du Centre d’Enseignements, Recherche et Innovation Energie Environnement (CERI EE). Le CERI EE développe des activités au coeur des transitions énergétiques et environnementales. Sa recherche est orientée vers les sciences de l'atmosphère, la qualité des environnements intérieurs et les enjeux de l’efficacité énergétique et de la décarbonation (https://recherche.imt-nord-europe.fr/energie-environnement-ceri/). Le CERI est structuré en trois axes thématiques : EFT (Energie, Fluides et transferts), (ii) OSPA (Observations, Sources et Processus physico-chimiques Atmosphériques), et (iii) QEI (Qualité des Environnements Intérieurs).

Contexte et sujet de thèse

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.

Malgré l’attention croissante portée à ces émissions, 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.3 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. 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.

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 pour 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.