Distribution of microplastics in river sediments and consequences on bioturbation associated ecosystem processes

Les microplastiques sont de plus en plus reconnus comme des contaminants préoccupants dans les écosystèmes aquatiques continentaux. Pour évaluer efficacement les risques associés aux microplastiques, il est essentiel de mieux connaitre leur distribution, leur transport, leur comportement, leurs concentrations, ainsi que leurs impacts sur les organismes et le fonctionnement de l’écosystème. Toutefois, il reste encore difficile de comprendre la distribution des microplastiques et leurs effets dans les écosystèmes d'eau douce. En effet, le manque de protocoles standardisés d’échantillonnage, de protocoles d’extraction ou d’analyse des microplastiques rend difficile l'établissement de comparaisons entre les différents écosystèmes et leurs différents compartiments. De plus, la majorité des tests de toxicité des microplastiques, qu'ils ciblent des effets létaux ou sub-létaux, sont réalisés à l’échelle de l'organisme, et ne permettent pas de quantifier les impacts des contaminants sur le fonctionnement de l'écosystème, et ne permettent pas de déterminer les effets environnementaux potentiels à long terme des microplastiques. Ce manuscrit de thèse vise à combler les lacunes existantes vers la compréhension de la distribution des microplastiques et leurs impacts sur le fonctionnement de l’écosystème dans les environnements aquatiques continentaux. Le manuscrit commence par aborder des aspects méthodologiques dans l'étude des microplastiques. Le chapitre II a pour objectif d’améliorer les protocoles existants pour extraire et séparer les microplastiques des matrices sédimentaires. En particulier, des modifications sont proposées pour améliorer le taux de récupération des microplastiques. Un autre aspect méthodologique important de ce chapitre s’intéresse à la comparaison de différentes méthodes d'échantillonnage des microplastiques dans les sédiments des cours d'eau. En évaluant par une approche expérimentale cinq techniques d’échantillonnages couramment utilisées en rivière, ces travaux établissent une base pour une inter-comparaison entre les différentes approches d'échantillonnage. Enfin, ce chapitre passe en revue le développement et la validation des protocoles de détermination visuelle et du type de polymère pour les microplastiques. Le chapitre III s’intéresse au transport et à la distribution des microplastiques à l'interface sédiments-eau dans les rivières. Les rivières sont reconnues comme les principales voies de transport des microplastiques vers les océans, et les sédiments de rivière peuvent jouer un rôle important dans le stockage temporaire des microplastiques. En étudiant la distribution des microplastiques à l’interface sédiment-eau d’une rivière à lit de galets, mes travaux ont montrés que la distribution des microplastiques dans les sédiments étaient contrôlés par l'interaction entre les facteurs hydrologiques et sédimentaires, et particulièrement par les échanges hydrologiques entre les eaux de surface et les eaux souterraines à l'interface sédiments-eau dans la rétention des débris plastiques. Le chapitre IV s’intéresse au fonctionnement de l’interface sédiments-eau, et étudie en particulier sur l'effet des microplastiques sur la bioturbation et sur les processus biogéochimiques à cette interface. Par une approche expérimentale au laboratoire en conditions contrôlées, les activités de bioturbation de l’annélide oligochète Tubifex tubifex, un important ingénieur de l’écosystème, ont été étudiées sous différentes concentrations de microplastiques dans les sédiments. Les résultats ont montré que les microplastiques induisaient un stress oxydatif et une réduction des activités de bioturbation, ce qui impacte les flux biogéochimiques à l’interface sédiment-eau, avec une diminution de la minéralisation de la matière organique et des flux de nutriments. Ces résultats mettent en évidence les implications écologiques potentielles à long terme de la pollution par les microplastiques sur le fonctionnement des écosystèmes.