Sujet : Sources et transfert des éléments du groupe du platine et des terres rares en environnement routier

Les terres rares (REEs) sont des éléments relativement abondants dans la croûte terrestre. Elles sont au nombre de 17 : scandium (Sc), yttrium (Y) et 15 lanthanides. Leur configuration électronique leur confère des propriétés magnétiques particulières qui rendent incontournable leur utilisation dans de nombreux secteurs d’activité. En effet, les terres rares entrent dans la composition de nombreux produits du quotidien (écrans à cristaux liquides, batteries, éclairages à LED, imagerie médicale, batteries de véhicules électriques hybrides) (Rim et al., 2013 ; Fishman et al., 2018 ; Ebrahimi et Barbieri, 2019).

Les éléments du groupe du platine (PGEs) ou platinoïdes regroupent six éléments dont le platine (Pt), le palladium (Pd) et le rhodium (Rh). Depuis 1993, en France, tous les véhicules neufs sont équipés de convertisseurs catalytiques, qui contribuent à réduire l’émission de gaz polluants (CO, NOx, hydrocarbures), grâce aux éléments, palladium, rhodium, associés à des REEs (lanthane et cérium) fixés sur les parois du pot catalytique. Cependant, l’usure des parois entraîne un relargage de ces éléments dans l’atmosphère (Balaram V., 2019). Ainsi, de par l’augmentation de leur utilisation, une quantité notable de REEs et de PGEs pénètre dans l’environnement (air, sols, cours d’eau) (Liang et al., 2014). Les résultats obtenus durant la thèse de Méhrazin Omrani (2015-2018) centrée sur les PGEs ont permis de quantifier ces PGEs, dans différents compartiments mais pas les terres rares associées, sans toutefois évaluer la nature nanoparticulaire de ces éléments.

Les objectifs généraux de la thèse porte sur la caractérisation des sources et des formes particulaires des éléments du groupe du platine et de terres rares en environnement routier (urbain, périurbain) dans les compartiments air, eau, sédiment et poussière de chaussée.

La méthodologie proposée repose sur :

1) le développement d'un protocole d'analyse ICP-MS des REEs sur des matrices environnementales complexes

2) le choix des sites de prélèvement urbain et péri-urbain et le screening des PGEs et des REEs. Des prélèvements de particules atmosphériques seront effectués de même que des prélèvements d’eau de ruissellement et de sédiments dans un bassin de gestion des eaux pluviales. Des échantillons de poussières de chaussées prélevés antérieurement (thèse de M. Omrani) pourront également être analysés.

3) la discrimination des sources naturelles et anthropiques en REEs et PGEs par le couplage d'analyse chimique par ICP-MS ainsi que le calcul d'indicateur et d'observation MEB-EDX

4) l'évaluation des transfert par le fractionnement granulométrique par filtration, ultrafiltration (eaux de ruissellement) et tamisage (sédiment et poussière de chaussée) pour évaluer la spéciation physique des PGEs et des REEs ainsi que par la détermination des associations chimiques (extraction séquentielle, MO, Oxydes/hydoxydes Al, Fe et Mn, DRX et MEB-EDX)

Références citées

Balaram V., 2019. Rare earth elements: a review of applications, occurrence, explora-tion, analysis, recycling, and environmental impact. Geosci. Front. 10, 1285-1303.

Ebrahimi P., Barbieri M., 2019. Gadolinium as an emerging microcontaminant in water resources: threats and opportunities. Geosciences 9, 93.

Fishman T., Myers R.J., Rios O., Graedel, T.E., 2018. Implications of emerging vehicle tech-nologies on rare earth supply and demand in the United States. Resources 7, 9.

Liang T., Li K., Wang L., 2014. State of rare earth elements in different environmental components in mining areas of China. Environ. Monit. Assess. 186, 1499-1513.

Rim K.T., Koo K.H., Park J.S., 2013. Toxicological evaluations of rare earths and their health impacts to workers: a literature review. Saf. Health Work 4, 12-26.