Thèse Absorption Foliaire et Transfert de Particules dans le Continuum Feuille-Plante-Sol Mécanismes et Impacts Rhizosphériques H/F - Doctorat_Gouv

Établissement : Université de Toulouse
École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace
Laboratoire de recherche : GET - Geosciences Environnement Toulouse
Direction de la thèse : Camille LARUE ORCID 0000000286221095
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

Le feuillage des plantes constitue une interface majeure entre l'atmosphère et le sol, en particulier dans les agroécosystèmes où il reçoit à la fois des dépôts atmosphériques (particules, contaminants) et des traitements foliaires (fertilisation, protection des cultures). Une fraction de ces dépôts, notamment sous forme de nanoparticules, peut pénétrer les feuilles. En raison de leurs propriétés physico-chimiques spécifiques (taille, charge, solubilité, réactivité de surface), ces particules présentent des comportements particuliers d'adhésion, d'internalisation et de mobilité au sein de la plante.
Nos travaux récents ont montré que ces nanoparticules et leurs produits de dégradation ne restent pas confinées au site d'entrée foliaire : ils peuvent être transloqués vers d'autres organes, atteindre les racines et être relarguées dans la rhizosphère. Toutefois, les mécanismes contrôlant ces flux verticaux feuille plante sol restent mal compris, alors qu'ils pourraient avoir des implications importantes pour la santé des plantes, la qualité des sols et les cycles biogéochimiques des éléments.
L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre et quantifier ces transferts verticaux, en identifiant les facteurs physico-chimiques et biologiques qui favorisent ou limitent la mobilité des nanoparticules. L'impact de ces traitements sur les caractéristiques de la rhizosphère sera également évalué.
Cette thèse sera réalisée en collaboration entre le GET et le CRBE ainsi que des collaborations externes et impliquera des approches pluridisciplinaires.

Les plantes cultivées et leur feuillage représentent une interface majeure entre l'atmosphère et le sol, et revêt des enjeux particuliers de protection et d'entretien pour assurer une sécurité alimentaire et économique du secteur. Les agroécosystèmes modernes sont en effet fortement dépendants des apports externes de fertilisation et de pesticides pour assurer les productions, tout en étant exposés à des contaminations atmosphériques qui représentent autant de dépôts supplémentaires sur ces feuilles. Une fraction de ces particules peut pénétrer les feuilles, notamment lorsqu'elles sont petites (à l'échelle de quelques nanomètres, on parle de nanoparticules). Ces nanoparticules, en raison de leurs propriétés physico-chimiques, présentent des comportements spécifiques : leur adhésion à la cuticule foliaire, leur pénétration dans les tissus, et les voies d'entrée qu'elles empruntent sont directement influencées par ces caractéristiques. Nos précédents travaux dans le cadre du projet LEAPHY), en lien avec la littérature, a démontré que ces nanoparticules ne restent pas au site d'entrée : elles peuvent être transportées vers d'autres compartiments non exposés de la plante, voire atteindre les racines et être exsudées dans la rhizosphère. De plus, en fonction de leur réactivité, ces nanoparticules pourraient être transformées et induire des réponses et des effets (bénéfiques ou néfastes) différent.
Cependant, les mécanismes sous-jacents à ces transferts verticaux (feuille plante sol) restent mal compris, alors même qu'ils pourraient avoir des implications majeures pour la santé des plantes, la qualité des sols, et les cycles biogéochimiques des éléments. L'objectif de cette thèse est donc d'améliorer les connaissances sur ces flux pour mieux les prédire, et d'en comprendre les effets. Quelles propriétés des nanoparticules (taille, charge, solubilité, dureté, etc) favorisent ou inhibent ces mobilités ? Quels contrôles physiologiques, anatomiques et moléculaires modulent ces processus ?
Il est proposé que l'étudiant ou l'étudiante travaille autours de plusieurs hypothèses :
-La solubilité (la biodisponibilité) des nanoparticules, et le caractère nutritif ou non des éléments amènent à plus ou moins de contrôle actif par la plante de ces transferts
-Les flux de carbohydrates (en lien avec la photosynthèse) génèrent un flux qui peut transporter les nanoparticules insolubles
-Les traitements foliaires modulent les exsudations racinaires et pourraient impacter la rhizosphère et son microbiome.
Ces études seront très pluridisciplinaires et mèneront à des formations analytiques complémentaires en fonction du profil de la personne en thèse. Nous recherchons donc un ou une candidate avec une base solide en expérimentation en laboratoire, ayant suivi une formation soit en biologie végétale, en géochimie, physico-chimie colloïdale et/ou en écotoxicologie.

Pour tester ces hypothèses, ce travail de thèse se reposera sur des approches expérimentales en milieu contrôlé en sélectionnant des nanoparticules et des plantes modèles pour isoler les facteurs confondants aux réponses des systèmes. Une approche par sélection de mutants impactés dans certains transporteurs de métaux sera utilisée (reposant sur l'utilisation des serres OGM de l'INRAe Auzeville). Les plantes seront maintenues en milieu contrôlé (chambre de croissance) pour manipuler la photosynthèse et le flux de carbohydrates associés. La concentration en éléments dans les différents compartiments sera quantifiée par ICP-MS, et parfois par traçage isotopique. La réponse des plantes aux différents traitements sera suivie par l'analyse de différents biomarqueurs.
La distribution, le devenir et la transformation des phases inorganiques seront évalués par cartographie en µ-XRF et par spectroscopie d'absorption aux rayons X (accès à de très grandes infrastructures de recherche, notamment ESRF à Grenoble).
Enfin, l'évolution de la physico-chimie et de la microbiologie de la rhizosphère sera réalisée par caractérisation des exsudats (LC-MS en collaboration avec ISTerre, Grenoble), des propriétés du sol rhizosphérique (MO, pH, ... sur la plateforme physico-chimique du CRBE) et par suivi de la diversité microbienne et de l'expression de gènes d'intérêts (analyse PCR).

Master en biogéochimie, écophysiologie, écotoxicologie, sciences de l'environnement
Expérience en travail de laboratoire
Compétences ou notions en physico-chimie des matériaux
Pro-activité et autonomie
Capacité à communiquer en anglais