Thèse Transport des Particules de Plastique dans les Courants de Turbidité H/F - 31

Établissement : Institut National Polytechnique de Toulouse
École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace
Laboratoire de recherche : IMFT - Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse
Direction de la thèse : Laurent LACAZE ORCID 0000000249457445
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

Ce projet de thèse se déroulera à l'IMFT, sous la direction de M. Mercier et co-encadré par L. Lacaze et O. Praud. Il a pour objectif principal d'identifier et de caractériser les différents régimes de transport des particules de plastiques au sein d'écoulements gravitaires riches en particules, les courants de turbidité. La présence de particules de plastiques au sein des courants de turbidité pose la question du transport de plusieurs espèces dans ces écoulements diphasiques et turbulents. Lorsque deux espèces n'ont pas la même densité, taille ou forme ; et donc propriétés de sédimentation / flottaison ; leur couplage avec le fluide et les interactions entre elles peuvent conduire à des scenarios complexes de transport couplé.

Au cours de ses travaux, la personne recrutée s'intéressera aux conditions d'écoulements permettant le transport des particules de plastique en suspension, par charriage ou encore les seuils à la mise en mouvement en lien avec des résultats récents [1]. Elle cherchera à mettre en évidence les conditions favorables au piégeage au sein des courants turbides et dans les dépôts associés, de particules plastiques de densité différente de celles des sédiments (coulant ou pouvant flotter dans l'eau), dans une approche similaire aux travaux de [2].

L'approche principale de cette thèse sera expérimentale, en utilisant des dispositifs déjà mis en place dans le cadre d'un projet ANR PALAGRAM, qui se termine en 2025. Deux familles d'écoulements turbides ont été étudiées grâce à différents dispositifs :
1. des courants de turbidité « instationnaires », générés lors de lâchers de barrage d'une suspension de particules initialement séparée du fluide environnant dans une cuve fermée. Ce dispositif a notamment permis d'étudier l'influence de la sédimentation des particules sur la dynamique des courants turbides [R1]
2. des courants de turbidité « stationnaires, générés par injection à l'aide d'une pompe d'une suspension de particules dans une section de cuve avec déversoir. Ce dispositif a notamment permis d'étudier le profil de concentration de particules en fonction de leur flottabilité [R2].
L'aboutissement du projet offrira des pistes de compréhension sur les lieux d'accumulation des plastiques au fond des océans, en fonction notamment de leur densité et de leur taille. Les processus de piégeage au fond, de transport horizontal au sein des courants turbides, ou encore la remise en mouvement des plastiques piégés pourront faire l'objet de paramétrisations grâce aux résultats obtenus en laboratoire. Cela ouvrira des perspectives pour l'amélioration de modèles globaux de prédiction de la pollution plastique océanique [3].

La pollution plastique mondiale est un sujet d'étude très actif pour de nombreuses communautés des sciences géophysiques, dans le but notamment d'évaluer son ampleur et son impact, et pour guider les choix politiques afin d'y faire face [4]. Parmi les différents compartiments environnementaux, les océans jouent un rôle particulier puisque la présence de plastique y a été étudié dès les années 1970s [5], et ils sont associés à l'objectif de développement durable 14 (« life below water ») de l'Organisation des Nations Unies. Les résultats les plus récentes [6] sur la modélisation globale de la pollution océanique estiment à plus de 3200 kilotonnes l'accumulation de plastique en surface, dans le volume et au fond des océans sur la période 1980-2020.
Les particules de plastique retrouvées dans les océans appartiennent à une très grande variété de tailles, de densité et de formes [7], ce qui induit des propriétés de transport très différentes selon notamment que ces particules flottent ou coulent, ou qu'elles soient petites ou grandes devant certaines échelles caractéristiques des écoulements qui les transportent [8]. Dans le contexte particulier du transport des plastiques au niveau des fonds océaniques, leur dynamique est couplée à la dynamique des sédiments, et notamment des courants de turbidités qui sont les évènements majeurs reliant les apports de sédiments terrestres (au niveau de l'embouchure des rivières) aux plaines abyssales [9]. On a notamment pu observer une accumulation de déchets au sein des canyons sous-marins, lieux privilégiés de propagation des courants de turbidité océaniques [10]. Les plastiques déposés au fond des océans sont également susceptibles d'être transportés par les circulations océaniques profondes [11].
La dynamique des courants de turbidité est régie par des interactions complexes entre une suspension de particules en écoulement gravitaire, le fluide environnant et le fond sur lequel ils se propagent ; la modélisation physique simplifiée reste difficile [12]. Les processus turbulents au sein des courants sont primordiaux pour la stabilité de ces écoulements qui peuvent se propager sur des milliers de km [13]. Cependant, d'autres processus restent mal compris et souvent décrits sous forme paramétrique, comme par exemple le mélange à l'interface avec le fluide environnant, les interactions particules-particules au coeur du courant, ou encore les processus d'érosion / déposition au niveau du fond.
Des premiers travaux en laboratoire ont permis d'étudier le comportement au sein de courants turbides de particules plastiques de deux types différents, des fragments et des fibres [14], mettant en évidence des différences de comportement dans la répartition entre la suspension et le dépôt pour ces deux types de plastique. Comme résumé dans une revue récente, les approches de laboratoire pour la paramétrisation et la compréhension des processus physiques en lien avec la pollution plastique, sont essentielles pour progresser dans la modélisation de la pollution globale [R3].