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Soutenance de thèse Kévin Bonnot

20 décembre 2021 - Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement

Approche in silico pour analyser et prédire la transformation des contaminants organiques émergents dans l'environnement'

Bonjour à tous,

Pour clôturer ces 3 années de thèse réalisée à INRAE entre le LBE à Narbonne et l’UMR ECOSYS à Grignon(co-financement ADEME-INRAE), je vous invite à ma soutenance le lundi 20 décembre 2021 à 9 h 30.

Le sujet de la thèse est le suivant : 'Approche in silico pour analyser et prédire la transformation des contaminants organiques émergents dans l'environnement'.

 

Le jury est composé de :

Pascale BESSE-HOGGAN, Directrice de recherche, CNRS                 Rapporteur

Patricia ROTUREAU, Ingénieur de recherche, INERIS                         Rapporteur

Serge CHIRON, Directeur de recherche, Univ. Montpellier                   Examinateur

Pierre François STAUB, Chargé de mission, OFB                                 Examinateur

Isabelle DESPORTES, Ingénieur, ADEME                                             Invitée

Dominique PATUREAU, Directrice de recherche, INRAE                      Directrice de thèse

Pierre BENOIT, Directrice de recherche, INRAE                                    Directeur de thèse

Laure MAMY, Directrice de recherche, INRAE                                       Encadrante

La soutenance aura lieu au LBE (Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement).

Résumé :

La présence de produits pharmaceutiques et de soins personnels (PPCP) dans l’environnement pose problème en raison de leur activité biologique à faible concentration. Les PPCP se retrouvent dans l’environnement via le recyclage agricole de produits résiduaires organiques ou d’eaux usées traitées. Dans les procédés de traitement et l’environnement, le devenir de ces contaminants dépend de différents processus physiques, chimiques et biologiques parmi lesquels la transformation est l’un des processus majeurs. Elle contribue à la dissipation des molécules et réduit la pression environnementale mais elle engendre des produits de transformation (TP) dont le devenir et les impacts restent souvent inconnus. Cette thèse vise à mieux comprendre et prédire les voies de transformation des PPCP grâce à une approche in silico. Une synthèse bibliographique portant sur la transformation de 116 PPCP a permis de recenser les TP formés et les réactions chimiques impliquées, dans différentes matrices synthétiques et naturelles. Au total, 1371 TP ont été identifiés impliquant 11 réactions principales dont l’occurrence est en partie liée aux structures moléculaires des PPCP. Ces structures chimiques sont décrites via de nombreux descripteurs moléculaires (constitution, topologie, géométrie, quantiques). Le calcul des descripteurs quantiques nécessite de connaitre sans équivoque la conformation 3D ; cette étape est cruciale pour estimer les paramètres décrivant le devenir environnemental. Aussi, nous avons amélioré l’acquisition des descripteurs quantiques avec une méthodologie plus robuste de recherche conformationnelle, la dynamique moléculaire, et d’optimisation, la méthode AM1 (Austin Model 1). Ces descripteurs moléculaires ont été utilisés afin d’extrapoler le comportement dans l’environnement des 108 TP de la carbamazepine et du diclofenac à partir de celui des 116 PPCP. Pour cela, l’outil TyPol, qui classe des molécules en fonction de leurs descripteurs et paramètres de comportement, a été retenu. TyPol a permis de (i) déterminer les groupes de molécules parents et fille ayant des comportements similaires dans l’environnement, (ii) relier les valeurs des paramètres comportementaux à celles de certains descripteurs moléculaires, (iii) voir si des changements de classe se font entre parent et fille et (iv) établir un lien entre changements de classe et type de réactions.

 

Abstract:

 

The ubiquitous presence of pharmaceuticals and personal care products (PPCP) in the environment is of great concern because of their biological activity in trace concentrations. PPCP reach the environment through the use of organic amendments or reclaimed wastewater. During treatment processes and in the environment, the fate of PPCP depends on various physical, chemical and biological processes, transformation being one of the most important one. Transformation contributes to molecules dissipation and reduces the environmental pressure but it leads to transformation products (TPs) which fate and impacts remain mostly unknown. This PhD thesis aimed at better understanding and predicting PPCP transformation pathways thanks to an in silico approach. A literature review focused on the transformation of 116 PPCP to make an inventory of the formed TP and of the involved chemical reactions, in various synthetic and non-synthetic matrices. A total of 1371 TP were identified together with 11 main transformation reactions, which occurrence partly depends on PPCP molecular structures. These chemical structures are described via numerous molecular descriptors (constitution, topology, geometry, quantum). The calculation of quantic descriptors requires to know the 3D structure; this step is crucial to obtain a sound relationship between the molecular properties and the environmental fate. Therefore, we improved the calculation of quantic descriptors based on a more robust method of conformational search, the molecular dynamic and optimization (AM1, Austin Model 1). These molecular descriptors were used to extrapolate the fate of the 108 TPs of carbamazepine and diclofenac from those of the 116 PPCPs. Therefore, the TyPol tool, that classifies molecules according to descriptor and behavioral parameters was used. TyPol allows us to (i) identify groups of parent and daughter molecules with similar behaviors in the environment, (ii) relate values of behavioral parameters to those of certain molecular descriptors, (iii) see if class changes occur between parent and daughter, and (iv) relate class changes to reaction type. 

Bonne semaine à vous.

 

Kévin Bonnot

PhD student ADEME/INRAE

CJC President

+33 (0)6 09 11 07 49

kevin.bonnot@inrae.fr