Les récentes avancées dans le domaine de la nanotechnologie offrent d’innombrables possibilités dans beaucoup de domaine si bien que le rejet de nanomatériaux dans l’environnement est inéluctable. Les nanomatériaux carbonés (NMC), notamment, sont réputés pour s’accumuler dans les boues de stations d’épuration qui sont largement épandues dans les agrosystèmes. Or, de nouvelles découvertes ont permis de révéler que les NMC étaient capable d’interagir avec d’autres contaminants et plus particulièrement avec les éléments traces métalliques (ETM) qui sont déjà sous surveillance accrue dans les agrosystèmes. Ces interactions soulèvent donc des questions en ce qui concerne le transfert et les impacts écotoxiques de ces contaminants en mélange sur les agrosystèmes.
Cette étude avait donc pour but d’évaluer le transfert et les impacts écotoxiques d’un NMC, les nanotubes de carbone (NTC), et d’ETM en mélange avec un accent particulier sur la caractérisation des interactions NMC et ETM dans des conditions simplifiées mais pertinentes d’un point de vue environnemental. Il a été mis en évidence que les propriétés intrinsèques des NMC (surface spécifique, degré d’oxydation, nombre de parois, etc.) et que les conditions d’exposition (ratio de concentration NMC/ETM, temps de contact, pH, concentration de MO) régissent les interactions NMC/ETM. Des expériences en microcosmes ont démontré que l’ajout de NTC dans un sol contaminé modifiait le transfert des ETM chez la laitue romaine et les vers de terre, tandis que le transfert des ETM chez le maïs et l’escargot n’a pas été significativement modifié. Les cycles biogéochimiques du carbone et de l’azote ont été modifiés par l’exposition au NTC avec notamment une induction de la décomposition de la matière organique et du nombre de copie de gène impliqué dans la nitrification. Les disparités observées dans les résultats de transfert des ETM en raison de l’ajout de NTC dans le sol sont probablement dû aux concentrations des NTC, conditions édaphiques, aux traits d’histoires de vie et à l’espèce végétale elle-même. Aussi, les réponses toxicologiques des marqueurs à l’échelle de l’organisme qui résultent d’une contamination simultanée en NTC et ETM se sont avérés différents que s’ils avaient été appliqués individuellement. En revanche, aucune modification fonctionnelle à l’échelle de l’écosystème n’a été observé à l’issue de l’exposition simultanée en NTC et ETM. L’effet du vieillissement des contaminants sur le transfert la toxicité des NTC et ETM a également été abordé dans les travaux de ce document. Grâce à l’enrichissement isotopique 13C des NTC et à des techniques de détection de pointe, il a été possible d’identifier une accumulation de NTC dans les feuilles de laitues romaines suite à une exposition à 10 mg.kg-1 de NTC dans le sol ; la bioaccumulation vers un consommateur primaire est cependant limitée puisqu’aucune trace de NTC n’a été relevée dans la glande digestive de l’escargot. A l’issue des résultats présentés dans ce document, la nécessité de la prise en considération des interactions entre contaminants dans le cadre de l’évaluation des risques est soulevée et des pistes de réflexions afin de les caractériser sont données. |
Recent advances in nanotechnology open up countless possibilities in many areas, making the release of nanomaterials into the environment inevitable. In particular, carbonaceous nanomaterials (CNMs) are known to accumulate in sewage sludge, which is widely spread in agrosystems as fertilizer. However, new findings have revealed that CNMs are capable of interacting with other contaminants, particularly trace metal elements (TMEs), which are already monitored in agrosystems. These interactions raise concerns about the transfer and ecotoxic impact of these mixed contaminants on agrosystems.
The aim of this study was to assess the transfer and ecotoxic impacts of a CNM, namely carbon nanotubes (CNTs), and a mix of TMEs (Pb, Cd, Zn, Cu) on an agrosystem. A particular emphasis was placed on characterizing CNM and TME interactions under simplified but environmentally relevant conditions. It was shown that intrinsic CNM properties (specific surface area, degree of oxidation, number of walls, etc.) and exposure conditions (CNM/TME concentration ratio, contact time, pH, organic matter concentration) govern CNM/TME interactions. Microcosm experiments demonstrated that biogeochemical cycles of carbon and nitrogen were altered by CNT exposure alone, with induction of organic matter decomposition and nitrification gene copy number. Furthermore, the addition of CNT to previously contaminated soil altered the transfer of TMEs in lettuce and earthworms, while the transfer of TMEs in maize and snails was not significantly altered. The disparities observed in TME transfer results are probably due to different CNT concentrations, edaphic conditions, life-history traits and the plant species itself. As a result, the toxicological responses of organism-level markers resulting from simultaneous contamination with CNT and TMEs were different from those when applied individually. On the other hand, no functional changes at ecosystem level were observed following simultaneous exposure to CNT and ETM. The effect of contaminant aging on the transfer of CNT and ETM toxicity has also been addressed in the work in this document. 13C isotopic enrichment of CNTs coupled with the use of cutting edge spectroscopic techniques permitted to demonstrate that CNTs accumulated in lettuce leaves following exposure to 10 mg.kg-1 of CNT in soil, but that bioaccumulation towards a primary consumer was limited since no trace of CNTs was found in the snail's digestive gland. Altogether these results highlight the need to take interactions among contaminants into consideration in ecological risk assessment, and avenues of reflection to characterize them are given. |