risques pour l’environnement - Progepi
Transcript of risques pour l’environnement - Progepi
Ecotoxicité des nanomatériaux risques pour l’environnement
Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements Continentaux LIEC
UMR CNRS 7360
Christophe PAGNOUT [email protected]
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Les polychlorobiphényles (PCB) 1930-1987 (France)
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Isolants électriques ininflammables, excellentes caractéristiques diélectriques et de conduction thermique
Les PCB sont cancérogènes probables, perturbateurs endocriniens et/ou inducteurs enzymatiques susceptibles de perturber le métabolisme
Concentration en PCB
Eau de mer 0,0002 µg/L
Sédiment 0,16 mg/L
Phytoplancton 8 mg/kg
Zooplancton 10 mg/kg
Invertébrés marins 5-11 mg/kg Poissons
1-37 mg/kg
Oiseaux marins 110 mg/kg
Mammifères marins 160 mg/kg
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Ils sont bioaccumulables et biomagnifiables
Écotoxicologie (Ecologie + Toxicologie) Etude du devenir des substances polluantes dans l’environnement (cycle de vie) et de leurs effets sur les écosystèmes.
EVALUATION DU RISQUE 1. Exposition (dose × fréquence × durée) × 2. Toxicité d’une substance
Rejets dans l’Environnement
Eaux usées (STEP) Elimination des déchets Lessivage des surfaces Ruissellement Fuites accidentelles …
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Science pluridisciplinaire :
Physique-chimie : chimie organique, chimie minérale, géologie, hydrologie…
Biologie : écologie, microbiologie, physiologie, génétique, biologie moléculaire, biologie cellulaire, zoologie, botanique…
Mathématiques : Biostatistiques, modélisation…
…
Écotoxicologie (Ecologie + Toxicologie)
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Amélioration de propriétés
Electriques Mécaniques
Optiques Catalytiques
Magnétiques Bactéricides
etc…
Environnement !? 6
EVALUATION DU RISQUE 1. Exposition (dose × fréquence × durée) × 2. Toxicité d’une substance
Estimations vs. Dosages
Noir de carbone : 9 600 000 t Silice amorphe : 1 500 000 t Oxyde d’aluminium : 200 000 t Dioxyde de titane : 10 000 t Oxyde de Cérium : 10 000 t Oxyde de zinc : 8 000 t Nanotubes de carbone 700 t Argent 20 t
Production mondiale de nanoparticules : 11,5 million de tonnes/an
EVALUATION DU RISQUE 1. Exposition (dose × fréquence × durée) × 2. Toxicité d’une substance
Estimations vs. Dosages
Global Life Cycle Flows of Engineered Nanomaterials (Keller and Lazareva, 2014) 8
EVALUATION DU RISQUE 1. Exposition (dose × fréquence × durée) × 2. Toxicité d’une substance
Estimations vs. Dosages
Estimation dans la Baie de San Francisco (Keller and Lazareva, 2014)
0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1,000 9
EVALUATION DU RISQUE 1. Exposition (dose × fréquence × durée) × 2. Toxicité d’une substance
Estimations vs. Dosages
Mueller et Nowack, 2008
Concentrations en NP prédites en Suisse.
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Kiser et al., 2009
EVALUATION DU RISQUE 1. Exposition (dose × fréquence × durée) × 2. Toxicité d’une substance
Estimations vs. Dosages
Observation et dosage des NP TiO2 dans les boues de STEP (Arizona)
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ZnO - panneau d’acier (Vorbeau 2009)
Ag - peinture (Kaegi 2010)
TiO2 - peinture (Kaegi 2008)
TiO2 - façade (Kaegi 2008)
Ag - chaussettes (Benn 2008)
TiO2- eau de rivière (Kaegi 2008)
EVALUATION DU RISQUE 1. Exposition (dose × fréquence × durée) × 2. Toxicité d’une substance
Estimations vs. Dosages
Lessivage des surfaces
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EVALUATION DU RISQUE 1. Exposition (dose × fréquence × durée) × 2. Toxicité d’une substance
Bilan Les nanoparticules manufacturées sont présentes dans de nombreux écosystèmes Dosages complexes = Limite de détection des instruments Discrimination ionique vs. nano Discrimination anthropique vs. naturel Concentrations dans l’environnement allant du ng au µg/L (ou kg) >> µg/L sur les « hot spots » Ecosystèmes contaminés par plusieurs types de NP et par d’autres contaminants Effets toxiques cumulés, effet « Cheval de Troie »…
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EVALUATION DU RISQUE 1. Exposition (dose × fréquence × durée) × 2. Toxicité d’une substance
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Gène/protéine
Cellule/organe
organisme
population
Communauté (chaînes trophiques)
Ecosystème
Niveau physiologique
Gène/protéine
Cellule/organe
organisme
population
Communauté (chaînes trophiques)
Ecosystème
Niveau physiologique
68 84
Mean expression (log2)
-log 1
0(P B
H-va
lue)
-3 -2 -1 0 2 1 3
2
1
3
5
4
0
Gènes dérégulés Exposé / contrôle
down up
Contrôles Exposés
Analyses transcriptomiques (puces ADN)
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EVALUATION DU RISQUE 1. Exposition (dose × fréquence × durée) × 2. Toxicité d’une substance
Gène/protéine
Cellule/organe
organisme
population
Communauté (chaînes trophiques)
Ecosystème
Niveau physiologique SodC
SodC : Superoxyde dismutase = stress oxydatif
Exposé Contrôle
Analyses protéomique (2D DIGE)
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Gène/protéine
Cellule/organe
organisme
population
Communauté (chaînes trophiques)
Ecosystème
Niveau physiologique
0
1
2
3
4
0 5 10 15 20 25
[ATP
] / 1
07 ce
lls (p
mol
)
Time (h)
Concentration cellulaire en ATP
Exposé
Contrôle
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EVALUATION DU RISQUE 1. Exposition (dose × fréquence × durée) × 2. Toxicité d’une substance
Gène/protéine
Cellule/organe
organisme
population
Communauté (chaînes trophiques)
Ecosystème
Niveau physiologique
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EVALUATION DU RISQUE 1. Exposition (dose × fréquence × durée) × 2. Toxicité d’une substance
Gène/protéine
Cellule/organe
organisme
population
Communauté (chaînes trophiques)
Ecosystème
Niveau physiologique
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EVALUATION DU RISQUE 1. Exposition (dose × fréquence × durée) × 2. Toxicité d’une substance
Gène/protéine
Cellule/organe
organisme
population
Communauté (chaînes trophiques)
Niveau physiologique
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EVALUATION DU RISQUE 1. Exposition (dose × fréquence × durée) × 2. Toxicité d’une substance
Ecosystème
Tests de toxicité en laboratoire
Expériences in situ
Suivi sur le terrain
Conditions contrôlées
Conditions peu
contrôlées
Contrôle expérimental
Mise en évidence d’un effet toxique :
Manque de réalisme Peu de facteurs confondants
Meilleur réalisme environnemental
Nombreux facteurs confondants
Réalisme environnemental
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Mise en évidence d’un effet toxique :
LABORATOIRE
MILIEU NATUREL
Microcosmes
Tests monospécifiques
Chaînes trophiques expérimentales
Portions d’écosystèmes
naturels
Mésocosmes
Etudes in situ
Suivi sur le terrain
Tests aiguës Tests chroniques Tests de génotoxicité
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LABORATOIRE
MILIEU NATUREL
Mise en évidence d’un effet toxique :
Microcosmes
Tests monospécifiques
Chaînes trophiques expérimentales
Portions d’écosystèmes
naturels
Mésocosmes
Etudes in situ
Suivi sur le terrain
Micro/mesocosmes
Expériences in situ
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EVALUATION DU RISQUE 1. Exposition (dose × fréquence × durée) × 2. Toxicité d’une substance
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Nom
bre
de p
ublic
atio
ns
Effets délétères observés sur de nombreux organismes
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Nanoparticles + toxicity Abstract , Title, Keywords (Elsevier ScienceDirect)
25
Les nanomatériaux : risque ou pas pour l’environnement ???
> De nombreuses études contradictoires
Ce n’est pas la dose qui fait le poison ! Peu ou pas d’effet dose-réponse
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
Effe
ts %
ConcentrationsContrôle
NOEC
CE50
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
Effe
ts %
Concentrations
Nanoparticules
26
> De nombreuses études contradictoires
Ce n’est pas seulement l’élément qui fait le poison !
Facteurs affectant la toxicité des NP
Les nanomatériaux : risque ou pas pour l’environnement ???
> De nombreuses études contradictoires
> Peu de réalisme environnemental
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NANOPARTICULES
Les nanomatériaux : risque ou pas pour l’environnement ???
> De nombreuses études contradictoires
> Peu de réalisme environnemental
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NP-TiO2 de synthèse TLite - BASF
Les nanomatériaux : risque ou pas pour l’environnement ???
> De nombreuses études contradictoires
> Peu de réalisme environnemental
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NANOPARTICULES CONCENTRATIONS
ORGANISMES ENDPOINTS
Les nanomatériaux : risque ou pas pour l’environnement ???
Prédictions Dosages
2010-2014 – ANR P2N MESONNET 2013 -2014 – ANR NanoSalt
Durée d’exposition 20j à 2 mois
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Microscope analytique aux rayons X
Nanosims
MEB / TEM ICP EOS et MS
Bioaccumulation des nanoparticules manufacturées (TiO2, CeO, Ag, NTC)
Voie trophique comme source de contamination majoritaire
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Dispositif expérimental de 18 rivières artificielles unique en France
ECOSCOPE
Ecotoxicité des nanomatériaux risques pour l’environnement
Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements Continentaux LIEC
UMR CNRS 7360
Christophe PAGNOUT [email protected]
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