Approche intégrative pour déterminer le devenir des nanoparticules dans un écosystème agricole – INPAGE

INPAGE doit permettre de surmonter deux principaux obstacles inhérents à ce type de recherche. Le premier est d'ordre méthodologique : l'agrosystème doit être pensé à travers une approche intégrative et pluridisciplinaire, ce qui se traduit par des études à l'échelle du microscosme. Le système doit être considéré dans sa globalité incluant les interactions entre les compartiments abiotiques et les différents niveaux trophiques. Cette approche apportera de nouvelles données qui ne sont pas disponibles lors de l'étude d'organismes individuels. Le deuxième obstacle est lié aux aspects techniques de l'étude des nanomatériaux dans des matrices complexes. En effet, l'étude de leur devenir (distribution, concentration, spéciation) dans différentes matrices biologiques s'est avérée techniquement très difficile et menant à développements techniques dans nos domaines d'étude, avec par exemple le développement de nouveaux outils tels que le sp-ICP-MS (single particule-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectroscopy). L'originalité de ce programme de recherche repose également sur la combinaison de différents niveaux de complexité (approche intégrative : environnement simplifié avec plantes modèles et culture cellulaire pour la compréhension des mécanismes < environnement complexe avec microcosmes et souris pour la pertinence < modélisation pour la généralisation) qui permettront mieux évaluer les risques que ces particules peuvent représenter pour les agrosystèmes et la santé humaine. De plus, des techniques biophysiques basées sur la spectroscopie seront utilisées pour déterminer la distribution et la spéciation du Ti dans les différents niveaux trophiques. Ces techniques ne sont pas très répandues dans la communauté. Ce projet rassemblera ainsi des techniques de pointe rarement associées pour obtenir de nouvelles données décisives. Ce sera la toute première étude allant du sol à l'homme et comblera ainsi le fossé entre les écotoxicologues et les toxicologues.

Les premiers résultats obtenus et encore en cours d’analyse vont nous permettre d’identifier quelles sont les caractéristiques physico-chimiques des particules de TiO2 qui gouvernent leurs interactions avec les plantes et leur transfert dans la chaine alimentaire (structure cristalline, diamètre, charge de surface,…). En collaboration avec les industriels impliqués dans le projet, nous pourrons ensuite réfléchir à une approche « safer-by-design » c’est-à-dire comment produire des particules qui conservent leur propriétés intéressantes pour l’industrie tout en diminuant les risques pour l’environnement.

Le transfert et les impacts ont pour l’instant été étudiés sur le compartiment environnemental, la deuxième phase du projet va maintenant s’intéresser au transfert vers les consommateurs finaux.

A venir

Les nanotechnologies sont la révolution industrielle de notre siècle. La diffusion de nanomatériaux manufacturés (NMs) dans l'environnement est suspectée. Les sols agricoles sont contaminés notamment par l’épandage de boues de station d’épuration. Les plantes agricoles pourraient donc être exposées à grande échelle. Dans ce projet nous étudierons le devenir de NMs de TiO2 dans un agrosystème par une approche intégrative pour évaluer la toxicité, le transfert et la transformation de ces NMs du sol vers des plantes, des consommateurs primaires (escargots) et jusqu’à des consommateurs secondaires (souris et cellules intestinales épithéliales). L'originalité de notre étude est de relier différentes approches (biologies végétale, animale et cellulaire, biophysique et modélisation) pour identifier le transfert de différents types de NMs de TiO2 dans toute la chaîne alimentaire. L’objectif est de déterminer les risques pour la sécurité alimentaire liés à la dissémination de NMs dans l’environnement et d'optimiser une synthèse de TiO2 "safer by design".