nanoplastiques/métaux/microorganismes marins : interactions, impact, devenir – OCEAN-CARE

Le projet OCEAN-CARE explore de manière intégrée les interactions entre nanoplastiques (NPTs), métaux et micro-organismes marins, avec un focus sur les mécanismes physico-chimiques et biologiques. Considérés comme vecteurs de contaminants métalliques, les NPTs se distinguent par leur petite taille, leur surface réactive et leur persistance, leur conférant une forte capacité d’interaction avec d’autres polluants et une influence marquée sur le microbiome marin.
Le projet repose sur trois Work Packages (WP1 à WP3) étroitement articulés en synergie : • WP1 vise à produire des NPTs modèles marqués à l’isotopie afin d’étudier leur structure, leur réactivité et leurs interactions avec des métaux. Deux types seront synthétisés par approches bottom-up (polymérisation en émulsion sans tensioactif et nanoprécipitation) : des NPTs à base de polystyrène (NPT-PS) et des NPTs biosourcés à base d’acide polylactique (NPT-PLA). Les NPT-PS seront fonctionnalisés en surface et/ou à cœur pour mimer l’oxydation des plastiques vieillis et mieux représenter les conditions naturelles environnementales. Les NPTs auront des dimensions et des propriétés de surface contrôlées. Les interactions métal–NPTs seront étudiées expérimentalement via des isothermes d’adsorption et des études d’agrégation, dans des conditions environnementales représentatives. Un volet de chimie théorique (dynamique moléculaire, DFT) modélisera les mécanismes d’interaction à l’échelle atomique. In fine, WP1 contribuera à mieux comprendre la mobilité, la transformation et la biodisponibilité des complexes métal–NPTs dans les milieux aquatiques. • WP2 portera sur les effets biologiques des métal–NPTs sur des micro-organismes marins modèles : des bactéries (Marinobacter nauticus, Bacillus subtilis, Rhodococcus sp.) et la diatomée Thalassiosira weissflogii, sélectionnés pour leur pertinence écologique et leur capacité à interagir avec des contaminants métalliques uniquement. Les métaux ciblés dans cette étude incluent des métaux essentiels comme le cuivre (Cu) et le fer (Fe), nécessaires au métabolisme microbien mais pouvant devenir toxiques en cas d’accumulation, ainsi que des métaux toxiques ou émergents tels que le cadmium (Cd) et le néodyme (Nd), une terre rare utilisée notamment dans les aimants permanents des éoliennes. Les impacts des complexes métal–NPTs sur la croissance, les fonctions cellulaires, les voies métaboliques et les mécanismes de stress oxydatif seront explorés. Des approches omiques (transcriptomique, protéomique) et biochimiques identifieront les voies de détoxification et de stockage impliquées. L’utilisation de NPTs marqués à l’isotopie et leur détection par Py-GC-MS offriront une traçabilité fine au sein des matrices biologiques complexes. • WP3, à vocation transversale, développera un ensemble d’outils analytiques innovants pour la détection, la quantification et la caractérisation des interactions entre NPTs, métaux et micro-organismes. WP3 reposera sur des techniques de pointe : spectrométrie de masse à temps de vol secondaire (TOF-SIMS), spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS), AF4-MALS (Fractionnement par flux asymétrique couplé à la diffusion de la lumière multi-angle), ainsi que spectrométrie de masse à plasma induit couplée à un spectromètre de masse (ICP-MS), en mode Single Particle (SP-ICP-MS) pour détecter les métal–NPTs , et en mode Single Cell (SC-ICP-MS) pour suivre l’accumulation intracellulaire des métaux. WP3 apportera un socle méthodologique essentiel aux WP1 et WP2, avec une approche multi-échelle et multi-modale.
En mobilisant des expertises en chimie des matériaux, écotoxicologie microbienne, chimie théorique et nanométrologie, OCEAN-CARE contribuera à comprendre le rôle des NPTs dans la vectorisation des métaux et leurs effets biologiques.