Le devenir des nanoparticules de titane dans les milieux naturels | INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS

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  Le devenir des nanoparticules de titane dans les milieux naturels

Dans une étude, parue en août 2021 dans la revue Journal of Hazardous Materials, des scientifiques de l’IPGP et du LNE ont étudié, pendant un an, l’évolution des concentrations de nanoparticules de titane dans les eaux de surface de trois bassins versants, afin de mieux comprendre les facteurs environnementaux, naturels et anthropiques, ayant une incidence sur le devenir de ces nanoparticules dans la zone critique et plus particulièrement les milieux aquatiques.

 

Agrégat de nanoparticules de dioxyde de titane des eaux de surface provenant d'un bassin versant urbanisé. (photo MEB) (© IPGP)

Le titane, et plus particulièrement le dioxyde titane TiO2, est largement utilisé dans l’industrie, depuis des décennies, comme pigment ou agent de blanchiment notamment. Plus récemment, les formes nanoparticulaires du dioxyde de titane sont aussi de plus en plus utilisées dans les industries cosmétiques, agro-alimentaires ou de l’énergie.

Des quantités non négligeable de titane issues des activités humaines se retrouvent ainsi dans les écosystèmes terrestres et aquatiques et il est donc important de déterminer le devenir de ces rejets.

 

Mais de telles mesures sont difficiles à mettre en œuvre dans les milieux naturels. D’une part, car, instrumentalement, les nanoparticules sont difficiles à détecter et quantifier et qu’elles interagissent avec leurs environnements, rendant la détection de ces différentes formes plus difficile. D’autres part, le titane est aussi naturellement présent dans les eaux de surface, du fait de l’érosion des sols, érosion qui diffère selon l’utilisation du sol, faisant donc aussi varier la quantité de titane naturellement présente.

Il est donc important d’étudier le cycle biogéochimique global du titane dans les écosystèmes pour pouvoir mieux évaluer l’impact des nanoparticules d’origine anthropique sur les milieux naturels.

 

Dans une étude, parue en août 2021 dans la revue Journal of Hazardous Materials, des scientifiques de l’IPGP, d’Université de Paris et de Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE) ont échantillonné, pendant un an, les eaux de surface provenant de 3 bassins versants avec un usage des sols différents : l’un majoritairement forestier, le deuxième agricole et le troisième urbain.

En mesurant les concentrations de TiO2 dans ces échantillons et l’évolution des concentrations au cours du temps, l’équipe a montré que l’utilisation du sol avait une incidence sur la concentration des nanoparticules, que le type de sol, associé à l’utilisation qui en est faite, joue également sur la spéciation du titane (c’est à dire sur la façon dont il peut former des complexes avec d’autres constituants présents dans le milieu) mais aussi que la concentration en TiO2 variait de manière saisonnière.

 

L’analyse par sp-ICPMS montre la prédominance du Titane sous forme nanoparticulaire par rapport à la forme dissoute. (© IPGP)

Grace à une méthode d’analyse originale , la spectrométrie de masse à plasma inductif en mode de simple particule (sp-ICPMS) les chercheurs ont détecté en moyenne  910 millions de nanoparticules de TiO2 par litre d’eau avec une prédominance d’objets ayant une taille moyenne de 40 nm. Ils mettent aussi en évidence une exportation deux fois plus importante de nanoparticules de TiO2 pour le bassin versant agricole par rapport au  bassin versant urbain.

 

En montrant comment les facteurs environnementaux naturels et liés aux activités humaines (type de sol, saison, quantité de matière organique dissoute, activité agricole, densité urbaine) ont une incidence sur le devenir des nanoparticules de titane dans les milieux aquatiques, cette étude apporte des nouvelles contraintes sur la façon dont les nanoparticules de titane évoluent et interagissent avec leur environnement ainsi qu’une meilleure compréhension des paramètres qui contrôlent les cycles biogéochimiques du titane, et plus largement des autres nanoparticules présentes dans les écosystèmes.


Cette étude a bénéficié des soutiens financiers de la région Île-de-France via le DIM Analytics,du programme interdisciplinaire de recherche PIREN-Seine et de l’IdEx Université de Paris.

 

Bibliographie :

> Jia-Lan Wang, Enrica Alasonati, Paola Fisicaro, Marc F. Benedetti, Titanium nanoparticles fate in small-sized watersheds under different land-uses, Journal of Hazardous Materials, Volume 422, 2022, 126695, ISSN 0304-3894, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126695.

 

 

Contact : 

Marc Benedetti, équipe de Biogéochimie à l'anthropocène des élements et contaminants émergents

Date de publication : 
14 Septembre 2021