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Quelles actions des pouvoirs publics et des gestionnaires de l'eau concernant les risques émergents associés aux nanomatériaux dans l'eau ?
Quelles actions des pouvoirs publics et des gestionnaires de l'eau concernant les risques émergents associés aux nanomatériaux dans l'eau ?
Par MD, DL et l'équipe Avicenn - Dernier ajout novembre 2019
Cette fiche fait partie de notre dossier Nano et Eau : elle a vocation à être complétée et mise à jour avec l'aide des adhérents et veilleurs de l'Avicenn. Vous pouvez vous aussi contribuer à l'améliorer en nous envoyant vos remarques à l'adresse redaction(at)veillenanos.fr.
Sommaire :
Quelles actions des structures publiques ou parapubliques ?
Peu d'informations sur les nanoparticules dans l'eau par les pouvoirs publics
En 2008, dans un rapport exclusivement dédié aux nanoparticules manufacturées dans l'eau, l'Agence nationale de sécurité sanitaire (ANSES) avait préconisé une grande prudence par rapport à l'utilisation des nanoparticules compte tenu de l'importance des lacunes de connaissances sur leurs conséquences pour le milieu aquatique. Elle avait également proposé plusieurs axes de recherche (métrologie, étude du devenir des nanoparticules dans les différents compartiments de l'environnement, évaluation de l'efficacité des filières de traitement classiques de production d'eau potable et d'épuration des eaux résiduaires)1.
Si depuis quelques années quelques projets de recherche financés sur fonds publics se penchent sur les nanos dans l'eau, aucune structure publique ou industrielle n'a, depuis ce rapport de l'ANSES, fourni d'informations vulgarisées concernant les risques émergents spécifiquement liés aux nanomatériaux dans l'eau. Seules sont aujourd'hui accessibles des publications scientifiques éparses, souvent difficiles à comprendre pour le non spécialiste ou n'abordant qu'un aspect particulier de cette question.
Des efforts sont néanmoins entrepris par l'Office national de l'eau et des milieux aquatiques (ONEMA), qui coordonne la recherche-développement et la prospective sur le domaine de l'eau et de l'écotoxicologie au niveau national et a mis en place des partenariats sur le sujet des nanos dans l'eau, notamment :
une convention avec l'Université de Lorraine pour que cette dernière réalise en 2015 une revue de littérature scientifique sur les nanoparticules manufacturées dans l'eau (présence dans les écosystèmes aquatiques, transferts trophiques, etc.)
une convention avec AVICENN pour que l'association lui apporte un éclairage associatif et citoyen sur le degré d'information, de préoccupation et de mobilisation des acteurs concernés par les risques sanitaires et environnementaux associés aux nanomatériaux dans l'eau
Au niveau international, des initiatives existent, notamment :
aux Etats-Unis, l'agence de protection de l'environnement (EPA) a lancé une consultation publique à l'automne 2014 sur la version préliminaire de ses lignes directrices sur les effluents 2014 ; elle souhaitait notamment recueillir des données et des informations sur les risques potentiels associés aux effluents industriels en provenance de sites de fabrication de nanomatériaux2 ; dans le document final qu'elle a publié en juillet 2015, elle dresse le constat du manque de données et de méthodes fiables concernant la quantification et la caractérisation des nanomatériaux présents dans les rejets d'eaux usées industrielles et préconise, outre le développement de méthodes et techniques appropriées, de recherches sur la toxicité des nanomatériaux dans ces effluents (à des doses pertinentes), l'identification des sites de production et d'utilisation de nanomatériaux, des déchets qu'elles génèrent ainsi que l'évaluation et la caractérisation du devenir, de la transformation et du traitement des nanomatériaux dans les eaux usées industrielles3
Quasiment pas de surveillance des nanoparticules dans l'eau par les pouvoirs publics
A ce jour, la surveillance des nanoparticules dans l'eau n'est toujours pas requise par la loi et ne figure pas dans la directive cadre sur l'eau (DCE) au niveau européen. Les agences de l'eau ne réalisent donc pas de mesure des nanoparticules dans l'eau.
Les nanomatériaux ne figurent :
ni dans l'étude prospective sur les contaminants émergents des eaux de surface continentales publiée par l'INERIS en 2014, qui a recherché 182 substances dans les eaux et/ou les sédiments sur 158 sites de prélèvement répartis sur le territoire métropolitain et les DOM4,
ni dans l'étude sur les substances "émergentes" dans les boues et composts de boues de stations d'épurations d'eaux usées collectives menée par l'INERIS et le CNRS publiée en 20155
La mention des nanomatériaux figure parmi les "pollutions accidentelles" ou "phénomènes émergents" dans le Projet Régional de Santé de Bretagne 2012-2016 de l'Agence régionale de santé (ARS) de Bretagne (région très concernée par la protection de l'eau)...
le nickel (dont les sources globales d'émission sont dans l'atmosphère par poussières volcaniques, combustion de pétrole, fuel, charbon, bois, incinération de déchets, et vers les eaux par les activités industrielles, les eaux domestiques et les boues de stations d'épuration)
le chrome avec de fortes restrictions d'usages ( émissions vers les eaux par rejets industriels dans tannage cuir et industries textiles, teintures, pigments, traitements de surface; apports atmosphériques par combustion, dont transports routiers par carburant, huiles moteur et abrasion des pneus et freins.)
le cuivre (émissions d'industries de métaux, du bois, d'incinération d'ordures ménagères, du trafic routier, et aussi de l'agriculture - fertilisants phosphatés, fongicides, épandage de lisiers-)
le zinc, un métal "lourd" émis surtout dans l'atmosphère par les fumées (transports routiers) et l'abrasion et corrosion (bâtiments, mobiliers urbains, toitures), avec aussi des origines agricoles (traitements des cultures, engrais, épandages de fumiers et lisiers).
l'aluminium qui est fortement présent à l'état naturel et de plus en plus utilisé comme substitution à d'autres métaux (mais avec des usages interdits dans les cosmétiques et l'alimentation). Les émissions sont importantes dans les rejets de stations d'épuration.
l'argent : le nano-argent représenterait plus de 50% des nanomatériaux utilisés (loin devant le carbone et le zinc). [Alors que le registre français R-nano ne le rend pas visible ! Le marché européen de produits contenant du nano-argent serait passé de 30 tonnes en 2004 à 130 tonnes en 2010...L'origine des émissions vers les eaux provient du lessivage des sols par les pluies, du relargage par lavage de textiles. 15% du nano-argent relargué dans les eaux de l'Union européenne aurait pour origine l'activité plastique et textile (Gaffet, 2009). Des émissions atmosphériques sont dues aux combustions (déchets urbains, industriels). Les rejet par l'industrie photographique deviennent minoritaires. Un retour aux sols (agricoles) peut être provoqué par l'épandage de boues de station d'épuration.
Une cartographie des teneur en argent des rivières de Seine-Normandie indique que 70% des eaux brutes arrivant dans les station d'épuration ont des concentrations d'argent moyennes de 1 à 10 µg/L. Il s'accumule dans les boues, dont la plupart (70% des observations) contiennent 10 à 100 mg/kg de poids sec.
Les impacts écotoxiques du nano-argent seraient liés autant à la forme nano qui permet de le fixer temporairement sur certains supports qu'à la transformation de ces NP avec émission d'ions argent. (communication orale du CEREGE en mars 2018 au Synchrotron à Saclay).]
le cobalt, utilisé pour partie sous forme nano dans des revêtements, peintures, solvants, diluants. Les émissions proviennent surtout de fumées, retournant aux eaux par la pluie. La prévention serait de recycler les matériaux contenant du cobalt.
le titane, présent dans de très nombreux produits comme pigment blanc et opacifiant, des peintures aux médicaments. C'est à la fois la forme nano du dioxyde de titane, de plus en plus utilisée, qui pose problème et l'augmentation de tous les usages. Les milieux aquatiques sont touchés directement par le relargage des crèmes solaires et l'altération des matériaux du bâtiments, et les eaux usées par les cosmétiques, aliments et textiles). La prévention consisterait au recyclage du titane et à la valorisation des déchets de titane appelé "scrap".
le sélénium d'origines géophysique, biologique, industrielle, il est présent partout et dans les plantes qui l'absorbent du sol (en particulier dans le thé vert). Il peut être utilisé sous forme de nanoparticules en médecine. Les émissions vers les milieux aquatiques peuvent provenir de la combustion de charbon, fioul, rejets industriels ou miniers ou d'eau usées, d'apports agricoles (fertilisants ou irrigation en eaux naturellement chargée).
En 2011 pourtant, l'Agence européenne de l'environnement (AAE) a recommandé la mise en place d'une surveillance ciblée des nanomatériaux parmi d'autres polluants émergents afin de permettre une réactivité en temps opportun ; elle a préconisé la réalisation de recherche européennes sur le sujet6.
Se focalisant sur les défis liés à l'eau, la JPI Water qui réunit depuis novembre 2014 vingt pays partenaires et quatre observateurs sous la présidence et la coordination de l'Agence Nationale de la Recherche, entend répondre à cinq grands objectifs d'ici à 2020 :
impliquer les utilisateurs finaux de l'eau dans la prise en compte effective des résultats de recherche,
atteindre une masse critique des programmes de recherche,
aboutir à une coordination efficace et durable de la recherche européenne dans le domaine de l'eau,
harmoniser les agendas et activités de recherche sur l'eau des pays partenaires,
et enfin soutenir le leadership européen en science et technologie.
Parmi ses activités, la JPI lance des appels à projets permettant de financer des consortia de chercheurs européens pluridisciplinaires sur des thèmes très ciblés. Elle a lancé un appel pilote en 2013 sur les contaminants émergents de l'eau qui mentionnait les nanomatériaux... mais parmi les sept projets retenus, aucun ne portait spécifiquement sur les nanomatériaux. A voir dans les prochaines années si les choses évoluent ?
NORMAN (Network of reference laboratories for monitoring the emerging environmental pollutants- FP6 n° 018486 – 2005-2007) a été transformé en février 2009 en une association qui donne accès à un important réseau de laboratoires européens travaillant sur les thématiques des produits nouvellement retrouvés dans l’environnement. Sa liste de février 2016 répertoriant 1035 substances comme polluants émergents contient certains stéroïdes, des médicaments soumis ou non à des prescriptions médicales (antibiotiques, hormones) à usage humain ou vétérinaire, des produits de dégradation de détergents non ioniques (composés du nonyl- et octyl-phénol), des désinfectants, des phtalates, des retardateurs de flamme, des antioxydants, des nanoparticules, etc. Un seul nom contient explicitement le mot "nano" : Perfluorononanoic acid (introuvable dans le bilan R-nano 2017). Le bilan de 10 ans de NORMAN est accessible en français sur le site de l'INERIS. Les nanos ne sont pas cités.
Des progrès à venir ?
Le laboratoire d'hydrologie de Nancy (LHN) de l'Agence nationale de sécurité sanitaire (ANSES) s'est récemment doté d'un équipement permettant de doser les nanoparticules dans l'eau ; des mesures et analyses devraient être réalisées courant 2015. Le premier pas vers une meilleure prise en charge de ce dossier par les pouvoirs publics ?
Quelle mobilisation des entreprises gestionnaires de l'eau ?
En 2010, les trois principales sociétés françaises qui traitent l'ensemble du circuit de l'eau, du captage à l'épuration (Saur, Suez Environnement, Veolia Environnement) disaient être dans un large flou quant aux dangers des nanoparticules dans l'eau et ne disposer d'aucun outil pour mesurer, identifier, quantifier et évaluer la dangerosité des nanoparticules dans le milieu aquatique7.
Une enquête sociologique dont les résultats ont été publiés en 2013 est venue ensuite confirmer la faible mobilisation des gestionnaires de l'eau : ces derniers considèrent les nanoparticules d'argent comme une "substance indésirable mais non prioritaire en termes de gestion de la santé et l'environnement" ; le risque de contamination est placé dans la "file d'attente" des préoccupations des gestionnaires locaux qui s'appuient sur le fait qu'il n'est plus obligatoire de mesurer la concentration d'argent dans l'eau destinée à la consommation humaine8.
Des chercheurs français que nous avons contactés déplorent la faiblesse des financements des travaux de recherche qui seraient nécessaires : selon eux, les industriels n'étant pas soumis à une règlementation spécifique, il n'y a pas de pression particulière pour développer des techniques innovantes.
Suez Environnement a pris part à la consultation organisée en 2014 par la Commission européenne en envoyant une contribution qui manifeste un degré de préoccupation significatif quant aux risques soulevés par les nanomatériaux dans l'eau.
Beaucoup de vêtements de sport seraient traités au nanoargent. En décembre 2018, Svenskt Vattens, le syndicat suédois des eaux et des eaux usées a alerté sur l'argent antibactérien et anti-odeur provenant de textiles de sport9 : c'est la plus grande source connue d'argent dans les stations de traitement de l'eau, une menace pour nos lacs et nos mers, ainsi qu'un risque de propagation de la résistance aux antimicrobiens. Les marques et distributeurs sont invités à cesser de vendre des vêtements traités à l'argent pour protéger l'eau (Adidas est pointé comme le plus mauvais élève).
p 1-2 : Research and information to date suggest that industrial wastewater discharges may contain ENMs, which may have impacts on human health and the environment. From its initial review, EPA identified four main areas of research appropriate to better assess the potential presence and impact of ENMs in industrial wastewater: (1) development of standard methods and sampling techniques to detect and characterize ENMs in industrial wastewater; (2) evaluation of the toxic impacts of ENMs in industrial wastewater, taking into consideration their relevant forms and concentrations; (3) identification of the universe of facilities, production values, and waste associated with the manufacturing and processing of ENMs; and (4) evaluation and characterization of the fate, transformation, and treatment of ENMs in industrial wastewaters. EPA plans to continue to monitor ongoing research in these areas in future annual reviews and collect any new information on the discharge of ENMs as it becomes available.
p 4-5 : EPA initiated a review of a group of emerging pollutants of concern and continued its review of industrial wastewater treatment technology performance data as part of the 2014 Annual Review (U.S. EPA, 2015). Below are the findings from these reviews :
Review of Engineered Nanomaterials (ENMs) in Industrial Wastewater. EPA reviewed current literature and scientific research and communicated with researchers and government stakeholders regarding ENMs. As a result, EPA determined the following:
Some manufacturing and processing methods likely generate wastewater, but the quantity generated and waste management practices are not documented.
Toxicity hazards from ENMs have been demonstrated in the laboratory, but the environmental and human health risks are largely unknown.
Fate of and exposure to industrial wastewater releases of ENMs to the environment have not been studied.
The small size, unique properties, and complexity of ENMs present a challenge for environmental monitoring, risk assessment, and regulation.
Methods for detecting and characterizing nanomaterials in complex media, like industrial wastewater, are under development.
EPA has not approved any standardized methods for sampling, detecting, or quantifying of nanomaterials in aqueous media.
Research has shown that common treatment technologies employed at municipal wastewater treatment plants can remove nanomaterials from the wastewater, but that these may then accumulate in the sludge.
EPA's review also identified four main areas of further research appropriate to better assess the potential presence and impact of ENMs in industrial wastewater:
Development of standard methods and sampling techniques to detect and characterize nanomaterials in industrial wastewater.
Evaluation of ENM toxicity impacts and potential occurrence in industrial wastewater, taking into consideration relevant forms and concentrations of ENMs.
Identification of the universe of ENM facilities, their production values, and the waste generated and disposed of during the manufacturing and processing of ENMs.
Evaluation and characterization of the fate, transformation, and treatment of ENMs in industrial wastewaters.
Public comment : page 4-3 : For nanomaterials, the consultant to local government pretreatment programs and one industry representative supported EPA's effort to characterize nanomaterials in industrial wastewater discharges. Specifically, the industry representative urged EPA to recognize the diversity of nanomaterials and their applications across multiple industries in its future reports; coordinate closely with EPA's New Chemicals Program to understand nanomaterial releases in water; consider work on the fate and transport of nanomaterials completed or currently underway; and recognize the potential for nanotechnology to provide new and improved tools for wastewater treatment. One wastewater treatment products manufacturer also commented that he is currently testing a coagulant/flocculent/filter aid that has shown success at settling nano-particles, E. coli, phosphorus and other particulates.
6 - Hazardous substances in Europe's fresh and marine waters An overview, Agence européenne de l'environnement, 2011 : "For some pollutants, awareness and a currently incomplete understanding of potential effects have developed only recently. These emerging pollutants include (...) relatively new substances, such as nanomaterials. Their inclusion in routine monitoring programmes has so far been limited, making it difficult to robustly assess the risks to the environment and human health, and thus to justify regulation and better monitoring. Targeted monitoring of selected emerging pollutants across the EU would be desirable to ensure timely awareness of potentially problematic substances that might need to be regulated. This monitoring should be supported by European research studies." (p.7)
8 - L'argent (Ag, nanoAg) comme contaminant émergent dans l'estuaire de la Gironde : évaluations scientifiques et gouvernance des risques, Salles D. et al., ERS, 12 : 317-323, juillet/août 2013 : "Le principe argumentatif des gestionnaires de l'eau et des autorités administratives, vis-à-vis d'un potentiel risque environnemental Ag, se construit essentiellement en référence aux normes en vigueur : « Il n'y a pas de risque car il n'existe plus de norme pour l'argent dans l'eau », selon un gestionnaire de l'eau. Alors que les décrets de 1980 et 1989 relatifs à la qualité de l'eau destinée à la consommation humaine exigeaient des valeurs de concentration de Ag inférieures ou égales à 10 mg/L (Ag), cette norme n'est désormais plus en vigueur dans les dispositifs réglementaires*. En l'absence de faisceaux convergents ou de sources connues sur une contamination de l'environnement par Ag, le modèle normatif privilégie le statu quo : Ag est considéré comme une substance indésirable mais non prioritaire en termes de gestion de la santé et l'environnement, contrairement aux contaminants prioritaires par leur abondance et leur toxicité pour l'homme. À ce titre, le risque de contamination Ag est placé dans la « file d'attente » des préoccupations des gestionnaires locaux."
* Depuis 2001, date de modification du décret de 1989 ?
Applications des nanotechnologies pour l'analyse et le traitement de l'eau
Applications des nanotechnologies pour l'analyse et le traitement de l'eau
Par l'équipe Avicenn - Dernier ajout mai 2019 (fiche à mettre à jour et réorganiser)
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Les nanotechnologies sont utilisées pour développer des dispositifs plus efficaces pour l'analyse et le traitement de l'eau.
Il est aujourd'hui difficile de faire la part entre les applications déjà sur le marché et celles qui n'en sont qu'au stade de la recherche et développement.
Il est également nécessaire d'être vigilant par rapport aux "effets d'annonce" de certains chercheurs soucieux de valoriser leurs recherches mais dont les résultats de recherche sont encore loin d'être transformés en produits ou procédés réels.
Le flou prévaut aussi en ce qui concerne les produits commercialisés par certaines compagnies qui utilisent le mot "nanotechnologies" comme argument "marketing" de leurs produits, sans jouer la carte de la transparence sur la nature des procédés ou des nanomatériaux utilisés.
Deux principaux domaines d'application des nanotechnologies au domaine de l'eau peuvent être distingués : l'analyse et le traitement de l'eau.
Les nanotechnologies pourraient avoir des applications intéressantes en matière de détection des substances chimiques et biochimiques dans l'eau.
Début 2011, le Directeur général des Centres de recherche de Veolia Environnement considérait que "c'est très probablement dans ce domaine [de l'analyse] que l'on verra prochainement une industrialisation de nanotechnologies pour l'échantillonnage et l'indentification spécifique aussi bien en analyse chimique que microbiologique" 1.
Les nanotechnologies peuvent être utilisées pour désaliniser l'eau, filtrer des polluants, réduire le calcaire et/ou traiter les eaux usées.
Les procédés utilisés ou envisagés peuvent combiner différents types d'action :
- la filtration d'éléments indésirables (polluants, microbes, sel) : ce serait le procédé le plus avancé, notamment pour les membranes ; les filtres peuvent être constitués notamment :
de nanotubes de carbone, pour extraire les virus et les bactéries de l'eau
de membranes nanostructurées ou sur lesquelles sont ajoutées des nanoparticules ou des nanorevêtements
Suez Environnement a ainsi participé à un projet de recherche européen NAMATECH (2009-2012) sur l'utilisation de nanoparticules pour des membranes "particulièrement prometteuses"2
Veolia Environnement a de son côté mis en place un partenariat avec la société américaine NanoH2O visant à mettre au point des membranes pour le dessalement de l'eau de mer : des nanoparticules hydrophiles sont ajoutées à des membranes d'osmose inverse pour favoriser le passage de l'eau3
des chercheurs français et américains ont mis au point des "tamis nanoscopiques"4
Arkema propose en 2018 un procédé d'ultra filtration avec un polymère fluoré Kynar® PVDF utilisant des technologies de polymères nanométriques
en Chine, en 2018, une promesse de production industrielle de membranes de nanofibres par impression en 3D par Nano Sun, en savoir +
de l'argile attapulgite et de zéolites naturelles, disponibles dans de nombreuses régions du monde et présentant des pores naturels de taille nanoscopique
de nanoéponges qui piègent des contaminants (il peut s'agir notamment d'éponges de polyuréthanes recouvertes de nanoparticules d'oxyde de fer ou de nanotubes de carbone et de nanoargent)5.
- la dissolution chimique des polluants par oxydation grâce à l'utilisation de nanoparticules réactives (titane, oxyde de fer par exemple) : les nanocatalyseurs pourraient être utilisés pour décomposer chimiquement les polluants. Les nanoparticules d'oxyde de titane sont par exemple des catalyseurs plus efficaces que l'oxyde de titane à l'échelle macroscopique et pourraient servir à détruire les contaminants par photocatalyse sous l'effet de rayons UV.
Début 2011, Veolia Environnement était impliqué dans l'étude de nanoparticules pour la catalyse de type oxydante ou réductrice afin d'éliminer des polluants dans l'eau, avec des perspectives d'applications encore incertaines6.
Des recherches ont été menées ou sont toujours en cours :
D'autres recherches sont menées dans beaucoup d'autres pays9.
- l'extraction des polluants par aimantation : les nanoparticules magnétiques ont une grande surface par rapport à leur volume et peuvent ainsi facilement former des liaisons chimiques avec des contaminants véhiculés par l'eau - tels que l'arsenic, le mercure, le plomb, le pétrole - et être ensuite extraits à l'aide d'un aimant. Des applications seraient déjà commercialisées et les recherches sont nombreuses dans ce domaine10.
- l'élimination des bactéries, par l'utilisation de nanoparticules métalliques (nanoparticules d'argent ou de cuivre) aux propriétés antibactériennes.
la fiche Acteurs Nanomatériaux / nanotechnologies et Eaux qui se penche sur les stratégies des trois principales sociétés françaises qui traitent l'ensemble du circuit de l'eau, du captage à l'épuration
NOTES et REFERENCES 1 - Entretien de M. Hervé Suty, Directeur général des Centres de recherche de Veolia Environnement, accordé à Richard Varrault (Waternunc), publié en 2011
3 - Entretien de M. Hervé Suty, Directeur général des Centres de recherche de Veolia Environnement, accordé à Richard Varrault (Waternunc), publié en 2011 : "Le principe consiste à introduire dans la membrane filtrante qui fait quelques dizaines de micromètres d'épaisseur des nanoparticules hydrophiles (de l'ordre de quelques %). Cette "charge" dispersée de façon homogène qui va faciliter le passage de l'eau, permettra de réduire les pressions et donc de diminuer les consommations énergétiques d'un procédé qui est relativement énergivore au départ. Les nanoparticules sont dans la matrice (...). Ce type de produit qui arrive sur le marché maintenant est en cours d'évaluation à l'échelle industrielle par nos équipes de R&D et nous avons un partenariat pour la commercialisation de ces nouvelles membranes sur le marché du dessalement. Veolia est généralement ce que l'on qualifie d'un "end-user" qui sélectionne les membranes en fonction de leurs performances intrinsèques pour une application donnée. Dans le cas du dessalement par osmose inverse, il est clair que cette nouvelle approche peut conduire à une nouvelle génération de membranes plus performantes ; les résultats d'évaluation des performances sont attendus dans le courant du premier trimestre 2011 et les premières utilisations pour le dessalement d'eau de mer courant 2011. Dans les membranes, d'autres études sont en cours sur le développement de matériaux nanostructurés mais les développements sont en cours et les applications sont attendues pour plus tard, d'ici 5 à 10 ans."
Selon le fabricant, les nanoparticules ne présentent pas de risques pour la qualité de l'eau : cf. sa FAQ : "Do nanoparticles pose any potential risks to water quality?
No. LG NanoH2O's QuantumFlux membrane elements are completely safe for the treatment of potable water. The Qfx SW 365 ES, Qfx SW 400 ES, Qfx SW 400 SR and Qfx SW 400 R are all NSF Standard 61 certified, which means that they have been independently evaluated by NSF International, the global organization that provides standards development, product certification, auditing, education and risk management for public health and safety. NSF Standard 61 certification attests to the safety and viability of the Qfx SW 365 ES, Qfx SW 400 ES, Qfx SW 400 SR and Qfx SW 400 R membrane elements when used in the production of drinking water."
Des éponges en nanocellulose contre les marées noires, Industrie et Technologie, 9 décembre 2014. Mise au point par deux chercheurs, Gilles Sèbe du LCPO de l’université de Bordeaux 1 et Philippe Tingaut, de l’Empa près de Zurich, lauréats pour cette éponge du Prix des techniques innovantes du salon Pollutec.
6 - Entretien de M. Hervé Suty, Directeur général des Centres de recherche de Veolia Environnement, accordé à Richard Varrault (Waternunc), publié en 2011 : "On peut également utiliser des nanopoudres deTiO2 (libres ou fixées), pour la photocatalyse et l'élimination de polluants mais aussi des nanopoudres adsorbantes (charbon actif ou autres), qui vont permettre des éliminations sélectives de certains polluants par transfert et non plus par dégradation.
Nous travaillons là encore avec des laboratoires du domaine public mais aussi des fabricants industriels pour mettre au point de nouvelles technologies et arriver à des procédés intensifs de traitement. Ces procédés doivent répondre à un certain nombre de critères de performance sur des considérations technico-économiques mais ils doivent également s'inscrire dans une démarche de développement durable et apporter un plus par rapport aux technologies actuelles sur ces aspects. Le devenir des polluants éliminés avec la formation de sous produits par exemple mais aussi celui des nanoparticules dans leur mise en œuvre sont deux aspects critiques de ces recherches.
Typiquement dans le domaine de l'oxydation qui a été très étudié dans les 30 dernières années avec un développement industriel tout relatif, les nanotechnologies peuvent être de nature à repositionner certains procédés de façon favorable en levant des verrous jusqu'à lors rédhibitoires. (...) Pour les matériaux nanostructurés le gain, le rapport coût/bénéfice, n'est pas encore atteint. Par contre pour les matériaux incorporant des nanoparticules, comme les membranes pour lesquelles une poudre est dispersée dans une matrice polymèrique, c'est justifié et ceci d'autant plus si la durée de vie des produits est améliorée. La durée de vie des membranes est en générale de l'ordre de 5 ans, si on peut les faire durer 10 ou 15ans cela devient vraiment très intéressant."
Cette fiche fait partie de notre dossier Nano et Eau : elle a vocation à être complétée et mise à jour avec l'aide des adhérents et veilleurs d'Avicenn. Vous pouvez vous aussi contribuer à l'améliorer en nous envoyant vos remarques à l'adresse redaction(at)veillenanos.fr. Sommaire :
- Quelles quantités de nanomatériaux sont relarguées dans l'eau ?
La quantité de nanoparticules relarguées dans l'eau est aujourd'hui inconnue. L'un des défis majeurs tient au fait qu'on ne sait pas bien détecter les nanoparticules dans l'eau à faible concentration1.
Différentes modélisations2 ont été réalisées pour tenter de quantifier les concentrations et les flux de différents types de nanoparticules manufacturées dans l'environnement. Cependant, ces exercices sont basés principalement sur les estimations de quantités produites de nanomatériaux manufacturés plutôt que sur des estimations de quantités de nanomatériaux manufacturés contenus dans les produits de consommation3.
En 2013, des chercheurs ont estimé qu'entre 0,4 à 7% des 300 000 tonnes de nanomatériaux manufacturés produits dans le monde en 2010 ont été relargués dans l'eau4. Mais ces chiffres sont bien en deça de la réalité puisqu'on a appris la même année grâce à la déclaration obligatoire française que pas moins de 500 000 tonnes de "substances à l'état nanoparticulaire" avaient été produites ou importées sur le seul territoire français en 20135 !
- Quelles sont les sources de relargage de nanomatériaux dans l'eau ?
Des nanomatériaux peuvent être libérés dans l'eau :Illustration Géraldine Grammon, 2017
dans les effluents industriels émanant d'entreprises dans lesquelles des nanomatériaux sont produits / manipulés / transformés
lors de la baignade des personnes ayant appliqué de la crème solaire contenant des nanoparticules6
lors des lavages pour les textiles auxquels des nanoparticules ont été appliquées7
sous l'effet du ruissellement des eaux de pluie pour les ciments et peintures extérieures recouverts de nanorevêtements8 et suite au lessivage de sols contaminés
sous l'effet de la corosion des peintures appliquées sur les bateaux (certaines contiennent des nanoparticules d'oxyde de cuivre pour empêcher les petits crustacés et les moules de se fixer sur la coque9)
par le dépôt de particules transportées par voie atmosphérique
suite à un déversement accidentel
- Quels sont les nanomatériaux les plus susceptibles d'être présents dans l'eau ?
Du fait des incertitudes sur les volumes de nanomatériaux commercialisés et relargués dans l'eau, les estimations des scientifiques ne sont pas concordantes et varient en fonction des méthodes et hypothèses utilisées et des pratiques des différents pays (épandage des boues des stations d'épuration versus incinération par exemple) :
selon une étude récente, les nanoparticules dont les concentrations sont susceptibles d'être les plus élevées dans l'eau traitée au Royaume-Uni sont les nanoparticules de dioxyde de titane et les nanoparticules de zinc (émanant des crèmes solaires et autres cosmétiques) et les nanoparticules de silice (dentifrice) ; les nanoparticules à base de carbone, de fer ou d'argent n'arrivent qu'en 6ème, 7ème et 8ème positions, et les nanoparticules d'oxyde de cerium sont celles dont les concentrations sont les plus faibles10.
selon une autre estimation portant sur le Danemark cette fois, les plus fortes concentrations de nanoparticules dans les systèmes aquatiques concerneraient les particules de noir de carbone et de TiO2 photostable (contenu dans les crèmes solaires et non pas celui contenu dans les peintures photocatalytiques), suivies par le carbonate de cuivre (CuCO3, en supposant que son utilisation comme agent de protection du bois va s'accroître). Les traitements des eaux conduiraient à des concentrations extrêmement faibles de nanoparticules d'oxydes de zinc (ZnO) et de nanoparticules d'argent dans l'environnement11.
En France, des chercheurs ont constaté un accroissement de la présence d'argent dans l'estuaire de la Gironde12 dont les causes depuis 2005 sont encore mal connues, mais potentiellement liées... :
à l'érosion des sols agricoles,
à l'ensemencement des nuages (solution d'iodure d'argent) pour éviter les impacts de la grêle sur les récoltes de vigne et l'arboriculture,
aux rejets des eaux usées des collectivités.
Devenir des nanomatériaux dans l'environnement aquatique
Les connaissances sur le devenir des nanomatériaux dans l'eau commencent à se développer mais restent encore très limitées. En raison de leur petite taille et surtout de leur forte réactivité, les nanomatériaux ont en effet tendance à interagir avec quasiment tous les éléments présents dans l'eau (matériaux minéraux, chimiques ou biologiques), selon des configurations très variables en fonction de leurs caractéristiques physico-chimiques et de la composition du milieu.
Dans l'eau, les nanomatériaux peuvent subir des modifications :
des phénomènes de dissolution peuvent intervenir (plus particulièrement sur les nanoparticules d'argent et d'oxyde de zinc) et être d'autant plus importants que les particules sont petites13
des phénomènes d'adsorption peuvent entraîner la fixation d'autres éléments (dont des polluants) à la surface des nanoparticules14
des phénomènes d'agglomération des nanomatériaux ont été constatés dans les eaux naturelles15.
> Phénomènes pouvant altérer les nanomatériaux dans l'environnement - Camille Larue, 201116
Certains nanomatériaux ont tendance à sédimenter par gravité et s'accumuler dans les sédiments (notamment dans le cas de nanomatériaux agrégés et/ou hydrophobes comme les nanotubes de carbone17) ce qui augmente les risques de contact avec des microorganismes qui vivent sur les sédiments aquatiques. D'autres auraient au contraire tendance à rester en suspension (notamment s'ils sont enrobés avec un revêtement de surface hydrophile) et se disperser facilement, augmentant le risque d'exposition18.
Leur dégradation, ou à l'inverse leur persistance, sont elles aussi complexes à déterminer et varient en fonction des nanomatériaux et de la qualité des eaux :
Selon une étude de 2011, les nanomatériaux carbonés (fullerènes C60, nanotubes de carbone) ne sont pas biodégradables en milieu liquide dans l'environnement18.
Une autre étude dont les résultats ont été rendus publics en 2011 également19 a été menée sur des nanoparticules d'oxydes de zinc (ZnO) et de dioxyde de titane (TiO2) dans l'eau de Seine ; elle a montré que :
la forme nanoparticulaire du TiO2 n'est pas davantage soluble que ses homologues microparticulaire ou macroparticulaire
à l'inverse, pour une bonne part, les nanoparticules d'oxydes de zinc sont rapidement dissoutes dans l'eau de Seine
l'enrobage, en fonction de sa nature, peut diminuer ou augmenter la dissolution des nanoparticules.
Les nanomatériaux en général auraient tendance à être stabilisés dans les médias de faible force ionique et de forte teneur en carbone organique dissous (COD)20.
Aux USA, Marie Simonin poursuit avec le CIENT les études d'impact de NP en mésocosmes. Elle a co-signé en 2018 deux publications en anglais (indiquées en bas de cette page) :
- l'une montre que la biotransformation de nanoparticules ne doit pas être ignorée, même pour les nanoparticules généralement considérées comme stables dans l'environnement (ici des nanoparticules d'or).
- l'autre étudie les impacts d'une nanoparticule d'or enrobée de citrate et d'un pesticide commercial contenant des nanoparticules de cuivre (OH) sur des producteurs primaires aquatiques dans des conditions de nutriments ambiants et enrichis (cela reproduit des rejets de fertilisants). Les mésocosmes des zones humides ont été exposés à plusieurs reprises avec de faibles concentrations de nanoparticules et de nutriments au cours d'une expérience de neuf mois visant à reproduire des scénarios d'exposition réalistes sur le terrain. En l'absence d'enrichissement en nutriments, il n'y avait pas d'effets persistants des nanoparticules d'or ou de cuivre sur les producteurs primaires ou la productivité des écosystèmes. Cependant, combinés à un enrichissement en nutriments, les deux types de nanoparticules intensifient leur eutrophisation. Lorsque l’une ou l’autre de ces nanoparticules a été ajoutée en combinaison avec des nutriments, les efflorescences d’algues ont persisté 50 jours de plus que dans le traitement avec nutriments seulement. Ces deux contaminants émergents et les produits chimiques de synthèse peuvent jouer un rôle sous-estimé dans les tendances mondiales à l’augmentation de l’eutrophisation. L'étude montre que l'exposition chronique aux nanoparticules d'or et oxyde de cuivre à de faibles concentrations peut intensifier l'eutrophisation des zones humides et favoriser la prolifération d'algues.
Transfert à travers les milieux poreux
Les processus de transfert à travers un milieu poreux (sol ou aquifère) sont également l'objet de travaux de recherche. Des expériences sont réalisées en présence d'une phase solide ou à travers une phase solide. Elles permettent une meilleure compréhension des processus d'adsorption, de l'impact de l'hydrodynamique et de l'agrégation sur les processus de transport des nanoparticules. Les premières expériences réalisées sont toutefois réalisées sur des modèles très simplifiés tels que des billes de silice. Les essais en milieu plus complexe comprenant plusieurs minéraux et intégrant la matière organique naturelle commencent seulement à se développer21.
Les nanoparticules d'argent en milieu naturel : cas d'un estuaire, Millour M, UQAR (Université du Québec à Rimouski), intervention au 83e du Congrès de l'Acfas, Colloque 210 - Présence, persistance, devenir et effets des nanomatériaux dans l'environnement, mai 2015
Les nanoparticules : quels risques en Seine ?, Yann Sivry et al., communication aux 22èmes Journées Scientifiques de l'Environnement - Reconquête des environnement urbains : les défis du 21ème siècle, février 2011
6 - En 2014, des chercheurs espagnols ont ainsi estimé que l'activité touristique sur une plage de Méditerranée durant une journée d'été peut relarguer de l'ordre de 4 kg de nanoparticules de dioxyde de titane dans l'eau, et aboutir à une augmentation de 270 nM/jour de la concentration en peroxyde d'hydrogène (une molécule au potentiel toxique, notamment pour le phytoplancton qui constitue la nourriture de base des animaux marins). Cf. Écrans UV nanos : un danger pour la vie marine, L'Observatoire des Cosmétiques, 5 septembre 2014
En 2017, des chercheurs du CEREGE en France ont de leur côté mesuré la concentration en titane dans l'eau de trois plages de Marseille et ont estimé à 54 kilos par jour le poids de TiO2 relargué dans les deux mois d'été pour une petite plage. Voir :
19 - Cf. Les nanoparticules : quels risques en Seine ?, Yann Sivry et al., communication aux 22èmes Journées Scientifiques de l'Environnement - Reconquête des environnement urbains : les défis du 21ème siècle, février 2011
Quels effets des nanomatériaux sur la faune et la flore aquatiques ?
Quels effets des nanomatériaux sur la faune et la flore aquatiques ?
Par l'équipe Avicenn - Dernière modification novembre 2019
Cette fiche fait partie de notre dossier Nano et Eau : elle a vocation à être progressivement complétée et mise à jour avec l'aide des adhérents et veilleurs de l'Avicenn. Vous pouvez vous aussi contribuer à l'améliorer en nous envoyant vos remarques à l'adresse redaction(at)veillenanos.fr.
La contamination des eaux par les nanoparticules manufacturées ou leurs résidus entraîne également la contamination des organismes aquatiques comme les algues, les crustacés et les poissons.
Les études sur les effets des nanomatériaux sur la faune et, dans une moindre mesure, sur la flore aquatiques se développent mais beaucoup d'incertitudes demeurent (la salinité ou l'acidité de l'eau peuvent modifier leur toxicité par exemple1) et les préoccupations sont fortes.
On sait déjà que des nanomatériaux ou résidus de nanomatériaux peuvent pénétrer et s'accumuler dans différentes espèces aquatiques, être transférés de génération en génération et remonter la chaîne alimentaire.
Des chercheurs ont mis en évidence le transfert de nanomatériaux de l'eau de mer vers l'appareil digestif des moules2, des algues au zooplancton puis aux poissons qui s'en nourrissent3.
On parle de "bioamplification" : il y a augmentation de la teneur en toxique d'un maillon de la chaîne alimentaire à l'autre :
Quelques exemples d'effets déjà constatés en 20114 :
effets sur les algues : augmentation de la mortalité, retards de croissance, diminution de la photosynthèse et génération d'espèces réactives de l'oxygène
effets sur les crustacés : augmentation de la mortalité, modification du comportement, malformations chez la daphnie, accumulation dans l'organisme
effets sur les poissons : mortalité et perturbation du développement avec apparition de malformations ; le nanoargent notamment peut entraîner des malformations très marquées sur l'embryon de poisson-zèbre5
effets sur d'autres organismes aquatiques :
dégâts dans tout l'organisme de la moule, notamment induction de processus inflammatoires, augmentation de l'expression de gènes impliqués dans la régulation de stress, augmentation de l'activité des enzymes antioxydantes et de la peroxydation lipidique
effets toxiques sur les escargots d'eau douce, les larves de chironomes, les cnidaires et les polychètes : diminution de la nutrition, augmentation du nombre de malformations, stress oxydant, dommages à l'ADN corrélés à une augmentation de la mortalité
effets toxiques sur les amphibiens
A forte concentration, des effets de nanotubes de carbone ont été constatés sur des organismes aquatiques : diminution du taux de fertilisation chez des petits crustacés, malformations, retards à l'éclosion voire augmentation du taux de mortalité des embryons du poisson zèbre6.
Même altérées et agglomérées, des nanoparticules (de dioxyde de cérium notamment, utilisées comme agent protecteur anti-rayure anti-UV dans des peintures extérieures) peuvent conserver leur écotoxicité vis-à-vis des organismes aquatiques (des micro-algues dans l'expérience menée)7.
Outre les effets toxiques qu'ils peuvent induire directement, les nanomatériaux peuvent entraîner des dommages indirects mais néanmoins très préoccupants :
Les nanomatériaux ou leurs résidus peuvent traverser la paroi des cellules des plantes ou des animaux et y apporter des molécules extérieures (c'est l'effet "cheval de Troie"), ils peuvent jouer un rôle de "vecteurs" et favoriser le transport de polluants (métaux lourds, HAP ou pesticides par exemple)8.
Les nanomatériaux peuvent fragiliser les plantes ou les animaux :
Des chercheurs aux USA viennent de mettre en évidence que des nanomatériaux de zinc et d'oxyde de cuivre, même à faibles concentrations, peuvent rendre des embryons d'oursins plus sensibles à d'autres contaminants9.
D'autres chercheurs allemands et américains ont récemment mis en évidence le fait que des nanoparticules de dioxyde de titane peuvent perturber le système immunitaire de poissons (vairons) et leur résistance aux pathogènes bactériens10, fragilisant ainsi leur survie en cas de maladie.
D'autres études sont menées avec des conclusions également préoccupantes 11
Des nanomatériaux, combinés avec d'autres substances, pourraient devenir (encore) plus dangereux : on parle alors d'"effet cocktail" 12. "Les études s'accordent sur le fait que la présence des nanoparticules dans un milieu liquide mène à une accumulation plus importante de polluants dans les organismes. Les risques pour la chaîne alimentaire jusqu'à l'homme sont donc réels, à la fois à cause des nanoparticules en elles-mêmes ainsi qu'au travers de leur rôle de vecteur de contamination" 13.
Écrans UV nanos : un danger pour la vie marine, L'Observatoire des Cosmétiques, 5 septembre 2014 : Des chercheurs espagnols ont ainsi estimé que l'activité touristique sur une plage de Méditerranée durant une journée d'été peut relarguer de l'ordre de 4 kg de nanoparticules de dioxyde de titane dans l'eau, et aboutir à une augmentation de 270 nM/jour de la concentration en peroxyde d'hydrogène (une molécule au potentiel toxique, notamment pour le phytoplancton qui constitue la nourriture de base des animaux marins) → Résumé vulgarisé en français de l'article suivant : Sunscreens as a Source of Hydrogen Peroxide Production in Coastal Waters, Sánchez-Quiles D and Tovar-Sánchez A, Environ. Sci. Technol., 48 (16), 9037-9042, 2014
Les véritables effets des nanoparticules dans leur environnement, CORDIS, mars 2018 : "La plupart des nanomatériaux synthétiques émis dans l’environnement arriveront tôt ou tard dans nos océans et nos mers. Le projet SOS-Nano a conçu des tests afin de prédire leur toxicité pour le milieu marin. Les chercheurs ont utilisé un ingénieux système naturel d’exposition à l’eau in vivo pour tester les effets des nanoparticules d’oxyde métallique : l’oxyde de zinc (ZnO) et le dioxyde de manganèse (MnO2). Les larves d’huîtres ont souffert d’un niveau élevé de toxicité occasionnée par le ZnO, en revanche, les NP de MnO2 n’étaient pas toxiques dans tous les scénarios d’exposition".
Par MD, DL et l'équipe Avicenn - Dernière modification novembre 2019
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La commercialisation et l'utilisation de nanomatériaux manufacturés se sont considérablement accrues depuis le début des années 2000 dans de nombreux domaines : cosmétiques, textiles, électroménager, équipements de sport, vitres et matériaux de construction, voitures, aéronautique, bateaux, alimentation, etc. De plus en plus de nanomatériaux, nanoparticules ou résidus de nanoparticules sont présents dans les eaux usées et conduits pour partie jusqu'aux stations d'épuration, puis dans les rivières et cours d'eau. Avec quelles conséquences pour la faune et la flore aquatiques ? Quid des microorganismes des sols sur lesquels sont épandues les boues de station d'épuration ?
Des inquiétudes se profilent parmi un nombre croissant d'acteurs. Qui fait quoi sur ces différents aspects ?
Sur toutes ces questions, seules sont aujourd'hui accessibles des informations éparses, souvent difficiles à comprendre pour le non spécialiste ou n'abordant qu'un aspect particulier sans donner de vision d'ensemble.
Ce dossier initié en 2015 rassemble donc les informations disponibles ainsi que les questions qui se posent aujourd'hui et qui pourraient devenir un problème en l'absence d'action de la part des différentes institutions concernées. Il s'agit d'une base que nous souhaitons compléter et mettre à jour en fonction de l'évolution des connaissances : vos contributions sont les bienvenues ! En savoir + Sommaire
Fiche initialement mise en ligne entre février 2015
Acteurs français mobilisés sur les questions sanitaires et environnementales liées à la présence dans l'eau de nanomatériaux / nanoparticules (ou leurs résidus)
Acteurs français mobilisés sur les questions sanitaires et environnementales liées à la présence dans l'eau de nanomatériaux / nanoparticules (ou leurs résidus)
Des chercheurs du LIEC de l'Université de Lorraine étudient la toxicité de nanoparticules sur le milieu aquatique1
Aquitaine - Limousin - Poitou-Charentes
Des recherches ont été menées sur la présence de nanoparticules d'argent dans l'estuaire de la Gironde par l'équipe de biogéochimie EPOC-TGM de l'Université Bordeaux 1 en partenariat avec l'unité Aménités et dynamiques des espaces ruraux de l'IRSTEA de Bordeaux ; des résultats ont été publiés en 2012 et 20132
Auvergne - Rhône-Alpes
L'unité de recherche MALY de l'IRSTEA de Lyon-Villeurbanne a mené des travaux sur les effets sur de jeunes poissons zèbres ou des puces d'eau d'une exposition à des nanoparticules de dioxyde de titane de crèmes solaires potentiellement relarguées dans l'eau ; des résultats ont été publiés en 2012 et 20133
Centre - Val de Loire
En 2014-2015, l'unité Bio-géochimie environnementale et qualité de l'eau du BRGM basé à Orléans (Direction Eau Environnement et Écotechnologies) réalise en lien avec le CEREGE une étude du comportement de nanoparticules manufacturées dans les eaux de surface4, dans le cadre du projet de recherche NanoHeter5. Il s'agit d'étudier le comportement des nanoparticules (dispersion, dépôt, hétéro-agrégation) dans les conditions réelles environnementales en considérant la composition d'un système aqueux donné.
Languedoc-Roussillon - Midi-Pyrénées
Des travaux ont été menés dans le LISBP à Toulouse. Initialement financés par la conseil régional de Midi-Pyrénées et le CNRS, ils ont été poursuivis dans un projet ANR baptisé NANOSEP6 (Procédés d'agrégation et de Séparation des nanoparticules ; 2009-2012) mené en partenariat avec la Chine, pour étudier l'élimination des nanoparticules des effluents industriels afin de réinjecter dans la nature une eau propre et débarrassée de nano-polluants7.
Des travaux sont en cours dans le cadre du projet SINanoMar dans l'unité Biologie Intégrative des Organismes Marins (BIOM) à Banuyls sur Mer, en partenariat avec le laboratoire PHENIX (Physicochimie des électrolytes et nanosystèmes interfaciaux)
Nord - Pas de Calais - Picardie
Des chercheurs de l'INERIS à Verneuil-en-Halatte ont pris en compte l'évolution de l'état d'agglomération dans l'étude de l'écotoxicité des nanoparticules sur des microalgues d'eau douce et mis en évidence que même altérées et agglomérées, des nanoparticules de cérium pouvaient conserver leur écotoxicité vis-à-vis des organismes aquatiques8.
PACA
Le CEREGE travaille depuis plusieurs années sur les nanomatériaux et l'eau en lien avec d'autres laboratoires :
Entre 2008 et 2010, le projet AquaNano a cherché à identifier le transfert et le devenir des nanoparticules vers les eaux souterraines9 ; financé à hauteur de 653 000 euros par l'Agence Nationale de la Rercherche (ANR), il a associé l'INERIS, le Centre de recherche de Suez-Environnement, le BRGM (coordinateur), organisme public référent dans le domaine des sciences de la Terre pour la gestion des ressources et des risques du sol et du sous-sol.
Entre 2008 et 2012, le projet AgingNano&Troph a cherché à déterminer l'impact environnemental des résidus de dégradation des nanomatériaux commercialisés : devenir, biotransformation et toxicité vis-à-vis d'organismes cibles d'un milieu aquatique ; financé par l'Agence Nationale de la Rercherche à hauteur de 500 000 €, il a impliqué également d'autres partenaires : CEMAGREF (IRSTEA), CEA, DUKE University, INERIS, IRCELYON, LBME, LIEBE10
Entre 2010 et 2014, le CEREGE a coordonné le projet MESONNET : Utilisation de mésocosmes terrestres et aquatiques en réseau pour l'évaluation du risque associé à la dispersion de nanoparticules manufacturées, en lien avec d'autres laboratoires (IMBE, LCMCP, ECOLAB, CIRIMAT, CEA IRTSV, CEA IRAMIS, CEA IBEB, CEA LITEN, LIEBE, Institut Neel, CINAM, LHYGES, US-CEINT)11
Depuis 2012, le CEREGE travaille sur le projet projet SLUDGE qui étudie l'effet de nanomatériaux sur l'efficacité des procédés de traitement des eaux usées par boue activée, avec les laboratoires M2P2, LEMIRE
Paris
Une collaboration entre chercheurs de l'IPGP de l'Université Paris Diderot (UP7) ainsi que de l'IMPMC a porté sur des nanoparticules d'oxydes de zinc (ZnO) et de dioxyde de titane (TiO2) dans l'eau de Seine ; elle a montré l'influence de l'enrobage sur la dissolution des nanoparticules12
Des travaux sont en cours dans le cadre du projet SINanoMar au laboratoire PHENIX (Physicochimie des électrolytes et nanosystèmes interfaciaux) en partenariat avec l'unité Biologie Intégrative des Organismes Marins (BIOM) à Banuyls sur Mer
Pays de la Loire
Catherine Mouneyrac, Institut de Biologie et d'Écologie Appliquée (IBEA), Angers, Equipe Mer Molécules Santé (MMS), Université catholique de l'ouest (UCO), s'intéresse aux effets des contaminants émergents, en particulier les nanomatériaux, chez des invertébrés estuariens (programme FP7 NanoReTox)
Structures publiques ou parapubliques
L'Agence nationale de sécurité sanitaire (ANSES) :
Le laboratoire d'hydrologie de Nancy (LHN) de l'Anses s'est récemment doté d'un équipement permettant de doser les nanoparticules dans l'eau ; des mesures et analyses devraient être réalisées courant 2015.
L'Office national de l'eau et des milieux aquatiques (ONEMA), qui coordonne la recherche-développement et la prospective sur le domaine de l'eau et de l'écotoxicologie au niveau national en liaison avec l'ANSES, a mis en place des partenariats sur le sujet des nanos dans l'eau, notamment :
une convention avec l'Université de Lorraine pour que cette dernière réalise en 2015 une revue de littérature scientifique sur les nanoparticules manufacturées dans l'eau (présence dans les écosystèmes aquatiques, transferts trophiques, etc.)
une convention avec AVICENN pour que l'association lui apporte un éclairage associatif et citoyen sur le degré d'information, de préoccupation et de mobilisation des acteurs concernés par les risques sanitaires et environnementaux associés aux nanomatériaux dans l'eau
Entreprises de l'eau
La Fédération professionnelle des entreprises de l'eau (FP2E) a rejoint fin 2014 le comité de dialogue nano et santé de l'ANSES (elle est représentée par Auguste Bruchet, expert en chimie au Centre International de Recherche sur l'Eau et l'Environnement (CIRSEE) de Suez Environnement)
Saur disait en 2011 ne pas utiliser de nanotechnologies dans le traitement de l'eau potable et des eaux usées, en attendant d'avoir plus de certitudes sur l'écotoxicologie des nanoparticules13
participait en 2011 à un projet de recherche européen NAMATECH (2009-2012) sur l'utilisation de nanoparticules pour des membranes "particulièrement prometteuses"14
a pris part à la consultation organisée en 2014 par la Commission européenne en envoyant une contribution (signée Cédric Verdeaux) qui manifeste un degré de préoccupation significatif quant aux risques soulevés par les nanomatériaux dans l'eau
dans un partenariat avec la société américaine NanoH2O visant à mettre au point des membranes pour le dessalement de l'eau de mer : des nanoparticules hydrophiles sont ajoutées à des membranes d'osmose inverse pour favoriser le passage de l'eau15
dans l'étude de nanoparticules pour la catalyse de type oxydante ou réductrice afin d'éliminer des polluants dans l'eau, avec des perspectives d'applications encore incertaines16.
Autres acteurs privés
L'entreprise Cordouan Technologies, créée en 2007 et basée en Aquitaine, a mis au point un analyseur de trace de nanoparticules qui mesure des distributions de la taille des nanoparticules ainsi que leur concentration (de l'ordre du ng/L) et qui peut être utilisé, entre autres, pour détecter la pollution des ressources en eau naturelles et mesurer la qualité de l'eau potable et industrielle.
l'association Sèvre Environnement qui agit sur l'ensemble du bassin versant de la Sèvre Nantaise a écrit un texte de vulgarisation "nanoparticules et nanotechnologies" fin décembre 2014
Annexes : quelques acteurs mobilisés à l'international
Différents projets européens ont été lancés en 2012 sur la détection, l'identification et la quantification de nanoparticules dans l'eau (ou autres "milieux complexes") ; ils sont financés par le 7ème programme cadre européen
- NANODETECTOR (Ultrasensitive plasmonic detection of single nanoparticles)
pas de partenaire français
- SMART-NANO (Sensitive MeAsuRemenT, detection, and identification of engineered NANOparticles) :
12 - Cf. Les nanoparticules : quels risques en Seine ?, Yann Sivry et al., communication aux 22èmes Journées Scientifiques de l'Environnement - Reconquête des environnement urbains : les défis du 21ème siècle, février 2011
15 - Entretien de M. Hervé Suty, Directeur général des Centres de recherche de Veolia Environnement, accordé à Richard Varrault (Waternunc), publié en 2011 : "Le principe consiste à introduire dans la membrane filtrante qui fait quelques dizaines de micromètres d'épaisseur des nanoparticules hydrophiles (de l'ordre de quelques %). Cette "charge" dispersée de façon homogène qui va faciliter le passage de l'eau, permettra de réduire les pressions et donc de diminuer les consommations énergétiques d'un procédé qui est relativement énergivore au départ. Les nanoparticules sont dans la matrice (...). Ce type de produit qui arrive sur le marché maintenant est en cours d'évaluation à l'échelle industrielle par nos équipes de R&D et nous avons un partenariat pour la commercialisation de ces nouvelles membranes sur le marché du dessalement. Veolia est généralement ce que l'on qualifie d'un "end-user" qui sélectionne les membranes en fonction de leurs performances intrinsèques pour une application donnée. Dans le cas du dessalement par osmose inverse, il est clair que cette nouvelle approche peut conduire à une nouvelle génération de membranes plus performantes ; les résultats d'évaluation des performances sont attendus dans le courant du premier trimestre 2011 et les premières utilisations pour le dessalement d'eau de mer courant 2011. Dans les membranes, d'autres études sont en cours sur le développement de matériaux nanostructurés mais les développements sont en cours et les applications sont attendues pour plus tard, d'ici 5 à 10 ans."
16 - Entretien de M. Hervé Suty, Directeur général des Centres de recherche de Veolia Environnement, accordé à Richard Varrault (Waternunc), publié en 2011 : "On peut également utiliser des nanopoudres deTiO2 (libres ou fixées), pour la photocatalyse et l'élimination de polluants mais aussi des nanopoudres adsorbantes (charbon actif ou autres), qui vont permettre des éliminations sélectives de certains polluants par transfert et non plus par dégradation.
Nous travaillons là encore avec des laboratoires du domaine public mais aussi des fabricants industriels pour mettre au point de nouvelles technologies et arriver à des procédés intensifs de traitement. Ces procédés doivent répondre à un certain nombre de critères de performance sur des considérations technico-économiques mais ils doivent également s'inscrire dans une démarche de développement durable et apporter un plus par rapport aux technologies actuelles sur ces aspects. Le devenir des polluants éliminés avec la formation de sous produits par exemple mais aussi celui des nanoparticules dans leur mise en uvre sont deux aspects critiques de ces recherches.
Typiquement dans le domaine de l'oxydation qui a été très étudié dans les 30 dernières années avec un développement industriel tout relatif, les nanotechnologies peuvent être de nature à repositionner certains procédés de façon favorable en levant des verrous jusqu'à lors rédhibitoires. (...) Pour les matériaux nanostructurés le gain, le rapport coût/bénéfice, n'est pas encore atteint. Par contre pour les matériaux incorporant des nanoparticules, comme les membranes pour lesquelles une poudre est dispersée dans une matrice polymèrique, c'est justifié et ceci d'autant plus si la durée de vie des produits est améliorée. La durée de vie des membranes est en générale de l'ordre de 5 ans, si on peut les faire durer 10 ou 15ans cela devient vraiment très intéressant."
Fiche initialement créée en septembre 2014
(Résidus de) Nanoparticules et Stations d'épuration
(Résidus de) Nanoparticules et Stations d'épuration
Par l'équipe Avicenn - Dernier ajout novembre 2019
Cette fiche fait partie de nos dossiers Nano et Eau et Nano et environnement. Elle a vocation à être progressivement complétée et mise à jour avec l'aide des adhérents et veilleurs de l'Avicenn. Vous pouvez vous aussi contribuer à l'améliorer en nous envoyant vos remarques à l'adresse redaction(at)veillenanos.fr. Sommaire :
Des nanomatériaux - ou leurs résidus - présents dans de nombreux produits de consommation, produits phytosanitaires ou effluents industriels arrivent jusqu'aux stations d'épuration. En 2013, des chercheurs ont estimé qu'entre 0,4 à 7% des 300 000 tonnes de nanomatériaux manufacturés produits dans le monde en 2010 ont été relargués dans l'eau1.
Quel impact sur le fonctionnement des stations d'épuration ?
On redoute que des nanomatériaux détruisent les bactéries utilisées pour dégrader les matières organiques, ce qui remettrait en cause le bon fonctionnement des stations d'épuration : en cause notamment, le nanoargent2 ou des nanoparticules d'oxyde de cuivre3.
En 2009 des gestionnaires de l'eau aux Etats-Unis ont alerté l'agence environnementale fédérale américaine (EPA) sur les effets néfastes du nanoargent sur le fonctionnement des stations d'épuration et l'environnement, références scientifiques à l'appui4.
D'autres études sont depuis venues étayer ces craintes : des études ont établi que certains nanomatériaux manufacturés peuvent avoir des effets préjudiciables sur les processus de traitement des eaux usées, en inhibant les processus anaérobies ou de dénitrification dans les stations d'épuration des eaux usées5. Mais les rares études sur la question ne sont pas toutes concordantes, et les effets ne sont pas les mêmes selon les types de nanomatériaux et les revêtements de surface6.
Quel devenir des nanomatériaux qui arrivent dans les stations d'épuration ?
Les stations d'épuration ne sont pas bien équipées pour filtrer les nanomatériaux dont une partie se retrouve dans nos rivières et dans l'eau potable.
Les estimations varient selon les recherches7, mais une grande majorité des nanomatériaux (en masse) serait captée et concentrée dans les boues des stations d'épuration.
Les estimations de concentrations des boues en nanomatériaux varient selon les études :
des mesures auraient montré que les boues contiennent 10 à 30 mg d'argent par kg de boue sèche (dont des nanoparticules d'argent et des ions argent)8.
d'autres estimations ont établi les concentrations suivantes de nanomatériaux au sein des boues de STEP à 10 mg/kg d'oxydes de cérium (CeO2), 2 mg/kg d'argent (Ag), 370 mg/kg à 2000 mg/kg de dioxyde de titane (TiO2), 65 mg/kg d'oxydes de zinc (ZnO)9.
selon une autre étude, dans les sols sur lesquels ont été épandues des boues de station d'épuration, ce seraient les nanoparticules de CeO2 et de TiO2 qui seraient en tête de liste ; les traitements des eaux conduiraient à des concentrations extrêmement faibles de nanoparticules de ZnO et de nanoparticules d'argent (Ag) dans l'environnement10.
Un groupe de chercheurs de l’Eawag et de l’EPF de Zurich ont démontré que les nanoparticules de plastique sont presque toutes retenues dans les boues des stations d’épuration11.
Quel impact sur la qualité des eaux, la faune et la flore aquatiques ?
Quelle que soit la performance des stations, en l'absence de mesure de restrictions de l'émission de nanomatériaux, les quantités de nanoparticules non filtrées relarguées dans les eaux de surface seront amenées à croître en même temps que ces produits qui envahissent le marché à une vitesse bien plus grande que le rythme de modernisation des stations d'épuration de par le monde.
Quelles sont (et seront) les conséquences sur la faune et la flore aquatiques ? Les études se développent et les résultats préoccupants se multiplient12.
Quel impact sur les sols agricoles où sont épandues les boues des stations d'épuration ?
Entre 70 et 80% des boues des stations d'épuration sont épandues sur les terres agricoles pour achever l'épuration tout en servant d'engrais (le reste est incinéré ou mis en décharge)13. Si certains contaminants métalliques sont contrôlés, il n'y a pas d'obligation de suivi des formes nanométriques de ces contaminants. Et l'argent, même sous forme non nanométrique, n'est actuellement ni systématiquement recherché, ni règlementé.
En 2012, des chercheurs suédois ont constaté que le nanoargent des textiles qui se retrouvait dans les boues d'épuration produisait des effets toxiques sur les vers de terre qui y étaient exposés14.
En Allemagne, une recherche a confirmé en 2013 que des nanoparticules d'argent peuvent être toxiques pour les microorganismes du sol essentiels au cycle naturel de l'azote : des effets néfastes peuvent apparaître à partir de 30 mg de nanoparticules d'argent par kilogramme de boues épandues (sur la base des taux d'application typiques en Allemagne de cinq tonnes par hectare de terres agricoles tous les trois ans)15.
Depuis 2014, des chercheurs français de l'ISTERRE étudient le devenir des nanoparticules d'argent dans les sols cultivés après épandage de boues de stations d'épuration contaminées : ils ont constaté des modifications de l'activité enzymatique du sol, même à faible dose.
Fin 2015, l'OCDE a publié un rapport qui juge "alarmant" l'épandage agricole des boues d'épuration des eaux usées, eu égard aux risques liés à la présence des nanomatériaux dans ces boues16 !
Comment faire pour ne pas renouveler les erreurs du passé ?
Comment tirer les leçons du passé ?
En France, dans les années 70-80, des expérimentations ont été focalisées sur le transfert des métaux lourds des boues d'épuration aux sols et aux cultures jusque dans la chaîne alimentaire17. Le dialogue entre "villes et campagne" a été tantôt un discours urbain sur les bienfaits d'un recyclage complémentaire et biologique par les sols, avec une dilution d'éléments indésirables, tantôt au refus par les agriculteurs du transfert de pollution des zones urbaines vers les zones rurales, sans garanties en cas d'impacts négatifs18.
Les premiers suivis de traçabilité centrés sur les métaux lourds ou éléments-traces métalliques (ETM : chrome, nickel, cadmium, cuivre, zinc, plomb, mercure, voire sélénium...) dans les années 80 ont ensuite été élargis à 10 micro-polluants organiques dans les années 90, et des études ont été menées sur l'impact des oestrogènes (provenant d'urines humaines et de contraceptifs) concentrés dans les eaux résiduaires et leur effet de perturbateur endocrinien sur la faune aquatique19.
En 2013, l'ADEME utilise toujours les termes de « valorisation » par épandage agricole des déchets, réglementé par le décret n° 97-1133 du 8 décembre 1997 et l'arrêté du 8 janvier 1998 ainsi que des arrêtés préfectoraux20. Et un fonds de garantie a été instauré pour indemniser les préjudices éventuellement subis par les exploitants et les propriétaires agricoles suite à un épandage de boues d'épuration urbaines ou industrielles sur leurs parcelles21.
⇒ Le même cycle de questionnements et de jeux d'acteurs reprend à chaque vague de prise de conscience de polluants émergents, provoquant une hausse des obligations de performances de traitement dans les stations d'épuration et de la vigilance tout au long de la chaîne de recyclage. La vague nanoargent est à l'étude ; combien d'années seront nécessaires avant une réaction à la hauteur des enjeux ? Faut-il laisser faire le développement des usages de masse ou bien tirer les enseignements d'expériences similaires ? Encore faut-il pouvoir identifier les principales sources de relargage de nanomatériaux dans les eaux usées - travail qui n'en est qu'à son balbutiement via notamment le registre R-Nano en France.
La transformation potentielle des nanomatériaux manufacturés dans le sol, leurs interactions avec les plantes et les bactéries dans la rhizosphère et leur transfert dans les eaux superficielles commencent tout juste à être étudiés :
5 - Selon l'OCDE (in Les nanomatériaux dans les flux de déchets, novembre 2015), à fortes concentrations, les nanomatériaux manufacturés ayant des propriétés métalliques pourraient inhiber le processus anaérobie ou de dénitrification, ce qui aurait un impact sur les communautés bactériennes et risquerait, à terme, de porter atteinte à la capacité de l'installation de réduire la toxicité des boues :
8 - Ces chiffres ont été cités par Franck Vanderbulcke, professeur à l'université de Lille lors de la séance du 6 mai sur le nanoargent du ForumNanoResp, mai 2015
