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.

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Sommaire :

• Quelles actions des structures publiques ou parapubliques ?
  
  • Peu d'informations sur les nanoparticules dans l'eau
    
  • Quasiment pas de surveillance des nanoparticules dans l'eau
    
  • Des progrès à venir ?
    
• Quelle mobilisation des gestionnaires de l'eau ?
  
• En savoir plus
  

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 :

• le Groupe de travail sur la productivité des ressources et les déchets (GTPRD) de l'OCDE s'est penché sur le devenir et les impacts des nanomatériaux contenus dans les produits et libérés lors du traitement de ces produits en fin de vie. En novembre 2015, il a publié deux documents en lien avec les nanomatériaux dans l'eau : Les nanomatériaux dans les flux de déchets et Devenir des nanomatériaux manufacturés dans les stations d'épuration et l'épandage agricole qui appellent à une meilleure prise en charge de ce dossier.

• 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
• ni dans le second Plan Micropolluants 2016-2021.

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)...

En 2018, le Guide pratique des micropolluants dans les eaux du bassin Seine-Normandie mis à jour par l'Agence de l'Eau Seine Normandie (AESN) avec l'INERIS fait mention de "composés nanoparticulaires" ayant "été déclarés dans le cadre de la réglementation récente en France" :

• 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.

La Fédération professionnelle des entreprises de l'eau (FP2E) a néanmoins rejoint fin 2014 le comité de dialogue nano et santé de l'ANSES

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).

En savoir plus

Voir les autres fiches de notre dossier Nano et Eau.

Ailleurs sur le web :

• Les nanomatériaux dans les flux de déchets et Devenir des nanomatériaux manufacturés dans les stations d'épuration et l'épandage agricole, OCDE, novembre 2015
• Final 2014 Effluent Guidelines Program Plan, EPA (USA), juillet 2015
• Les nanotechnologies et l'eau, quels enjeux, quels objectifs, quels moyens ?, NanoResp, 5 février 2015
• OECD Survey on Wastewater Treatment indicates Member Countries concerned about Nanoparticles, NIA, 20 mai 2014
• Opportunités et risques des nanotechnologies par rapport à l'environnement aquatique, Bulletins électroniques Allemagne, 22 mai 2014
• 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
• Nanomaterials as priority substances under the Water Framework Directive, Ganzleben C et Hansen SF, elni REVIEW, n°2, 2012
• Enjeux des nanotechnologies et des nanoparticules dans le secteur de l'eau, entretiens auprès des trois principales sociétés qui traitent l'ensemble du circuit de l'eau, du captage à l'épuration (Saur, Suez Environnement, Veolia Environnement), Richard Varrault, Waternunc, 2011
• Eau et risques émergents, France Nature Environnement (date ?)
• Setting the limits for engineered nanoparticles in European surface waters - are current approaches appropriate?, Baun A et al., J Environ Monit., 11(10):1774-81, octobre 2009
• Les nanoparticules manufacturées dans l'eau, Afssa, février 2008

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NOTES et REFERENCES
1 - Les nanoparticules manufacturées dans l'eau, Afssa (aujourd'hui ANSES), février 2008

2 - EPA Requests Comments on Nanomaterials Manufacturing and Formulating for Effluent Guidelines Program Plan, InterNano, 24 septembre 2014

3 - Final 2014 Effluent Guidelines Program Plan, EPA (USA), juillet 2015 :

• 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.

4 - Etude sur les contaminants émergents dans les eaux françaises - Résultats de l'étude prospective 2012 sur les contaminants émergents dans les eaux de surface continentales de la Métropole et des DOM, INERIS, juin 2014

5 - Substances « émergentes » dans les boues et composts de boues de stations d'épurations d'eaux usées collectives – caractérisation et évaluation des risques sanitaires, INERIS, CNRS, novembre 2014

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)

7 - Enjeux des nanotechnologies et des nanoparticules dans le secteur de l'eau, entretiens auprès des trois principales sociétés qui traitent l'ensemble du circuit de l'eau, du captage à l'épuration (Saur, Suez Environnement, Veolia Environnement), Richard Varrault, Waternunc, 2011

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 ?

9 - Cf. Adidas continues to sell clothing treated with toxic silver despite the risk to aquatic environments, Svenskt Vattens, 17 décembre 2018.

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Fiche initialement créée en octobre 2014

Applications des nanotechnologies pour l'analyse et le traitement de l'eau

Par l'équipe Avicenn - Dernier ajout novembre 2020 (fiche à mettre à jour et réorganiser)

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.

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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.

• La détection des contaminants dans l'eau
• La purification de l'eau
• Dépollution et remédiation des sols et des eaux

Avec quelle prise en compte des risques associés aux nanomatériaux utilisés ?

Et quel rapport bénéfices / risques par rapport aux alternatives naturelles ? L'innovation n'est pas uniquement technologique, comme en attestent les "solutions fondées sur la nature" (SfN) promues par les Nations Unies en 2018.

La détection des contaminants

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.

Une thèse est en cours (ou en projet ?) à l'université d'Orléans sur l'élaboration de capteurs électrochimiques pour la détection de polluants émergents basés sur des carbones nanostructurés fonctionnalisés par greffage de sels de diazonium.

La purification de l'eau

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
  • Un projet de nanofiltration pour réduire les rejets en micropolluants du site SOTREMO a été déployé au Mans
  • 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 :
  • au laboratoire GEPEA (Ecole des Mines de Nantes)⁷
  • à l'Institut européen des membranes de Montpellier⁸
  • 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.

Projet de recherche : NanoSELECT : Des nanomatériaux biologiques pour purifier l'eau, Suède, FP7 ; http://www.cordis.europa.eu/result/rcn/165353_en.html

Voir aussi :

• Hymag’in, une start-up française qui fabrique des nanoparticules de magnétite pour purifier de l’eau contaminée.

- la désalinisation est un enjeu important, avec :
- aux USA en 2017 une recherche sur une combinaison de distillation membranaire et de nanophotonique.
- en 2018 une publication chinoise sur une méthode testée en laboratoire, associant l'intégration de nanoparticules de tellure dans l’eau avec la plasmonique. Le taux d’évaporation de l’eau est multiplié par trois sous l’effet des rayons du soleil. Ainsi, en 100 secondes la température passe de 29°C à 85°C. La création des nanoparticules est extrêmement complexe et n’offre aucune possibilité de commercialisation pour l’instant.

Dépollution et remédiation des eaux

Voir notre rubrique dédiée "Dépollution et remédiation des sols et des eaux par les nanos" sur la page Nano et Environnement

En savoir plus

- Lire aussi sur notre site :

• les autres fiches du dossier "Nano et Eau", et notamment :
  • 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
  • la Bibliographie générale "nano et eau"
• les fiches sur les risques associés à certains des nanomatériaux utilisés :
  • Risques associés aux nanotubes de carbone
  • Risques associés au nanoargent
  • Risques associés au nano dioxyde de titane

- Ailleurs sur le web :

• En français :
  • Dépollution de l'air et de l'eau par effet photocatalytique des nanomatériaux, Yamin Leprince, Professeur des universités, Physique de la matière condensée, 16 janvier 2021
  • La nanotechnologie pour assainir l'eau en milieu agricole, Agence Science Presse, 5 mars 2018
  • Des membranes durablement hydrophiles pour l'ultrafiltration de l'eau, Arkema, date ?
  • Les méduses à la rescousse de l'environnement, INSERM, 15 juillet 2015
  • Des nanoparticules pour l'assainissement du sol et de l'eau, Techno-science, 2 juillet 2015
  • Sciences physiques et nanotechnologies - Quelles nouvelles perspectives pour déssaler l'eau aux Etats-Unis ?, Bulletins électroniques Etats-Unis, novembre 2014
  • DREAM : Les nanomatériaux dans les filières de l'eau et des milieux aquatiques, Pôle de compétitivité DREAM, mai 2014
  • Enjeux des nanotechnologies et des nanoparticules dans le secteur de l'eau , Richard Varrault, Waternunc, 2011
  • Les nanotechnologies d'épuration de l'eau : Faits et chiffres, SciDev.Net, Grimshaw D, mai 2009
• En anglais :
  • Purifying water with a partly coated gold nanoparticle, Jade Boyd, Rice University, 22 juin 2020
  • Magnetic nanoparticles ease removal of microcontaminants from wastewater, ETH Zurich, Phys.org, 17 mai 2019
  • NEWT, Nanosystems Engineering Research Center for Nanotechnology-Enabled Water Treatment (USA)
  • Photocatalytic Treatment Techniques using Titanium Dioxide Nanoparticles for Antibiotic Removal from Water, Armando A et al., in Application of Titanium Dioxide, Edited by Magdalena Janus, InTech, juillet 2017 (open access)
  • Nano4water (projet européen)
  • New study shows how nanoparticles can clean up environmental pollutants, MIT News, 21 juillet 2015
  • Nanotechnology for Water Treatment and Purification, Hu, Anming, Apblett, Allen (Eds.), Series: Lecture Notes in Nanoscale Science and Technology, Vol. 22, XVI, 373 p., 2014
  • Use of Nanotechnology against Heavy Metals Present in Water, Zhang M et al, in Heavy Metals In Water: Presence, Removal and Safety, 2014
  • Purifying Water With Nanotech, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), décembre 2013
  • Chemist to Bring Low-Cost, Inkjet-printed Nano Test Strips to Pakistan for Drinking Water Tests, University of Massachusetts Amherst, juillet 2013
  • Porous boron nitride nanosheets for effective water cleaning, Lei W et al., Nature Communications, 4, 2013
  • Water Desalination across Nanoporous Graphene, Nano Lett., 12 (7) : 3602-3608, juin 2012
  • Workshop Nanomaterials for Water Treatment: Opportunities and Barriers, Conclusions, Tecnalia, octobre 2010

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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

2 - Entretien de Mme Zdravka Doquang, Responsable Pôle Analyse et Santé au CIRSEE (Suez 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."

4 - Cf. Dessaler l'eau de mer avec des filtres à l'échelle nano, Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne, 29 mars 2018

5 - Voir par exemple :

• 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.
• Low energy water purification enabled by nanomaterial-coated sponges, Science for Environment Policy, février 2015 (article académique : Conducting nanosponge electroporation for affordable and highefficiency disinfection of bacteria and viruses in water, Liu, C et al., Nano Letters, 13(9): 4288-93, 2013)

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."

7 - Devenir de polluants émergents lors d'un traitement photochimique ou photocatylitique sous irradiation solaire, thèse de Vanessa Maroga Mboula, Ecole des Mines de Nantes, 2012

8 - Voir les projets de recherche du département Génie d'élaboration de membranes inorganiques photocatalytiques de l'Institut européen des membranes (IEM) de Montpellier (CNRS, UM2, ENSCM) pour élaborer des membranes à base de nanoparticules de dioxyde de titane afin de développer des systèmes de couplage entre la séparation membranaire et la dégradation photocatalytique de polluants pour le traitement d'eaux usées

9 - Voir par exemple :
- Mat baits, hooks and destroys pollutants in water, Rice University, mars 2018 : "The mat depends on the ability of a common material, titanium dioxide, to capture pollutants and, upon exposure to light, degrade them through oxidation into harmless byproducts"
- Des nanoparticules pour soigner... les cours d'eau et les sols contaminés, Le Soleil (Canada), juillet 2015
- Un nanomatériau pour dégrader les perturbateurs endocriniens, Le Journal de l'Environnement, novembre 2014

10 - Cf. notamment :

• Des chercheurs iraniens et finlandais ont mis au point une méthode à base de nanoparticules d'oxyde de fer pour retirer le nitrate et le nitrite de l'eau : cf. Scientists Present Simple Method to Eliminate Nitrate, Nitrite from Water, Soil, Iran Nanotechnology Initiative Council, février 2015
• Des chercheurs de la Rice University aux Etats-Unis ont utilisé des nanoparticules de rouille (dioxyde de fer) pour extraire l'arsenic de l'eau : cf. Low-Field Magnetic Separation of Monodisperse Fe3O4 Nanocrystals, Yavuz C T et al. Science, 2006

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Fiche initialement créée en février 2015