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Détection / caractérisation des résidus de nanomatériaux dans l'eau
Détection / caractérisation des résidus de nanomatériaux dans l'eau
Par l'équipe Avicenn - Dernière modification avril 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.
Il est difficile de détecter les nanoparticules dans l'eau à faible concentration aujourd'hui1.
En raison de leur petite taille et surtout de leur forte réactivité, les nanomatériaux ont tendance à interagir avec quasiment tous les éléments présents dans l'eau, selon des configurations très variables en fonction de leurs caractéristiques physico-chimiques et de la composition du milieu : ils peuvent donc subir des transformations dans l'environnement aquatique.
Des chercheurs français que nous avons contactés déplorent la faiblesse des financements des travaux de recherche qui seraient nécessaires : selon eux, en l'absence de règlementation spécifique, il n'y a pas de pression particulière pour développer des techniques innovantes de détection des nanoparticules dans l'eau.
Des progrès sont néanmoins en cours grâce à l'avancée recherches et des outils dans ce domaine2.
A suivre donc...
Détection des nanoparticules métalliques dans 3 bassins versants caractéristiques, Colloque annuel du Piren Seine : Qualité de l'eau et des milieux aquatiques du bassin de la Seine : dynamiques et trajectoires, Marc F. Benedetti (IPGP) Paris, 5 octobre 2017 (Il s'agit de campagnes de mesures dans les eaux, à l'aveugle, sans hypothèses préalables sur les flux d'usages; le mode d'occupation des territoires étant le critère de choix : zones urbaine, agricole et forestière. La détection porte sur des NP de dioxyde de titane, de cérium et du nanoargent. Les concentrations en nanoargent observées sont de quelques dizaines de nanogrammes de nanoargent par litre (11 ng/l en zone urbaine, 8,4 en zone agricole et 1,5 en zone forestière). Cela correspondrait à des apports estimés à 2 ou 3 grammes de nanoargent par km² et par an, ou à 20 grammes d'ion Ag+ par km² et par an)
Le laboratoire d'hydrologie de Nancy (LHN) de l'Agence nationale de sécurité sanitaire (ANSES) s'est doté d'un équipement permettant de doser les nanoparticules dans l'eau afin de mener des analyses à partir de 2015.
L' intervention Jérome Rose (CEREGE) au Synchrotron Soleil en mars 2018 ; en bref, les mesures font appel à de nombreuses techniques en combinaison d’outils (le CEREGE utilise 7 outils différents) : les rayons X viennent à la rescousse de la microscopie électronique. Il faut aussi étudier les interactions avec la matrice des nanoparticules. Le Synchrotron, sur la base de mesures préalables, permet de caractériser des nanoparticules en milieux complexes.
Diaporama de présentation du programme Aquanano par Hélène Pauwels : "AQUANANO, Transfert de nanoparticules manufacturées dans les aquifères: développement d'une méthodologie et Identification des processus" aux J3N de l'ANR en novembre 2011 : Le programme Aquanano a donné lieu à des avancées dans le dosage des nanoparticules dans les eaux, basées sur l'utilisation d'appareils pour l'analyse chimique et isotopique (méthode pour screening de la présence de C60 dans les eaux naturelles).
(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
