Zones humides simulées au Centre pour les implications environnementales des nanotechnologies. Crédit :Steven Anderson, Université de Duke.
Les 10 dernières années ont vu une augmentation de l'utilisation de minuscules substances appelées nanomatériaux dans les produits agrochimiques comme les pesticides et les fongicides. L'idée est de fournir plus de protection contre les maladies et de meilleurs rendements pour les cultures, tout en diminuant la quantité de toxines pulvérisées sur les champs agricoles.
Mais lorsqu'il est combiné avec le ruissellement des éléments nutritifs des terres cultivées fertilisées et des pâturages remplis de fumier, ces "nanopesticides" pourraient également signifier des épidémies d'algues plus toxiques pour les cours d'eau à proximité, lacs et zones humides, une nouvelle étude trouve.
Les résultats paraissent le 25 juin dans le journal Applications écologiques .
Trop petit pour être vu avec tous les microscopes sauf les plus puissants, les nanomatériaux manufacturés sont des substances fabriquées pour avoir un diamètre inférieur à 100 nanomètres, plusieurs fois plus petit qu'un cheveu.
Leur nano-échelle leur confère des propriétés chimiques et physiques différentes de leurs homologues en vrac, y compris plus de surface pour les réactions et les interactions.
Ces interactions pourraient intensifier les proliférations d'algues nuisibles dans les zones humides, selon les expériences menées par Marie Simonin, un associé postdoctoral avec le professeur de biologie Emily Bernhardt à l'Université Duke.
Nanotubes de carbone et minuscules particules d'argent, le dioxyde de titane et d'autres métaux sont déjà ajoutés à des centaines de produits commerciaux pour tout rendre plus rapide, électronique plus légère, tissus autonettoyants, et des emballages alimentaires plus intelligents qui peuvent surveiller la détérioration des aliments. Ils sont également utilisés dans les exploitations pour des engrais et pesticides végétaux à libération lente ou contrôlée et des livraisons plus ciblées, et parce qu'ils sont efficaces à des doses plus faibles que les produits conventionnels.
Ces applications et d'autres ont suscité un intérêt et des investissements considérables dans les nanomatériaux. Cependant, les risques potentiels pour la santé humaine ou l'environnement ne sont pas entièrement compris, dit Simonin.
La plupart des 260, 000 à 309, 000 tonnes de nanomatériaux produits dans le monde chaque année sont finalement mis en décharge, selon une étude précédente. Mais du reste, jusqu'à 80, 400 tonnes par an sont rejetées dans les sols, et jusqu'à 29, 200 tonnes se retrouvent dans les plans d'eau naturels.
"Et ces contaminants émergents ne se retrouvent pas seulement dans les plans d'eau, " a déclaré Simonin. "Ils coexistent probablement avec le ruissellement des nutriments. Il y a probablement plusieurs facteurs de stress qui interagissent. »
Dans une expérience de simulation de zone humide au Center for the Environmental Implications of Nanotechnology, les nutriments et les nanoparticules ont transformé l'eau claire (à gauche) en eau trouble (à droite). Crédit :Steven Anderson, Université de Duke.
Des épidémies d'algues affectent déjà les eaux polluées dans le monde entier, dit Steven Anderson, un analyste de recherche au Bernhardt Lab de Duke et l'un des auteurs de la recherche.
La pollution par l'azote et le phosphore s'infiltre dans les zones humides et les cours d'eau sous forme de ruissellement agricole et d'eaux usées non traitées. Les nutriments excessifs provoquent une croissance incontrôlable des algues, créant un épais tapis d'écume verte ou de vase à la surface de l'eau qui empêche la lumière du soleil d'atteindre d'autres plantes.
Ces « fleurs » alimentées par des nutriments finissent par réduire les niveaux d'oxygène au point où les poissons et autres organismes ne peuvent plus survivre, créant des zones mortes dans l'eau. Certaines proliférations d'algues libèrent également des toxines qui peuvent rendre malades les animaux domestiques et les personnes qui les avalent.
Pour découvrir comment les effets combinés du ruissellement des nutriments et de la contamination par les nanoparticules affecteraient ce processus, appelé eutrophisation, les chercheurs ont installé 18 réservoirs séparés de 250 litres avec des fonds sablonneux en pente pour imiter les petites zones humides.
Chaque réservoir à ciel ouvert était rempli d'eau, le sol et une variété de plantes et d'animaux des zones humides tels que les algues et les moustiques.
Au cours de l'expérience de neuf mois, certains réservoirs ont reçu une dose hebdomadaire de nitrates et de phosphates favorisant les algues comme ceux trouvés dans les engrais, certains réservoirs ont obtenu des nanoparticules - soit du cuivre ou de l'or - et certains réservoirs ont les deux.
En cours de route, les chercheurs ont surveillé la chimie de l'eau, croissance et métabolisme des plantes et des algues, et l'accumulation de nanoparticules dans les tissus végétaux.
"Les résultats ont été surprenants, " a déclaré Simonin. Les nanoparticules ont eu des effets minuscules individuellement, mais lorsqu'il est ajouté avec des nutriments, même de faibles concentrations de nanoparticules d'or et de cuivre utilisées dans les fongicides et autres produits ont transformé l'eau autrefois claire en une couleur de soupe aux pois trouble, sa surface recouverte de tapis vert clair et malodorants d'algues flottantes.
Au cours de l'expérimentation, les grandes proliférations d'algues étaient plus de trois fois plus fréquentes et plus persistantes dans les réservoirs où les nanoparticules et les nutriments étaient ajoutés ensemble que dans ceux où les nutriments étaient ajoutés seuls. Les proliférations d'algues ont également réduit l'oxygène dissous dans l'eau.
On ne sait pas encore comment l'exposition aux nanoparticules modifie l'équilibre délicat entre les plantes et les algues alors qu'elles se disputent les nutriments et autres ressources. Mais les résultats suggèrent que les nanoparticules et autres « produits chimiques synthétiques à base de métaux peuvent jouer un rôle sous-estimé dans les tendances mondiales d'eutrophisation croissante, ", ont déclaré les chercheurs.
