Des chercheurs norvégiens sont parmi les premiers au monde à utiliser la radioactivité pour tracer des nanoparticules chez les animaux de laboratoire et le sol. Leurs résultats ont permis d'identifier plus facilement tout impact environnemental négatif des nanoparticules, que l'on retrouve dans un nombre croissant de produits.

La nanotechnologie peut être utilisée pour améliorer les propriétés des produits commerciaux, tuer les bactéries, lutter contre les odeurs et plus encore. Mais que se passe-t-il lorsque ces produits sont jetés et que ces particules incompréhensiblement petites sont rejetées dans l'environnement ? Ces mêmes qualités qui tuent les bactéries dans les vêtements de sport, peuvent-elles les machines à laver et les réfrigérateurs ont-ils également un impact négatif non intentionnel sur la santé et l'environnement ?

Millionièmes de millimètre

L'utilisation des nanoparticules pose de nouvelles questions aux chercheurs qui étudient les substances dangereuses pour l'environnement. La taille des nanoparticules se mesure en fait en millionièmes de millimètre. Ils sont beaucoup trop petits pour les méthodes d'examen utilisées avec des produits chimiques courants.

Le premier défi est de trouver un moyen de suivre où ces particules finissent. À moins de pouvoir les localiser, il ne sera pas possible de déterminer grand-chose de leur impact. Alors que faut-il faire pour les traquer ?

« En termes simples, il est plus facile de trouver une aiguille dans une botte de foin quand cette aiguille est radioactive, », explique le Dr Deborah H. Oughton. Le Dr Oughton est professeur à l'Université norvégienne des sciences de la vie (UMB), spécialisé en chimie nucléaire. Dans le cadre d'un projet de recherche commun impliquant l'UMB, l'Institut norvégien de recherche sur l'eau (NIVA), Bioforsk et des partenaires de recherche internationaux, elle a dirigé les efforts visant à développer des méthodes de traçage des nanoparticules en les rendant radioactives. Le projet fait partie du programme du Conseil norvégien de la recherche sur la recherche environnementale norvégienne à l'horizon 2015 (MILJO2015).

Difficile à découvrir

« Les nanoparticules sont si minuscules qu'elles sont difficiles à trouver en utilisant des méthodes communes pour d'autres substances dangereuses pour l'environnement. Les chercheurs à la recherche d'effets potentiels de la contamination par les nanoparticules ont souvent recours à des concentrations irréalistes de particules élevées dans leurs expériences, », déclare le Dr Oughton.

Mais une telle approche présente plusieurs inconvénients. Tout d'abord, les propriétés des particules changent lorsque les concentrations deviennent si denses. Deuxièmement, de telles méthodes révèlent très peu sur les modèles de propagation des nanoparticules, se décomposent dans le temps ou la capacité des nanoparticules à s'accumuler à des concentrations supposées se produire normalement dans la nature.

« C'est pourquoi nous avons voulu tester s'il était possible de suivre les nanoparticules grâce à la radioactivité, », explique le Dr Oughton.

La radioactivité comme marqueur

Le Dr Oughton a une formation en chimie nucléaire et a eu l'idée que la radioactivité pourrait être utilisée comme marqueur dans ce domaine et dans plusieurs autres. Des méthodes apparentées sont déjà utilisées pour des études de contamination radioactive de l'environnement ainsi que dans des diagnostics médicaux.

« Nous avons examiné les méthodes utilisées dans d'autres domaines et nous nous sommes dirigés vers quelque chose qui fonctionnerait pour les nanoparticules. L'idée est que lorsque les particules sont radioactives, ils peuvent être tracés. Nos essais démontrent que nous pouvons obtenir une grande quantité d'informations nouvelles et précieuses en utilisant cette méthode même avec une très faible concentration de particules, ", explique le Dr Oughton.

Très dangereux pour les poissons

Dr Oughton et son collègue Dr Erik Joner de Bioforsk, entre autres, a proposé une méthode dans laquelle les vers de terre ont été nourris avec du fumier de cheval contenant des nanoparticules radioactives d'argent, cobalt et uranium. Ensuite, ils ont pu étudier l'absorption et l'accumulation des nanoparticules en observant la répartition de la radioactivité, puis en comparant leurs observations avec les découvertes physiologiques. Dans d'autres expériences du même projet, les poissons ont été exposés à diverses concentrations de nanoparticules.

« L'une de nos découvertes a montré que les nanoparticules peuvent s'accumuler dans différentes parties d'un organisme. Au saumon, nous avons été témoins que certaines nanoparticules affectaient la fonction branchiale et avaient un effet gravement toxique. La présence de concentrations étonnamment faibles de certains types de nano-argent a entraîné une défaillance des branchies et la mort du poisson.

L'étude a utilisé l'eau du lac afin d'optimiser la pertinence des résultats. L'eau de nombreux lacs de Norvège est relativement pauvre en calcium. Nous avons constaté que cela augmente la durée pendant laquelle les nanoparticules restent dans l'eau, dit le Dr Oughton.

La découverte que les nanoparticules peuvent avoir des effets néfastes sur les poissons est préoccupante car la présence de nano-argent a déjà été détectée dans les eaux usées des stations d'épuration des eaux usées. Le nanoargent est également largement utilisé dans les vêtements, et des études montrent que le lavage des vêtements libère du nanoargent dans le drainage de l'eau. Le nanoargent est même utilisé dans les machines à laver elles-mêmes dans de nombreux pays, bien que cela ne soit pas autorisé en Norvège.

Les nanoparticules peuvent libérer des ions sur de longues périodes

Les chercheurs ont également découvert de nouvelles informations sur le comportement à long terme des nanoparticules dans le sol.

"Les nanoparticules se décomposent au fil du temps grâce à la libération lente d'ions. Pour certaines nanoparticules, ces ions sont les agents responsables des effets toxiques sur les organismes. Cette fuite progressive d'ions signifie que les nanoparticules libres continuent de polluer l'environnement sur une longue période de temps, », déclare le Dr Oughton.

Certains plus toxiques que d'autres

Les chercheurs ont également découvert des différences entre les nanoparticules. Le nanoargent était le plus toxique du groupe.

« Certains types de nano-argent avaient un effet toxique plus important que d'autres. Il est important pour les gouvernements et l'industrie d'en savoir plus sur les risques liés aux différents types de nanoparticules. Nos résultats de recherche, ainsi que d'autres recherches sur l'impact environnemental des nanoparticules, signifient que nous en saurons bientôt assez pour savoir réguler les usages afin d'éviter les atteintes à l'environnement, ", explique le Dr Oughton.

Marché en croissance, activité de recherche naissante

L'utilisation de nanoparticules a fortement augmenté ces dernières années. Les domaines d'application comprennent les cosmétiques, Vêtements, jouets et nourriture. L'utilisation du nanoargent comme revêtement antibactérien dans les réfrigérateurs, les vêtements de sport et les bandages sont parmi les utilisations les plus courantes.

De nombreuses recherches sur les effets du nanoargent et d'autres nanoparticules sur la santé et l'environnement sont menées tant en Norvège que dans d'autres pays.

« Les résultats de notre projet de recherche ont été publiés à l'échelle internationale et ont suscité l'intérêt de nombreux pays. Nous collaborons actuellement avec des chercheurs en France, entre autres, développer des méthodes de mesure basées sur des marqueurs radioactifs. À la fois, des institutions de recherche en Norvège et dans l'UE ont également manifesté leur intérêt. Les travaux se poursuivent dans le cadre de plusieurs projets financés par le Conseil de la recherche de Norvège et des institutions de recherche européennes, », souligne le Dr Oughton.