Academic literature on the topic 'Nanoparticules – Environnement'

Résumé Nous explorons dans cette synthèse les forces et les faiblesses de l’écotoxicologie, en nous limitant aux milieux aquatiques. Notre approche consiste à comparer et contraster le comportement des contaminants organiques et inorganiques (métalliques) et à identifier quelques défis pour l’avenir. La prise en charge des contaminants organiques de synthèse se produit le plus souvent par simple diffusion passive au travers d’une membrane cellulaire. Vu la nature lipidique des membranes biologiques, le coefficient de partage octanol-eau (Kow) du contaminant s’avère souvent un bon prédicteur de sa tendance à se bioaccumuler. Par contre, les métaux présents dans le milieu aquatique se trouvent surtout sous des formes hydrophiles et hydratées qui ne peuvent traverser les membranes biologiques par simple diffusion. Leur prise en charge fait alors appel à un transport facilité qui implique des transporteurs protéiques ou canaux transmembranaires. Le coefficient de partage octanol-eau de ces espèces métalliques se révèle inutile comme prédicteur de leur bioaccumulation. Les approches et les modèles prédictifs diffèrent donc grandement entre contaminants métalliques et organiques. Pour les métaux, deux types de modèles sont couramment employés : des modèles d’équilibre (ex. : le « Modèle du Ligand Biotique » ou BLM) et des modèles cinétiques d’accumulation et d’élimination. Dans les deux cas, les paramètres biologiques des modèles sont considérés comme des « constantes » qui ne sont affectées, ni par la qualité de l’eau ambiante (ex. : pH, dureté), ni par une pré-exposition au métal. Or, il y a maintenant dans la littérature scientifique de plus en plus d’indices que les propriétés clés de la surface épithéliale des organismes aquatiques, qui contrôlent l’accumulation et la toxicité des métaux, ne sont pas constantes, ce qui compromet l’application des modèles dans des cas réels d’exposition chronique sur le terrain. Contrairement aux métaux, l’essentiel du comportement environnemental des composés organiques de synthèse est lié à leur capacité de résister à divers mécanismes de dégradation et à leur biodisponibilité pour les organismes aquatiques. Le modèle de la « fugacité » permet de prédire la distribution de composés organiques entre divers compartiments pour un système considéré à l’équilibre mais de nombreuses contraintes chimiques et biologiques interfèrent avec l’utilisation de ce type de modèle. Les cas des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et des organométaux sont utilisés pour illustrer ces contraintes. Parmi les tout nouveaux défis de l’écotoxicologie, nous abordons brièvement le développement de la génomique fonctionnelle et de l’approche écosystémique ainsi que la toute nouvelle problématique environnementale posée par les nanoparticules industrielles. L’avenir de l’écotoxicologie aquatique passe nécessairement par : (1) l’obtention de données de terrain et de laboratoire d’excellente qualité; (2) une compréhension approfondie des mécanismes de toxicité aux niveaux moléculaire et cellulaire; (3) le développement de modèles théoriques et empiriques qui intègrent mieux la réalité physiologique et écologique; (4) le développement d’indicateurs écosystémiques capables de fournir une image globale de la qualité d’un environnement aquatique, quelle que soit sa complexité inhérente.

Il est maintenant reconnu que la mesure de la concentration totale d’un élément ne permet pas d’obtenir d’information fiable sur son impact environnemental et sa toxicité, ces éléments pouvant être présents sous différentes formes chimiques ou à l’état de nanoparticules (NPs). Il est alors nécessaire de faire appel à des techniques de fractionnement en taille pour les NPs ou à des analyses de spéciation permettant d'identifier et doser les différentes formes chimiques des éléments. Cette approche nécessite de disposer de protocoles d’échantillonnage, de conservation et de préparation d’échantillon stricts qui ne modifient pas la répartition des formes chimiques, notamment. Étant donné les nouvelles exigences des normes, cette approche nécessite également des outils analytiques de plus en plus précis, sensibles et robustes. Le couplage de techniques séparatives basées sur la chromatographie (liquide ou gazeuse) ou le fractionnement de flux, d’une part, et la spectrométrie de masse à plasma induit (ICP MS), d’autre part, présente un réel potentiel pour ces analyses. Ces approches sont détaillées d’une manière générale en termes de potentiels et de performances analytiques et des applications sont présentées pour différents éléments (As, Hg, Sn, Cr ou Sb). Au travers de ces différents exemples, sont particulièrement abordés :

From 2001 to 2010, the incidence rates of melanomas have increased by over 2% for both Canadian men and women. Titanium dioxide nanoparticles are common additives to sunscreen products. Their ability to render creams and lotions transparent, as well as their use as an ultraviolet light filter makes them a popular choice. Yet their effects on the skin, other organs, and the environment are largely unexplored, giving rise to questions about their safety. Current research findings report that titanium dioxide nanoparticles tend to be less hazardous to organisms than other nanomaterials. Nonetheless, studies on test animals and cell cultures show signi cant neurological, pulmonary, cardiac, and genetic damage once titanium dioxide nanoparticles have been absorbed into the bloodstream through inhalation and ingestion. Nanoparticles are also usually discharged as feces and urine, rinsed off, or disposed of through sewage to enter wastewater treatment plants and released into the surrounding ecosystems. The largest obstacle in nanoparticle research is the lack of consistency in terms of measuring and reporting ndings. Since the amounts of nanoparticles present after experiments are often not recorded, it is difficult to quantify the amount of nanoparticles in our environment and the rate at which they are released. In addition, manufacturers often do not label their products accurately, leading to misinformed consumers and the potential for adverse health effects. It is for these reasons that the scientific community, governments, industries, and environmental groups need to collaborate in the interest of public health and environmental sustainability in order set the precedence for future scientific advancements. This review provides background information on the properties of titanium dioxide nanoparticles, the effects of such particles on human and environmental health, the current regulations in place in Europe and North America, as well as suggestions for improving consumer safety. De 2001 à 2010, la fréquence des mélanomes avait augmentée par plus de 2% pour les hommes et les femmes canadiens. Les nanoparticules de dioxyde de titane sont des additifs communs dans des produits de protection anti- UV. Elles sont un choix populaire à cause de leur capacité pour rendre les lotions et les crèmes transparentes, et leur fonction comme un filtre des rayons UV. Pourtant, leurs effets sur la peau, les autres organes et l’environnement sont pour la plupart inexplorés, qui provoque des questions concernant la sécurité de leur utilisation. Les résultats courants nous montrent que les nanoparticules de dioxyde de titane sont souvent moins dangereuses pour les organismes que les autres nanomatériaux. Néanmoins, les recherches sur les animaux de laboratoire et les cultures cellulaires montrent qu’il y a des dommages neurologiques, pulmonaires, cardiaques et génétiques assez signifiants une fois que les nanoparticules de dioxyde de titane sont absorbées par le système sanguin au moyen d’inhalation et ingestion. Les nanoparticules sont souvent déchargées du corps comme matières fécales ou urine, enlevées en passant sous l’eau, ou débarrassées dans les eaux usées ou elles peuvent entrer les usines d’assainissement d’eau. Ensuite, ces nanoparticules sont laissées dans les écosystèmes environnants. Le plus grand obstacle dans la recherche des nanoparticules est l’absence d’uniformité concernant la mesure et le rapport des résultats. Bien que les premières mesures des quantités de nanoparticules soient enregistrées, souvent les quantités de nanoparticules présentes après ces études ne sont pas enregistrées. Alors, c’est difficile de chiffrer la quantité de nanoparticules dans notre environnement et le taux auquel elles sont libérées. De plus, c’est rare que les fabricants étiquettent leurs produits d’une manière précise et alors les consommateurs peuvent être mal informés, entrainant la possibilité des effets négatifs sur la santé. Celles-ci sont les raisons pour lesquelles la communauté scientifique, les gouvernements, les industries, et les groupes environnementales ont besoin de collaborer dans les intérêts de la santé publique et la durabilité environnementale pour créer un précédent pour les avancées scientifiques dans le futur. Cet article fournit de information sur les propriétés des nanoparticules de dioxyde de titane, les effets de ces genres de particules sur la santé humaine et environnementale, les régulations courantes mis en place en Europe et Amérique du Nord, ainsi que des suggestions pour l’amélioration de la sécurité des consommateurs.

Introduction : Ces dernières années, le développement de biomatériaux à faible impact environnemental a attiré un intérêt croissant. Dans ce contexte, les nanoparticules lipidiques ont émergé comme une solution privilégiée dans la recherche et l'industrie. L'objectif de cette étude était de mettre au point des émulsions Pickering O/W stabilisées exclusivement par des nanoparticules lipidiques solides (SLNs). Ces émulsions de Pickering sont une nouvelle génération de transporteurs lipidiques, à la fois sûrs, non toxiques, biocompatibles et sensibles à la température. Matériel et Méthodes : La première partie de l'étude se concentre sur la compréhension du comportement interfacial des SLNs et les mécanismes de stabilisation associés aux nanoémulsions formulées par ultrasons. Les recherches ont exploré la couverture de surface en fonction des fractions volumiques des phases dispersées et de la taille des SLNs. La deuxième partie de l'étude aborde l'adsorption des SLNs à une interface modèle entre l'huile et l'eau, en évaluant la tension superficielle et la rhéologie. Cela a été réalisé au moyen d'une analyse de la forme d'une goutte axi-symétrique (à l'aide d'un tensiomètre de goutte), en suivant l'évolution de la tension interfaciale et du comportement rhéologique. Résultats : Ces expériences ont démontré de manière concluante que la stabilisation des nanogouttelettes est effectivement assurée par les nanoparticules, tout en mettant en lumière les limites de cette formulation. La caractérisation des dimensions et de la morphologie des émulsions a permis de confirmer nos hypothèses. Par ailleurs, nous avons procédé à la caractérisation du phénomène régissant les interactions entre les nanogouttelettes et l'interface, tout en décrivant le comportement rhéologique de la monocouche de SLNs à l'interface. Conclusion : En conclusion, les émulsions de Pickering stabilisées par les SLNs se révèlent être des nano-transporteurs de médicaments innovants et très efficaces. Elles ouvrent ainsi de nouvelles perspectives en tant que système de délivrance de médicaments sensible à la température.

Les nanotechnologies représentent un domaine émergent considéré comme la révolution industrielle du 21ème siècle. Les nanomatériaux manufacturés (NMs) vont se retrouver inévitablement dans l’environnement aquatique. Dans un contexte de règlementation des NMs, l’objectif est d’utiliser des approches de lecture croisée pour regrouper les NMs selon différents critères. Pour cela, l’utilisation du criblage à haut debit représente un grand interêt puisque cet outil permet de tester un grand nombre de NMs, à moindre coût. La réglementation est aussi axée sur le concept du safe(r)-by-design (SbD) dans la production des NMs. Ainsi, dans ce travail de thèse, une plateforme HTS basée sur les hémocytes de moule Mytilus edulis a été développée, permettant la mesure de paramètres de viabilité cellulaire ainsi que de l'expression des gènes. Des études de cas proposés par des industriels ont été menés en utilisant cette approche in vitro. En parallèle, une approche in vivo a été menée afin de déterminer si ces deux stratégies aboutiraient aux mêmes conclusions quant à l’aspect SbD des NMs. Par ailleurs, une large gamme de NMs a été testée afin d’établir des bases de données pour regrouper les NMs, basé sur la viabilité cellulaire des hémocytes. Ce travail démontre la pertinaence d’utiliser les approaches HTS chez M. edulis pour évaluer le risque environnemental lié aux NMs. En outre, l’expression des gènes représentent un paramétrè prometteur pour determiner les modes d’action de la toxicité des NMs. L’ensemble de ces résultats a permis de générer une base de donnée préliminaire en écotoxicologie qui pourrait être utilisée dans un contexte de réglementation des NMs
Nanotechnology is an emerging field that is considered the industrial revolution of the 21st century. In this context, Manufactured nanomaterials (MNMs) will inevitably be released into the aquatic environment. In the objective of MNM regulation, the aim is to implement a read-across (grouping) approach based on high throughput screening (HTS) techniques as a way of quickly prescreening many MNMs in a cost-effective manner. Regulation is also focused on developing safe(r)-by-design (SbD) concept to integrate safety into the production of products. In this sense, for this work, an HTS platform on Mytilus edulis hemocytes has been developed using endpoints for cell viability as well as gene expression. Industrial case studies were investigated in in vitro testing following the HTS approach. In parallel an in vivo approach was assessed to determine if both testing strategies would come to the same conclusions on which product was SbD. In addition, a wide array of MNMs were also tested for effects on cell viability to establish a relevant database to investigate a grouping approach for MNM. This work demonstrated the relevance of using an HTS platform for M. edulis hemocytes to prescreen MNMs for environmental risk. Gene expression also provides a promising framework for investigating modes actions for MNM toxicity as well as the potential to develop adverse outcome pathways for SbD. This thesis established a preliminary database for ecotoxicology that could be implemented in a regulatory approach for NMs

Les colloïdes naturels ont une place prépondérante dans les processus environnementaux. Ils peuvent être des vecteurs de polluants et jouent un grand rôle dans les cycles biogéochimiques des éléments. L’étude des colloïdes est pendant longtemps restée confidentielle et peu développée du fait d’un manque d’outils analytiques adaptés. Les travaux menés durant cette thèse concernent le développement de conditions analytiques pour l’analyse et le fractionnement par As-Fl-FFF (Asymmetrical Flow- Field Flow Fractionation) de deux grandes familles de colloïdes naturels : les nanoparticules et les acides humiques. Cette technique de fractionnement est associée à plusieurs détecteurs : Ultraviolet/Visible et à diffusion de la lumière (MALLS). Le suivi et la quantification des éléments associés aux colloïdes durant le fractionnement ont également été rendus possibles grâce au couplage avec le spectromètre de masse à couplage inductif (ICP-MS). Enfin, une approche originale combinant fractionnement physique des colloïdes d’un lixiviat de décharge et spéciation de l’étain associé aux différentes fractions colloïdales a également été réalisée. Cette approche a permis de montrer la potentialité et l’importance d’une prise en compte de la phase colloïdale lors d’analyses environnementales
The role of colloids is crucial in environmental processes. They can control the transport of chemical pollutants and play a major role in biogeochemical cycles. Despite colloids are known for a long time, they remain often neglected in environmental studies due to the lack of convenient analytical tools. This work concerns the development of analytical conditions for the analysis and the fractionation of two main natural colloid populations (nanoparticles and humic acids) by As-Fl-FFF (Asymmetrical Flow-Field Flow Fractionation). This fractionation tool is associated to several detectors as Ultraviolet/Visible and Multi-Angle Laser Light Scattering (MALLS). Monitoring and quantification of trace elements were also performed thanks to the hyphenation with an Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (ICP-MS). Finally an original approach combining colloidal fractionation of a landfill leachate and chemical speciation of tin associated to its different colloidal fractions was realised. This new approach has shown the potentiality and the importance of colloidal consideration in environmental studies

Les satellites placés en orbite à proximité de la Terre doivent faire face à des conditions radiatives qui dégradent fortement les matériaux qui les constituent. En orbite géostationnaire en particulier, de nombreux rayonnements électromagnétiques ou particulaires réduisent la durée de vie de ces matériaux. Les résines poly(diméthylsiloxane) sont largement utilisées sur les satellites comme adhésifs ou isolants et sont dégradées par ces rayonnements, ce qui se traduit par une perte de leur transparence et l’apparition de fissures. Les travaux présentés dans cette thèse ont pour but de limiter les dégradations subies par ces résines lorsque ces dernières sont soumises à un environnement spatial simulé, en particulier sous irradiation proton. Une première approche a été l’incorporation d’une couche de nanoparticules de silice assemblées de manière compacte à la surface des résines silicones. La taille des nanoparticules, l’épaisseur de la couche ainsi que l’ancrage covalent de ces particules à la matrice ont été étudiés. Une autre approche a été de synthétiser une résine poly(diméthylsiloxane) dont tout ou partie des noeuds de réticulation sont réversibles thermiquement, via une réaction de (rétro-)Diels-Alder
Satellites on orbit near Earth have to face a radiative environment, which strongly degrades materials that constitute them. In particular, in geostationary orbit, many electromagnetic radiations and particles shorten the lifespan of such materials. Poly(dimethylsiloxane) resins are used in large amounts on satellites as binders or insulators and are degraded by these radiations, which translates into a loss of transparency and the formation of cracks at their surface. The work presented herein aims at limiting the degradations suffered by the resins when they undergo simulated ageing, especially through proton irradiation. In a first approach, the embedding of a layer of silica nanoparticles assembled in a compact way at the surface of the resins was studied. The size of the nanoparticles, their diameter, as well as their covalent binding to the matrix were investigated. A second approach was to synthetize a poly(dimethylsiloxane) resin in which all or part of the crosslinking is achieved via a thermically reversible (retro-)Diels-Alder reaction

Les nanoparticules métalliques sont utilisées dans une large gamme de produits, ce qui a pour conséquence un rejet croissant de ces nanoparticules et de leurs produits secondaires dans l’environnement. Il est donc nécessaire d’évaluer leur devenir et leurs impacts dans l'environnement. Les bactéries constituent l’une des premières cibles des nanoparticules. La plupart des études se limitent à des analyses de mortalité et ne prennent pas en compte les transformations des nanoparticules dans l’environnement. Cette étude se concentre sur un modèle bactérien, Bacillus subtilis, dont les biotopes principaux incluent la rhizosphère du sol et le tractus gastro intestinal, et sur trois nanoparticules : Ag-NPs, ZnO-NPs et TiO2-NPs. Nous évaluons d’une part l’impact des nanoparticules sur le métabolisme de Bacillus subtilis, et d’autre part celui de l’activité bactérienne et en particulier des molécules sécrétées par Bacillus subtilis sur les nanoparticules, les deux étant interdépendants
Metallic nanoparticles are used in variety of consumer products (solar screen, paint or medicine), which results in an increasing release of nanoparticles in the environment. There is a need of better evaluating their fate and impacts in the environment. Microorganisms are one of the first targets of nanoparticles in the environment. Most studies on microorganisms and bacteria have focused on cellular mortality, and did not take into account possible transformations of NPs in the environment, which modify their toxicity. This study is focused on model bacteria, Bacillus subtilis and three nanoparticles: Ag-NPs, ZnO-NPs and TiO2-NPs. We evaluate on one hand the impact of nanoparticles on the metabolism on the metabolism of Bacillus subtilis, and on the other hand the impact of Bacillus subtilis and of its secretome on the nanoparticles, both being mutually dependent

Les nanoparticules inorganiques représentent des solutions innovantes dans le domaine médical aussi bien dans le diagnostic que la thérapie.La première partie de cette thèse aborde les interactions entre les nanoparticules magnétiques et les cellules souches. Nous avons cherché à mieux comprendre les paramètres influençant l’internalisation et la biodégradation et mis en évidence un impact de la fonctionnalisation, des protéines présentes dans le milieu de culture et de l’agrégation. L’impact des nanoparticules sur la différenciation des cellules souches a permis de mettre en évidence un processus de remagnétisation de nanoparticules dégradées pour certaines voies de différenciation.Dans la seconde partie, nous nous sommes intéressés à des thérapies anti-cancéreuses par hyperthermie et plus précisément l’impact du confinement intracellulaire. Ainsi nous avons montré que le confinement intracellulaire peut inhiber complètement le chauffage généré par hyperthermie magnétique mais qu’il peut au contraire faciliter la photothermie à des longueurs d’onde biologiquement compatibles. Enfin, la combinaison de la photothermie et d’une molécule anti-cancéreuse a permis d’obtenir une thérapie plus efficace avec moins d’effets secondaires
Inorganic nanoparticles represent innovative solution to face current limitations in early diagnostic or targeted therapies.First part focuses on the interactions between magnetic nanoparticles and stem cells to understand better the parameters which impact internalization and biodegradation. We evidenced an impact from the nanoparticle’s coating, the presence of proteins and the aggregation. Nanoparticles’ impact on cellular differentiation shown a process of re-magnetization of the iron products of degradation for some differentiation ways.In the second part, we studied anti-cancerous hyperthermal therapies and more precisely the impact of the intracellular confinement. We shown that the cellular environment can completely inhibit the heating delivered by magnetic hyperthermia but at the contrary can also be beneficial for applying photothermia at biocompatible wavelengths. Finally, the combination of photothermia with a drug leaded to an increase of the efficiency of both therapies separated with reduces secondary effects

Cette étude traite de la question de l’interaction des NPs avec les constituants de l’environnement, et comment celles-ci peuvent affecter le devenir et l’impact des NPs sur le biota. Les interactions de NPs de charge et taille variable (TiO2 NPs, analogues de celles typiquement relarguées des crèmes solaires, et Au NPs modèles) avec un polysaccharide pure YAS34 analogue de gel bactérien été étudié.Le relargage de NPs de TiO2 d’une crème solaire typique pendant sont altération en milieu aqueux a d’abord été étudié. Puis les interactions entre les NPs et le polysaccharide bactérien été étudié (1) en condition de suspension diluée, (2) par déposition sur la surface du gel en comparaison avec une surface de collecteur minérale de SiO2, et (3) en mesurant le transfert des nanoparticules à travers le gel. Des conditions favorables ou défavorables pour l’attachement des NPs au polysaccharide ont été préparées en sélectionnant un pH et un coating de NP.Sous conditions favorables, les NPs tendent à s’hétéroagréger avec le polysaccharide en suspension, et la déposition des NPs est influencée par les conditions physicochimiques. Elle est dépendante des interactions électrostatiques avec le collecteur, est aussi des interactions entre les NPs voisines.De manière surprenante, en conditions défavorables, des faibles interactions attractives sont encore mises en évidence en suspension et sur le collecteur, que nous avons attribuées comme étant dues au coating organique des NP qui entre en compétition avec le polysaccharide.Enfin, le transfert des NPs à travers le gel était favorisé en conditions de répulsions électrostatiques et affecté par la taille des NPs et le pH de la solution
The mobility and fate of manufactured nanoparticles (NPs) in the environment drive the exposure behaviour. This study deals with the question on how NPs interact with environmental components, and how this interaction may alter the NPs fate and impact on the biota. We investigated the interaction of variably charged and sized NPs (TiO2 NPs, as analogues of those typically released from sunscreen, and Au NPs as models) with pure polysaccharide YAS34 as analogue of bacterial gels. The release of TiO2 NPs from a typical sunscreen under aqueous aging was first studied. The interaction between NPs and the bacterial polysaccharide was studied (1) in diluted suspension conditions, (2) by deposition on the gel surface as compared to a bare SiO2 mineral collector, and (3) by measuring the NPs transfer through the gel. Favorable and unfavorable conditions for NPs attachment to the polysaccharide were prepared by selecting appropriate pH and NPs coating.Under favorable conditions, the NPs tended to heteroaggregate with the EPS in suspension, leading to their partial sedimentation. On the EPS substrate, the NPs deposition was influenced by the physicochemical conditions. The NPs deposition is driven by electrostatic interactions with the collector and is also affected by the interactions between the neighbouring NPs. Surprisingly, under unfavourable conditions, some weak attractive interactions were again evidenced both in suspension and deposition experiments that we attributed to be dependent on the NP organic coating competing with the EPS.The NPs transfer through the gel was favored under repulsive electrostatic interaction, and affected by the NPs size and by the solution pH

Le but de cette thèse était de déterminer l’impact de deux types de nanoparticules métalliques (sulfure de cadmium – CdS - et or - Au) sur deux organismes aquatiques modèles (vers tubifex et poisson zèbre Danio rerio). L’approche a consisté à doper le sédiment de la Garonne avec les deux types de nanoparticules et caractériser l’effet de cette contamination sur les deux organismes en utilisant plusieurs marqueurs à différents niveaux d'organisation biologique (réponses biochimiques, activité de neurotransmission, génotoxicité, expression génétique et activité de bioturbation). Les effets ont été évalués après exposition aux sédiments contaminés dans des systèmes expérimentaux de types microcosmes durant une vingtaine de jours. Dans un certain nombre de cas, ce travail a révélé un effet des nanoparticules qui n’était pas dû au métal mais aux propriétés nanoparticulaires. En effet, dans le cas des nanoparticules de CdS, nous avons observé des altérations du génome ainsi que la modification de l’activité de bioturbation des vers tubifex en réponse à la contamination aux nanoparticules mais pas à celle de la forme ionique. Dans ce travail nous avons pu observer le relargage des nanoparticules d’or depuis le sédiment vers la colonne d’eau, et sa biodisponibilité potentielle pour les poissons. Ces nanoparticules provoquaient des altérations de l’ADN chez les deux organismes, la modification de l’expression de certains gènes et l’augmentation de l’activité de l’acétylcholinestérase chez le poisson zèbre. Les résultats de bioturbation n’ont pas montré d’effets des nanoparticules d’or sur le mouvement des vers
The aim of this thesis was to determine the impact of two types of metal nanoparticles (cadmium sulphide - CdS - and gold - Au) on two aquatic models (tubifex worms and zebrafish Danio rerio). The approach has been to dope the Garonne sediment with the two types of nanoparticles and characterize the effect of this contamination on the two animals using multiple markers at different levels of biological organization (biochemical responses, neurotransmission activity, genotoxicity, gene expression and bioturbation activity). The effects were evaluated after exposure to contaminated sediment in experimental microcosms systems for twenty days. In a number of cases this work revealed an effect of the nanoparticles that was not due to metal but to the nanoparticulate properties. Indeed, in the case of CdS nanoparticles, we observed alterations in the genome as well as the modification of the bioturbation activity of worms tubifex in response to the contamination of nanoparticles but not to that of the ionic form. In this work we observed the release of gold nanoparticles from the sediment into the water column, and its potential bioavailability to fish. These nanoparticles were causing DNA damage in both organisms, modifying the expression of certain genes and increased acetylcholinesterase activity in zebrafish. Bioturbation results showed no effects of gold nanoparticles on the movement of worms

Les matériaux polymères ont connu un engouement considérable avec l’avènement de l’ère du pétrole et connaissent aujourd’hui encore un succès considérable notamment au travers de la valorisation de ressources naturelles mais également d’applications spécifiques à haute valeur ajoutée, liées à des domaines aussi divers que la chimie analytique, l’exploration spatiale, la médecine où l’enjeu premier est souvent la conception d’objet miniaturisés. Dans ce travail de thèse nous avons développé des matériaux polymères à taille micrométrique, immobilisés soit dans des microcanaux (diamètre interne = 75 µm) ou à la surface de substrats de verre (épaisseur de quelques centaines de µm). Une morphologie de type monolithique a été choisie afin de conférer auxdits matériaux des propriétés de perméabilité, résistance mécanique et thermique compatibles avec des applications dans le domaine de la chimie en flux. Afin de contrôler les propriétés d’interaction aux interfaces des matériaux, un monolithe générique, présentant des unités ester de N-hydroxysuccinimide en surface, a été préparé et fonctionnalisé à façon. Ainsi ont été immobilisés des segments moléculaires jouant le rôle de sélecteurs – pour des applications en électrochromatographie – ou de ligands de nanoparticules métalliques – pour applications en catalyse supportée – via des méthodes classiques (substituion nucléophile) ou originales (photo-addition radicalaire thiol-ène) de greffage.Les matériaux ont été caractérisés par une combinaison de méthodes spectroscopiques, microscopiques, de diffraction, de thermogravimétrie permettant de corréler les propriétés électrochromatographiques ou catalytiques avec la structure interfaciale des matériaux monolithiques. A titre d’exemples d’application, nous pouvons citer la séparation électrochromatographiques de molécules toxiques tels les polluants organiques (aniline, phénols, hydrocarbures aromatiques polycycliques, polychlorobiphényles) et les conservateurs pour les crèmes cosmétiques (parabènes), de biomarqueurs (hydrocarbures aromatiques polycycliques, bases pyrimidiques). Ces analyses ont été réalisées avec des solutions modèles de laboratoire mais aussi des matrices réelles (crèmes cosmétiques, analogues d’échantillons extraterrestres). Aussi les réactions catalytiques de réduction de nitroarènes, d’oxydation d’alcool aromatique, de couplage carbone-carbone et la détection par spectroscopie Raman exaltée de surface de pesticides (trifuraline) et d’intermédiaires de synthèse (para-nitrophénol) ont été réalisées
Polymeric materials have gained immense popularity with the golden age of petroleum and they still today meet with great success through Green polymer chemistry approaches and numerous high added value dedicated application in scientific domains such as analytical chemistry, medicine, space investigations, where one of the key for success is the design of miniaturized objects. In this contribution, micro-sized monolithic materials have been designed though either in microchannel immobilization (I.D. = 75 µm) or surface attachment on glass substrates (hundredths of microns in thickness). Polymers exhibiting monolithic morphology were considered to benefit of high permeability, mechanical and thermal resistances which are mandatory to flow chemistry applications. With the aim to control the interfacial interaction ability, a generic monolith having N-hydroxysuccinimide ester groups was used and on purpose functionalized. Molecular segments acting as selector – for electrochromatographic applications – of metal nanoparticles ligands – for supported catalysis applications – have been immobilized on the monolith surface via classical (nucleophilic substitution) or original (photo-induced thiol-ene click) grafting reactions.The so-designed materials were characterized through spectroscopic, microscopic, diffraction, thermogravimetric methods providing insight into correlation between the observed separation and catalytic abilities and the interfacial structure of the monolith. As representative examples of application, one may cite the electrochromatographic separation of toxic molecules such as organic pollutants (phenols, anilines, polycyclic aromatic hydrocarbons, polychlorobiphenyls), preservatives in cosmetics (parabens) and biomarkers (polycyclic aromatic hydrocarbons, pyrimidic bases). The analyses were conducted on model solutions and complex matrices (cosmetics, extraterrestrial analog samples). Flow catalytic reaction meant for the reduction of nitroarenes, the oxidation of aromatic alcohol, the carbon-carbon coupling and the sensitive detection of pesticides and synthesis intermediates (para-nitrophenol) have been achieved

L’impact des NPs TiO2 manufacturées a été évalué par la méthodologie de l’analyse du cycle de vie à une échelle de site spécifique. Une première approche a été menée dans le but de les détecter dans l’environnement. Les données expérimentales collectées sur le terrain ont permis de caractériser ces nanoparticules pour l’écotoxicité terrestre à une échelle locale. Les NPs TiO2 ont été détectées dans l’eau et les sédiments de la rivière de la Thur ainsi que dans les sols de la zone d’étude jusqu’à 2,5 km d’un site de production. Le temps de résidence (facteur de devenir) des NPs TiO2 dans les sols de la région de Thann est d’environ 8500 ans. Un facteur d’effet spécifique (12,46 PAF.m3.kg-1) a également été élaboré à l’aide de données provenant d’une synthèse bibliographique sur la toxicité des NPs TiO2 pour les organismes de l’écosystème terrestre. La détermination de ces deux paramètres a permis de calculer le premier facteur de caractérisation des NPs TiO2 pour l’écotoxicité terrestre de la région de Thann (1,06.105 PAF.m3.an.kg-1)
The impact of engineered TiO2 NPs was assessed using the Life cycle assessment methodology at a site-specific scale. A first approach was carried out to detect them in the environment. Experimental data collected in the field were used to characterize these nanoparticles for terrestrial ecotoxicity at a local scale. TiO2 NPs were detected in the water and sediments of the Thur river and in soils of the study area up to 2,5 km from a production site. The residence time (fate factor) of TiO2 NPs in area soils of Thann is approximately 8500 years. A specific effect factor (12,46 PAF.m3.kg-1) was also developed using date from a bibliographic synthesis on the toxicity of TiO2 NPs for organisms in terrestrial ecosystem. The determination of these two parameters allows us to calculate the first characterization factor for TiO2 NPs for terrestrial ecotoxicity in the Thann region (1,06.105 PAF.m3.an.kg-1)

Dans le contexte du développement exponentiel des nanotechnologies, les nanomatériaux sont susceptibles de se disséminer dans l'environnement. Les végétaux sont un élément sensible des écosystèmes car ils constituent une interface entre l'eau, le sol et l'air et se situent à la base de la chaine trophique. Cette étude avait pour but d'évaluer l'impact des nanoparticules de TiO2 et des nanotubes de carbone sur les végétaux, et plus particulièrement sur le blé et le colza. L'accent a également était mis sur la caractérisation des nanomatériaux employés. Nous avons mis en évidence l'accumulation racinaire et le transfert vers les feuilles des nanoparticules de TiO2 et des NTC dans le blé et le colza après une exposition en hydroponie. Les nanoparticules de TiO2 sont également accumulées dans les plantes lors d'une exposition racinaire sur sol ou encore lors d'une exposition par voie aérienne. Les nanoparticules de TiO2 s'accumulent dans les végétaux à hauteur de quelques dizaines voire centaines de mg Ti/kg MS, leur phase cristalline n'est pas modifiée et ces nanoparticules ne se dissolvent pas lors de leur transfert dans le végétal. Les NTC s'accumulent en plus faible quantité (centaines de µg NTC/kg MS) et il semble qu'ils soient altérés par le contact avec le végétal. Ces nanomatériaux affectent peu le développement des végétaux. Sur huit tests réalisés, seule l'élongation racinaire s'est révélée être un critère sensible, avec une induction de l'élongation pour les NPs et les NTC présentant le plus faible diamètre nominal. Enfin, une nette influence du diamètre nominal des nanomatériaux a pu être mise en évidence, contrôlant ainsi leur internalisation, leur transfert et leurs effets biologiques sur les végétaux.