Nanoparticules de titane et de cérium : dans la Seine, la pollution manufacturée rejoint le fond naturel
Une étude menée par chercheurs de l’Institut de physique du globe de Paris (IPGP) et de l’Université Paris Cité, dans la cadre du programme PIREN Seine, montre que les concentrations de nanoparticules manufacturées de dioxyde de titane et d’oxyde de cérium dans la Seine ont atteint des niveaux comparables à ceux des particules naturelles. Ces résultats, obtenus par spectrométrie de masse à plasma inductif à temps de vol sur particules individuelles et publiés dans la revue Environmental Science & Technology, montrent également que les moules zébrées peuvent servir de bioindicateurs de cette contamination.
Date de publication : 15/09/2026
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Un enjeu majeur : détecter le manufacturé dans un fond naturel complexe
Le dioxyde de titane (TiO₂) et l’oxyde de cérium (CeO₂) comptent parmi les nanomatériaux manufacturés les plus utilisés au monde : peintures, cosmétiques, crèmes solaires, catalyseurs automobiles ou abrasifs en contiennent. Rejetées dans l’environnement via les eaux usées et le ruissellement urbain, ces particules d’origine industrielle se mélangent aux particules naturelles de titane et de cérium issues de l’altération des roches. Les distinguer est particulièrement difficile dans un cours d’eau aussi anthropisé que la Seine, qui traverse l’agglomération parisienne et ses dix millions d’habitants.
Trois campagnes de terrain et des moules zébrées comme sentinelles
Entre 2020 et 2023, l’équipe a prélevé de l’eau à quatre stations du bassin de la Seine — Champigny-sur-Marne, Choisy-le-Roi, Triel-sur-Seine et Conflans-Sainte-Honorine — couvrant la Seine ainsi que ses affluents la Marne et l’Oise. En parallèle, des moules zébrées (Dreissena polymorpha), déployées en cages immergées durant plusieurs semaines, ont servi d’organismes bioindicateurs. Les échantillons ont été analysés sur la plateforme PARI de l’IPGP par spectrométrie de masse à plasma inductif à temps de vol sur particules individuelles (spICP-TOFMS), qui mesure la composition élémentaire de chaque nanoparticule prise isolément qui permet de distinguer les particules d’origine naturelle de celles issues des activités anthropiques.
Des nanoparticules manufacturées aussi abondantes que les particules naturelles
Les concentrations de particules porteuses de titane variaient de 1,18 millions à 0,361 milliards particules par litre, celles porteuses de cérium de 5,08 millions à 45,8 millions particules par litre, avec des taux d’exportation calculés respectivement de 0,3 à 1,1 kg et environ 56,5 g par an et par km² de bassin versant. L’analyse des rapports élémentaires révèle qu’environ 60 % des particules de titane et 65 % des particules de cérium correspondent à du TiO₂ et du CeO₂ manufacturés, le reste étant associé à des minéraux naturels tels que l’hématite-ilménite ou la monazite.
Ces particules manufacturées, mesurant de 60 à 500 nm pour le titane et de 20 à 80 nm pour le cérium, sont nettement plus grosses que leur taille primaire de fabrication (5 à 50 nm et 5 à 30 nm respectivement), signe d’une agrégation importante une fois relâchées dans l’eau — un phénomène favorisé par le calcium abondant et la faible teneur en matière organique dissoute qui caractérisent la Seine.
Répartition granulométrique des particules contenant à la fois du Ti et du Fe (en noir) et des particules contenant uniquement du Ti (en bleu) dans l’eau de rivière (à gauche) et chez Dreissena (à droite). B – Répartition granulométrique des particules contenant à la fois du Ce et du La (en noir) et des particules contenant uniquement du Ce (en bleu) dans l’eau de rivière (à gauche) et chez Dreissena (à droite).
Les moules zébrées, de précieux indicateurs biologique
L’analyse des tissus de moules a révélé une bioaccumulation nette des deux types de particules, avec une relation linéaire entre la concentration en particules de titane dans l’eau et celle mesurée chez les moules exposées, confirmant leur potentiel comme bioindicateurs. Les rapports Ti:Fe et Ce:La mesurés dans les tissus restent proches de ceux observés dans l’eau, ce qui suggère que Dreissena polymorpha peut renseigner qualitativement sur la nature des particules présentes dans le milieu — bien que leur dépuration rapide limite cet usage à un suivi ponctuel plutôt qu’à une intégration sur le long terme.
Vers une meilleure prise en compte des nanoparticules dans la surveillance des rivières
Ces résultats montrent que, dans un bassin aussi urbanisé que celui de la Seine, les apports de nanomatériaux manufacturés ont désormais atteint un niveau comparable à celui du fond géochimique naturel. Or les nanoparticules représentent l’essentiel du titane transporté par la rivière (9 à 70 % du titane total, contre seulement 0,3 à 0,5 % sous forme dissoute), alors que la surveillance réglementaire se concentre généralement sur les fractions dissoutes des métaux. Ces travaux plaident donc pour une meilleure prise en compte de la fraction nanoparticulaire dans les futurs protocoles de surveillance environnementale des cours d’eau fortement anthropisés.
Référence de la publication
Wang, F.; Tharaud, M.; Benedetti, M. F. Occurrence, Sources, and Export Rates of Ti-Bearing and Ce-Bearing (Nano)particles in the Seine River Where Engineered Nanoparticles Reach Natural Background Levels. Environ. Sci. Technol. 2026, https://doi.org/10.1021/acs.est.6c01429.
Financements : programme pluridisciplinaire PARI de l’IPGP, région Île-de-France (SESAME, subvention n°12015908), sous-projet PIREN-Seine C20/1541A01, IdEx Université de Paris (ANR-18-IDEX-0001).
