Détection et quantification de nanomatériaux dans les eaux naturelles par une approche intégrée multi outils

Résumé Les propriétés étonnantes des nanoparticules manufacturées (ENPs) sont directement reliées à leur petite taille (<100 nm) et conduisent à une importante incorporation dans les produits de consommation. Le développement des nanotechnologies génère une inquiétude croissante concernant le devenir des ENPs dans les milieux naturels, à cause de la modification potentielle de leur cycle naturel et de l’exposition directe ou indirecte de l’homme. Cependant, les ENPs sont attendues dans l’environnement à de très basses concentrations (ng L-1 ou µg L-1) ce qui les rend difficilement distinguables du bruit de fond géochimique où d’autres NPs naturelles peuvent être retrouvées. Pour déterminer leurs origines et comprendre leur devenir dans les milieux naturels, il est essentiel de développer des outils analytiques pour détecter et quantifier ces ENPs. Un des objectifs de cette thèse est de fournir une méthodologie pour l’étude des ENPs dans les milieux naturels aquatiques. La single-particle ICP-MS (spICPMS), la Microscopie Électronique à Balayage (MEB) et la préconcentration avec des sorbants vont être utilisées pour estimer la présence de ces NPs. Deux campagnes ont été réalisées sur la Loire et sur la Seine, d’amont en aval, pour mesurer la quantité en ENPs (dioxyde de cérium – CeO2NPs et dioxyde de titane – TiO2NPs) dans l’eau et évaluer leurs origines. Une autre méthode pour quantifier les NPs dans les systèmes aquatiques est de les préconcentrer en utilisant un sorbant de type charbons actifs. Au cours de cette étude, trois charbons actifs ont été mises en interaction avec des TiO2NPs pour mesurer les paramètres cinétiques et thermodynamiques. Mots clés : nanoparticules - détection – quantification – préconcentration – rivières – spICPMS – FEG-SEM – Charbons actifs Abstract The astonishing properties of engineered nanoparticles (ENPs) are directly related to their very small size (<100 nm) and lead to their increasing use in consumption products. The development of nanotechnologies raises increasing concerns about the fate of these ENPs in natural media, because of both the potential modification of natural cycles and the direct or indirect exposure of humans. Nevertheless, ENPs occur in the environment at very low concentration (ng L-1 to µg L-1 levels) which makes them hardly distinguishable from the geochemical background where natural NPs could be found. To determine their origins and understand their fate in natural media, it is essential to develop analytical tools in order to detect and quantify these ENPs. One of this PhD thesis objectives is to provide a methodology for the study of ENPs in natural aquatic systems. single-particle ICP-MS (spICPMS), Scanning Electron Microscopy (SEM) and preconcentration with sorbents will be used to ascertain the occurrence of ENPs. Two field investigations have been made along the Loire River and the Seine River, from upstream to downstream to measure the water content in two ENPs and assess their origins: cerium dioxide (CeO2) and titanium dioxide (TiO2). Another way to quantify NPs in the aquatic systems is to preconcentrate them by using sorbent such as activated carbons. In this study, three activated carbons were put into interaction with TiO2NPs to measure the kinetics and thermodynamics parameters. Keywords: nanoparticles - detection – quantification – preconcentration – rivers – spICPMS – FEG-SEM – Activated carbons