Devenir des nanoparticules de fer dans l'environnement. Stabilité colloïdale, réactivité chimique et impacts sur le végétal


 AHLeGall    10/12/2018 : 22:55

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10/12 : SOUTENANCE DE THESE D'EDWIGE DEMANGEAT (GEOSCIENCES RENNES, ECOBIO)

Le lundi 10 décembre 2018 à 14:00, salle de conf OSUR (Bât.14B, Campus de Beaulieu, Université de Rennes 1), Edwige Demangeat soutient sa thèse intitulée "Devenir des nanoparticules de fer dans l'environnement. Stabilité colloïdale, réactivité chimique et impacts sur le végétal"

Devant le jury composé de :

François Chabaux (rapporteur) - Professeur à l'Université de Strasbourg, LHYGES Strasbourg;
Oleg Pokrovsky (rapporteur) - Directeur de recherche CNRS, GET Toulouse;
Laurence Denaix (examinatrice) - Directrice de recherche INRA, ISPA Bordeaux;
Francisco Cabello-Hurtado (co-directeur) - Maître de conférence (HDR), ECOBIO, Université de Rennes1;
Aline Dia (co-directeur) - Directrice de recherche, Géosciences Rennes, Université de Rennes1;
Mathieu Pédrot (co-directeur) - Maître de conférence (HDR), Géosciences Rennes, Université de Rennes1.

Résumé:
Les nanoparticules de fer manufacturées (NPs-Fe) sont des matériaux de taille nanométrique dont l’utilisation s’est, depuis peu, étendue à des domaines environnementaux. Leur dispersion dans les milieux aqueux et solides, et leurs interactions avec le vivant soulèvent toutefois encore de nombreuses questions. Dans la première partie de cette étude, nous conduisons un travail approfondi de caractérisation des NPs-Fe et précisons comment ces propriétés sont impliquées dans les processus contrôlant la stabilité colloïdale puis la réactivité chimique (capacité d’adsorption du cuivre) des NPs-Fe en solution aqueuse. Des modifications à la fois surfaciques et cristallochimiques sont appliquées afin de mettre en évidence le rôle clés de la chimie de surface des NPs-Fe. Dans cette étude, il est montré que les acides humiques limitent l’agrégation des NPs-Fe et procurent des sites d’adsorption pour les métaux. Les conditions physico-chimiques du milieu s’avèrent également jouer un rôle crucial. Le pH modifie la charge de surface des NPs-Fe et les forces d’attraction/répulsion qui en résultent. Dans la dernière partie de cette étude, nous étudions les interactions entre les NPs-Fe et les végétaux, en solution puis dans un sol. Après 63 et 57 jours, les mesures de susceptibilité magnétique montrent que les NPs-Fe s’accumulent au niveau des racines avant d’être transloquées, en moindre quantité, dans les parties aériennes des plantes. La réponse des plantes à l’exposition aux NPs-Fe se traduit par une augmentation de la biomasse végétale et des teneurs en chlorophylles et une diminution de la peroxydation lipidique.
Mots clés: nanoparticules de fer, oxydation, agrégation, adsorption, métaux, plantes

Abstract:
Engineered Iron Oxide Nanoparticles (IONPs) are specific nanoscale materials that have recently been used into wide environmental applications. The dispersion of IONPs into soils and waters, as well as their interactions with living organisms, raise many scientific issues. The first part of this work is intended to provide a thorough characterization of IONPs in aqueous solution, from their intrinsic physico-chemical properties to their colloidal behavior and chemical reactivity. Surface modifications are applied to evidence the key role of surface chemistry towards most interactions IONPs encounter. In particular, humic acid reduce NPs-Fe aggregation and display a high adsorption capacity for trace metals, especially copper (Cu). On the other hand, the pH of the solution play a critical role towards NPs-Fe interactions. Depending on the pH, the surface charge of the particles are modified and hence pH is involved in the electrostatic forces that drive the particles aggregation state and contribute to metal adsorption. The last part of the study is focused on the interactions occurring with IONPs in presence of plants. Several experiments are conducted in aqueous solution and in soil columns to precise the impacts of IONPs on the growth medium and to assess the effects of IONPs on plants. Results (magnetic susceptibility) show that IONPs manage to penetrate the roots of beans and sunflower plants (57 and 63 days-old) and that they are translocated to the aerial parts in low amounts. Plants respond to IONPs penetration by increasing the plant biomass and the chlorophyll contents and by decreasing the lipid peroxidation.
Key words: iron oxide nanoparticles, oxidation, aggregation, adsorption, element trace metals, plants.



Contact OSUR :
Edwige Demangeat (Géosciences Rennes / ECOBIO) / @




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