Interactions en eau de rivière entre nanoparticules de TiO2 et micro-organismes bactériens

Interactions in river water between TiO2 (titanium dioxide) nanoparticles and bacterial microorganisms

• Auteur / Autrice : Mariane Planchon
• Direction : Olivier Spalla, Marc Benedetti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Institut de physique du globe (Paris ; 1921-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microorganismes

Nanoparticules

Cours d'eau

Mots clés libres

Mots clés libres

Résumé

Grâce à leurs propriétés particulières dues à leur petite taille, les nanomatériaux sont utilisés dans de nombreuses applications grand public. Cependant leur impact potentiel sur les humains et l’environnement reste mal connu. Cette étude est consacrée à une compréhension approfondie des interactions physicochimiques et biologiques entre deux microorganismes présents dans l’environnement : Synechocystis (cyanobactérie contribuant au maintien de la biosphère) et Escherichia coli (présente dans les sites impactés par l’activité anthropique) avec des nanoparticules de dioxyde de titane TiO2 dans un milieu naturel, l’eau du fleuve français la Seine. La complexité de l’étude des nanoparticules nécessite une approche différente (multidisciplinaire) de celle des tests de toxicité utilisés pour les composés classiques. En effet, nous montrons que les paramètres physicochimiques (stabilité, agrégation et état de surface) des nanoparticules sont dépendants du milieu de contact et influencent fortement la toxicité observée sur les cellules. De plus, les interactions physicochimiques (floculation, adsorption) sont également liées à la nature et la structure du microorganisme, et en particulier à la présence d’exopolysaccharides (chez Synechocystis) comme barrière naturelle entre la paroi cellulaire et les nanoparticules. La toxicité des nanoparticules de TiO2 s’avère limitée en conditions naturelles, ce qui pourrait s’expliquer par une exposition hétérogène de la population bactérienne entraînant la préservation de ce stress d’une partie de cette population.

Due to their particular properties inherent to their very little size, the nanomaterials are widely used in many industrial applications. However, their impact on humans and environment is still uncertain. This study is dedicated to a deep understanding of the physicochemical and biological interactions between environmental microorganisms: Synechocystis (cyanobacteria essential for the biosphere) and Escherichia coli with titanium dioxide TiO2 nanoparticles. The complexity of the study of nanoparticles requires a different approach (multidisciplinary) from those of toxicity tests of classic compounds. Indeed, we showed that the physicochemical parameters (stability, aggregation and surface chemistry) of nanoparticles is dependant of the contact medium and strongly influence the toxicity. Furthermore, the physicochemical interactions (flocculation, adsorption) are linked to the microorganism nature and structure, and especially the presence of exopolysaccharides (for Synechocystis) as natural barrier between the cell wall and the nanoparticles. The toxicity of TiO2 NPs turns out to be limited under natural conditions, which can be explained by an heterogeneous exposition of the bacterial population leading to a preservation from this stress of a major part of this population.