Impact environnemental et sanitaire des particules de nickel émises par les activités minières en Nouvelle Calédonie

Environmental and health impact of nickel particles emitted by mining activities in New Caledonia

• Auteur / Autrice : Ophélie Germande
• Direction : Magalie Baudrimont, Isabelle Baudrimont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie et écotoxicologie
• Date : Soutenance le 27/10/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Pessac, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Hélène Budzinski
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Armelle Biola-Vidamment, Yannick Dominique
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillaume Garçon, Catherine Mouneyrac

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nickel -- Minerais

Écotoxicologie

Nouvelle-Calédonie -- Provinces

Industries minières

Mots clés libres

Nanoparticules

Santé humaine

Activités minières

Nouvelle Calédonie

Nickel

Ecotoxicologie

Nickel

Mining

Ecotoxicology

New Caledonia

Nanopartciles

Human health

Résumé

En produisant un peu plus de 158 000 tonnes de nickel (Ni) par an la Nouvelle-Calédonie fait partie des producteurs de Ni les plus importants au monde avec des sols riches en éléments traces métalliques. Cette exploitation massive de Ni est un enjeu économique majeur pour le pays (8 à 17 % du PIB annuel) au détriment de potentiels impacts environnementaux et sanitaires. En effet, l’exploitation de ces mines à ciel ouvert de latérites nickélifères entraine l’émission de particules ultrafines Ni et d’oxyde de nickel (NiO) disséminées dans l’environnement, par le vent, ou via le ruissellement des cours d’eau, mais également d’autres métaux présents dans ces sols. Ces particules peuvent, d’une part, être inhalées par les travailleurs des mines ainsi que par les populations environnantes, posant des questions relevant de la toxicologie humaine et, d’autre part, être transportées le long des cours d’eau douce proches des mines, pour se retrouver par dépôts ou lessivages vers l’aval jusqu’au lagon, impactant ainsi les organismes aquatiques, dont l’étude relève de l’écotoxicologie.D’un point de vue environnemental, peu d’études ont été menées en Nouvelle-Calédonie. Cependant, des premiers travaux sur les cours d’eau douce à proximité des mines ont permis de montrer des taux de Ni très importants accumulés dans les organismes sous influence minière, notamment, dans les anguilles du Pacifique. De façon à pouvoir documenter l’importance des impacts toxiques potentiellement infligés aux anguilles présentes sur ces sites, différents types d’approches ont été menées : (i) L’analyse des impacts toxiques des métaux sur Anguilla marmorata prélevée in situ lors d’une mission (mesures morphométriques, taux de métaux dans les organes, transcriptomiques) ; (ii) L’impact d’une exposition aux nanoparticules (NPs) de NiO, NiONPs, sur des hépatocytes d’anguilles in vitro, le foie étant une cible privilégie de la toxicité des métaux et un organe essentiel pour les anguilles. Ces approches ont permis de décrypter de façon précoce les mécanismes cellulaires et moléculaires d’impact cytotoxique, de stress oxydant, d’inflammation et de dysfonction mitochondriale suite à cette exposition.Parallèlement, l’exposition humaine aux NPs est une préoccupation de santé publique. Les NPs peuvent ainsi franchir la barrière alvéolo-capillaire, se retrouver dans la circulation générale et y exercer des effets délétères par des interactions directes avec le système cardiovasculaire et, notamment, les cellules endothéliales (HPAEC) tapissant la lumière des vaisseaux et contrôlant la réactivité vasculaire qui est modifiée après exposition aux NPs de Ni. Ces effets pourraient ainsi être potentialisés dans les pathologies cardiovasculaires. Les personnes souffrant de pathologies de la circulation pulmonaire (hypertension pulmonaire, HTP) pourraient donc constituer des populations à risque. Ainsi, il s’avère nécessaire de mieux caractériser, les mécanismes d’action toxiques induits par des poussières riches en Ni et par les NiONPs sur le système cardiovasculaire. Pour cela nous avons étudié, sur des HPAEC, les effets induits par les NiONPs sur la signalisation calcique, la réponse pro-inflammatoire et le rôle de stress oxydant dans les modifications observées, ainsi que les impacts de ces NPs en condition pathologique en utilisant un modèle in vitro mimant la dynamique vasculaire observée lors de l’HTP avec le système d’étirement STREX®. Nos résultats montrent que l'exposition aux NiONPs induit un stress oxydant, une réponse pro-inflammatoire ainsi que des altérations de l’homéostasie calcique et que ces effets sont potentialisés lorsque les cellules sont en conditions pathologiques. Ces travaux suggèrent donc que l'exposition aux NiONPs pourrait aggraver certains événements physiopathologiques chez les patients souffrant de maladies cardiovasculaires préexistantes telles que l’HTP, et que ces patients seraient plus sensibles à ces polluants particulaires.

By producing about 158,000 tons of nickel (Ni) per year, New Caledonia is one of the largest producers of Ni in the world, with soils rich in trace metals (Ni; chromium, Cr; cobalt, Co; manganese, Mn and iron, Fe). This massive Ni exploitation is a major economic issue for the country (8 to 17% of annual GDP) to the detriment of potential environmental and health impacts. Indeed, the exploitation of these open-pit nickel laterite mines leads to the emission of ultrafine particles of Ni and nickel oxide (NiO) disseminated in the environment, by the wind, or via run-off from watercourses but also of other metals present in these soils. These particles can be inhaled by mine workers and the surrounding population, raising questions relating to human toxicology, and can also be transported along freshwater streams close to the mines, to be deposited or washed downstream as far as the lagoon, thus impacting aquatic organisms, the study of which is a matter of ecotoxicology.From an environmental point of view, few studies have been conducted in New Caledonia. However, initial work on freshwater rivers near mines has shown very high levels of Ni accumulated in organisms under the mining influence, particularly in Pacific eels. In order to document the significance of the toxic impacts potentially inflicted on eels present at these sites, different types of approaches have been conducted: (i) Analysis of the toxic impacts of metals on Anguilla marmorata collected in situ during a mission (morphometric measurements, metal levels in organs, transcriptomic); (ii) Impact of exposure to NiO nanoparticles (NPs) on eel hepatocytes in vitro, the liver being a prime target of metal toxicity and an essential organ for eels. These approaches made it possible to early identify the cellular and molecular mechanisms of cytotoxic impact, oxidative stress, inflammation and mitochondrial dysfunction following this exposure.In parallel, human exposure to NPs is a public health concern. NPs can thus cross the alveolar-capillary barrier, find their way into the general circulation and exert deleterious effects through direct interactions with the cardiovascular system and, in particular, the endothelial cells (HPAEC) lining the lumen of the vessels and controlling vascular reactivity, which is modified after Ni NPs exposure. These effects could thus be amplified in cardiovascular pathologies. People suffering from pathologies of the pulmonary circulation (pulmonary hypertension, PH) could therefore constitute populations at risk. Thus, it is necessary to better characterize, in exposed populations, the toxic mechanisms induced by Ni-rich dusts and by NiO NPs on the cardiovascular system. For this purpose, we studied, on HPAEC, the effects induced by NiO NPs on calcium signaling , the pro-inflammatory response and the role of oxidative stress in the observed modifications, as well as the impacts of these NPs in a pathological conditions by using an in vitro model mimicking the vascular dynamics observed during PH with the STREX® stretching system. Our results show that exposure to NiO NPs induces oxidative stress, a pro-inflammatory response as well as alterations in calcium homeostasis and that these effects are amplified when the cells are under pathological conditions. This work therefore suggests that exposure to NiO NPs could aggravate some pathophysiological events in patients suffering from pre-existing cardiovascular diseases such as PH, and that these patients would be more sensitive to these particulate pollutants.