Ecotoxicological impact and risk assessment of engineered TiO2 nanomaterials on water, sediments and soil by building a combined RALCA (Risk Assessment – Life Cycle Assessment) model

by Véronique Adam

Doctoral thesis in Géochimie

Under the supervision of Gaetana Quaranta.

Thesis committee President: Jean-Yves Bottero.

Thesis committee members: Philippe Ackerer, Stéphanie Loyaux Lawniczak.

Examiners: Jean-Yves Bottero, Emmanuel Flahaut.


  • Abstract

    In this work, life cycle and risk assessments were combined in order to assess the potential impacts and risks of TiO2 NMs in water, soils and sediments at a site-specific scale. Two approaches were used: (1) An analytical approach allowed the analysis of waters, sediments and soils, the characterization of industrial NMs and the determination of their aggregation behavior in water; (2) A Bayesian modeling approach was used to assess their fate in the river water and sediments, as well as their potential effects and risks in mesocosms. It was thus shown that TiO2 occurs at low concentrations in the river water. Quantifying the TiO2 mass which deposits on the sediment requires characterizing more precisely their fractal dimension. Finally, nano-TiO2 were shown to induce risks to two species in mesocosms: it is consequently necessary to assess the potential effects of the nano-TiO2 produced on the study area in mesocosms, simulating realistic conditions.

  • Alternative Title

    Évaluation des impacts et des risques écotoxicologiques des nanomatériaux manufacturés de Ti02 sur l'eau, les sédiments et les sols par une approche combinée ACV-ER (Analyse du Cycle de Vie - Évaluation du Risque)


  • Abstract

    L’analyse du cycle de vie et l’évaluation du risque ont été combinées afin d’évaluer les impacts et risques potentiels de NMs de TiO2 dans l’eau, les sols et les sédiments à une échelle site-spécifique. Une approche analytique a permis de caractériser les NMs industriels dans les eaux, sols et sédiments et de déterminer leur comportement dans l’eau. Un modèle bayésien a été réalisé pour évaluer leur devenir dans les eaux et sédiments de la rivière, ainsi que leurs effets et risques associés en mésocosmes. Il a ainsi été montré que le TiO2 est présent en faible concentration dans l’eau de rivière. En mésocosmes, des risques ont été quantifiés sur deux espèces : Dreissena polymorpha et Gammarus roeseli. Il est apparu nécessaire de mieux caractériser la dimension fractale des agrégats de NMs pour comprendre leur sédimentation et de quantifier les effets des nano-TiO2 dans le milieu naturel, en dépassant l’approche par mésocosmes.


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