Effets (sub)individuels et fonctionnels des nanoparticules manufacturées sur des Crustacés Gammaridae

(Sub)individual and functional effects of nanoparticles on freshwater Crustaceans Gammaridae

• Auteur / Autrice : Jennifer Andreï
• Direction : François Guérold, Sandrine Pain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écotoxicologie, biodiversité, écosystèmes
• Date : Soutenance le 18/12/2015
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements Continentaux (Vandoeuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Agnès Richaume-Jolion
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Guérold, Sandrine Pain, Agnès Richaume-Jolion, Catherine Mouneyrac, Eric Pinelli, Laure Giamberini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Mouneyrac

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie d'eau douce

Nanoparticules

Marqueurs biologiques

Gammaridés

Mots clés libres

Nanoparticules

Gammaridae

Biomarqueurs (sub)individuels

Biomarqueurs fonctionnels

Écotoxicologie

Écologie

Nanoparticles

Gammaridae

(Sub)individual biomarkers

Functional biomarkers

Ecotoxicology

Ecology

Résumé

Qu’il s’agisse de crèmes solaires, d’additifs à carburant ou d’emballages alimentaires, ces produits d’utilisation courante contiennent des nanoparticules, et l’ensemble des processus de leur production, utilisation et vieillissement conduit à un relargage direct ou non dans les milieux aquatiques. Le rejet accru de nanoparticules dans les écosystèmes d’eau douce est donc à prendre en considération et soulève la question de leurs effets potentiels sur les organismes y vivant. Le programme collaboratif ANR P2N – MESONNET (2011 – 2015) s’est attaché à décrire le devenir des nanoparticules (transfert et transformation dans les milieux et dans les organismes vivants) ainsi qu’à déterminer leur écotoxicité. Le travail présenté dans ce manuscrit a pris part à cette évaluation en étudiant les effets de nanoparticules d’argent, de titane et de carbone (nanotubes) sur des Crustacés Amphipodes appartenant au genre Gammarus. L’approche expérimentale mise en œuvre a cherché à évaluer, en laboratoire, l’effet sur les gammares de l’exposition aux nanoparticules en focalisant sur des biomarqueurs mesurés au niveau (sub)individuel (cellulaire, physiologique, comportemental) et sur des paramètres ayant trait à leur rôle fonctionnel dans les écosystèmes. La démarche s’est voulue la plus proche possible des conditions naturelles en envisageant des scénarios de contamination environnementalement réalistes : exposition dans un milieu complexe (eau prélevée dans le milieu naturel) à de faibles concentrations en nanoparticules et en présence de nourriture. Dans ce contexte, l’étude des effets des nAg sur trois espèces de gammares a révélé une plus forte sensibilité de G. roeseli, chez lequel l’exposition a engendré une réduction de l’activité locomotrice et de la production de fines particules de matière organique (FPOM). Sur le plan physiologique, une augmentation de la consommation en oxygène a été observée chez des gammares exposés aux nAg, et ce, malgré une stabilité de réponse des marqueurs du métabolisme énergétique étudiés. La consommation en oxygène s’est avérée corrélée aux concentrations en argent mesurées dans les organismes, ainsi qu’à la taille des nanoparticules testées. L’influence de la forme des nanoparticules (nAg : triangulaires plates et sphériques ; nTiO2 : cubiques ou en bâtonnets) et de la présence de matière organique (NTC) a été étudiée en mésocosmes, en ciblant principalement des indicateurs cellulaires (réserve énergétique, réponse antioxydante, dommage...) et individuels (osmorégulation, ventilation et locomotion). Les résultats obtenus suggèrent des effets dépendants de la forme des nanoparticules. L’ensemble de ces travaux souligne l’intérêt d’une double approche, écologique et écotoxicologique, permettant de mieux appréhender les effets des nanoparticules sur les écosystèmes d’eau douce

Products incorporating nanoparticles are now ubiquitous in our everyday life. For example, sunscreens, fuel additives or food packaging materials contain nanoparticles which could be released in the aquatic environment during the entire life cycle of the nanoproduct, from its production to its use and aging. Therefore an increase of nanoparticle emissions in the aquatic ecosystems needs to be considered and raises the question about their potential effects on living organisms. The collaborative program ANR P2N – MESONNET (2011- 2015) was focused on the evaluation of the nanoparticle fate (transfer and transformation in media and living organisms) and on their ecotoxicity. The present work took part in this assessment by studying the effects of nanoparticles of silver, titanium and carbon (nanotube) on the Crustaceans Amphipod Gammarus sp.. The experimental approach was designed to assess, in laboratory conditions, the effect of nanoparticles on the gammarids, focusing on biomarker measurements at the (sub)individual level (cellular, physiological, behavioral) and on some parameters related to their functional roles. Experiments were designed as close as possible to natural conditions using environmentally realistic contamination scenario: exposure in a complex media (natural water from river) to low nanoparticle concentrations and with food. In this context, the effects of nAg were investigated in three gammarids species and results revealed a higher sensibility of G. roeseli, for which exposure induced a decrease of the locomotor activity and of the production of fine particles of organic matter (FPOM). At the physiological level, an increase of the oxygen consumption was observed in gammarids exposed to nAg, despite a stability observed for the studied markers of energetic metabolism. The oxygen consumption was correlated with the silver concentration measured in the organisms, and also with the tested nanoparticle sizes. The influence of the nanoparticle forms (nAg: plate triangular and spherical; nTiO2: cubic and rod-shaped) and of the organic matter (CNT) was studied in mesocosms by focusing mainly on cellular indicators (energetic storage, antioxidant response, damage…) and individual ones (osmoregulation, ventilation and locomotion). The obtained results suggest form-dependent effects of nanoparticles. This work shows the interest of a coupled approach using ecological and ecotoxicological endpoints to better understand the effects of nanoparticles on freshwater ecosystems