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"Les nanoparticules s’accumulent dans les sols et dans les végétaux et elles nuisent aux cultures du soja " par le Dr Mae-Wan Ho

Traduction et compléments de Jacques Hallard
samedi 22 décembre 2012 par Ho Dr Mae-Wan

ISIS Agriculture Nanoparticules
Les nanoparticules s’accumulent dans les sols et dans les végétaux et elles nuisent aux cultures du soja
Nanoparticles Bioaccumulate and Harm Soybean Crops
Les résultats d’une nouvelle recherche suggèrent que les nanoparticules sont une menace pour la production agricole ainsi que pour la santé. Dr Mae-Wan Ho

Rapport de l’ISIS en date du 03/09/2012
Une version entièrement référencée de cet article intitulé Nanoparticles Bioaccumulate and Harm Soybean Crops est disponible pour les membres de l’ISIS sur le site http://www.i-sis.org.uk/Nanoparticl.... Ce document est par ailleurs disponible en téléchargement ici
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  Des nanoparticules communes menacent les cultures agricoles et la santé des êtres vivants

Les dangers sanitaires potentiels des nanoparticules sont connus depuis près d’une décennie ([1] Nanotoxicity : A New Discipline, SiS 28). Mais la réglementation sur la fabrication et la dissémination des nanoparticules dans l’environnement est encore très en retard par rapport aux développements industriels [2] (Nanotoxicity in Regulatory Vacuum, SiS 46) *.
* Version en français "Nanotoxicité : un vide dans la réglementation" par le Dr. Mae-Wan Ho. Traduction et compléments de Jacques Hallard, accessible sur le site http://isias.transition89.lautre.ne...
Une grande variété de nanoparticules est en train d’inonder les marchés et l’accumulation concomitante des nanoparticules déversées dans le milieu naturel pourrait bien avoir des effets profonds et graves sur l’écologie, mais aussi pour l’agriculture.
Une étude publiée en ligne dans PNAS Early Edition rapporte que les plantes de soja sont sensibles à certaines des nanoparticules les plus couramment fabriquées [4].
L’équipe de recherche dirigée par Patricia Holden à l’Université du Texas à El Pasos, aux Etats-Unis, a fait pousser des plantes de soja dans un sol enrichi avec des nanoparticules qui sont actuellement fabriquées à des volumes importants pour de nombreuses applications industrielles : l’oxyde de cérium (CeO2) en tant que catalyseur et additif et l’oxyde de zinc (ZnO), largement utilisés dans les crèmes solaires. Ces chercheurs ont constaté que les nano-CeO2 provoquent une diminution de la croissance des plantes et des rendements, d’une part, et qu’elles arrêtent la fixation de l’azote dans les nodosités des racines des légumineuses, d’autre part, à des concentrations élevées. Pour les nano-ZnO, le métal a été repris et distribué dans les tissus de la plante, ce qui pourrait donner une surdose de zinc Zn pour les personnes et les animaux qui mangent le soja.
Ce sont de mauvaises nouvelles. Les nanoparticules se sont montrées toxiques pour les cellules. Les nano-CeO2 induisent l’apoptose (mort cellulaire programmée) et l’autophagie (auto-destruction !) dans les cellules sanguines humaines du système périphérique à des doses relativement faibles [5], tandis que les cellules de peau humaines, exposées à ZnO, souffrent d’un stress oxydatif et d’altérations de l’ADN au bout de 6 heures d’exposition [6 ]. Le stress oxydatif était évident, même à de faibles concentrations de l’ordre de 0,008 à 0,8 mg L-1. Le stress oxydatif est maintenant admis comme étant impliqué dans le développement des cancers (voir [7] ] Cancer an Epigenetic Disease et d’autres articles de la série, SiS 54) *.
* Version en français "Le cancer est une maladie épigénétique" par le Dr Mae-Wan Ho. Traduction et compléments de Jacques Hallard ; accessible sur le site http://isias.transition89.lautre.ne...

  Comment les nanoparticules pénètrent dans le sol

Les scientifiques s’inquiètent depuis un certain temps de l’expansion rapide des nanoparticules manufacturées, car elles peuvent s’accumuler dans les sols et menacer notre approvisionnement alimentaire. Les nanoparticules peuvent pénétrer dans les sols à travers l’atmosphère et les nano-CeO2, uilisées comme additif dans les carburants, sont libérées par l’échappement de la combustion du carburant dans les moteurs diesel [8].
Les nanoparticules peuvent aussi pénétrer dans le sol dans les « biosolides » provenant des stations d’épuration classiques. Il s’agit d’une voie importante : aux États-Unis, la moitié des biosolides sont épandus sur les terres cultivées [9]. L’Agence américaine de protection de l’environnement demande un prétraitement des déchets industriels afin de limiter ce métal dans les rejets qui sont livrés aux usines de traitement des eaux usées appartenant à des organismes publics. [10].
Mais les nanoparticules manufacturées ne sont ni surveillées ni réglementées, et elles sont connues pour avoir une forte affinité pour les bactéries des boues activées [11].

  Le soja est une plante alimentaire très importante qui est très exposée aux nanoparticules

Les chercheurs ont décidé d’étudier le soja parce que c’est la plante cultivée qui se place au cinquième rang au niveau mondial, et au deuxième rang aux États-Unis [12]. Le soja est également fortement exposé à des nanoparticules. Il est cultivé de manière intensive avec des matériels agricoles motorisés qui font appel aux carburants fossiles, provoquant ainsi des retombées d’un grand nombre de nanoparticules à partir des gaz d’échappement. Les cultures de soja sont fertilisées avec des biosolides provenant des stations d’épuration, d’une façon routinière et habituelle. Des études antérieures ont déjà montré que les plantes de soja accumulent des produits pharmaceutiques [13] et des métaux [14] à partir des biosolides apportés aux sols cultivés sous forme d’amendements.
Expérimentalement, les plantes de soja ont été cultivées au niveau de la production de semences dans un sol amendé avec des nano-CeO2 à la dose de 0, 0,1, 0,5 et 1 g.kg-1, ou des nano-ZnO à 0, 0,05, 0,1, et 0,5 g.kg-1 [ 4], ces concentrations avaient été précédemment jugées capables d’affecter les plantes cultivées en milieu hydroponique, ainsi que des microorganismes, mais les effets sur les plantes cultivées dans un sol étaient inconnus.

  Les effets sur la croissance des plantes et sur leur développement

Les plantes cultivées dans des sols amendés avec ZnO semblaient normales, bien que le nombre de feuilles ait été significativement plus faible dans le traitement à haute concentration en ZnO, que chez les plantes non traitées, servant de témoins. Le nombre de gousses varie aussi avec la concentration : les gousses sont, de façon significative, plus nombreuses à des concentrations plus élevées ou faibles. Il y avait des différences significatives dans la teneur en eau : les tiges et les gousses étaient plus sèches dans les traitements avec une concentration élevée en nano-ZnO ; et les feuilles et les gousses de tous les traitements avec nano-ZnO étaient plus sèches que les témoins. Le poids sec de la biomasse aérienne ne différait pas significativement des témoins.
D’autre part, les plantes cultivées avec un apport de CeO2 dans le sol, présentaient une diminution du nombre de feuilles à toutes les concentrations, par rapport aux témoins, avec le plus d’impact aux faibles concentrations en CeO2. En outre, les plantes récoltées à partir de la plus faible concentration en CeO2 sont significativement plus courtes que chez les témoins. Toutes les plantes traitées avec nano-CeO2 ont élaboré moins de biomasse par rapport aux témoins et la différence était significative pour le traitement à haute concentration.
Les parties souterraines des racines ayant subi des traitements avec les doses médianes et élevées en ZnO et en CeO2 sont significativement plus sèches que chez les témoins. La biomasse des racines séchées était augmentée avec le traitement à haute concentration en nano-ZnO, par rapport aux témoins.
Le nombre de nodules racinaires était similaire pour tous les traitements et non significativement différent des témoins. Mais les nodules étaient plus secs avec les traitements à concentrations moyennes et hautes en nano-ZnO, alors que la biomasse des nodules secs était significativement plus élevée dans les plantes ayant subi le traitement avec la concentration élevée en nano-ZnO, par rapport aux témoins.
Le potentiel de fixation de l’azote par nodule était similaire pour tous les traitements avec le ZnO et chez les témoins, et pas significativement différent de celui des plantes soumises au traitement à faible concentration en nano-CeO2.
Toutefois, ce potentiel de fixation de l’azote a diminué de plus de 80% par rapport aux témoins dans les plantes soumises aux traitements avec les concentrations moyennes et élevées en nano-CeO2 L’effet est similaire à celui qui a été rapporté précédemment, avec un traitement à dose élevée en cadmium (un métal toxique).
En résumé, à la fois la biomasse aérienne et souterraine était plus abondante, mais plus sèche, dans des plantes cultivées avec des nano-ZnO, et la différence était significative pour la concentration élevée en nano-ZnO.
Toutefois, pour les traitements avec nano-CeO2, la croissance des plantes a été retardée à toutes les concentrations, aussi bien pour les parties aériennes que pour les parties souterraines. Alors que de faibles quantités de nano-CeO2 ne modifient pas significativement la fixation de l’azote dans les nodules, cette dernière a été fortement inhibée à des concentrations moyenne et élevée en nano-CeO2.

  L’accumulation du césium Ce et du zinc Zn

Les tissus végétaux séchés ont été analysés pour leur teneurs en césium Ce et en zinc Zn. Les résultats ont montré que les deux métaux ont pénétré et se sont accumulés dans les tissus des plantes. Ces éléments ont été mobilisés à partir du sol et ils se sont accumulés dans les racines. Les nano-particules de CeO2 étaient également présentes dans les nodules. Les concentrations en Ce dans les différents tissus végétaux sont présentées dans le tableau 1 ci-dessous.
Comme on le voit, les concentrations en Ce dans les racines et les nodules des plantes ayant subi des traitements aux doses moyenne et élevée en nano-CeO2 ont montré des augmentations des teneurs par rapport aux témoins : jusqu’à 711 fois dans les racines et 165 fois dans les nodules. Mais le métal Ce ne se diffuse pas sensiblement dans les parties supérieures des plantes au-dessus du sol.
Tableau 1 Concentration de Ce dans les tissus végétaux à la récolte

* Les unités réelles sont exprimées en mg de césium Ce.kg-1
L’accumulation de Zn est très différente (tableau 2 ci-après). Elle se produit au-dessus du sol et dans le sol. Pour le traitement avec la concentration élevée en nano-ZnO, l’élément zinc Zn s’accumule dans les racines et dans les nodules à des teneurs qui sont supérieures de près de 4 fois et 2 fois respectivement, par rapport aux plantes témoins. et les teneurs ont été multipliées par 6 dans les tiges, par 4 dans les feuilles et par 2 à 3 dans les gousses. Ces accumulations élevées en Zn pourraient avoir des répercussions à long terme sur la faune, ainsi que sur la santé humaine.
Tableau 2 - Concentration de Zn dans les tissus végétaux à la récolte

  En conclusion

Les résultats de l’étude rapportée ici montrent que les deux nanoparticules zinc Zn et césium Ce, manufacturées actuellement et produites en grandes quantités, sont susceptibles d’avoir un impact négatif significatif sur la production du soja qui est un aliment essentiel, aussi bien pour la nourriture des animaux que pour les êtres humains.
Dans le cas des nanoparticules de zinc ou nano-ZnO, c’est la qualité des aliments qui est affectée en raison de la bioaccumulation de cet élément dans les plantes, et dans le cas des naoparticules de césium, ou CeO2, c’est la fertilité des sols qui est compromise.
Les auteurs soulignent l’importance de la gestion des flux de déchets afin de contrôler l’exposition des sols agricoles vis-à-vis des nanoparticules manufacturées.

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 Définitions et compléments

Les nanoparticules s’accumulent dans les sols et dans les végétaux et elles nuisent aux cultures du soja

 Traduction, définitions et compléments :

Jacques Hallard, Ing. CNAM, consultant indépendant.
Relecture et corrections : Christiane Hallard-Lauffenburger, professeur des écoles
Adresse : 585 19 Chemin du Malpas 13940 Mollégès France
Courriel : jacques.hallard921@orange.fr
Fichier : ISIS Agriculture Nanoparticules Nanoparticles Bioaccumulate and Harm Soybean Crops French version.3 allégé.


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