Harmful Effects of Nanoparticles on Animals

Since several years nanoparticles (NPs) are produced by industries and used in several fields of activities. They are finally found in aquatic and terrestrial environments, where they are ingested by living organisms in which they accumulate, before being eliminated. In organisms, NPs represent foreign elements with their own physicochemical properties due to their small size. So NPs may interfere with the normal physiological mechanisms of the embryos, growing animals, and adults, and it is indispensable to understand their potentially direct or indirect harmful effects on living organisms. It has been already shown that NPs could be toxic to bacteria, algae, invertebrates, and vertebrates. In this review, several examples of recent studies are given. We will examine successively the effects of NPs on terrestrial and semiaquatic and aquatic vertebrate and invertebrate animals

CINETIQUES ET MECANISMES DE RELARGAGE DES METAUX LOURDS PRESENTS EN TRACES DANS LES MATRICES CIMENTAIRES.

J.C. TOURAY Professeur, Ecole Supérieure de l'Energie et des Matériaux, Orléans Directeur de thèseG. DURAND Professeur, Ecole Centrale de Paris RapporteurJ.P. OLLIVIER Professeur, Institut National des Sciences Appliquées, Toulouse RapporteurC. DEFOSSE Directeur environnement, Ciments Calcia Italcementi Group ExaminateurI. SERCLERAT Responsable Section Analyses Environnementales, CTG Italcementi group ExaminateurJ. CHOISNET Professeur, Ecole Nationale Supérieure d'Ingénieur, Caen ExaminateurC. PROUST Maître de Conférence, Ecole Supérieure de l'Energie et des Matériaux, Orléans ExaminateurChemical species contained in a solid matrix may be transferred to the environment through water leaching. Previous studies of trace metals released from building materials (particularly cement-based ones) highlight an important analytical difficulty. The aim of this study is to determine the kinetics and the mechanisms involved in the release of trace heavy metals (Cr, Cu, Ni, Pb, V and Zn) from industrial cement pastes (usually ranging from 20 to 300 ppm).The development of a dynamic leaching system, named CTG-LEACHCRETE, (used at pH=5, 20°C) which permits the evaluation of the kinetics of trace heavy metals is presented in the first part. Also, innovative solid analysis techniques (ICP-MS-Laser Ablation, local and Grazing Incidence X-rays Diffraction (GIXD) technique) were used to characterise the cement-degraded layers formed during leaching experiments. These techniques enable to monitor the mineralogical evolution and the distribution of trace metals in these areas. The confrontation of these two approaches, kinetic and solid analysis, coupled with a thorough investigation of previously developed models, lead to proposals concerning the mechanisms of release of the trace heavy metals studied.In all the cement pastes studied (CPA-CEM I, CPJ-CEM II/A and CLC-CEM V/A), chromium is trapped in ettringite by substitution SO42-ÛCrO42- and its release is then controlled by the dissolution of this hydrate. The behaviour of copper, nickel and zinc in degraded areas and in leachates, are correlated to the silicon of the hydrated calcium silicate (CSH), which imply that they are localised there. Lead, was never detected in the leachates. But it is also correlated to the silicon in the degraded layers.Les espèces chimiques contenues dans les matrices solides sont susceptibles d'être transférées vers le milieu ambiant, notamment lors de leur contact avec l'eau. Les études précédentes du relargage des métaux lourds traces contenus par les matériaux de construction (en particulier ceux à base de ciment) lors d'essais de lixiviation, montrent une difficulté analytique importante. L'objectif de cette étude est de déterminer les cinétiques et les mécanismes de relargage de métaux traces (Cr, Cu, Ni, Pb, V et Zn) des pâtes de ciments industriels (présents à des teneurs de l'ordre de 20 à 300 ppm).Le développement du test de lixiviation dynamique CTG-LEACHCRETE (utilisé à pH=5, 20°C) permettant d'accéder aux cinétiques de relargage des métaux lourds traces est présenté dans une première partie. Ensuite, des techniques d'analyse du solide (ICP-MS-LA, DRX locale et en incidence rasante (GIXD)), novatrices quant à leur application aux matrices cimentaires, ont été employées pour caractériser les zones dégradées générées lors de la lixiviation. Ces techniques permettent de suivre les transformations minéralogiques et la répartition des métaux lourds traces dans ces zones. La confrontation de ces deux approches, cinétique et analyse du solide, couplée à l'exploitation approfondie des modélisations existantes a alors permis de proposer les mécanismes de relargage des métaux lourds traces étudiés.Dans toutes les pâtes de ciments de l'étude (CPA-CEM I, CPJ-CEM II/A et CLC-CEM V/A), on a démontré que le chrome est piégé dans l'ettringite par substitution SO42-ÛCrO42- et que son relargage est régi par la dissolution de cet hydrate. Le comportement du cuivre, du nickel et du zinc dans les phases solides et dans les lixiviats, est corrélé à celui de la silice des CSH, ce qui suppose que ces métaux s'y trouvent localisés. Enfin, le plomb n'est jamais détecté en phase liquide. Son comportement est également corrélé à la silice dans les zones dégradées

Cinétiques et mécanismes de relargage des métaux lourds présents en traces dans les matrices cimentaires

Les espèces chimiques contenues dans les matrices solides sont susceptibles d'être transférées vers le milieu ambiant, notamment lors de leur contact avec l'eau. Les études précédentes du relargage des métaux lourds traces contenus par les matériaux de construction (en particulier ceux à base de ciment) lors d'essais de lixiviation, montrent une difficulté analytique importante. L'objectif de cette étude est de déterminer les cinétiques et les mécanismes de relargage des métaux traces (Cr, Cu, Ni, Pb, V et Zn) des pâtes de ciments industriels (présents à des teneurs de l'ordre de 20 à 300 ppm). Le développement du test de lixiviation dynamique CTG-LEACHCRETE (utilisé à pH=5, 20C) permettant d'accéder aux cinétiques de relargage des métaux lourds traces est présenté dans une première partie. Ensuite, des techniques d'analyse du solide (ICP-MS-LA, DRX locale et en incidence rasante (GIXD)),novatrices quant à leur application aux matrices cimentaires, ont été employées pour caractériser les zones dégradées générées lors de la lixiviation. Ces techniques permettent de suivre les transformations minéralogiques et la répartition des métaux lourds traces dans ces zones. La confrontation de ces deux approches, cinétique et analyse du solide, couplée à l'exploitation approfondie des modélisations existantes a alors permis de proposer les mécanismes de relargage des métaux lourds traces étudiés. Dans toutes les pâtes de ciments de l'étude (CPA-CEM I, CPJ-CEM II/A et CLC-CEM V/A), on a démontré que le chrome est piégé dans l'ettringite par substitution SO4 2-/CrO4 2- et que son relargage est régi par la dissolution de cet hydrate. Le comportement du cuivre, du nickel et du zinc dans les phases solides et dans les lixiviats, est corrélé à celui de la silice des CSH, ce qui suppose que ces métaux s'y trouvent localisés. Enfin, le plomb n'est jamais détecté en phase liquide. Son comportement est également corrélé à la silice dans les zones dégradées.ORLEANS-BU Sciences (452342104) / SudocORLEANS-ISTO (452342307) / SudocSudocFranceF

A dynamic leaching method for the assessment of tracemetals release from hydraulic binders using continuous concentration ofleachates.

With respect to sustainable development, the leachability of trace metal from solid materials in contact with water has focused much attention over the years. Portland cements produced in industrial kilns generally contain from 10 to 300 mg/kg of trace metals. The behaviour of these endogenous metals has been, in this regard, the target of different leaching studies. Many of these researches concluded that heavy metals release are lower than analytical detection limits. Although satisfying from an environmental point of view, it induces a lack in the knowledge about the trace metals behavior during the leaching of cement based material. Accordingly, we designed the CTG-LEACHCRETE device, a dynamic leaching system (modified Soxhlet type) that overcomes this difficulty and allows long term monitoring. The experimental procedure is presented and preliminary results are discussed

Ecotoxicological effects of an aged TiO2 nanocomposite measured as apoptosis in the anecic earthworm Lumbricus terrestris after exposure through water, food and soil

International audienceTitanium dioxide nanoparticles seem to have a low toxicity to terrestrial organisms, though few studies are published in this area. TiO2 used in sunscreens are nanocomposites where TiO2 has been coated with magnesium, silica or alumina, as well as amphiphilic organics like polydimethyl siloxane (PDMS), and these coatings are modified by ageing. We assessed the ccotoxicity and propensity for bioaccumulation of an aged TiO2 nanocomposite used in sunscreen cosmetics, and its potential effect on the frequency of apoptosis in different earthworm tissues. The earthworm Lumbricus terrestris was exposed to the TiO2 nanocomposite for 7 days in water or 2-8 weeks in soil with the nanocomposite mixed either into food or soil at concentrations ranging from 0 to 100 mg kg(-1). Apoptosis was then measured by immunohistochemistry and Ti localized by XRF microscopy. Results showed no mortality, but an enhanced apoptotic frequency which was higher in the cuticule, intestinal epithelium and chloragogenous tissue than in the longitudinal and circular musculature. TiO2 nanoparticles did not seem to cross the intestinal cpithelium/chloragogenous matrix barrier to enter the coclomic liquid, or the cuticule barrier to reach the muscular layers. No bioaccumulation of TiO2 nanocomposites could thus be observed