Les peintures à dispersion sont principalement utilisées dans les ménages pour peindre les murs et les plafonds. Une équipe de recherche interdisciplinaire de l’Université de Bayreuth a maintenant analysé la composition chimique de deux peintures à dispersion typiques et a découvert un grand nombre de particules solides en leur sein qui ne mesurent que quelques micro ou nanomètres. Des études sur des systèmes de tests biologiques ont montré que ces particules peuvent nuire aux organismes vivants.
Grâce à une nouvelle membrane développée à l’Université de Bayreuth, ces particules peuvent être filtrées hors de l’eau avant qu’elles ne pénètrent dans l’environnement.
Ingrédients des peintures à dispersion
Les scientifiques ont sélectionné deux peintures à dispersion disponibles dans le commerce et fréquemment utilisées dans les ménages. Ceux-ci diffèrent principalement par leurs propriétés d’égouttement, car l’un a été développé pour la peinture murale et l’autre pour la peinture au plafond. Les deux peintures ont des teneurs en matières solides de 49 et 21 % en poids, respectivement, tandis que leur teneur en matière organique respective est de 57 et 7 % en poids. Les composants solides caractéristiques de l’ordre du micro ou du nanomètre sont des particules de dioxyde de silicium, de dioxyde de titane et de carbonate de calcium, ainsi que des particules de divers types de plastique, en particulier de polyacrylate.
« Beaucoup de ces minuscules particules pénètrent dans l’environnement, par exemple, par l’abrasion des couches de peinture ou les intempéries. Notre étude montre maintenant que lorsque les pinceaux, rouleaux, grattoirs et seaux utilisés pour peindre les murs et les plafonds sont nettoyés en lessivant les résidus de peinture, le les particules des peintures en dispersion peuvent se retrouver dans les eaux usées et donc aussi dans l’environnement.L’impact sur l’environnement doit être étudié en profondeur, ce qui est d’autant plus urgent compte tenu de la diffusion mondiale des peintures en dispersion et de leurs diverses compositions de matériaux.C’est pourquoi nous ne nous sommes pas limités à l’analyse chimique des composants de la peinture, mais nous avons également étudié leurs effets sur les organismes vivants et les cellules », déclare le professeur Andreas Greiner, porte-parole adjoint du Collaborative Research Center Microplastics.
Effets sur les organismes vivants
Pour leurs enquêtes, les scientifiques de Bayreuth ont sélectionné deux systèmes de test qui ont fait leurs preuves dans la recherche : des puces d’eau de l’espèce Daphnia magna et une lignée de cellules de souris. Les puces d’eau ont été testées conformément aux directives de l’OCDE pour les tests de produits chimiques. Dans ce test, la mobilité des organismes est prise en compte. Il a été constaté que la mobilité des puces d’eau était considérablement réduite lorsque l’eau contenait une forte proportion de particules nanoplastiques et microplastiques inorganiques dissoutes et non dissoutes. Dans les cellules de souris, une diminution de l’activité cellulaire a été observée, généralement causée par des particules de l’ordre du nanomètre. Le métabolisme dans les cellules de souris a été significativement perturbé par des nanoparticules de dioxyde de titane et de plastiques en particulier.
« Nos recherches montrent que les ingrédients des peintures en dispersion peuvent provoquer des réactions à des degrés divers dans les organismes et les cellules. Par conséquent, la possibilité que les ingrédients puissent être nocifs pour l’environnement ne peut être exclue. Des recherches supplémentaires dans ce domaine sont nécessaires de toute urgence, d’autant plus que nous savons encore trop peu si les interactions entre les nanoparticules de plastique et les nanoparticules inorganiques peuvent déclencher des dommages supplémentaires », explique le professeur Christian Laforsch, porte-parole du Centre de recherche collaborative sur les microplastiques.
« De même, la question de savoir comment les ingrédients des peintures à dispersion interagissent avec d’autres substances dans différents compartiments environnementaux, par exemple dans l’air, dans le sol ou dans les rivières, reste une question largement non résolue. Cependant, il est déjà clair que les peintures à dispersion ne doivent pas être négligemment jetés dans l’environnement », explique le professeur Dr. Ruth Freitag, qui est titulaire de la chaire de biotechnologie des procédés à l’université de Bayreuth.
L’étude sur les ingrédients des peintures à dispersion et leurs effets possibles sur les organismes vivants a été publiée dans la revue Écotoxicologie et sécurité environnementale. Il s’appuie sur un réseau interdisciplinaire étroit au sein du Collaborative Research Center 1357, Microplastics, de l’Université de Bayreuth.
Une nouvelle membrane avec des effets de filtrage élevés
Parallèlement aux études sur les peintures en dispersion et leurs effets possibles, des chercheurs sous la direction du Prof. Dr. Andreas Greiner se sont concentrés sur un autre projet : ils ont développé un nouveau procédé pour éliminer les particules potentiellement nocives des peintures murales en dispersion des eaux usées par filtration. Il s’agit de l’utilisation d’une membrane constituée de fibres fonctionnalisées produites par le procédé d’électrofilage. La membrane retient les particules micro et nanométriques de différentes manières. Les pores de la membrane sont si fins que les microparticules ne peuvent pas passer à travers, tandis que les interactions entre les fibres membranaires et les nanoparticules les font adhérer à la surface de la membrane même si elles s’inséreraient dans les pores. Dans les deux cas, l’effet filtrant n’est pas associé à un colmatage rapide et important des pores. Ainsi, l’eau, par exemple, peut facilement traverser la membrane et s’écouler.
Dans la revue Matériaux et ingénierie macromoléculaires, les scientifiques de Bayreuth décrivent l’application réussie de la membrane. Ils ont également testé les deux peintures à dispersion qui s’étaient avérées potentiellement nocives pour les organismes vivants dans l’étude. Il s’est avéré que la membrane est capable de retenir les composants de couleur typiques, en particulier les nanoparticules de dioxyde de titane et de polyacrylate, et les microparticules de carbonate de calcium.
« Dans la vie de tous les jours, tous ces composants de couleur sont rejetés ensemble dans les eaux usées. Ici, ils se mélangent et, dans certains cas, changent même leurs structures et leurs propriétés en raison de leurs interactions. C’est pourquoi nous avons spécifiquement testé les performances de filtration de notre membrane électrofilée sur de tels mélanges. Les effets de filtrage élevés que nous avons obtenus montrent que ce processus a un grand potentiel lorsqu’il s’agit de purifier l’eau des particules de l’ordre du micro et du nanomètre, telles que celles contenues dans les peintures couramment utilisées dans le monde », déclare Greiner.
Ann-Kathrin Müller et al, Démêler les effets biologiques des nanoplastiques primaires des composés supplémentaires des peintures en dispersion, Écotoxicologie et sécurité environnementale (2022). DOI : 10.1016/j.ecoenv.2022.113877
Ann-Kathrin Müller et al, Filtration de l’eau contaminée par la peinture par des membranes électrofilées, Matériaux et ingénierie macromoléculaires (2022). DOI : 10.1002/mame.202200238