Des chercheurs du Centre pour l’énergie nucléaire dans l’agriculture (CENA-USP) de l’Université de São Paulo au Brésil, en collaboration avec des collègues au Canada, en France, en Italie et en Espagne, ont examiné 1 154 articles scientifiques originaux publiés entre 2009 et 2022 sur les effets des nanomatériaux dans 1 374 plantes appartenant à 253 espèces. L’examen des métadonnées a rassemblé et organisé des informations quantitatives sur les paramètres expérimentaux utilisés dans la littérature scientifique de la dernière décennie.
Avec les métadonnées (données générées à partir des données publiées dans la littérature), les auteurs ont systématisé les connaissances produites collectivement à ce jour sur les nanomatériaux les plus utilisés, le type d’environnement auquel les plantes sont exposées, les organes végétaux les plus exposés aux traitements, et les durée des études. De plus, ils ont calculé les pourcentages de traitements à base de nanomatériaux qui avaient des effets positifs, des effets négatifs et les deux, ainsi que ceux qui n’avaient aucun effet sur les plantes.
Les résultats sont rapportés dans un article publié dans Sciences de l’environnement : Nano.
« Si nous voulons tirer parti des propriétés des nanomatériaux pour augmenter les rendements des cultures ou découvrir comment ils pourraient menacer l’environnement, nous devons planifier nos recherches et les exécuter efficacement. Les résultats obtenus dans une expérience donnée dépendent de la manière dont elle est menée », dit Hudson Wallace Pereira de Carvalho, dernier auteur de l’article. Carvalho est titulaire d’un doctorat. en chimie de l’Université de São Paulo (USP) et de l’Université de Paris XI (aujourd’hui Paris-Saclay).
Les auteurs ont conclu, par exemple, que 71 % des études n’utilisaient pas de témoins positifs, alors que toute évaluation des effets d’une nanoparticule devrait inclure des particules micrométriques ou des composés solubles de composition chimique analogue. « Cette stratégie pourrait distinguer correctement les effets des propriétés nanométriques de ceux des ions ou des microparticules », a déclaré Carvalho.
Un autre point examiné était la quantité de nanomatériaux à laquelle les plantes étaient exposées. « Nous avons constaté que pour un élément chimique donné, les niveaux étaient généralement plus élevés que ceux auxquels les plantes sont naturellement exposées dans l’environnement, ou celles auxquelles elles sont exposées dans la production agricole », a-t-il déclaré. Cela a conduit à une question : les effets, notamment négatifs, sont-ils dus à des niveaux élevés de nanomatériaux ou aux propriétés du monde nanométrique ?
Les auteurs ont également constaté que les études étaient plus courtes que les cycles de vie des cultures concernées. La durée médiane des expériences était de 49 jours pour les plantes cultivées dans le sol, contre 90 à 120 jours pour les cycles culturaux annuels. Une minorité d’études ont évalué les effets du traitement à base de nanomatériaux sur les rendements et la qualité de la production.
De plus, peu d’expériences (6%) ont été menées dans des conditions de terrain, qui nécessitent des efforts considérables. Dans un essai au champ, des variables telles que la météo, les agents pathogènes et le sol diffèrent d’un endroit à l’autre, donc plus d’un site et même plus d’un cycle de culture doivent être couverts.
D’autre part, il convient de veiller à concevoir des expériences de terrain avant l’application des nanoparticules sur les cultures, afin d’éviter de répandre des substances potentiellement toxiques dans l’environnement.
Impact sur les micro-organismes
Les auteurs ont également constaté que seulement 19 % des études portant sur l’application de nanoparticules au sol mesuraient leur impact sur les micro-organismes. « Les micro-organismes sont essentiels au maintien de la fertilité du sol », a noté Carvalho. « Il est difficile de conclure sur les raisons pour lesquelles les expériences ont été menées de cette manière. Néanmoins, notre méta-analyse suggère des opportunités et des directions qui pourraient valoir la peine d’être suivies. Bien sûr, il s’agit d’un domaine de connaissances multidisciplinaires relativement récent, et un beaucoup reste à étudier. »
Par exemple, certaines propriétés sont connues pour être plus prononcées dans les particules inférieures à 29 nanomètres. L’étude a montré qu’environ la moitié des traitements utilisaient des tailles de particules supérieures à ce seuil. « Cela peut signifier que nous essayons toujours de comprendre comment la taille des particules affecte les plantes », a déclaré Carvalho.
Au total, les résultats soulignent « la relation complexe entre notre capacité à déduire des conclusions et la conception expérimentale utilisée », concluent les auteurs, ajoutant que « cette vue d’ensemble complète et à jour des effets des nanomatériaux sur les systèmes végétaux soulève la question la question de savoir si les nanomatériaux conduiront à des gains de rendement supplémentaires en remplaçant les intrants actuels par des intrants basés sur la nanotechnologie, tels que la libération contrôlée d’engrais et de pesticides, ou perturberont l’agriculture en s’attaquant à des problèmes jusqu’ici non résolus, tels que le stress des plantes et les mécanismes de défense , ou la modulation du métabolisme et des photosystèmes. »
Plus d’information:
Alba García-Rodríguez et al, Les effets mécanistes de la digestion humaine sur les nanoparticules d’oxyde de magnésium : implications pour les probiotiques Lacticaseibacillus rhamnosus GG et Bifidobacterium bifidum VPI 1124, Sciences de l’environnement : Nano (2022). DOI : 10.1039/D2EN00150K