Vers des biocides biosourcés et à façon

Les biocides les plus utilisés à ce jour sont des molécules organiques dont la problématique majeure est celle de leur très faible biodégradabilité. Des chercheurs de l'Irig ont développé des biocides à façon, c'est-à-dire fonction de leur utilisation, capables de libérer la dose nécessaire en ions métalliques tout en évitant le relargage intempestif des ions toxiques dans l'environnement.

Les biocides sont des composés largement utilisés dans l'industrie pour accroître la conservation de produits aussi divers que des médicaments, des cosmétiques ou encore des peintures. Les biocides les plus utilisés à ce jour sont des molécules organiques qui ne s'avèrent hélas pas exemptes de problèmes. Ainsi, les parabènes sont considérés comme des perturbateurs endocriniens et les isothiazolinones sont allergisantes. Une solution à ces problèmes est de se tourner vers des biocides minéraux basés sur des ions métalliques comme le cuivre et l'argent dont les effets sont connus et utilisés depuis longtemps, comme par exemple le cuivre en agriculture. Mais la problématique majeure de ces biocides est celle de leur très faible biodégradabilité. Dès lors, la question se pose de savoir comment disposer de biocides à façon, capables de libérer la dose nécessaire en ions métalliques tout en évitant le relargage intempestif des ions toxiques dans l'environnement ?

La solution alors envisagée consiste à utiliser des nanoparticules métalliques fixées sur un support permettant à la fois un usage facile et sûr, tout en permettant une disponibilité progressive de ces ions. Il convient en effet d'éviter le relargage de ces nanoparticules qui ont tendance à s'agréger et dont les effets toxiques et écotoxiques sont encore mal connus. C'est dans ce contexte, que des chercheurs de l'Irig, en collaboration avec des chercheuses de l'INRAE de Nantes, ont développé des biocides hybrides composés de nanoparticules d'argent fixées sur un support biodégradable constitué de nanocristaux de cellulose.

Dans une première étape, les mécanismes de synthèse et d'ancrage des nanoparticules d'argent sur la cellulose ont été étudiés ^[1]. Différents biocides hybrides ont ensuite été préparés, variant par leur proportion d'argent fixé, ainsi que par la taille et la forme des nanoparticules greffées sur les nanocristaux de cellulose. Ces constructions ont été testées pour leurs performances biocides ainsi que pour leurs éventuels effets toxiques sur des cellules de mammifères ^[2]. Les chercheurs ont montré que les configurations les plus efficaces étaient obtenues pour des nanoparticules de petite taille (environ 10 nm). Les concentrations minimales efficaces pour obtenir des effets biocides soutenus ont été déterminées et se sont avérées inférieures à celles décrites dans la littérature. Enfin, ces biocides hybrides ont été testés dans une application impliquant des peintures, en collaboration avec ALLIOS, un industriel français, et des chercheurs du Liten au CEA-Grenoble. Comparés à des biocides organiques, qui ne sont efficaces que dans la peinture liquide, ces nouveaux biocides se sont révélés efficaces pour conférer au film de peinture sec un effet biocide soutenu ^[3].

Ces travaux ouvrent la voie à la réalisation de biocides à façon, c'est-à-dire fonction de leur utilisation. Outre l'ajustement de paramètres comme la quantité d'argent fixée, la taille et la forme des nanoparticules, il sera possible de modifier le support de cellulose afin de moduler très finement le relargage de l'ion métallique biocide. Ces biocides à façon coupleront ainsi efficacité optimale et économie des atomes métalliques pour des effets toxiques et écotoxiques minimisés.

Ce projet est soutenu par le LabEx SERENADE, acronyme de Laboratory of Excellence for Safe(r) Ecodesign Research and Education applied to NAnomaterial DEvelopment.

Références:

^[1] Musino D, Rivard C, Landrot G, Novales B, Rabilloud T and Capron I. Hydroxyl groups on cellulose nanocrystal surfaces form nucleation points for silver nanoparticles of varying shapes and sizes. Journal of Colloid and Interface Science, 2021.

^[2] Musino D, Devcic J, Lelong C, Luche S, Rivard C, Dalzon B, Landrot G, Rabilloud T and Capron I. Impact of physico-chemical properties of cellulose nanocrystal/silver nanoparticle hybrid suspensions on their biocidal and toxicological effects. Nanomaterials (Basel), 2021.

^[3] Musino D, Rosset A, Lelong C, Luche S, Bergé V, Brochard G, Plumail M, Trouiller B, Auger A, Guiot A, Patouillard J, Desrousseaux S, Artous S, Rabilloud T, Truffier-Boutry D and Capron I. CNC/AgNP hybrids as safer-by-design biocides in paints. Environmental Science: Nano, 2021.