Quand les nanos s’invitent dans le cycle alimentaire

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Les innovations techniques dans le domaine de l’agriculture et de l’alimentaire contribuent aujourd’hui largement à la résolution de problématiques globales telles que l’accroissement de la population mondiale, le changement climatique ou la disponibilité restreinte de nutriments essentiels pour les plantes comme le phosphore ou le potassium.

Les nanotechnologies appliquées à la production agricole pourraient alors jouer un rôle significatif. Depuis plus de 10 ans, la recherche dans ce domaine s’est mondialisée et elle est particulièrement active aux Etats-Unis ; nous avions d’ailleurs déjà abordé le sujet en 2011 [ [i]]. Aujourd’hui, "l’ingénierie et les sciences à l’échelle nanométrique pour l’agriculture et l’alimentation" sont toujours d’actualité et elles feront parties en 2015 des Conférences de recherche Gordon (Gordon Research Conferences), un cycle de conférences internationales prestigieuses [ [ii]].

Les applications des nanotechnologies dans le domaine de l’agriculture et de l’alimentaire sont très nombreuses et un nombre significatif de grandes compagnies américaines travaillent dans ce domaine : Kraft, Mars, DuPont, Unilever, Pepsi Co… Les trois domaines de recherche les plus importants sont : la sécurité alimentaire et la biosécurité, les sciences des matériaux, les opérations de traitement alimentaires et le développement de produits (cf. figure 1). Les nanotechnologies pourraient alors faire partie de ce qui est appelé la "Climate-smart agriculture", prenant en compte les aspects climatiques, thématique qui fera l’objet d’une conférence internationale à Montpellier, France, du 16 au 18 mai 2015 [ [iii]].


Exemples d’utilisation des nanoparticules dans le domaine agricole et alimentaire
Crédits : MS&T


Le Département Américain de l’Agriculture (United States Department of Agriculture ou USDA) s’est depuis longtemps intéressé à cette activité de recherche en s’impliquant au niveau national, notamment via sa participation à des séminaires et conférences [ [iv], [v]] et à l’Initiative Nationale sur les Nanotechnologies (National Nanotechnology Initiative ou NNI) [ [vi], [vii]]. La contribution de l’USDA au budget du NNI a été de 19 millions de dollars pour l’année 2014 [ [viii], [ix]]. En 2013, l’USDA a investi près de 10 millions de dollars afin de soutenir environ 250 projets de recherche centrés sur les nanos.

Les nanoparticules, les nanoémulsions, la nanoencapsulation et les nanocapteurs sont les quatre familles de nanos les plus utilisées dans le cycle alimentaire. Par exemple, l’Université du Texas à Austin, en collaboration avec l’Université Européenne de Bretagne et l’Université de Corée, a récemment publié un article sur l’utilisation de nanoparticules à base d’argent pour la détection de composés volatils, qui pourraient être utilisées dans le contrôle de dégradations ou de la présence d’agents pathogènes alimentaires [ [x]]. D’autres universités comme l’Université du Massachusetts s’intéressent aux nanoémulsions et le département des sciences alimentaires de cette dernière s’est plus particulièrement intéressé à la stabilité des nanoémulsions enrichies en vitamines E utilisées dans des produits pharmaceutiques ou alimentaires [ [xi]]. La nanoencapsulation en tant que méthode de libération de molécules spécifiques a été développée significativement au cours de la dernière décennie. On la retrouve dans l’industrie de l’emballage avec par exemple la production de matériaux antimicrobiens [ [xii]], dans l’industrie alimentaire en tant que système de libération de citral pour améliorer la qualité des aliments [ [xiii]] ou dans l’industrie agricole en tant que pesticide [ [xiv]]. Toutefois, les nanocapteurs semblent être le domaine le plus étudié dans la famille des nanos. Ils sont utilisés à tous les niveaux de la chaine alimentaire ; très en amont avec des nanocapteurs de maladies des plantes ou des animaux [ [xv], [xvi]] jusqu’en en aval avec des nanocapteurs de contrôle des aliments [9]. Parmi l’ensemble des universités travaillant sur cette problématique, les universités du Wisconsin Madison et Cornell semblent être particulièrement bien positionnées, et des informations sur certains des dispositifs développés sont disponibles sur Internet [ [xvii], [xviii]].

Si les applications des nanotechnologies dans le cycle alimentaires sont très prometteuses [ [xix]], certains chercheurs se questionnent sur leurs réels bénéfices et leurs possibles menaces [ [xx]]. Les principales craintes concernent le devenir des nanoparticules et autres nanoéléments ainsi que leur toxicité pour l’être humain et l’environnement, et ce en particulier pour les nanoparticules à base de carbone et la famille du graphène, utilisées en laboratoire pour accélérer la croissance des plantes [ [xxi], [xxii]]. Les nanopesticides sont un autre domaine qui engendre de nombreuses craintes et un groupe international de chercheurs impliquant l’Université de Californie à Riverside et l’Ecole des Mines du Colorado a récemment publié un article proposant des principes pour l’évaluation règlementaire des risques environnementaux des nanopesticides [ [xxiii]].

Sources :


- [i] Les nanomatériaux pour l’agriculture, Bulletin Electronique - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/71678.htm
- [ii] https://www.grc.org/programs.aspx?id=16884
- [iii] Third Global Science Conference on Climate-Smart Agriculture (CSA) March 16-18 2015, Montpellier, France - http://agrobiodiversityplatform.org/par/2014/07/10/third-global-science-conference-on-climate-smart-agriculture-csa-march-16-18-2015-montpellier-france/
- [iv] The Fifth International Nanotechnology Conference on Communication and Cooperation, Los Angeles, California, 2009 - http://www1.cnsi.ucla.edu/INC5/
- [v] Agricultural Outlook Forum : the Changing Face of Agriculture, Arlington, Virginia, 2014 - http://blogs.usda.gov/tag/nanotechnology/
- [vi] National Nanotechnology Initiative, US Department of Agriculture, National Institute of Food and Agriculture - http://www.nano.gov/node/137
- [vii] Dix ans de nanotechnologies aux Etats-Unis - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/66812.htm
- [viii] United States Department of Agriculture, National Institute of Food and Agriculture - http://www.csrees.usda.gov/nanotechnology.cfm
- [ix] Supplement to the president’s budget for fiscal year 2015, the National Nanotechnology Initiative - http://www.whitehouse.gov/sites/default/files/microsites/ostp/NNI_FY15_Final.pdf
- [x] High stability silver nanoparticles-graphene/poly(ionic liquid)-based chemoresistive sensors for volatile organic compounds’ detection, Analytical And Bioanalytical Chemistry, Vol. : 406, Iss. 16, pp 3995-4004, June 2014.
- [xi] Stabilization of Vitamin E-Enriched Nanoemulsions : Influence of post-homogenization cosurfactant addition, Journal of agricultural and food chemeistry, vol. 62, Iss. 7, pp 1625-1633, February 2014.
- [xii] Nanoencapsulation and immobilization of cinnamaldehyde for developing antimicrobial food packaging material, Lwt-Food Science And Technology, Vol. 57, Iss. 2, pp 470-476, July 2014.
- [xiii] Formulation challenges in encapsulation and delivery of citral for improved food quality, Food Hydrocolloids, Vol. 37, pp 185-195, June 2014
- [xiv] Encapsulation of pesticide nanoparticles using polymerized carbon nanotubes and application of synthesized nanocomposite for Alternaria alternata fungi, Nanotech Conference & Expo 2013, N. Sarlak, A. Taherifar, M.A.F. Nejad, S.M. Zabeti, F. Salehi, University of North Carolina at Chapel Hill, US - http://www.techconnectworld.com/Nanotech2013/a.html?i=1053
- [xv] Development of a rapid and sensitive quantum dot-based immunochromatographic strip by double labeling PCR products for detection of Staphylococcus aureus in food, Food Control, Vol. 46, pp 225-232, December 2014.
- [xvi] A simple and rapid optical biosensor for detection of aflatoxin B1 based on competitive dispersion of gold nanorods, Biosensors & Bioelectronics, Vol. 47, pp 361-367, September 2013.
- [xvii] Nanotechnology in Agriculture and Food Technology, University of Wisconsin Madison - http://ice.chem.wisc.edu/NanoDecisions/PDF/Agriculture.pdf
- [xviii] Nanotechnology for Agriculture, Food and the Environment, Cornell University - http://www.hhh.umn.edu/img/assets/18323/Larry%20Walker.pdf
- [xix] The Promise and Challenge of Engineering Biology in the United States, Industrial Biotechnology, Vol. 10, No. 3, pp 137-139, June 2014
- [xx] Nanomaterials in agricultural production : Benefits and Possible Threats ?, Sustanable Nanotechnology and the Environement : Advances and Achievements, Vol. 1124, pp 73-90, 2013
- [xxi] Assessment of the toxic potential of the graphene family nanomaterials, Journal of Food and Drug Analysis, Vol. 22, Iss. 1, pp 105-115, March 2014.
- [xxii] Carbon Nanotubes Are Able To Penetrate Plant Seed Coat and Dramatically Affect Seed Germination and Plant Growth, ACS Nano, Vol. 3, Iss. 10, pp 3221-3227, September 2009.
- [xxiii] Nanopesticides : Guiding principles for regulatory evaluation of environmental risks, Journal of Agricultural and Food Chemistry, Vol. 62, Iss. 19, pp 4227-4240, May 2014

Rédacteurs :


- Christian Turquat, Attaché Scientifique, attache-phys@ambascience-usa.org ;
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