Plutôt, c'est le travail de Harper en laboratoire qui la relie au sol.
Un scientifique de l'Oregon State University à Corvallis, Harper est obstinément à la recherche de minuscules, substances d'origine humaine appelées nanoparticules, dans le but d'identifier ce qui sera une aubaine et un fléau pour les agriculteurs, les consommateurs et l'environnement. Nanoparticules, qui sont la taille des molécules, sont déjà utilisés dans tout, de la crème solaire aux dispositifs biomédicaux. Leur taille minuscule les rend efficaces, mais aussi imprévisible. C'est ce qui inquiète Harper :les premières nano-formulations de pesticides font tranquillement leur chemin dans les champs agricoles, et elle veut savoir ce qui se passe ensuite.
A la fois ingénieur et toxicologue, Harper a une perspective unique. Elle pense que la nanotechnologie pourrait contribuer à révolutionner l'agriculture, tout comme la médecine. Mais elle voit le potentiel ainsi que les risques des nanopesticides. "Je pense que la grande majorité des nanopesticides ne seront pas toxiques" - ou, au moins, pas plus toxique pour les organismes non ciblés que les pesticides actuels, dit Harper. "Nous avons juste besoin d'un moyen d'identifier cette poignée qui peut être dangereuse."
En réduisant la taille des gouttelettes individuelles de nanopesticides, il y a un large consensus - de l'industrie aux universités à l'Environmental Protection Agency - que la quantité totale de toxines pulvérisées sur les champs agricoles pourrait être considérablement réduite. Les gouttelettes plus petites ont une surface totale plus élevée, qui offre globalement un plus grand contact avec les ravageurs des cultures. Également, ces minuscules particules peuvent être conçues pour que, par exemple, une enveloppe physique appelée capsule peut mieux résister à la dégradation dans l'environnement, offrant une protection plus durable que les pesticides conventionnels. Mais cette coquille peut altérer ce qui était des propriétés physiques prévisibles, comme la solubilité du pesticide dans l'eau.
Et Harper est également bien conscient que les propriétés physiques uniques de l'échelle nanométrique remettent en question le devenir environnemental des particules. Une fois qu'ils sont pulvérisés sur les champs, vont-ils s'agglutiner sur les cultures ou glisser à travers le sol dans les plans d'eau ? Le plus inquiétant, Harper se demande s'ils seront facilement absorbés par des organismes qui ne sont pas des parasites (comme les abeilles ou les poissons), et combien de temps ils persisteront dans l'environnement - des propriétés qui pourraient changer radicalement avec la taille. « Nous ne savons tout simplement pas, " elle dit.
« Le potentiel des pesticides nano-activés est incroyable, mais c'est encore un rêve pour le moment, " dit Sonny Ramaswamy, directeur de l'Institut national de l'alimentation et de l'agriculture de l'USDA. Et le rêve va au-delà des pesticides. Il décrit les plans de capteurs nanométriques capables de détecter une faible teneur en azote et d'envoyer un message au téléphone portable d'un agriculteur ou à des nanocapteurs dans des emballages alimentaires en plastique qui s'allument lorsqu'ils entrent en contact avec la listeria ou la salmonelle. "Le souci est qu'il pourrait y avoir des conséquences imprévues associées aux nanoparticules - c'est la grande question examinée par les agences fédérales, " il ajoute. "Des gens comme Stacey Harper fournissent ce service d'expert en s'assurant que nous faisons face à toutes les conséquences imprévues potentielles."
« Le potentiel des pesticides nano-activés est incroyable, mais c'est encore un rêve pour le moment.
Harper se souvient de la première fois où elle a entendu le terme « nanotechnologie ». C'était il y a dix ans lors d'une réunion à l'Agence américaine de protection de l'environnement à Las Vegas, où elle a travaillé comme étudiante postdoctorale. Son équipe a été chargée d'évaluer les risques sanitaires des nanomatériaux. "La grande discussion était" que sont-ils et pourquoi sommes-nous préoccupés par eux, '", se souvient-elle.
Intrigué, Harper a fait tapis, se concentrant initialement sur des applications biomédicales telles que les nanoparticules d'or utilisées pour cibler l'administration de médicaments (l'un des premiers produits à avoir adopté la technologie). Des entreprises soucieuses de l'environnement ont rapidement inondé son laboratoire de produits, allant des écrans solaires aux médicaments contre l'acné en passant par les composés qui combattent le Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM, une bactérie mangeuse de chair) - pour un retour d'information sur la sécurité. Elle s'est vite rendu compte qu'avec cette nouvelle technologie, un nombre infini de types de nanoparticules pourraient être créés, et que les approches traditionnelles d'évaluation des risques, qui testerait des nanoparticules individuelles, n'allaient pas relever le défi. « Il s'agit vraiment de déterminer quelles propriétés physiques ou structurelles rendraient une nanoparticule toxique par rapport aux autres, " elle dit.
Trouver ces réponses a été tout sauf facile. L'un des problèmes est le manque de financement. Au cours des 13 dernières années, le gouvernement américain a injecté des milliards dans la National Nanotechnology Initiative (NNI), un programme de R&D coordonné qui couvre 20 ministères et organismes fédéraux et vise à stimuler la nanotechnologie dans tous les secteurs. En 2008, le NNI a pris une mesure sans précédent et a également commencé à financer la recherche sur la santé et la sécurité environnementales. « La nécessité d'évaluer les risques des nouvelles technologies est l'une des leçons tirées du contrecoup des OGM (modification génétique des aliments), ", dit Harper. Jusque là, cependant, la petite fraction de cet argent disponible pour les tests de risque s'est concentrée en grande partie sur les travailleurs qui peuvent inhaler des nanoparticules.
Les scientifiques ont réalisé qu'ils avaient besoin de plus de rapidité, des moyens plus efficaces d'évaluer les risques des nanoparticules. Harpiste, par exemple, développé un test pour évaluer la toxicité des nanomatériaux sur le poisson zèbre, une version aquatique d'un rat de laboratoire, un qui peut informer les impacts sur la santé humaine ainsi que l'environnement. Ramaswamy l'appelle "un système de modèle vraiment cool".
« Sur les centaines de composés nanotechnologiques que nous avons testés, seuls quelques-uns lèvent des drapeaux rouges, ", dit Harper. « Cela se résume souvent à savoir si la chimie de surface de la particule a une charge positive globale, " sens, par exemple, qu'ils pourraient être attirés par les membranes cellulaires chargées négativement s'ils pénétraient dans le corps humain. Pour garder une trace des nano-fonctionnalités problématiques, elle a aidé à créer une base de données internationale des structures physiques et de leur toxicité. L'objectif est de déterminer quelles conceptions de nanoparticules doivent être évitées, puis partagez cette information avec l'industrie.
C'était le mari de Harper et actuel directeur de laboratoire, Bryan, qui a porté son attention sur l'impact environnemental des nanopesticides. Il y a des années, il a travaillé au National Pesticide Information Center (NPIC), une hotline financée par le gouvernement fédéral hébergée sur le campus de l'OSU qui traite les questions du public sur les risques pour la santé des pesticides. Bryan a été pris au dépourvu lorsque des appels ont commencé à être reçus pour obtenir des informations sur les risques environnementaux du nanoargent, le premier nanopesticide à arriver sur le marché. C'est un composé antibactérien utilisé dans une large gamme de produits de consommation, des vêtements aux compléments alimentaires.
Naturellement, il a demandé son avis à sa femme. Elle n'a rien trouvé sur les risques dans la littérature scientifique. « Le devenir environnemental des nanopesticides est un trou noir, ", dit Bryan. Pour aider à combler ce vide, Harper et ses collègues ont récemment reçu un financement pour déterminer comment les nanopesticides agricoles de première génération se déplaceraient dans le sol et l'eau, et s'ils pourraient nuire par inadvertance aux poissons ou aux abeilles.
Pour tester ces scénarios, Harper a créé des « écosystèmes de taille nanométrique » pour tester comment ces composés se déplacent dans leur environnement et interagissent avec la faune. Dans son laboratoire, par exemple, des conteneurs en plastique contenant seulement quelques grammes de terre sont suspendus au-dessus de conteneurs de la taille d'un quart contenant des poissons zèbres embryonnaires. L'équipe applique des pesticides sur le sol, puis enregistre le nombre de déformations dans les embryons de poisson zèbre. Le collègue de Harper à l'OSU, Louisa Hooven, va bientôt commencer une expérience pour voir si les pulvérisations aériennes de formulations de nano-pesticides affecteront la façon dont les abeilles transportent le pollen vers leurs ruches. L'équipe espère publier ses conclusions d'ici la fin de l'année.
Mais tester n'est pas aussi simple qu'il y paraît. Étant donné que l'ingrédient actif d'un pesticide donné sera probablement un produit chimique déjà approuvé, les fabricants de pesticides n'ont pas à tester une version nanométrique. Harper s'est heurtée à suffisamment de murs pour qu'elle doute que les fabricants de pesticides partagent volontairement leurs composés, ou même si leurs produits contiennent ou non des nanoparticules.
Elle a donc commencé à retirer des pesticides agricoles des étagères pour voir s'ils contiennent déjà des particules de taille nanométrique, lequel, par définition, en feraient des pesticides nano-activés. « Stacey est tenace, ", déclare le directeur du NPIC, David Stone, qui a co-écrit un article de 2010 avec Harper expliquant pourquoi « l'enregistrement des pesticides selon le principe du statu quo » ne fonctionnera pas à l'échelle nanométrique. "Elle a beaucoup de puissance et d'idées créatives, " il dit, ajoutant qu'elle est l'une des rares chercheuses à tester des produits déjà sur le marché.
Une analyse initiale a révélé que 90 pour cent de la douzaine de produits pesticides que Harper et ses collègues ont testés contiennent des particules à l'échelle nanométrique. Elle doit maintenant déterminer si les nanoparticules sont un ingrédient actif, un stabilisant chimique ou simplement un composant bénin qui a toujours été dans les pesticides, invisible jusqu'à récemment.
« Le devenir environnemental des nanopesticides est un trou noir.
« Il y a très peu de tests sur le devenir environnemental et le transport des nanoparticules en cours, ", dit Jennifer Sass, un scientifique principal spécialisé dans la réglementation des produits chimiques toxiques au Natural Resources Defense Council. « Ce sont des recherches coûteuses, et lorsque les entreprises peuvent avoir collecté des données de surveillance environnementale, ils n'ont aucun intérêt à rendre ces informations publiques, " Elle ajoute.
Mais Harper sait qu'il ne faudra pas longtemps avant que les fabricants n'aillent au-delà de la simple réduction des pesticides en nano-formulations. Elle s'attend à voir des nanopesticides multifonctionnels - par exemple, des produits équipés de biocapteurs capables de détecter les parasites avant de libérer l'ingrédient actif — dans les 10 prochaines années. La vitesse à laquelle la technologie progresse ne fait que renforcer sa détermination à répondre rapidement à ces questions.
Traversant les collines d'Alsea à la vallée de Willamette chaque matin, elle et son mari reçoivent parfois un rappel âpre que leurs recherches pourraient aider à trouver des moyens durables de réduire le besoin de tant de pulvérisations. « Nous pouvons sentir les fongicides et les pesticides appliqués sur les champs, " elle dit. "Plus vous passez de temps à profiter du beau pays ici, plus vous voulez le protéger.
Cette histoire a été produite par le Food and Environment Reporting Network, un indépendant, organisme de presse à but non lucratif axé sur l'alimentation, agriculture, et la santé environnementale.
Correction :Cet article identifiait à tort le SARM comme un virus mangeur de chair. C'est une bactérie mangeuse de chair.
