Dresselhaus

Avouris Dresselhaus

CNTs can be described as seamless rolled layers of graphene forming nanotubes with a nanometric diameter and a typical length of few microns (

Crop plants are exposed to a variety of contaminants through sewage sludge spreading but very little is known about the impact of emerging contaminants such as nanomaterials. To date their impact on plants is still very controversial with many works claiming negative impacts white some authors suggest their use as plant growth regulator in agriculture. In this study, aiming to better understand where these discrepancies may corne from. we investigated the influence of plant species ( tomato , rapeseed, cu cumber and maize) on plant response to a carbon nanotube contamination in soit condition. Our results demonstrate that the same GIT contamination can lead to different effects depending on plant species with positive impacts on cucumber and rapeseed (more than 50% increase in leaf biomass and surface area and 29% increase in chlorophyll for cucumber) but negative impact on maize ( 14% for plant height), white tomato was insensitive. FTIR analysis of biomacromolecule composition suggested that these differences could be related with plant cell wall composition (in particular: pectins, xyloglucans and lignins). As a summary, no overall conclusion can be drawn about the toxicity of a specific nano material for ail plant species.

Research about nanomaterials, and especially carbon nana materials, has intensively increased over the last few decades.

. CNT market has become a billion value industry and is expected to develop and reach 9 billion dollars by 2023 (MarketsandMarkets ™ 2019).

species, what is largely unknown.

The aim of this study was thus to try to identify relevant bio logical parameters influencing plant response to a CNT contami nation using exposure conditions as realistic as possible: exposure in soil and during a period covering more than the seedling stage (5 weeks). We selected crop plants divided in three dicot species: tomato (Solanum lycopersicum L.), rapeseed (Brassica napus L.), cu cumber (Cucumis sativus L.) and one monocot: maize (Zea mays L.). These plant species were selected to address different issues: (i) the natural ratio between monocot and dicot species (i.e. around 60,000 vs. 200,000 species (The angiosperm phylogeny group 2016), respectively and 1 vs. 3 in our study), (ii) represent both fruit and seed plants (tomato and cucumber vs. rapeseed and maize), and (iii) among the dicots, have plants from the same or differing clades (rapeseed and cucumber are part of the Rosids while tomato is an Asterid) to make possible the identification of common or diverging features. CNT phytotoxicity was evaluated at different biological levels: (i) plant morphology: germination rate, plant height, number of leaves, fresh and dry biomass as well as leaf area; (ii) plant metabolism: chlorophyll, flavonoid, total phenolic compound and tannin concentrations and finally (iii) plant bio macromolecule composition using Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR).

Material and methods

CNT preparation and characterization

CNTs were synthetized by catalytic chemical vapor deposition according to [START_REF] Flahaut | Gram-scale CCVD synthesis of double-walled carbon nanotubes[END_REF]. They were thoroughly charac terized: according to transmission electron microscope observa tions, the mean outer diameter of the CNTs was 2.05 ± 0.70 nm (Figure S1), with a length ranging from 1 to 100 mm [START_REF] Flahaut | Gram-scale CCVD synthesis of double-walled carbon nanotubes[END_REF]. The sample was mainly composed of double walled CNTs (80%) [START_REF] Flahaut | Gram-scale CCVD synthesis of double-walled carbon nanotubes[END_REF]. The specific surface area was measured at 985 m 2 /g. CNTs zeta potential measured in deionized water was 27.5 mV at pH 6.7 while in soil solution it was 32.1 mV. More details about CNTs synthesis and characteristics in SI.

Soil characteristics and contamination

Experiments were carried out on a silty sand soil (LUFA Speyer 2.1) with a composition of 88.0% sand, 9.1% silt and 2.9% clay. It contained 0.71 ± 0.08% of organic carbon, 0.06 ± 0.01% of nitrogen, had a pH of 4.9 ± 0.3 and a cation exchange capacity of 4.3 ± 0.6 meq/100 g. The soil water capacity was 60 mL for 100 g of soil.

The amount of CNT suspension used to contaminate the me dium was calculated to add half of the water holding capacity to the soil (here 30 mL for 100 g of soil) to avoid deconstructing the soil and to reach a final concentration of 100 mg CNT/kg of dry soil. This concentration was chosen to be comparable to the published literature on that topic [START_REF] Lin E, Clarisse | Carbon Nanotubes : impacts and behaviour in the terrestrial ecosystem -a review[END_REF]. To obtain a CNT distri bution in the soil as homogeneous as possible, the suspension was spread on a tray of soil with a maximum soil thickness of 2 cm. The soil was then mixed thoroughly.

Plant material and cultivation

Organic seeds of tomato Solanum lycopersicum (var. Red Robin), cucumber Cucumis sativus (var. Le Genereux), rapeseed Brassica napus (var. KALIF) and maize Zea mays (var. PROSIL) were surface sterilized using Ca(ClO) 2 (1%). The experiment was performed in an environmental chamber with controlled parameters (10 h/14 h day/ night cycle, 24 /22 C and a hygrometry rate of 85%). The exposure 2003). Thanks to their outstanding thermal, electrical and me chanical properties, CNTs are used in many applications such as batteries, plastic additives or sporting goods [START_REF] Ajayan | Materials science: nanotube composites[END_REF][START_REF] Volder | Carbon nanotubes: present and future commercial applications[END_REF]. Agriculture is also one of the poten tial sectors for the use of CNTs. Indeed, they might be used as fer tilizers to enhance plant growth, pesticides for pest and disease management or as sensors to monitor plant health and soil quality [START_REF] Mukherjee | Carbon nanomaterials in agriculture: a critical review[END_REF]Abd Elsalam 2020;[START_REF] Giraldo | Plant nanobionics approach to augment photosynthesis and biochemical sensing[END_REF].

As a consequence of their increased use, CNTs are now seen as an emerging contaminant in the environment. Data on actual CNT concentrations in the environment is not yet available due to the analytical issue of detecting CNTs in complex carbonaceous matrices [START_REF] Sun | The angiosperm phylogeny group, 2016. An update of the angiosperm phylogeny group classification for the orders and families of flowering plants: APG IV[END_REF]. Sun et al. used modelling to predict CNT concentrations in different environmental compartments and established that in urban and natural soils, the concentration could be around 35 ng/kg while in sludge treated soil (i.e. in agriculture), it could reach 11.7 mg/kg [START_REF] Sun | The angiosperm phylogeny group, 2016. An update of the angiosperm phylogeny group classification for the orders and families of flowering plants: APG IV[END_REF]. [START_REF] Gogos | Nanomaterials in plant protection and fertilization: current state, foreseen applications, and research priorities[END_REF] calculated that the application dose of CNTs as plant protection products or fertilizers could be 3e12 g/ha which would correspond to an additional flux of 1.1e4.3 mg/kg per year.

Therefore, it is crucial to understand the toxicity of this emerging contaminant in agrosystems and evaluate related health risk for humans.

Despite this increasing concern, CNTs effects on plant morpho logical, physiological, and molecular processes and their mecha nisms of action are far from being fully understood (Line et al. 2017;[START_REF] Verma | Applications of carbon nanomaterials in the plant system: a perspective view on the pros and cons[END_REF]. It has been reported several times that exposure to CNTs can lead to an enhancement of plant productivity in both hydroponic medium [START_REF] Mcgehee | Multiwalled carbon nanotubes dramatically affect the fruit metabolome of exposed tomato plants[END_REF][START_REF] Pandey | Effects of carbon-based nanomaterials on seed germination, biomass accumulation and salt stress response of bioenergy crops[END_REF][START_REF] Pandey | Effects of carbon-based nanomaterials on seed germination, biomass accumulation and salt stress response of bioenergy crops[END_REF] and soil conditions [START_REF] Khodakovskaya | Carbon nanotubes as plant growth regulators: effects on tomato growth, reproductive system, and soil microbial community[END_REF][START_REF] Pandey | Improvement of commercially valuable traits of industrial crops by application of carbon-based nanomaterials[END_REF]. However, other studies have shown that CNTs can lead to phytotoxic effects: decreased plant growth, increased generation of reactive oxygen species or decreased cell dry weight [START_REF] Hao | Carbon nanomaterials alter plant physiology and soil bacterial community composition in a rice-soil-bacterial ecosystem[END_REF][START_REF] Wang | Agglomeration determines effects of carbonaceous nanomaterials on soybean nodulation, dinitrogen fixation potential, and growth in soil[END_REF][START_REF] Lin | Studies on toxicity of multi-walled carbon nanotubes on arabidopsis T87 suspension cells[END_REF]. Finally, some authors highlighted that CNTs exhibited no effect on different plant species [START_REF] Lin | Phytotoxicity of nanoparticles: inhibition of seed germination and root growth[END_REF][START_REF] Larue | Quantitative evaluation of multi-walled carbon nanotube uptake in wheat and rapeseed[END_REF][START_REF] Hamdi | Impact of non-functionalized and amino-functionalized multiwall carbon nanotubes on pesticide uptake by lettuce (Lactuca sativa L.)[END_REF]. Such controversial results could be explained by differences in terms of the type of CNTs used, experimental set up as well as by the type of plants. Indeed, Canas et al. (2008) screened six crop species (cabbage, carrot, cucumber, lettuce, onion and tomato) and concluded that CNTs inhibited root elongation in tomato but enhanced it in onion and cucumber. Likewise, [START_REF] Begum | Potential impact of multiwalled carbon nanotubes exposure to the seedling stage of selected plant species (Basel, Switzerland)[END_REF] demonstrated that red spinach and lettuce were more sensitive to CNTs than rice and cucumber, with a decrease in root and shoot lengths. They also observed no toxic effect on chili, lady's finger and soybean. Plants belonging to different families could have specific traits (foliar area, stomata distribution, nutrient acquisition strategy or structure, among others) which could lead to different in teractions with CNTs. It is also striking to note that almost all these studies were performed in hydroponic conditions and focused for most of them only on the impacts on seeds (germination, seedling root and shoot length) (Canas et al., 2008;[START_REF] Begum | Potential impact of multiwalled carbon nanotubes exposure to the seedling stage of selected plant species (Basel, Switzerland)[END_REF][START_REF] Lahiani | Interaction of carbon nanohorns with plants: uptake and biological effects[END_REF][START_REF] Pandey | Effects of carbon-based nanomaterials on seed germination, biomass accumulation and salt stress response of bioenergy crops[END_REF]. Indeed, the presence of a soil matrix will influence plant and nanomaterial interactions at different levels: root structure will be different in soil vs. in hydroponics, CNT behaviour will be different in the presence of ions from the soil solution (surface charge, agglomeration); and they will also interact with soil particles, ions and organic matter possibly making them less bioavailable for plants [START_REF] Baysal | Risks of graphene nanomaterial contamination in the soil: evaluation of major ions[END_REF]. Furthermore, bac terial activity, especially in the rhizosphere with the secretion of root exudates, may lead to material alteration. In a review, [START_REF] Vithanage | Contrasting effects of engineered carbon nanotubes on plants: a review[END_REF] concluded that CNTs tended to stimulate plant growth in most cases, but that their exact physiological functions depended on the genetic traits of a particular plant crystal (Thermo Nicolet, Nexus, Smart Orbit) using a conventional IR source. The infrared spectra were collected from 4000 cm À1 to 400 cm À1 . All samples were analyzed in (technical) triplicates and each spectrum was the sum of 64 scans. OMNIC software was used to export experimental data.

FTIR spectra were analyzed with Orange software (BioLab) [START_REF] Dem Sar | Orange: data mining toolbox in Python toma z curk matija polajnar La n Zagar[END_REF]. First, they were pre processed by restricting the area of interest between 1800 and 800 cm À1 , corresponding to the protein region and corresponding to most of the differences observed among samples. Data were then normalized using vector normalization and a Savitzky Golay filter was applied (window: 21, polynomial order: 2, derivative order: 2). After pre processing, a principal component analysis (PCA) was applied. This analysis permitted to check if different groups could be identified among experimental conditions.

Statistical analysis

Data were checked for homoscedasticity and normality. When assumptions were met for parametric analyses, a student T test was used. Otherwise, a Wilcoxon test was applied to compare between control and treated plants. For comparison among species, a one way ANOVA or a Kruskal Wallis test was used. Additionally, a PCA was performed with all the data (morphological, biochemical and from biomacromolecule composition). All statistical analyses were performed using the RStudio statistical software (version 1.1.453) with car [START_REF] Fox | An R and S-Plus Companion to Applied Regression[END_REF], multcompView [START_REF] Graves | Package 'multcompView' Visualizations of Paired Comparisons[END_REF], pgirmess [START_REF] Giraudoux | Spatial analysis and data mining for field ecologists[END_REF], agricolae (de Mendiburu 2020) and ggplot2 [START_REF] Wickham | Ggplot2 : Elegant Graphics for Data Analysis. Springer. exposure to seeds of valuable crops[END_REF]) packages.

Results

CNT impact on plant morphological response

Among the 9 morphological parameters investigated here, CNT exposure had no significant impact on germination rate (Figure S2A), number of leaves (Figure S2B, Figure S3), root fresh biomass (Figure S2C), total fresh biomass (Figure S2D) and water content in roots (Figure S2E) whatever the plant species (see SI for more details).

However, plant height was a more sensitive parameter with exposed maize plants being significantly smaller than control plants all along the experiment (Figure S4D), resulting in a decrease of 14% in plant size after 5 weeks (p 0.016, Fig. 1A). An opposite trend was observed for all the other species, with exposed plants being overall taller than the control plants, although this difference was not significant (Fig. 1A and Figure S4A,B,C).

After exposure, leaf fresh biomass (Fig. 1B) was also significantly impacted with an increase of 55% for rapeseed and 71% for cu cumber (p value 0.021 and 0.041, respectively) but remained unchanged for the other two species with a trend to decrease for maize. Maize had the highest leaf fresh biomass (1225 mg on average, 5.6 times more than rapeseed, 6 times more than cu cumber and 7.8 times more than tomato, p < 0.001).

The total leaf area at the end of the experiment was increased by 58% for rapeseed and 64% for cucumber in comparison to their respective control plants (p value 0.033 and 0.040, respectively; Fig. 1C). Likewise, the mean leaf area per leaf was significantly more developed by 63% in exposed rapeseed in comparison with the control plant (p value 0.040, Figure S2F). Again, a non significant decrease was noted for maize leaves exposed to CNTs.

Overall, maize was the plant with the most important devel opment (height, biomass, leaf area, p < 0.001). duration was set to 5 weeks. Two conditions were used: control plants and plants exposed to 100 mg CNTs/kg with 5 biological replicates per condition. Four seeds were introduced per pot. After the appearance of the cotyledons, only one plant was kept per pot.

Morphological parameters including germination, plant height (from day 14 for accurate measurements) and number of leaves were monitored along the experiment. Upon harvest, roots and shoots were weighted in order to obtain the fresh biomass. The foliar area was measured using a camera and ImageJ software. Part of the leaves was frozen in liquid nitrogen and stored at 80 C for further biochemical analyses. Remaining leaves and roots were dried at 50 C for 24 h and weighted to obtain the dry biomass weight as well as for FTIR analyses.

Biochemical analyses

Biochemical analyses were performed on liquid nitrogen frozen leaves using a high throughput biomarker set. A high throughput grinding step was used with a bead mill and 4 mm diameter glass beads. Five biomarkers were assessed to get information on two main metabolic processes: photosynthesis (chlorophyll a and b) and secondary metabolites, which are good stress markers (total phenolic compounds, flavonoids and tannins). Briefly, around 20 mg of ground fresh leaves were introduced into a 96 well microplate (2 mL wells, 3 technical replicates per plant). 1.5 mL of methanol (95%) were added in each well. Plates were shaken for 2 min and covered with aluminum foil in order to avoid light induced degradation. Incubation time was set to 24 h in the dark for photosynthetic pigments and 48 h for secondary metabolites. After incubation, plates were centrifuged at 4500 rpm for 5 min. For pigments analysis, 100 mL of supernatant were transferred into microplates and absorbance was measured at 652 and 666 nm (Lichtenthaler 1987). The concentration was expressed as milligram per gram of fresh weight (mg/g f. wt.) using calibration curves.

For total phenolic compounds, concentrations were calculated based on Folin Ciocalteu assay [START_REF] Ainsworth | Assessment of effects of the long-term exposure of agricultural crops to carbon nanotubes[END_REF].

Briefly, 20 mL of supernatant were mixed with 40 mL of Folin reagent (10% v/v) and 0.10 mmol of sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ).

The mixture (final volume: 200 mL) was incubated for 2 h at room temperature until color development. Absorbance was then measured at 760 nm. Concentrations were calculated using a cali bration curve of gallic acid and expressed as milligram of gallic acid equivalent (GAE) per gram of fresh weight (mg GAE/g f. wt.).

Flavonoid concentrations were determined based on aluminum chloride method [START_REF] Settharaksa | Effect of solvent types on phenolic, flavonoid contents and antioxidant activities of syzygium gratum (wight) S[END_REF]. The reaction mixture (final volume: 200 mL) contained 25 mL of supernatant, 7.25 mmol of sodium nitrite (NaNO 2 ), 0.11 mmol of aluminum chloride (AlCl 3 ) and 0.02 mmol of sodium hydroxide (NaOH). The mixture was ho mogenized for 1 min and absorbance was read at 595 nm. Con centrations were calculated using a calibration curve of catechine and expressed as milligram of catechine equivalent (CE) per gram of fresh weight (mg CE/g f. wt.).

Finally for tannins analysis, reaction mixture (final volume: 100 mL) contained 50 mL of methanolic extract and 6.57 mmol of vanillin [START_REF] Euch | Chemical composition, biological and cytotoxic activities of cistus salviifolius flower buds and leaves extracts[END_REF]. The mixture was left in the dark for 15 min and absorbance was measured at 500 nm. Tannins concentrations were calculated using a calibration curve of catechine. Results were expressed as milligram catechin equivalent per gram of fresh weight (mg CE/g f.wt.).

FTIR measurements and chemometric analysis

Around 20 mg of dry leaves were ground using a FastPrep equipment (2 Â 15 s at maximum speed). FTIR analyses were per formed in attenuated total reflectance (ATR) mode with a diamond

CNT impacts on plant biochemical response

No impact of CNT exposure was visible on both flavonoids and tannins concentrations whatever the species (Figure S5A,C). The flavonoids concentration was the highest in maize in comparison to the other plant species (32.5 mg CE/g f. wt. for maize and 14.2, 19.9 and 23.2 mg CE/g f. wt. for cucumber, tomato and rapeseed, respectively; p < 0.001). For tannins, tomato was the species con taining the highest concentration and rapeseed the lowest (p < 0.001).

Chlorophylls of cucumber were significantly impacted with an increase in total chlorophyll concentration of 29% (p value 0.033) (Fig. 1D). Rapeseed was the plant with the highest chlorophyll concentration in comparison to the other plants (p < 0.001): 1.18 mg/g f. wt. vs. 0.99 for cucumber and maize on average and 0.64 mg/g f. wt. for tomato.

Finally, the concentrations of phenolic compounds were lower in rapeseed exposed for 5 weeks to CNTs in comparison to control rapeseed (Figure S5B). However, rapeseed remained one of the species containing the highest concentrations of total phenol together with maize (51.0 and 62.5 mg GAE/g f. wt., respectively) against tomato and cucumber (12.1 and 16.0 mg GAE/g f. wt., respectively; p < 0.001).

A PCA was performed with both morphological and biochemical biomarkers, highlighting a clear separation between maize and the 3 other species (Fig. 2). The factor mainly driving the PCA along axis 1 was plant development with maize (the only monocot species) which performed best on most assessed parameters segregating on the right hand side of the PC1 while other species (all dicots) were overlapping in the left hand side. Along PC2, plants segregated according to the chlorophyll concentration to the bottom with

Discussion

Our results highlighted, for a same contamination, a significant decreased in maize height while a significant increased biomass and leaf area (and to some extent chlorophyll concentration) were detected for rapeseed and cucumber. Tomato plant appeared to be the less sensitive plant species with no significant impact of CNT exposure upon harvest.

In the literature, most of the studies evaluating the impact of CNTs on plants focused on one single plant species. It can be tricky to compare effects of CNTs on different plant species from the literature since many parameters usually vary from one study to another (e.g. exposure time, growth media, type of CNTs). In the rare studies comparing the phytotoxicity of CNTs using different plant species, similar effects were most of the time described. [START_REF] Lahiani | Impact of carbon nanotube References Abd-Elsalam[END_REF] established that seed germination was acti vated for soybean, barley and maize after CNT deposition on seed surface. Using the same 3 species, these authors also demonstrated an enhanced development as well as an increase in photosynthesis efficiency after exposure to up to 100 mg.L À1 of CNTs in hydroponic conditions [START_REF] Pandey | Effects of carbon-based nanomaterials on seed germination, biomass accumulation and salt stress response of bioenergy crops[END_REF]. In 2015, they also identified "positive" impacts of a different type of carbon nanomaterial (sin gle walled carbon nanohorns, 25, 50 and 100 mg.L À1 ) on soybean, tomato, maize and rice but no impact was found for barley and switchgrass [START_REF] Lahiani | Interaction of carbon nanohorns with plants: uptake and biological effects[END_REF]. [START_REF] Srivastava | Enhancement of seed germination and plant growth of wheat, maize, peanut and garlic using multiwalled carbon nanotubes[END_REF] also reported an enhancement of plant growth and biomass for wheat, maize, garlic and peanut exposed to 50 mg.L À1 of CNTs.

Contrasting with earlier published data, our current work focused on plants exposed in soil condition. Nanomaterials behavior in soil is not yet fully understood [START_REF] Shrivastava | Monitoring of engineered nanoparticles in soil-plant system: a review[END_REF]; nevertheless, we can expect that it is different in soil compared to suspension or in agar growth medium, thus affecting their in teractions and finally their impact on plants. Likewise, Garcia Gomez et al., studied the influence of plant species upon ZnO nanoparticles exposure in soil and also highlighted different im pacts according to plant species [START_REF] García-G Omez | Comparative study of the phytotoxicity of ZnO nanoparticles and Zn accumulation in nine crops grown in a calcareous soil and an acidic soil[END_REF].

Several hypotheses can be stated to explain the different sensitivity observed here:

(i) seed surface: interactions between seeds and CNTs will be increased with larger seeds and could lead to a higher CNTs sensitivity. Indeed, maize seeds had a surface area of about 120 mm 2 while the other species had a significantly smaller surface area (50 mm 2 for cucumber, 10 mm 2 for rapeseed and 8 mm 2 for tomato, according to our measurements). How ever, in the literature, this hypothesis was not confirmed with no difference in the toxicity reported according to seed surface area [START_REF] Lin E, Clarisse | Carbon Nanotubes : impacts and behaviour in the terrestrial ecosystem -a review[END_REF][START_REF] Chen | Toxicity of carbon nanomaterials to plants, animals and microbes: recent progress from 2015-present[END_REF]. In particular, [START_REF] Jain | Does seed size and surface anatomy play role in combating phytotoxicity of nanoparticles?[END_REF] established no correlation between seed size and ZnO nanoparticles toxicity. Cell wall composition of seeds also differ among species and could explain some differences. For instance, tomato seed endosperm cell walls contain abundant heteromannan unlike Brassicaceae [START_REF] Lee | Distinct cell wall architectures in seed endosperms in representatives of the Brassicaceae and solanaceae[END_REF], family to which rapeseed belongs. This com pound affects cell wall porosity so it could contribute to limit mainly rapeseed and according to tannins concentration towards the top with tomato plant, with maize and cucumber being inter mediate. Taking plant species into account, differences arising from CNT contamination played a minor role in the PCA, and was only noticeable on cucumber.

CNT impacts on plant biomacromolecules

FTIR spectra obtained on the 4 crops were analyzed using a PCA approach highlighting differences among plant macromolecules with a clear distinction between monocot (maize) and dicots (to mato, cucumber and rapeseed) along PC1, explaining 94% of the variance (Fig. 3A). The main differences were evidenced by a sig nificant shift of about þ11 cm À1 for maize in comparison to the other dicot species at 1014 cm À1 as well at 1151 cm À1 , peaks attributed respectively to pectins [START_REF] On | The use of FTIR spectroscopy to monitor modifications in plant cell wall architecture caused by cellulose biosynthesis inhibitors[END_REF] and other various cell wall polysaccharides (symmetric bonding of aliphatic CH 2 , OH, or CeO stretch of various groups) (Türker Kaya and Huck 2017). Along PC1, the wavenumber 1078 cm À1 also greatly contributed to the segregation of the groups suggesting different xyloglucan composition [START_REF] On | The use of FTIR spectroscopy to monitor modifications in plant cell wall architecture caused by cellulose biosynthesis inhibitors[END_REF]. Finally, at 1515 cm À1 a peak was more pronounced for maize related to aromatic system (semi circle ring stretch) from lignin [START_REF] Regvar | Biochemical characterization of cell types within leaves of metal-hyperaccumulating noccaea praecox (Brassicaceae)[END_REF][START_REF] Türker-Kaya | A review of mid-infrared and nearinfrared imaging: principles, concepts and applications in plant tissue analysis[END_REF]. Furthermore, dicots were also distributed along PC2 (explaining only 3% of the variance) with rapeseed and cucumber rather towards positive values of PC2 while tomato was more individualized towards negative values of PC2.

Exposure to CNTs did not lead to major differences when plant species was considered. However, this parameter set apart, bio macromolecule composition for plants grown in control conditions vs. exposed to CNTs varied especially for rapeseed. The differences in between exposed plants and control plants could be mainly observed in the region 1020e800 cm À1 which is related to pectins and various polysaccharides [START_REF] Regvar | Biochemical characterization of cell types within leaves of metal-hyperaccumulating noccaea praecox (Brassicaceae)[END_REF]. The area under the peak at these wavenumbers was lower for plants grown in contaminated soil, which indicates that the relative amount of cell wall related compounds decreased with exposure to CNTs.

CNTs absorption into tomato seeds and it may explain the absence of observed effects of CNTs contamination on this species. Jain et al., also reported that seed surface anatomy played a crucial role in determining nanomaterial phyto toxicity. In their study, a lower toxicity was observed in pearl millet seeds which had a thick and smooth testa (seed coat) while a higher toxicity was observed in wheat seeds, explained by the presence of crease on one side of the seed which may facilitate the interactions between ZnO nano particles and seeds [START_REF] Jain | Does seed size and surface anatomy play role in combating phytotoxicity of nanoparticles?[END_REF]. Likewise, rapeseed, cucumber and maize have a smooth seed surface while to mato has "hairy" seeds. (ii) plant clade: plant response may change according to its clade: monocots vs. dicots. Indeed, several mechanisms as well as plant architecture are different between monocots and dicots. Here, there was a significant difference in CNT phytotoxicity with a decreased development for the monocot species (maize, member of the Commelinids) while the di cots experienced either an enhanced development (for cu cumber and rapeseed, both being part of the Rosids) or no impact (tomato, member of the Asterids). Monocots usually exhibit a larger root system, with thin and numerous long roots whereas dicots have one large primary root and several smaller lateral roots [START_REF] Bouguerra | Ecotoxicity of titanium silicon oxide (TiSiO4) nanomaterial for terrestrial plants and soil invertebrate species[END_REF]. In our study, maize root biomass was significantly higher than the root biomass of the other species (p < 0.001, except for cucumber, Figure S2C). Since plant exposure was made through the roots, a more developed root system could potentially imply enhanced interaction between plants and CNTs in the soil. Therefore, more CNTs could potentially penetrate or accu mulate in the roots of monocots. Furthermore, the xylem system in monocots is made of several circles of conducting vessels while dicots have a single one [START_REF] Scarpella | Pattern formation in the vascular system of monocot and dicot plant species[END_REF]. Thus, the transport of water and CNTs is potentially faster in monocots than in dicots, leading to enhanced accumulation in the aerial parts. We tested this hypothesis by analyzing xylem sap by transmission electron microscopy, but this technique unfortunately did not allow us to detect CNTs in any case. (iii) plant genus/species, each species is different from one another (e.g. height, number of leaves, foliar area, etc.). For example, a higher leaf surface area can enhance the water exchange between soil and atmosphere, thus leading to a higher CNT accumulation in the leaves and possibly more toxic effects. As a matter of fact, maize which was the most sensitive species, also had the highest foliar area (z17 cm 2 , p < 0.001) in comparison with the others (<4 cm 2 , Figure S2F). In the literature, several studies have also shown that nanomaterials uptake varied according to plant species (P erez de Luque 2017). (iv) leaf cell wall composition, interestingly, the segregation among plant species evidenced on the PCA based on morphological and biochemical biomarkers (demonstrating different plant sensitivity) followed the trend on the PCA performed using biomacromolecule composition. Indeed, the cell wall composition of monocot Poaceae as maize dif fers from other monocots and dicots. The cell walls of Poa ceae contain cellulose, hemicellulose with a majority of xylan and very low levels of pectin and structural proteins while the cell walls of dicots and non commelinid monocots consist of cellulose fibers encased in a network of hemicel lulose, in particular xyloglucan, pectin and structural pro teins [START_REF] Tolbert | The Plant Cell: A Comprehensive Treatise[END_REF][START_REF] Vogel | Unique aspects of the grass cell wall[END_REF]. This difference of cell wall composition between monocots and dicots was highlighted by the FTIR analysis (along PC1 of Fig. 3). Furthermore, the structure of xyloglucans differs depending on the species: xyloglucans in the primary walls of most dicots have a XXXG core structure (where X represents a a D Xylp (1 / 6) b D Glcp and G a b D Glcp), and are substituted with fucose while they have a XXGG structure without fucose in monocots [START_REF] Fry | An unambiguous nomenclature for xyloglucan-derived oligosaccharides[END_REF]. However, there is an exception in dicots: the Asterids, clade to which tomato belongs, have xyloglucans with a XXGG structure without fucose [START_REF] Rose | The Plant Cell Wall[END_REF], which could explain why cucumber and rapeseed formed one large group along PC2 while tomato segregated to the bottom of PC2. Also considering the wavenumber 1317 cm À1 charac teristic of the xyloglucan [START_REF] On | The use of FTIR spectroscopy to monitor modifications in plant cell wall architecture caused by cellulose biosynthesis inhibitors[END_REF], it can be seen that tomato and maize exhibited the same type of feature, which was different from the other two Rosids.

Cell walls play a crucial role in plant response to contam ination, which has been well documented for heavy metals. According to Colzi et al., the essential capacity of cell walls for binding divalent and trivalent metal cations depends mainly on the amount of pectins and polysaccharides rich in carboxylate groups (thus bearing negatively charged sites); this accumulation of cations in cell walls allowing plants to better resist to heavy metal contamination [START_REF] Colzi | Copper tolerance strategies involving the root cell wall pectins in silene paradoxa L[END_REF]. Likewise, root binding capacity for trace metal ions is usually higher in dicots than in monocots and this difference is also attributed to a higher pectin content in the dicot cell walls (20e35% of the dry mass) than in monocot cell walls (5% of the dry mass) [START_REF] Vogel | Unique aspects of the grass cell wall[END_REF][START_REF] Rabe ˛da | Colocalization of low-methylesterified pectins and Pb deposits in the apoplast of aspen roots exposed to lead[END_REF]. Furthermore, hemicellulose acts as a heavy metal binding site, in particular xyloglucans and, according to Wan et al., the absence of fucose decreases the capacity of xyloglucans to sequester heavy metals and thus increases plant sensitivity [START_REF] Wan | Xyloglucan fucosylation modulates arabidopsis cell wall hemicellulose aluminium binding capacity[END_REF]. Concerning CNTs, they were negatively charged in soil suspension (Figure S1) but once in plants, diverse molecules may adsorb onto their surface leading to modifications of their overall surface charge. Hence, CNTs might interact with pectins and fucosylated xyloglucans and accumulate in plant cell walls similarly to heavy metals. Being a monocot Poa ceae, maize has cell walls with a low content of pectins and non fucosylated xyloglucans; the capacity of CNTs seques tration in cell walls would thus be less important in this species compared to dicots, which may contribute to make this plant species more sensitive to a contamination by CNTs.

Conclusion

Overall, in this study performed in soil condition, exposure to CNTs did not lead to drastic effects with only 4 biomarkers out of 13 being significantly modified. However, plant species were impacted in different ways: rapeseed and cucumber exhibited an enhanced development while maize experienced symptoms of CNT phyto toxicity, and tomato was not sensitive. FTIR analysis was used to explain the observed differences of sensitivity. Indeed, cell wall composition seemed to play an important role in plant response to contamination and in particular the quantity of pectins. Further more, other hypotheses were explored. Altogether, we propose that tomato seed envelope containing relatively high quantities of het eromannan could prevent early CNT penetration in the plant and its high pectin content would permit to store the contaminants in cell walls further defending the plant during its development leading to the absence of visible effect of exposure to CNTs for this species. On the other side, the increased development observed for rapeseed and cucumber may be explained by the capability of CNTs to penetrate seed coat and to promote water uptake [START_REF] Ma | Interactions between engineered nanoparticles (ENPs) and plants: phytotoxicity, uptake and accumulation[END_REF] and also by the possible CNT sequestration in cell walls thanks to a high content in pectins and fucosylated xyloglucans. Finally, in maize, a monocot species, many morphological parameters (developed root system, xylem system and leaf area) and cell wall composition (low content of pectins, xyloglucans without fucose) could lead to CNT penetration in roots, clogging of the root trans port pathways (possibly decreasing water and nutrient uptakes) [START_REF] Asli | Colloidal suspensions of clay or titanium dioxide nanoparticles can inhibit leaf growth and transpiration via physical effects on root water transport[END_REF], and translocation to shoot where they could induce cell damages and oxidative stress (Line et al. 2017).

To further confirm these hypotheses, the development of effi cient techniques is needed to image carbon based nanomaterial distribution in plants (both at organ and cell levels) and to go deeper into cell wall composition and behavior when confronted to soil contamination by nanomaterials. The main implication of our results is that risk assessment studies should include multiple plant species to reach a robust conclusion about a specific contaminant toxicity. Furthermore, a larger screening could help in determining which plant parameters are the most important to govern nano material toxicity.

1

Comparative study of response of four crop species exposed Mg0.99Co0.0075MgO0.0025 [START_REF] Flahaut | Gram-scale CCVD synthesis of double-walled carbon nanotubes[END_REF]. After CCVD, the composite powder was treated 17 with an aqueous HCl solution (Sigma-Aldrich, ACS reagent, 37%) for 12h to dissolve oxides and non-18 protected residual catalyst nanoparticles without degrading CNTs. The sample was then filtered 19 through a cellulose nitrate membrane (Merck Milipore, 0.45 µm) and washed few times with deionized 20 water until neutrality. Suspensions were prepared by dispersing the wet sample in the required 21 amount of deionized water using a BRANDSON digital sonifier S-250D equipped with a 1/8-inch 22 tapered microtip (200 W; amplitude: 35%; 1s/1s on/off). Before use, suspensions were re-dispersed in 23 a sonication bath for 15 min (Elmasonic S30H, 280 W). 24

Characterization was realized on CNT suspension immediately before use since the different steps of 25 the preparation protocol may modify their physicochemical properties. Transmission Electron

Fig. 1 .

 1 Fig. 1. Morphological (A. plant height, B. leaf fresh biomass, C. leaf area) and biochemical (D. total chlorophyll concentration) biomarkers in control plants or in plants exposed in a soil contaminated by 100 mg carbon nanotubes/kg after a 5 week exposure. Lowercase letters indicate significant differences (p < 0.05) within a species and between treatments (Student test or wilcoxon test). Uppercase letters indicate significant differences (p < 0.05) among species (ANOVA 1 way or Kruskal Wallis test). (mean ± standard error, n 5).

Fig. 2 .

 2 Fig.2. Principal component analysis on morphological (leaf number, height, leafw: leaf fresh weight, rootw: root fresh weight, root water content, total leaf area, leaf area per leaf, germination rate) and biochemical (chlorophyll, flavonoid, phenolic compound and tannin concentrations) markers in plants after a 5 week exposure in control condition (Ctl) or exposed to 100 mg carbon nanotubes/kg soil (CNT).

Fig. 3 .

 3 Fig.3. FTIR analysis of leaf biomacromolecule composition after a 5-week exposure in control condition or exposed to 100 mg carbon nanotubes/kg soil (CNT). A. Principal component analysis, B. FTIR spectra in the 1800-800 cm 1 range.

5 a

 5 a,b , Fanny Manent a , Adèle Wolinski a , Emmanuel Flahaut b and Camille Larue a* 4 Laboratoire Ecologie Fonctionnelle et Environnement, Université de Toulouse, CNRS, Toulouse, 6 France, b CIRIMAT, Université de Toulouse, CNRS, INPT, UPS, UMR CNRS-UPS-INP N°5085, Université 7 Toulouse 3 Paul Sabatier, Bât. CIRIMAT, 118, route de Narbonne, 31062 Toulouse cedex 9were synthetized at 1000°C by catalytic chemical vapor deposition (CCVD) of a 15 mixture of CH4 (18 mol.%) and H2 using a Co:Mo MgO-based catalyst composed of 16

Figure S5 .

 S5 Figure S5. Biochemical parameters recorded after a 5 week exposure in control conditions or in a soil contaminated with 100 mg carbon nanotubes/kg (CNT). Lowercase letters indicate significant differences (p<0.05) within a species and between treatments (student test or wilcoxon test). Uppercase letters indicate significant differences (p<0.05) among species (ANOVA 1 way or Kruskal Wallis test). CE: catechine equivalent, GAE: gallic acid equivalent (mean ± standard error, n=5)

Acknowledgements

Clarisse Line received a grant from the R egion Occitanie and the Universit eF ed erale de Toulouse. Authors have no competing in terests to declare. Authors thank Dr Hiram Castillo Michel for his help in FTIR data acquisition.

Author's contribution

Clarisse Lin e; , Conceptualization, Data acquisition, Data cura tion, Formal analysis, Writing e original draft. Fanny Manent, Data acquisition, Data curation, Formal analysis. Ad ele Wolinski, Formal analysis, Writing e original draft. Emmanuel Flahaut, Conceptual ization, Supervision, Reviewing, Editing. Camille Larue, Conceptu alization, Data curation, Formal analysis, Writing e original draft, Supervision.

Declaration of competing interest

The authors declare that they have no known competing financial interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.

Appendix A. Supplementary data

Supplementary data to this article can be found online at https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.129854. and the maximum rate of decomposition of the nanotubes was at 421°C (Figure S1C). 53

The specific surface area was 985 m²/g (Figure S1D). 54

The elemental analysis evidenced the composition of the CNTs: 89.75% carbon and 2.13% oxygen 55 (Figure S1D). The catalyst amount remaining in the sample was 3.99% for Co and 0.96% for Mo. These 56 metals were tightly encapsulated within graphitised layers of carbon and fully protected from their 57 environment (no possible leak) (E. Flahaut et al. 2002). 58

The CNT zeta potential measured in deionized water was -27.5 mV at pH 6.7 while in the soil solution 59 it was -32.1 mV (Figure S1D). The soil solution was obtained by mixing soil with ultrapure water ( 1

Results

CNT impact on plant morphological response

Germination started for all plants 3 days after the beginning of exposure. The germination rates were 64 not significantly impacted by CNT exposure (Figure S2A). On average, the germination rate was 75% 65 for tomato, 70% for rapeseed, 94% for cucumber and 78% for maize. 66

Over the course of the experiment, the leaf number was rapidly higher for cucumber plants exposed 67 to CNTs in comparison to the control plants with a significant difference (p-value = 0.0161) at 16 days 68 of exposure (Figure S3C). However, after 5 weeks of exposure, this difference disappeared with in 69 average 2 leaves for both conditions (Figure S2B). The same trend was visible for tomato plants; a 70 higher leaf number was detected at 19 and 20 days of exposure (Figure S3A) while after 35 days, plants 71 growing in both conditions had on average 3 leaves per plant (Figure S2B). For rapeseed and maize, no 72 difference in leaf number was evidenced along the experiment (Figure S3B and Figure S3D, 73 respectively) with in average 4.2 and 5 leaves respectively at the end of exposure (Figure S2B). 74

The root fresh biomass as well as the total fresh biomass were not impacted by CNT exposure (Figure 75 S2C and Figure S2D). Maize had the highest fresh root and total biomass in comparison with other 76 plants species (6326 mg for maize total biomass vs. 830 mg for the other species, p<0.001). Likewise, 77 the root water content was similar between control and exposed plants ranging from 87% for maize 78 to 93% for cucumber (Figure S2E). 79


L'eau, un grand siècle d'enseignement de la géographie

Water, a great century of teaching geography Philippe SIERRA Professeur au lycée Raymond Naves, Toulouse. Laboratoire GEODE.

Gérard Moguedet, géologue et géographe de « terrain », qui a surtout orienté ses recherches dans le domaine de la sédimentologie, a beaucoup oeuvré en faveur d'une véritable « pédagogie de l'eau ». Répondant à toutes les sollicitations et multipliant les conférences, il aimait à évoquer ses expériences africaines pour expliquer les enjeux locaux et internationaux de la gestion de cette ressource. C'est en écho à tout cet effort vulgarisateur auprès du grand public et des élus, que cet article souhaite revenir sur l'évolution de l'enseignement de la ressource eau par les enseignants d'histoire et géographie. En effet, si de nombreux acteurs, privés ou publics, ont pris conscience des enjeux et assurent des campagnes d'information et de sensibilisation à la gestion de l'eau, l'école au sens large (primaire et secondaire) demeure le maillon qui touche le plus vaste public. Dans le cadre des dernières réformes des programmes du collège et du lycée, la géographie scolaire consacre un enseignement spécifique au problème de l'eau dans le monde. Écho des préoccupations environnementalistes, cet enseignement par la géographie du thème de l'eau est aussi à remettre en perspective avec l'évolution de la discipline et de son enseignement en France [START_REF] Hertzog | L'évolution de l'enseignement de la géographie en France[END_REF]. Si au cours des vingt dernières années de nombreuses études ont été consacrées à la géographie scolaire, il existe peu de travaux consacrés à l'évolution de l'enseignement d'une notion en particulier, les problématiques étant soit plus globales (évolution des méthodes pédagogiques, culture scolaire, conservatisme enseignant) ou très spécialisées (iconographie scolaire). L'étude des discours sur les questions environnementales a par contre été très secondaire. Après un bref rappel de l'affirmation de la géographie scolaire, cet article montrera les moments que l'on peut distinguer dans l'évolution des discours scolaires sur l'eau.

Géographie, eau et enseignement

L'enseignement de la géographie est présent, du moins en théorie, dès les cursus scolaires du début du XIX e siècle [START_REF]Du côté de la géographie scolaire. Matériaux pour une épistémologie et une histoire de l'enseignement de la géographie à l'école primaire en France[END_REF], faisant même l'objet d'une question au baccalauréat depuis 1821. Néanmoins, c'est une géographie en pratique peu enseignée 1 qui est conçue comme un cadre spatial à l'histoire tout comme la chronologie en est le cadre temporel 2 . Aussi, l'eau n'est intéressante qu'au titre de marqueur frontalier et de nomenclature à connaître (sources, longueur des fleuves et 1 Comme le révèlent les enquêtes effectuées à l'époque (enquête Guizot, 1833 puis rapport Himly, Levasseur, 1871). 2 Comme nous l'avions souligné par ailleurs, le parallèle géographie/chronologie est d'ailleurs formulé par D'Alembert dans l'article « Histoire » de l'Encyclopédie.

villes qu'ils traversent). Il faut en fait attendre la fin du XIX e siècle pour que la géographie aborde les questions de la nature dans une perspective explicative et non plus seulement nomenclaturale et mnémotechnique. En effet, le statut de la géographie scolaire change alors progressivement, dans un double contexte de révision des objectifs de l'enseignement et d'institutionnalisation disciplinaire.

Les années 1870 correspondent à un tournant dans l'enseignement de la géographie3 . En effet, avec la défaite, les partisans d'une réforme de l'enseignement trouvent les arguments pour convaincre de l'utilité de cet enseignement4 qui ne doit pas être une simple nomenclature mais un moyen de comprendre pour agir sur le monde. A ce titre, connaître les moyens de circulation, les ressources des territoires ou les langues vivantes sont des enjeux essentiels pour développer la place de la France dans le monde, à travers le commerce et « l'aventure coloniale » qui s'ouvre alors. C'est néanmoins la dimension civique qui semble la plus importante aux yeux des pouvoirs publics.

De plus, c'est l'époque où la géographie en tant que discipline universitaire s'institutionnalise. En France, même si nombreux ont été ceux qui ont souhaité cette affirmation disciplinaire, d'Eugène Cortambert à Emile Levasseur en passant par Ludovic Drapeyron, le personnage central a été Paul Vidal de La Blache (1845-1918) [START_REF] Claval | Histoire de la géographie française[END_REF]. Celui-ci créé autour de lui une véritable école, généralement considérée à l'étranger comme celle qui fonde la géographie sur l'étude des régions. C'est à ce titre que Vidal rejette les découpages habituels fondés sur les bassins versants, c'est à dire l'eau, pour construire de plus vastes réflexions sur les rapports homme/histoire/nature. Il s'agit d'établir, à partir de l'étude sur le terrain des régions géographiques, les lois régissant les dynamiques de la surface terrestre. Deux particularités essentielles de l'institutionnalisation de la géographie en France sont alors à souligner. D'une part, Vidal est historien de formation mais prend les sciences de la vie comme modèle. D'autre part, la construction universitaire de la discipline se fait essentiellement à partir d'enseignants, Vidal étant professeur à l'école normale supérieure chargée de former les professeurs des écoles normales, et entraînant dans son sillage scientifique ses élèves futurs enseignants. De fait, comme le note J.-P. Chevalier, la première moitié du vingtième siècle est une période de « rapprochement maximum de la géographie universitaire [avec] la géographie scolaire » (Chevalier, 2003, p. 23).

A ce titre, la géographie scolaire doit s'intéresser à la question des « données » de la nature non plus seulement dans une perspective de connaissance/inventaire, tel que la révélaient les ouvrages anciens de pédagogie5 , mais avec pour finalité la compréhension des lois terrestres. De plus, l'étude des régions en montrant l'interaction entre les sociétés et leur milieu, hérité et construit, invite à une écologie humaine, dans laquelle l'eau a un rôle parfois important.

On peut d'autant plus se poser la question de l'enseignement de l'eau que les « premiers » géographes de l'eau du vingtième siècle ont été des auteurs importants de nombreux manuels scolaires. En effet, Jean Brunhes (1869-1930) et Louis Gallouédec (1864-1937), sont les deux étudiants de Vidal qui ont réalisé une thèse en rapport avec l'eau [START_REF] Gunnel | Territoires et ressources : aux défis de l'eau et de l'alimentation[END_REF]. Jean Brunhes d'abord, géographe très connu 67 , auteur de la première Géographie Humaine, a consacré sa thèse à l'irrigation dans la péninsule ibérique et l'Afrique du Nord. Il est alors probablement le premier géographe français à poser le problème des actions à mener pour améliorer la situation sans mettre en péril la ressource. Louis Gallouédec n'a quant à lui jamais soutenu sa thèse, qui a néanmoins été publiée. Consacrée à la Loire, elle accorde une place importante aux aménagements qui ont été nécessaires pour la rendre navigable. Rejoignant Franz Schrader (1844-1924) aux éditions Hachette, il travaille donc à l'élaboration de manuels parmi les plus innovants du moment en raison de l'incorporation d'une abondante illustration. C'est d'ailleurs à travers l'analyse des manuels scolaires qu'il est possible d'étudier l'évolution de l'enseignement de l'eau par les professeurs d'histoire et géographie (encadré 1).

Encadré 1 : Quelle approche de la géographie scolaire ? Les approches rétrospectives des contenus de l'enseignement sont généralement globales. Parfois fondées sur les instructions officielles ou les rapports officiels, c'est-à-dire les injonctions de l'Etat et l'analyse ponctuelle de leur application, elles ont pour matériau principal les manuels scolaires. (Perrenoud, 1993). Ce texte est fondé sur l'analyse rétrospective des manuels de géographie du secondaire parus entre 1884 et 2010 et les instructions officielles correspondantes7 . Elle s'appuie également sur les manuels destinés aux cours supérieurs. En effet, jusqu'à la seconde moitié du vingtième siècle, il existe deux cursus différents après le primaire obligatoire. Le cursus secondaire qui concerne essentiellement les enfants issus de la bourgeoisie et les cours du primaire supérieur puis les collèges d'enseignement général concernant les classes populaires.

Cela est justifié car ceux-ci ont constitué et constituent encore la principale source pour la construction des cours des enseignants, d'autant plus que ceux-ci étant majoritairement historiens de formation, ils n'ont bien souvent pas bénéficié d'une formation dans les domaines pointus de la géographie. Les contenus réellement enseignés sont donc bien plus proches des propositions des manuels que des prescriptions officielles

Améliorer la nature : les cours d'eau entre dangers et utilité

L'étude des manuels de la fin du XIX e siècle et plus encore du début XX e est révélatrice d'une vision profondément utilitariste des éléments de l'environnement8 . L'eau en soi n'est pas un objet d'études : cela signifie que le thème de l'irrigation, c'est à dire les recherches de J. Brunhes n'ont pas véritablement percolé dans l'enseignement de la géographie, sans être pour autant totalement absents parmi les exemples. Du reste, les notions d'économie destructive/économie constructive élaborées par le même auteur à la même époque ne se retrouvent pas non plus de manière explicite. Les seules ressources que les cours de géographie évoquent sont les minerais, sans vraiment poser alors la question de leur épuisement possible.

Par contre, les cours d'eau sont l'objet de développement parmi les notions générales (enseignement primaire) ou la géographie générale (lycée). Les fleuves, dont il s'agit certes de connaître la localisation et les villes traversées dans le cadre de la géographie de la France par exemple, sont l'objet de développements quant à leur « utilité ». Ainsi lit-on par exemple que « les cours d'eau fournissent aux hommes les ressources de la pêche. Ils arrosent et fertilisent les terres qu'ils baignent. Enfin, ce sont des « chemins qui marchent9 ».

Cette vision utilitariste est exprimée également à travers les illustrations, qui soulignent les avantages pour les villes d'être installées sur les cours d'eau mais aussi les inconvénients. Les cours d'eau « débordent » et les crues des rivières sont l'objet de qualificatifs explicites : on parle des crues « terribles » de la Loire et des gravures illustrent les dégâts liés aux inondations.

Logiquement, l'homme doit « améliorer » (c'est le terme qui revient le plus souvent pour qualifier les aménagements réalisés) les cours d'eau. C'est là un thème assez général du reste : ainsi « l'homme transforme la nature, souvent il la détériore… mais parfois il l'améliore » lit-on dans un manuel de seconde 10 . Les qualificatifs des cours d'eau du reste ne laissent pas de doute quant à la nécessité de ces améliorations. Ainsi de l'Elbe « très irrégulier et très capricieux », « encombré de bancs de sables » que les hommes ont rendu « très important pour le commerce ». On retrouve d'ailleurs là un thème plus général dans l'iconographie des manuels, celui qui oppose la « prairie sauvage » à la « prairie civilisée ».

Il convient néanmoins de ne pas se méprendre. Comme l'a bien montré par ailleurs Y. Gunnel [START_REF] Gunnel | Ecologie et société[END_REF], l'utilitarisme a souvent été un des moteurs des conceptions écologiques, et d'une certaine façon à l'origine du développement durable 11 . On ne doit donc pas lire cette interprétation de l'amélioration des cours d'eau comme un manifeste en faveur de la destruction de la « nature ». Les géographes ont été nombreux à incorporer les réflexions quant à l'action de l'homme sur la nature. Celle-ci, véritablement introduite par l'oeuvre de G.P. Marsh 12 , vulgarisée en France par Elisée Reclus, est perçue comme un enjeu important par les géographes au point qu'un des thèmes du programme de géographie générale du Lycée (classe de seconde, 1902 13 ), est consacré à « l'homme et la nature ». L'homme y est montré comme un agent géologique et son oeuvre jugée à l'aune de la morale méritocratique. Ainsi, les « transformations accomplies dans un intérêt immédiat …ont détérioré la nature », la « vraie civilisation est celle qui se développe en harmonie et conformité avec les lois qui régissent la planète 14 ».

L'eau est alors aussi un élément capable de montrer les capacités d'adaptation des sociétés, et du primaire au lycée on retrouve la problématique de l'approvisionnement en eau, non en termes d'enjeu de conservation de la ressource, mais d'efforts nécessaires pour de nombreuses civilisations agricoles. Ainsi, à travers les techniques utilisées et le rôle des femmes, apparaît une iconographie du puisage de l'eau dont on ne peut être qu'étonné de voir à quel point elle est revenue au début du XXI e siècle.

Comprendre les dynamiques de la nature : les cours d'eau éléments des milieux

A partir de l'Entre-Deux-Guerres14 , et plus encore durant les Trente Glorieuses, les manuels accordent une place plus grande à la description scientifique des cours d'eau. La spécialisation scientifique de la géographie en deux branches de plus en plus indépendantes, conduisant même les deux maîtres de la géographie parisienne sinon française à écrire chacun un volume pour la géographie de la France, se traduit par la séparation claire dans l'enseignement entre géographie humaine et géographie physique.

A ce titre, la question de l'eau est particulièrement révélatrice. Par exemple, dans le programme de Seconde, la dynamique des cours d'eau est étudiée dans la partie géographie physique des manuels. L'hydrographie ou potamologie développée en France par Maurice Pardé (1893-1973) est présentée de manière assez complète, les élèves apprenant pourquoi les rivières ont des régimes différents. Dans la partie sur les reliefs, c'est le travail des rivières qui est étudié : principes de l'établissement d'un profil d'équilibre, constitution des plaines et terrasses alluviales. L'action de l'homme sur les rivières est ignorée : il y a une véritable exclusion de l'activité humaine de la géographie physique, dans un esprit analytique.

En géographie humaine, le rôle de l'eau n'apparaît plus guère que pour expliquer la répartition du peuplement : « dans les pays de terrains imperméables, sources, ruisseaux et mares permettent à chaque cultivateur de s'établir à sa guise (Bretagne), dans les pays perméables où on ne peut atteindre l'eau qu'à une grande profondeur, il faut qu'un groupe humain assez important soit rassemblé pour justifier le forage d'un puits15 (Picardie) ».

Le dernier chapitre du programme de 1961 (et donc probablement rarement traité en classe) réintroduit, mais sous une autre formulation, le thème des rapports homme/nature : « l'homme et les ressources de la nature ». Certains manuels (pas tous) mentionnent alors la problématique de l'eau à travers le problème de la mise en valeur des régions arides. L'eau n'est donc pas enseignée comme une ressource.

Au final, ce n'est qu'à travers les enseignements de la géographie régionale qu'on s'attend à retrouver la problématique du rapport eau/sociétés. Pourtant, cela reste très ponctuel. On lit de nouveau résumés les tempéraments des fleuves (Seine paisible, Loire capricieuse, Garonne coléreuse16 …), mais leurs aménagements traditionnels ne sont pas traités dans le texte des manuels. Les voies navigables sont évoquées dans les parties consacrées à la circulation et aux échanges, mais on en parle en termes de trafics et de longueurs.

Quelques manuels font davantage de place à l'explication des aménagements. C'est par exemple au début des années soixante-dix ceux de la collection LacosteGhirardi (nom de collection qui associe donc au géographe le nom du cartographe), édités par F. Nathan, qui présente de nombreux blocs-diagrammes. Dans le manuel de Sixième, à propos des pays du Nil, on lit comme question d'introduction du manuel de sixième : « Aujourd'hui, la crue du Nil ne se produit pratiquement plus dans cette vallée. Comment expliquer cette disparition ? ». La réponse vient de la construction du barrage d'Assouan « bâti avec l'aide des Russes », et dont le texte (cf. encadré 2) met en évidence les avantages pour le développement du pays sur un ton optimiste qui n'est pas sans rappeler les manuels du début du vingtième siècle, sans oublier les inconvénients du barrage.

Encadré 2 : Le barrage d'Assouan -Manuel Lacoste-Ghirardi-Nathan-1970. « au lieu d'aller se perdre inutilement dans la Méditerranée, les eaux retenues par ce barrage vont permettre d'irriguer de nouvelles terres. Avant cela, l'eau actionnera d'énormes turbines qui fourniront beaucoup de courant électrique. Avec cette électricité il sera possible de faire marcher de grandes usines qui utiliseront les abondants minerais de la région. Il sera aussi indispensable de produire de grandes quantités d'engrais chimiques pour enrichir les terres. En effet, les limons fertiles que la crue du Nil étalait autrefois sur les champs se déposent aujourd'hui derrière les barrages. (…) ».

Gérer l'eau : cours d'eau et ressources à protéger

Le véritable tournant dans l'enseignement de l'eau se produit lors des refontes des programmes au début des années 2000. La première étape est celle qui concerne les programmes du Lycée de 200017 . Celle-ci marque la fin d'une tradition centenaire : la coupure, dans le cadre du programme de Seconde, entre géographie physique et géographie humaine au profit d'une géographie ancrée dans les sciences sociales [START_REF] Vergnolle Mainar | La géographie dans l'enseignement, une discipline en dialogue[END_REF]. D'autre part, l'environnement est déclaré par les instructions officielles « thème transversal » et est censé sous-tendre l'ensemble des thèmes même si dans les faits on le trouve surtout traité à travers les derniers thèmes du programme (et par conséquent souvent écartés de l'enseignement pour des raisons pratiques).

Cette réforme conduit à enseigner un thème spécifiquement dédié à l'eau, intitulé « l'eau entre abondance et rareté ». Le titre indique une entrée plutôt naturaliste mais le traitement par les manuels montre clairement que l'eau est vue sous l'angle d'une ressource « mal répartie » (Nathan, coll. Mathieu). L'hydrologie n'est en fait plus traitée, même si on trouve encore des mentions sur le rôle des climats. Un manuel18 présente certes un exercice sur le régime d'un cours d'eau pour faire comparer le Nil avant et après le barrage d'Assouan, mais les aspects sociaux et d'aménagement sont devenus prédominants. Du reste, on peut faire remarquer que le thème de l'eau est enseigné en soi alors même que l'hydrologie géographique est devenue marginale dans le champs des recherches universitaires [START_REF] Laganier | Les géographies de l'eau[END_REF].

Pour autant, l'analyse des contenus des manuels montre que le traitement de la question tend essentiellement à renouer avec la géographie humaine de l'âge classique. On retrouve ainsi le rôle de « l'eau, facteur de peuplement » et du « fleuve, voie de pénétration et d'échange ». On reconnaît à travers les exemples le rôle des ouvrages de J. Bethemont [START_REF] Bethemont | Les richesses naturelles du globe[END_REF][START_REF] Bethemont | Les grands fleuves, entre nature et société[END_REF], et on retrouve également beaucoup d'éléments de l'iconographie de l'époque vidalienne. Le ton a par contre changé : l'optimisme n'est plus de mise, et les nouvelles inquiétudes sont mises en évidence. Ainsi, le « procès » des barrages ou la guerre de l'eau apparaissent dans l'ensemble des manuels. Le traitement des questions fait -à l'exception notable des manuels d'Hatier -une large part aux écrits journalistiques (Fig. 1). Pour en rester avec les programmes de Seconde, la deuxième étape est la réforme de 2010. Le programme est alors officiellement « centré sur les questions de développement durable 19 » c'est-à-dire la mise « en relation [du] développement humain avec les potentialités de la planète 20 ». Le thème de l'eau y est encore l'objet d'une leçon spécifique, mais celle-ci est optionnelle, l'enseignant pouvant lui préférer « nourrir les hommes » ou « l'enjeu énergétique 21 ». Le titre de la question est devenu : « L'eau, ressource essentielle », mais la formulation du programme est la même à l'exception du troisième point qui est devenu « gérer une ressource convoitée et parfois menacée » et non plus seulement « une ressource convoitée et parfois menacée ? ».

Si la formulation des instructions officielles reste donc très proche, l'analyse du texte des manuels montre que le discours et ses modalités sont, par contre, modifiés. Totalement centrés sur la notion de ressource selon un angle social, les cours ne mentionnent pratiquement pas, voire pas du tout, les facteurs expliquant son inégale répartition qui est une donnée non expliquée. La distinction entre nappes fossiles, ne se renouvelant pas et nappes phréatiques, est rarement clairement effectuée, n'apparaissant généralement que de manière implicite à travers les documents. Des notions plus abstraites font par contre leur apparition. « Disponibilité », « accessibilité », « consommation » et « prélèvement » sont distinguées, certains Etats étant en « stress hydrique ». Très emblématique du tournant vers les sciences sociales, certains manuels parlent de manière beaucoup plus explicite d'acteurs de la gestion de l'eau : usagers, Etats, entreprises, ce qui se retrouve d'ailleurs dans la source des documents (Fig. 1)… Cette mise en exergue des acteurs se fait en particulier à travers la partie sur les convoitises sur la ressource : conflits d'usage et tensions entre Etats. Mais alors que la question de la durabilité constitue le fil directeur du programme, son introduction concrète semble difficile dans les manuels qui hésitent entre lecture locale et lecture globale (Encadré 3). Les deux axes attendus (meilleure gestion de la ressource et amélioration de l'accès à l'eau potable) sont certes mis en avant mais selon des approches assez différentes selon les manuels, qui sont essentiellement fondées sur l'affirmation de la nécessité d'économiser l'eau et de mieux la distribuer. Un manuel termine sa leçon sur le thème de « l'eau ressource économique » avec pour dernière phrase : « …ce n'est pas la pénurie physique d'eau qui pose le plus grand défi du XXI e siècle, mais la pénurie économique » (manuel Hachette, 2de). L'étude des discours sur l'eau, tel qu'ils ont évolué depuis le début du vingtième siècle, est révélatrice des changements de perception de l'environnement. L'eau de moyen à utiliser ou danger dont il faut se prémunir est devenue une ressource à gérer et préserver. Un recul critique par rapport aux aménagements hydrauliques, en particulier les barrages, est clairement visible.

Paradoxalement, le développement du discours environnementaliste se réalise au moyen d'une dénaturalisation de l'approche : les dynamiques des cours d'eau, les différences entre les différents types de ressources en eau ne sont plus enseignées. Le fait que la gestion de la ressource est un problème relève en soit d'avantage d'une posture affirmative que démonstrative, et résulte d'une analyse sociale au niveau global. Si l'approche est devenue moins explicative elle est par contre bien plus conceptuelle, avec l'introduction de problématiques qui appartiennent davantage aux champs des sciences sociales ou de la gestion (jeux d'acteurs, statistiques globales peu spatialisées) qu'à celui de l'analyse géographique classique (prise en compte du milieu, analyse par échelles).

Ce parcours de l'enseignement de l'eau par la géographie scolaire révèle aussi ce qu'il est possible de qualifier d'échec d'une géographie globale. Si les manuels du Primaire de la fin du dix-neuvième siècle puis ceux du secondaire du début du vingtième siècle ont marqué une approche croisée entre analyse des phénomènes naturels (dynamique des cours d'eau) et des problèmes humains (navigabilité et lutte contre les inondations), l'eau n'a alors pas été perçue comme une véritable ressource. L'étude des dynamiques des cours d'eau s'est ensuite totalement abstraite des aménagements anthropiques. Enfin, les derniers programmes de géographie, malgré l'affirmation du retour d'une géographie plus unifiée, montrent au contraire que les problèmes humains sont analysés en termes plutôt globaux, l'eau étant vue essentiellement sous l'angle d'une ressource. Certes, pour l'introduction de l'analyse de l'organisation de l'espace on revient à travers les documents et les exemples à montrer de nouveau les rapports sociétés/eau (aménagements hydrauliques, puits traditionnels). Néanmoins, l'angle de la gestion durable de la ressource dont on aurait pu penser qu'il était l'occasion d'une approche de géographie globale, ignore en fait les données naturalistes de la dynamique de l'eau et les données matérielles des milieux pour ne se focaliser que sur le versant économique et social du problème.

Résumé : Dans l'enseignement secondaire français, l'éducation à la ressource en eau est principalement dévolue à la géographie. Souvent rattachée à un tournant récent, cette thématique environnementale a en fait été présente assez tôt et l'évolution de son enseignement, d'une vision possibiliste à une vision davantage gestionnaire révèle les transformations des pratiques disciplinaires, d'une écologie humaine à une géographie science sociale en passant par une géographie physique explicative. Mots clés : Enseignement, géographie, eau, France Abstract: In French secondary schools, geography teachers are in charge of water resource education. This environmental approach is not only a recent revolution but more an evolution from a possibilist approach to a gestionnary lecture of the environmental challenges. This reveals the changes of geographers' practices, from human ecology physical geography to social sciences. Key words: Education, geography, water, France

Fig. 1 :

 1 Fig. 1 : L'origine des textes (comparaison des manuels de Seconde 2001-2010) Avec un programme similaire, on observe une légère baisse du nombre de documents-textes dans les manuels (12 à 16 en moyenne par manuel) et à une redistribution des types d'auteurs. A l'exception des manuels d'Hatier, la presse devient la principale source de textes. D'autre part, les textes d'acteurs (agences de l'eau, collectivités…) qui n'étaient présents que chez un éditeur en 2001 concernent désormais la quasi-totalité des manuels.

Fig. 2 :

 2 Fig. 2 : Illustrations photographiques et études de cas. Manuels du programme mis en place en 2010.L'approche géographique des illustrations photographiques et des sujets des études de cas est révélatrice des différences d'interprétation de l'introduction de la durabilité. Les intitulés hésitent entre l'approche de la ressource elle-même à travers son adéquation aux besoins des populations, et la question des jeux d'acteurs entre coopérations et conflits d'usage. La localisation des photographies montre une certaine permanence (comme au début du vingtième siècle, les scènes de puisage sont majoritairement situées en Inde ou en Afrique sahélienne, tandis que les paysages sont surtout méditerranéens et les équipements modernes européens).

Encadré 3 : Pourquoi faut-il une gestion durable ? Les explications de deux manuels

  . « Une gestion durable passe par la gestion de la demande et la gestion intégrée des ressources en eau. Des conflits ont été réglés en augmentant les ressources disponibles, par la construction de barrages ou le transfert de l'eau. La consommation moyenne ayant augmenté deux fois plus vite que la population depuis 1950, ce mode de gestion « par l'offre » n'est pas soutenable, d'autant que la croissance démographique et l'urbanisation risquent d'aggraver de nombreuses situations. » Manuel Magnard, 2010. « L'humanité doit s'interroger sur une nouvelle manière de gérer la ressource pour permettre un mode de développement plus durable. Le premier défi à relever concerne les prélèvements agricoles en eau : des techniques innovantes permettent de produire plus avec autant, voire moins d'eau. Un deuxième défi est la gestion de l'alimentation en eau des villes : réduire la consommation et réutiliser les eaux usées semblent être des solutions d'avenir. La gestion durable de l'eau s'envisage par la mise en oeuvre de solutions à l'échelle locale. Ces solutions de nature technique (station d'épuration, recyclage des eaux usées d'un écoquartier), éducative (sensibilisation des consommateurs à une culture d'économie de l'eau) ou politique (association des populations à la création et à la gestion d'un réseau de distribution) sont adaptées à chaque situation et tentent d'apporter des réponses au problème planétaire de l'eau. » Manuel Hachette, 2010.

Cette idée d'un tournant, montrée par I. Lefort, N. Broc et reprise par R. Marconis ou J.-F. Deneux est aujourd'hui contestée par la principale équipe de recherches en histoire de la géographie. S'ils ont peut-être raison de nuancer l'impact du rapport Levasseur Himly de 1871, il n'en reste pas moins que l'examen des manuels et des programmes montre bien une rupture entre la situation des années 1860 et les nouveaux programmes rédigés dans les années 1880.

Dans leur rapport sur l'enseignement de la géographie (1871), Himly et Levasseur reprennent à leur compte l'argument selon lequel la méconnaissance des cartes et de la géographie par les officiers français aurait joué un rôle déterminant dans la défaite.

Par exemple l'ouvrage de l'abbé Gauthier « Les leçons de géographie par le moyen du jeu » édité une trentaine de fois de 1788 à 1875 et basé sur une pédagogie par le jeu pour retenir les caractéristiques des pays et régions.

Professeur au collège de France, il a été le responsable scientifique des Archives de la planète, vaste inventaire photographique des peuples du monde lancé par le banquier Albert Kahn.

Programmes analysés : 1885Programmes analysés : , 1890Programmes analysés : , 1902Programmes analysés : , 1925Programmes analysés : , 1937Programmes analysés : -38, 1945Programmes analysés : -47, 1957Programmes analysés : , 1961Programmes analysés : , 1965Programmes analysés : , 1970Programmes analysés : -71, 198285- 90, 1995Programmes analysés : -99, 2000Programmes analysés : , 2010. .

 8 On parle alors davantage de « nature » que de « milieu » ou « environnement » même si une rapide approche de l'usage de ce terme est assez équivalent.

Lemmonier et Schrader, (1907) -Cours supérieur, Hachette, édition 1907.

Le programme de 1902Le programme de n'est modifié qu'en 1925Le programme de puis 1937-38. -38.

Ozouf M., Pinchemel Ph. (1961) -Géographie 2de, F. Nathan, Paris.

Labaste A., Blanchon R., Oudin R. (1966) -Géographie 1 ère , A. Colin, Paris.

BO, H.S., n°6, 31/08/2000.

Nathan, coll. Mathieu, édition 2006.

BO n°4, 29/04/2010.

Idem.

Le programme stipule qu'il choisit deux questions parmi ces trois questions (nourrir les hommes, l'eau ressource essentielle ou l'enjeu énergétique).

-Géographie générale, classe de seconde. Hachette, Paris. 11 C'est le forestier américain Gifford Pinchot (1865-1946) à l'origine de la « Resource Conservation Ethic » est l'un des premiers à insister sur la nécessité de protéger les milieux contre une exploitation excessive qui épuiserait les ressources. 12 Marsh G.P. (1864 réédit. 1965) -Man and Nature. Harvard University Press. 13 La réforme de 1902 constitue le point de départ de l'enseignement pour tout le vingtième siècle et fixe les grandes lignes du programme de géographie du lycée général jusqu'à nos jours. 14 Manuel de seconde programme de 1902, édition Hachette.