Nanomatériau

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Un nanomatériau est un matériau (sous forme de poudre, aérosol ou quasi-gaz, suspension liquide, gel) possédant des propriétés particulières à cause de sa taille et structure nanométrique.

Vue en rotation d'une sphère de fullerène de type Buckminsterfullerène, nanoproduit considéré comme toxique (C₆₀)

De nombreux matériaux font l'objet de recherches visant à les produire sous forme de nanoparticules (Métaux, céramiques, matériaux diélectriques, oxydes magnétiques, polymères divers, carbones, etc. ), seuls ou en formes ou structures composites.

Les nanomatériaux sont - au sens commun du terme - habituellement issus de la nanotechnologie, à la différence des nanoparticules qui peuvent être d'origine naturelle ou résulter de processus tels que le soudage, le fumage, le polissage, etc.

On parle également de nanocomposites qui sont par exemple des matériaux dits nanostructurés (en surface ou en volume), ou nanorenforcés.

Avec la mise au point de techniques permettant d’élaborer des matériaux dont les dimensions sont nanométriques, un champ considérable s’est ouvert pour des matériaux nouveaux et des propriétés ont été découvertes qui relèvent de la physique (optique, électronique, magnétisme), avec déjà un ensemble très important d’applications industrielles, de la catalyse ou de la mécanique, avec toutefois, pour les matériaux structuraux, une limitation liée à la difficulté à accéder à des quantités de matière ou à des coûts pertinents. Parallèlement se sont développées des technologies permettant de façonner, par modulation de la composition ou par usinage à l’échelle nanométrique, des systèmes de matériaux et, de là, d’inventer des dispositifs nouveaux en microélectronique et en informatique.

Fabrication

Deux approches existent, qui consistent à :

• Assembler des atomes dans un « réacteur » ou autre système pour produire des nanoparticules : Approche bottom-up ;
• Dégrader de la matière en particules nanométriques : Approche top-down.

Nanomatériaux actuellement étudiés ou exploités

Les plus souvent évoqués sont :

• Nanotubes de carbone ou de nitrure de bore
• Nanoparticules métalliques : sphères métalliques de taille nanométrique. Ces nano-objets peuvent être synthétisés par voie chimique (croissance) ou physique (jets moléculaires). ex : Nanoargent désinfectant ou désodorisant dans les chaussettes et autres vêtements, ciment autonettoyant au dioxyde de titane ; crème solaire au dioxyde de titane, etc.
• Nanopoudres de céramique (silicates ou oxyde de titane) : obtenus en vaporisant des précurseurs métalliques et/ou organiques dans une flamme à très haute température. Ces nanopoudres ont des propriétés dans le traitement de surface de matériaux (durcissement), les matériaux bio-compatibles (implants osseux) et les polymères conducteurs notamment.
• Nanofibre, notamment de carbone : ces matériaux ont des propriétés qui intéressent le domaine de la conductivité électrique, de la résistance mécanique et des implants biocompatibles (muscles artificiels). Elles peuvent également servir à stocker efficacement l'hydrogène.
• Nanofeuille de verre : leur usage est envisagé dans le domaine des disques optiques. La densité d'informations pourrait être multipliée par 4 par ce procédé, mettant en œuvre le dépôt d'oxyde de cobalt sur la surface du disque. Des procédés mettant en œuvre du chrome, du zirconium et du cobalt laissent espérer des densités encore plus importantes.
• Nanofilm d'ADN : ces films ont des propriétés filtrantes, exploitables notamment dans le domaine environnemental.
• Nanocristal : par exemple, diamant artificiel ayant des propriétés électriques permettant de fabriquer de nouveaux microprocesseurs. Les cristaux naturels, comme l'opale ou le saphir sont soumis à des recherches. nanocristaux de semi-conducteurs fluorescents, etc.
• Nanocomposites : des matériaux composites ayant des propriétés de dureté et de résistance à l'usure.
• nanoproduits pour l'alimentation ; antiagglomérant pour sucre de table à la silice (avis réservé de l'AFSSA en France qui demande un étiquetage spécifique).

Autres nanomatériaux:

• fullerène
• nanopigments de dioxyde de titane

Risques

Les risques toxicologiques et écotoxicologiques sont liés à la taille très petite (100 000 fois plus petit qu'une cellule humaine moyenne) de ces matériaux, qui fait qu'ils se comportent comme des gaz et passent au travers des muqueuses et de la peau et de toutes les barrières (y compris méninges protégeant le cerveau, et placenta).
Les risques sont donc potentiellement liés à

• l'inhalation ;
• l'ingestion ;
• le contact cutané et passage percutané ;

Le risque varie selon le nanomatériau considéré (selon la taille, la quantité, la structure, la surface spécifique et réactivité de surface, la toxicité chimique, une éventuelle radioactivité, les capacités d'agrégation, la réactivité, le comportement dans l'eau ou l'air, la présence éventuelle d'un surfactant ou d'un solvant, etc.).
Un même matériau présente une toxicité accrue lorsqu'il est à une dimension nanométrique, à cause d'une réactivité accrue.

Un des principaux risques identifiés concerne l'air inhalé (les [nanoparticules libres se comportent comme des gaz plus que comme des aérosols ; Certains métaux (aluminium, lithium, magnésium, zirconium) ou des produits combustibles peuvent, à l'état de nanoparticules, former dans l'air des nuages explosifs. Ils doivent être entreposés sous atmosphère inerte (azote par exemple).
D'après certaines sources

• une particule de 1 nm ne peut pas atteindre les alvéoles pulmonaires ;
• une particule de 5 nm se dépose aléatoirement au niveau du nez et du pharynx, de la trachée et des bronches ou encore au niveau des alvéoles ;
• une particules de 20 nm se dépose dans plus de 50 % des cas au niveau alvéolaire.

Les nanoparticules insolubles présentent également des propriétés de translocation leur permettant de se déplacer dans l’organisme. Ces particules peuvent passer des poumons au sang, puis être distribuées dans l’ensemble de l'organisme. Ces particules intéressent également la pharmacologie pour leur capacité à atteindre le cerveau, à franchir les barrières intestinales, cellulaires et placentaires.

Un rapport IRSST (Ostiguy et al., 2006) regroupe les connaissances toxicologiques spécifiques aux nanoparticules disponibles à cette époque. Les risques peuvent concerner des travailleurs (plusieurs centaines de personnes exposées, au Québec, à des nanoparticules) ou encore des utilisateurs de produits finis. Le nombre de personnes exposées devrait augmenter avec l'usage accru de ces produits.

Concernant les risques, certains en appellent au principe de précaution et demandent des études d'impacts poussées avant toute mise sur le marché, mais de nombreux produits sont déjà sur le marché, et les évaluer couterait cher « Les tests sur seulement 2.000 substances par an pourraient coûter 10 milliards de dollars, et nécessiteraient le sacrifice d'un nombre considérable d'animaux de laboratoire chaque année afin de réaliser les essais de toxicité in vivo » selon le centre d'analyse stratégique (CAS) qui estimait en 2013 que « ce n'est plus envisageable ». D'autres évoquent donc l'écoconception avec une notion de « sécurité intrinsèque par le design » (safe by design).

Dans le domaine de la santé

Les nanomatériaux présentent certaines propriétés les rendant potentiellement intéressants pour la médecine. En 2012, des nanotechnologies et des nanomatériaux sont déjà utilisés dans divers domaines, dont dans celui des médicaments et de la médecine, certains parlant déjà de nanomédecine. Trois champs principaux d'utilisation sont le diagnostic, la délivrance de médicaments et la la médecine régénérative. Des applications intéressent aussi la chirurgie et la thermothérapie).

Cependant les nanomatériaux poruraient aussi être source de risques nouveaux pour la santé. Concernant les nanoimplants ou matériels médicaux contenant des nanoproduits, l'Afssaps a produit en France une première évaluation en 2011 .

En Europe le SCENIHR a demandé un avis scientifique à ce propos, et en particulier concernant :

• L'usage de nanotubes de carbone dans certains produits (ciments) de reconstruction osseuse
• l'utilisation de nanopoudre d'hydroyapatite dans les pâtes destinées à remplir des vide dans l'os ;
• l'usage de polymère contenant des nanoparticules dans le cadre de résines de remplissage dentaires ;
• l'usage de nanocéramiques polycristallines dans les matériaux de restauration dentaires ;
• l'intégration de nanoparticules d'argent ou d'autres nanomatériaux dans les revêtement de cathéters et d'implants ;
• l'utilisation de nanoparticules d'argent comme agent antibactérien, dont dans les pansements (Wijnhoven et al. 2009).

Des retours d'expérience existent déjà sur l'utilisation de nanoparticules d'oxyde de fer injectées dans des cellules tumorales ensuite chauffée par rayonnement pour par champ magnétique externe . De tels produits peuvent être utilisés dans le réseau sanguin ou en neurochirugie (neuroprothèses), reconstitution de réseau neuronal

Il reste de nombreuses lacunes en matière d'évaluation des risques, même pour des produits déjà très répandus tels que le nano-argent, et les usages médicaux des nanoparticules ou nanoproduits ne sont pas clairement encadrés par la législation sur la médecine ni sur les implants et matériels médicaux et en dépit d'avis donnés en 2006, 2007 et 2009, le SCENIHR souhaite en 2012 éclaircir certains points non encore abordés, notamment concernant les implants (dont produits de remplissage dentaire).

Dans le domaine de l'environnement

Des données parcellaires font état d'effets potentiels préoccupants sur la faune et la flore mais les conditions d'expérimentation sont souvent très éloignées de celles rencontrées dans la réalité.

Législation et réglementation

À partir du premier janvier 2013, fabricants, importateurs et distributeurs de nano-produits ont en France l'obligation de déclarer l'identité, les quantités et les usages des nanomatériaux.
Cette démarche impliquera notamment l'expertise de l'Agence nationale de sécurité sanitaire de l'alimentation, de l'environnement et du travail (Anses), qui « face aux incertitudes scientifiques et aux interrogations sociétales suscitées par les potentiels risques sanitaires des nanomatériaux », a - pour ses travaux d'« expertise collective » en matière de nanomatériaux - installé en septembre 2012, un groupe d'experts et de travail dit « Nanomatériaux et santé - alimentation, environnement, travail » notamment chargé d'assurer une veille scientifique « en temps réel » dont sur le sujet des risques émergents (sanitaires et environnementaux) et des dangers liés aux expositions aux nanomatériaux manufacturés; pour tous leurs usages. De plus, l'appel à Projets de Recherche en Santé-Environnement-Travail (APR-EST) de l'ANSES peut soutenir la Recherche dans ce domaine .

Notes et références

Articles connexes

• Nanoargent
• Cindynique
• Gestion des risques

Liens externes

• Dossier de l'INRS sur les nanomatériaux
• Dossier "Nanomatériaux et Environnement" d'AVICENN, Association de Veille et d'Information Civique sur les Enjeux des Nanosciences et des Nanotechnologies, qui édite depuis 2010 le site http://veillenanos.fr