Nanoparticule

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Une nanoparticule (ou particule ultra-fine, adjectif également orthographié « ultrafine »[1])[2] est définie par la norme ISO TS/27687 comme étant un nano-objet dont les trois dimensions sont à l'échelle nanométrique, c'est-à-dire une particule dont le diamètre nominal est inférieur à 100 nm environ[3]. Une autre définition, plus large, qualifie de « nanoparticule » un assemblage d'atomes dont au moins une des dimensions se situe à l'échelle nanométrique ; ceci correspond à la définition de « nano-objet » selon la norme ISO précitée.

Certaines nanoparticules (naturelles ou artificielles), diffusées dans l’environnement, notamment par l'air ou via les eaux usées[4], causent les problèmes inflammatoires pulmonaires les plus vifs[5], et sont fortement suspectées d'avoir des effets négatifs sur l'environnement[6], et sur la santé quand elles sont inhalées ou qu'elles pénètrent le corps via la peau, l'eau ou l'alimentation ; « Les études toxicologiques démontrent clairement que la très petite taille des nanoparticules est un élément-clé au niveau de la toxicité, surtout au niveau des particules non ou peu solubles (...) les propriétés de surface, la capacité à induire des radicaux libres ou à libérer certains ions peuvent également influer substantiellement sur la toxicité. Plusieurs effets pulmonaires ont été documentés dont la capacité de certaines nanoparticules à induire des granulomes pulmonaires. Les données actuellement disponibles semblent indiquer par ailleurs que l’absorption cutanée serait relativement limitée » (Source : Ostiguy et al., février 2006 [7]).

vue en microscopie électronique à transmission (TEM) de nanoparticules de silice mésoporeuse, avec des diamètres de 20nm (a), 45nm (b), et 80nm(c). la photo d présente une vue en microscopie électronique à balayage correspondant à (b). The insets are a high magnification of mesoporous silica particle[8].
Types d'exposition et de maladies associées, telles que suspectées à la suite des études épidémiologiques et études in vitro disponibles [7]
Nanocristaux (étoilés) d'Oxyde de vanadium(IV)

Éléments de définition[modifier | modifier le code]

Une nanoparticule est également définie comme ayant « un diamètre suffisamment petit pour que les propriétés physiques et chimiques diffèrent de façon mesurable de celles des matériaux en vrac » [9].

Pour la Royal Academy of Engineering (2004), « la nanoscience est l’étude des phénomènes et la manipulation de matériaux aux échelles atomique, moléculaire et macromoléculaire où les propriétés diffèrent significativement de celles à plus grande échelle »[10].

On peut également classer les nanoparticules/nano-objets selon leur taille dans chacune des trois dimensions :

  • les fullerènes, particules, etc. ont leurs trois dimensions dans le domaine nanométrique (point) ;
  • les nanotubes, dendrimères, nanofils, fibres et fibrilles ont deux dimensions nanométriques (ligne) ;
  • les films minces n'ont qu'une dimension nanométrique (plan).

Échelles de taille[modifier | modifier le code]

Du point de vue dimensionnel, les nanoparticules/nano-objets se situent entre la matière dite macroscopique et l'échelle atomique ou moléculaire. Leur taille est donc bien inférieure à celle d'une cellule humaine.

Enjeux économiques et éthiques, risques sanitaires et environnementaux[modifier | modifier le code]

La diffusion rapide et la commercialisation des nanoparticules soulèvent de grands espoirs économiques et techniques, mais aussi des questions nouvelles sur les risques émergeant pour la sécurité[11], la santé et l'environnement, dans un contexte de connaissances scientifiques encore très lacunaires[12],[7].

En tant qu'altéragènes physiques ou chimiques, ce sont des polluants potentiels de tous les milieux (air[13] et eau, mais aussi sol[14] et réseau trophique, via la bioaccumulation), que ce soit seuls, en groupe ou en synergie avec d'autres polluants. De plus, ces nanoparticules sont souvent plus toxiques et écotoxiques que leurs homologues de taille supérieure. Et elles pénètrent facilement les organismes fongiques, animaux, végétaux ou microbiens. Certaines nanoparticules, en contact avec l'air, sont en outre une source de risques d’incendie ou d'explosion. En raison de caractéristiques nouvelles (caractères physico-chimique liés à leur taille, surface spécifique, surface d'échange, point de charge nulle, potentiel zeta..)[15], les modèles utilisés pour les particules et micro-particules ne fonctionnement plus.

Or, en 2009, selon le NanoTech Project [16] 1 015 produits de consommation courante contenaient déjà des nanoparticules, contre 54 en 2005 (+ 1 000 % en 4 ans), avec une production mondiale de plusieurs millions de tonnes de nanoparticules[12],[17], et une écotoxicité encore presque inconnue. On les trouve déjà dans les eaux usées[18].
L'utilisation de nanoparticules (ex d'oxyde de cérium chez l'homme ou l'animal comme moyen de limiter la perméabilité de l'intestin à certains radionucléides[19], ou la « nanoremédiation [20],[21],[22] » elle-même, qui se développe en Amérique du Nord, utilise de fortes doses de NP pour dépolluer les sols.
Dans certains cas, elles sont volontairement introduites dans l'organisme humain (produit de contraste, avec par l'exemple de l'oxyde de fer nanoparticulaire (Ultrasmall superparamagnetic iron oxide), approuvé par la FDA[23]).

Plusieurs travaux de recherche commencent à aborder ces questions.

  • Gottschalk et al. (2009) ont modélisé la contamination potentielle des eaux et sols européens (jusqu'à 0,003 ng/L pour les fullerènes et21 ng/l pour les NP-TiO2 dans les eaux de surface). Le sol, de manière préoccupante peut aussi accumuler des NP (89 μg/kg en NP-TiO2 par an vers 2008/2009, sachant que ce modèle ne tient compte que de l'usure et du recyclage classique des nanoproduits, et non des disséminations accidentelles ou volontaires de NP dans l'environnement).
  • Dans les eaux douces, et in vitro, au gré de processus physicochimiques complexes, des nanoparticules peuvent s’agréger et se déposer[24].
    Les nanoparticules d'argent s'avèrent toxique pour l'embryon du poisson-zèbre [25] et on a montré que le dioxyde de titane nanoparticulaire peut interférer avec les algues en augmentant leur capacité à absorber le cadmium toxique [26]. On a démontré des effets génotoxiques et cytotoxiques de nanoparticules d'argent pour les cellules d'une espèce-modèle de poisson (jugée représentative des risques génotoxiques pour de nombreuses espèces, dont de grand mammifères tel que les baleines[27]), sur la base d'études in vitro sur des lignées cellulaires de poisson (Oryzias latipes)[28] exposées à des nanosphères d'argent de 30nm de diamètre (qui ont notamment induit des aberrations chromosomiques et des aneuploïdies.
  • Les impacts sur l'écosystème sol (dont sur la biomasse en bactéries et ver de terre) et l'utilisation possible de cette microfaune pour la remédiation de sol est évoquée par le CEA et l'adème en 2010 [29] qui font état des avancées permises par Cornelis et son équipe qui ont mis au point une méthode de détermination de la rétention/mobilité de nanoparticules d’argent (NP-Ag[30]) et d’oxyde de cérium (NP-CeO2, additif toxique commun des carburants diesel) dans les sols [31], ce qui permettra de mieux évaluer les risques de recontamination de l'air et de contamination de l'eau, et de mieux évaluer leur biodisponibilité pour les organismes vivants (microbes, champignons, végétaux et animaux).
    Dans le sol, on a aussi montré que des nanoparticules pouvaient interférer avec la mycrorhyzation[32], en facilitant la bioaccumulation de Césium radioactif, ce qui pourrait être intéressant pour dépolluer un sol, avec le risque - dans un milieu non contrôlé - de faciliter des transferts de toxique dans la chaine alimentaire.
    Des effets sur le microbiote sont mis en évidence pour l'argent nanoparticulaire[33] dans le sol.
  • Étant présent dans les eaux usées, des nanoparticules peuvent être accumulées dans les sédiments, où l'on a montré qu'ils pouvaient affecter des animaux fouisseurs et filtreurs vivant dans la vase (un polychète en l'occurrence [34])
  • Fang X a étudié la toxicité de trois nanoparticules (ZnO, CeO2 et TiO2 )sur une bactérie Nitrosomonas europeae [35], communément présente dans le sol, montrant que toutes les bactéries exposées ont une taille inférieure à la normale, et que cette diminution de taille varie (non linéairement) avec la taille et la forme des nanoparticules. Les bactéries exposées aux NP-TiO2 deviennent distordues et présentent des cavités anormales en leur sein bien que les NP semblent très peu absorbées à l'intérieur de leur organisme, et que très peu de NP soient adsorbées à leur surface. Les nanoparticules de ZnO déforment moins les bactéries, mais endommagent plus leur enveloppe. Le CeO2 nanoparticulaire quant à lui ne semblait pas endommager les tissus externes, mais provoquaient l'apparition de vides intracellulaires quand il était adsorbé sur des parois. Le NP-ZnO est absorbé par les Nitrosomonas europeae|Nitrosomonas europeae et la dissolution des du ZnO nanoparticulaire en Zn2+ pourrait expliquer la toxicité de ces nanoparticules.
  • Des données sont parues en 2010 sur le bioaccumulation et les impacts de différentes tailles (10 à 20 nm de diamètre) de nanoparticules pour deux molécules (TiO2 et ZnO, très utilisés dans les crèmes solaires et des produits autonettoyants) sur un ver de terre (Eisenia fetida)[36], à relativement « forte » dose (exposition à 5 g de nanoparticules par kg de terre, durant 7 jours, taux possibles en cas d'accident ou d'apports volontaires). Les NP-ZnO se sont montrés plus toxiques et bioaccumulables pour le ver de terre que les NP-TiO2, et leur toxicité n'a été étudiée qu'à des doses élevée qui seront a priori rares dans la nature. D'autres études[37] ont porté sur ce même vers.
    Des nanoparticules peuvent être bioaccumulées par le poisson zèbre après qu'elles l'ont été par des proies telles que les daphnies[38].
  • Des nanoparticules de fer (fer à la valence zéro (ZVI), sulfure de fer (FeS) et magnétite (Fe3O4) peuvent faciliter l'inertage de l'arsenic dans les sols[39], mais la toxicité de ces particules pour l'écosystème et l'homme n'a pas été étudiée[14], et l'efficacité des nanoparticules n'a pas été comparée avec celle de microparticules[14].
  • Des effets posibles sur les plantes cultivées sont détectés (2012) ; Alors que l'effet de la bioaccumulation de métaux "normaux" est déjà jugé préoccupant pour la sécurité alimentaire[40] ou même pour la santé des plantes cultivées (dont du soja lui-même[41]), il était inconnu jusqu'en 2012 pour les formes nanoparticulaires de ces mêmes métaux. L'effet de deux nanoparticules déjà couramment et massivement diffusées dans l'environnement (oxyde de zinc très fréquent dans les produits cosmétiques, et dioxyde de cérium massivement émis par les pots catalytiques) a été étudié par un consortium scientifique international[42], sous serre et en atmosphère contrôlée, sur une plante cultivée, le soja [43],[44]. Selon les premiers résultats (publiés en 2012) l'exposition à l'une ou l'autre de ces nanoparticules affecte les plants de soja et la fertilité du sol ;
    - L'exposition au nano-zinc est sans effet de seuil pour l'oxyde de zinc. Celui-ci même à très faible dose accentue légèrement la croissance de la plante. Mais il est bioaccumulé dans ses parties comestibles (feuille, graines ainsi "contaminées") ;
    - Le dioxyde de cérium inhibe au contraire la croissance du soja. Il en diminue le rendement de culture. Il se fixe plutôt dans la racine et il réduit la captation de l'azote du sol (en contribuant donc à son eutrophisation, d'autant plus que cette réduction encourage l'agriculteur à augmenter ses engrais azotés pour maintenir les rendements agricoles). Il interagit aussi avec les bactéries du sol dont certaines vivent en symbiose avec les légumineuses.
    On ignore si à ces doses, les nanoparticules acumulées dans les graines et feuilles peuvent affecter la santé humaine ou l'celle des animaux domestiques (qui avec l'élevage hors-sol et les pisciultures consomment de plus en plus de soja) [45].
    Les accumulations de nanoparticule peuvent être rendues visibles par des techniques de fluorescences aux rayons X, dont pour le zinc et le cuivre[46].

Génotoxicité[modifier | modifier le code]

Sans surprise, des molécules toxiques et génotoxique à doses "macro" peuvent se montrer également génotoxiques si ce n'est beaucoup plus sous forme nanomoléculaire (ex: Chrome VI [47]), mais la génotoxicité de la plupart des nanoparticules doit être spécifiquement réétudiée.
Elle est testée in vitro[48],[49] ou sur le modèle animal (rat[50]…), et aussi chez des plantes[51] et parfois chez l'homme[52], mais difficile à évaluer avec les tests classiques[53], et des résultats contradictoires sont données pour les courtes expositions[54]. Certaines nanoparticules (Or[55], ou TiO2 par exemple) sont suspectées de pouvoir endommager l'ADN, sans que l'on sache encore si cet effet est dû à un stress oxydant ou à d'autres causes. La localisation nucléaire de nanoparticules d'or a été démontré au microscope électronique à transmission[56]; Des liens avec certains cancers seraient possibles[57].
La question des effets synergique commence aussi à être explorée, par exemple pour une exposition simultanée au DDT et à du titane nanoparticulaire[58], ou une exposition à des UV simultanément à des nanoparticules présents dans l'eau [59].

Recherches et utilisations[modifier | modifier le code]


En recherche fondamentale et/ou appliquée, les nanoparticules sont des objets d'étude depuis toujours (voir le questionnement sur la taille minimale des objets des grecs anciens qui a conduit au mot moderne d'atome). Aujourd'hui physiciens et chimistes poursuivent la recherche et découvrent, synthétisent et étudient les nanoparticules afin de comprendre et maitriser leurs structures et leurs propriétés.
Les biologistes ou biochimistes les utilisent comme marqueurs cellulaires, particules vaccinales, support pour marqueurs fluorescentsetc.

De par leurs propriétés, les nanoparticules sont intéressantes pour l'industrie (nanotechnologies), elles sont de plus en plus étudiées, surtout depuis les années 1990. Les nanoparticules entrent déjà dans la composition de divers produits pour la santé (crèmes solaires et cosmétiques), l'industrie du bâtiment (enduits extérieurs, peintures et vernis d’ameublement) ; mais aussi d'autres secteurs comme catalyseurs de carburant, pellicules et films pour l'image, l’électronique et l’informatique, etc.

Propriétés nouvelles[modifier | modifier le code]

Les propriétés de la matière changent fortement quand la taille des objets se rapproche du nanomètre[60],[7]. Ceci est dû en partie au fait que la surface d'un matériau joue un rôle de plus en plus grand dans ses propriétés physiques lorsque sa taille décroît, alors que le nombre d'atomes appartenant à la surface est négligeable dans le cas d'un matériau macroscopique. Par contre, pour un objet nanométrique, la fraction des atomes appartenant à la surface est loin d'être négligeable. Entre autres, on peut noter que :

  • la température de fusion d'un corps pur de taille macroscopique est identique à sa température de solidification (0 °C pour l'eau par exemple). Pour une nanoparticule, cela n'est plus vrai et le matériau présente une hystérésis centrée autour de la température de transition de phase du corps pur macroscopique, cette hystérésis dépend de la taille de la nanoparticule[61] ;
  • la dureté et durabilité d'un matériau macroscopique n'est pas la même que celle du matériau nanométrique. Elle est généralement bien plus élevée ;
  • la dynamique de l'interaction entre les électrons d'une nanoparticule et les modes de vibration de son réseau cristallin (phonons) dépend drastiquement de la taille de la nanoparticule[62].

Toxicologie, écotoxicologie[modifier | modifier le code]

Les impacts sanitaires (toxicologiques et écotoxicologiques) des nanoparticules, qu'elles soient d'origine naturelle ou anthropique, sont encore très mal connus, néanmoins ils sont supposés importants, car si ces particules n'ont presque pas de masse, leur surface de réaction est proportionnellement la plus grande (par unité de poids). Leur impact varie probablement selon leur taille, leur caractère hygrophile, lipophile, leur charge électrique, leur tendance à s'agglutiner ou non qui peuvent favoriser ou non leur passage des barrières biologiques (cellulaire, peau, muqueuses, poumon, intestin, barrière hématoencéphalique, placentaireetc.)[7]. Par exemple, chez l'homme expérimentalement exposé à du technétium radioactif (facile à suivre), on a retrouvé ce technétium rapidement dispersé dans le sang, le tissu cardiaque et le foie, avec une élimination rénale rapide[63], mais les résultats diffèrent selon les études, et ce domaine reste très mal exploré.

Des expériences animales, et d'exposition in vitro de cultures de cellules humaines, ont montré que les nanoparticules étaient facilement phagocytées par des cellules (bronchiques notamment). Pour échapper aux biais du modèle animal, des études ont même été faites sur l'homme, y compris en exposant des personnes en chambre fermée à des fumées de diesel (USA, Royaume-Uni, Suède)[64]. Les données sont encore limitées et ne permettent pas encore de suivi épidémiologique ou écoépidémiologique fin.
Des nanoparticules phagocytées par une cellule peuvent interagir avec les membranes plasmiques et les organites cellulaires, d'autant que certaines de ces particules sont des catalyseurs. Elles peuvent amorcer la production d'espèces réactives de l'oxygène (= > stress oxydant impliquant des radicaux libres et leurs « effets en cascade »).

Diverses études ont montré des effets à court-terme (ex : asthme et réponses inflammatoires pulmonaires, éventuellement chronique) des PUF, mais on soupçonne fortement aussi des effets à long terme.

L'être humain et d'autres espèces vivantes sont notamment exposés à des nanoparticules ayant comme source des phénomènes d'usure mécanique (freins et pneus par exemple), et de combustion (combustions domestiques[1], incinération, pots d'échappement y compris pots catalytiques, centrales thermiques, certaines productions industrielles…).
Des études, y compris chez l'être humain, ont mis en évidence qu'une importante part des nanoparticules inhalées atteignaient directement les alvéoles pulmonaires, d'où elles peuvent passer dans les cellules ou dans le sang. La pilosité nasale, le mucus et le transport mucociliaire n'éliminent que les grosses particules, les PUF (particules ultrafines) ne pouvant être éliminées que par des macrophages alvéolaires.
En particulier, des particules ultrafines associées « à une hausse de la mortalité due à leur dépôt dans les poumons, cerveau et système circulatoire » sont produites par la combustion du bois ou autres combustibles et carburants (fioul, essence, moteurs Diesel), etc.[1], et même par la combustion du gaz naturel (si ce dernier ne produit pas de suies de 10 et 100 nm, une étude[65] de l’université Federico II de Naples (Italie) un brûleur de chauffe-eau au gaz ou de gazinière produit des particules de 1 à 10 nanomètres (nm) de diamètre se forment). Dans une chaudière à condensation leur taux est bas (0,1 milligramme par normo-mètre cube ou mg/Nm3) à la suite de leur oxydation optimisée dans la zone de la flamme, mais un brûleur de gazinière engendre des taux particulaires bien plus élevés (5 mg/Nm3) ainsi d'ailleurs qu'une « quantité significative » d’hydrocarbures aromatiques polycycliques qui pourraient peut-être interagir avec ces nanoparticules.

Article détaillé : Nanotoxicologie.

Seuils et législation[modifier | modifier le code]

La plupart des pays n'ont pas pris le temps d'éditer de normes en matière d'exposition aux nanoparticules, bien que leur production industrielle soit déjà lancée (et que la pollution automobile en reste une source importante[réf. nécessaire]).

En Europe,
En 2009, les États se limitent généralement - au mieux - au suivi des PM 2,5 (dont en Europe conformément aux recommandations d'une directive), alors que les PM 1 sont celles qui sont susceptibles d'être le mieux absorbées par les organismes vivants.
Mi-2008, à la suite d'une première évaluation du Plan d'action européen en matière d'environnement et de santé 2004-2010 - le Parlement européen a déploré que les nanoparticules échappent au règlement européen Reach (car ce dernier a inclus des seuils de tonnages annuels de production que n'atteignent pas les laboratoires et industries produisant des nanoparticules) et que la commission européenne ait trop tardé à évaluer les risques et réglementer le marché des nanoparticules. Dans une résolution le parlement se dit «  préoccupé par l'absence de dispositions juridiques spécifiques pour garantir la sécurité des produits de consommation contenant des nanoparticules et l'attitude désinvolte de la Commission face à la nécessité de revoir le cadre réglementaire relatif à l'utilisation des nanoparticules dans les produits de consommation, eu égard au nombre croissant de produits de consommation contenant des nanoparticules qui sont mis sur le marché »[66].

Une définition européenne harmonisée a été produite en octobre 2011. Elle définit comme nanoparticule « un matériau naturel, formé accidentellement ou manufacturé contenant des particules libres, sous forme d'agrégat ou sous forme d'agglomérat, dont au moins 50 % des particules, dans la répartition numérique par taille, présentent une ou plusieurs dimensions externes se situant entre 1 nm et 100 nm », définition qui sera révisé d'ici décembre 2014 selon les retours d'expérience et nouvelles données scientifiques[67]. Le règlement Reach est un premier cadre, très insuffisant car prenant mal en compte les faibles tonnages, mais ses annexes devraient être corrigées pour intégrer les "nano" et l'Agence européenne des produits chimiques (Echa) pourrait imposer de nouvelles obligations d'enregistrements après 2013[67].

En 2008, En France, le seuil préjudiciable est de 40 µg/m3 pour les PM-10. Une directive européenne devrait le faire passer à 25 µg/m3. Le groupe santé du Grenelle de l'environnement a demandé en 2007 qu'il soit aligné sur la recommandation de l'OMS qui est de 10 µg/m3.

À la suite de la loi Grenelle 2, deux décrets et un arrêté imposent depuis le 1er janvier 2013, aux fabricants, importateurs et distributeurs opérant en France de déclarer annuellement les quantités et usages qui les concernent à l'Agence nationale de sécurité sanitaire (Anses), et en retenant la définition européenne des nanoparticules. Les données identité et usages seront publiques dans les 6 mois suivant la date butoir de déclaration (1er mai 2013). Toutefois, le secret industriel[68] et une définition restrictive (au-dessus de 100 nm, l'Europe ne parle plus de nanoparticules) pourraient freiner cette volonté de transparence. De plus, le Comité scientifique des risques sanitaires émergents (européen) souhaitait un seuil très inférieur à celui adopté : selon lui la déclaration devrait porter sur les matériaux contenant à partir de 0,15 % de nanoparticules (de 1 à 100 nm) et non 50 %[67].

Note Consulter la définition européenne Plus d'infos Note Entreprises produisant, distribuant et important des substances à l'état nanoparticulaire ou des nanomatériaux, laboratoires publics et privés de recherche dès lors qu'il produit, importe ou distribue au moins 100 grammes par an de cette substance Nanomatériaux : deuxième examen réglementaire de la commission (article paru le 4 octobre 2012) La Commission européenne a adopté hier une communication sur le deuxième examen réglementaire relatif aux nanomatériaux. Elle souhaite une évaluation des risques liés aux nanoparticules au cas par cas. Lire la news Nanotechnologies : une stratégie européenne cohérente reste à établir (article paru le 19 octobre 2011) Afin d'évaluer au mieux les risques et les bénéfices des nanomatériaux, un rapport européen met en avant la nécessité d'approfondir les connaissances scientifiques et d'établir rapidement une stratégie cohérente au niveau européen. Lire la news Nanoparticules : l'obligation de déclaration devient effective (article paru le 20 février 2012) À compter du 1er janvier 2013, les fabricants, importateurs et distributeurs de substances à l'état nanoparticulaire seront tenus de les déclarer. Les textes mettant en œuvre cette obligation viennent de paraître. Présentation. Lire la news Nanoparticules : le contenu de la déclaration annuelle est fixé (article paru le 13/08/2012) Le contenu et les conditions de présentation de la déclaration annuelle des substances à l'état nanoparticulaire sont définis par un arrêté paru le 10 août au Journal officiel.

Modes de production[modifier | modifier le code]

Les nanoparticules de synthèses sont actuellement produites par des méthodes diverses[7] (en agglutinant des atomes (bottum-up) ou en dégradant des matériaux), dont :

Synthèse chimique :

  • en phase vapeur (carbures, nitrures, oxydes, alliages métalliques, etc.) ;
  • en phase liquide (la plupart des métaux et oxydes) ;
  • en milieu solide (la plupart des métaux et oxydes) ;
  • en milieu mixte (sol-gel, pour la plupart des oxydes) ;
  • dans un fluide supercritique, mais sans réaction chimique (matériaux destinés à vectoriser des principes actifs) ;
  • réaction chimique dans un fluide supercritique avec (pour la plupart des métaux, des oxydes et quelques nitrures) ;
  • réaction de co-précipitation chimique ;
  • hydrolyse.

Synthèse par des méthodes physico-chimiques

  • par évaporation/condensation (sous pression partielle inerte ou réactive) pour Fe, Ni, Co, Cu, Al, Pd, Pt, oxydes) ;
  • par pyrolyse laser (Si, SiC, SiCN, SiCO, Si3N4, TiC, TiO2, fullerènes, suies carbonées, etc.) ;
  • par flammes de combustion, les particules étant récupérées dans les vapeurs et fumées ;
  • sous micro-ondes (Ni, Ag) ;
  • par irradiation (ionique ou électronique), par exemple pour produire des nanopores dans un matériau de dimensions macroscopiques ou pour produire une nanostructure intégrée dans une matrice) ;
  • par recuit à basse température (alliages métalliques et intermétalliques complexes avec trois à cinq éléments à base de Al, Zr, Fe.) ;
  • en plasma thermique (pour les nanopoudres céramiques tels que poudre de carbures (TiC, TaC, SiC), siliciures (MoSi2), oxydes dopés (TiO2) ou complexes (pérovskites)) ;
  • Le dépôt physique en phase vapeur (des dépôts de TiN, CrN, (Ti, Al)N, notamment).

Synthèse par méthodes mécaniques

  • mécanosynthèse et activation mécanique dans le domaine de la métallurgie des poudres (ex : broyage à haute énergie pour tout type de matériaux (métalliques, céramiques, polymères, semi-conducteurs)) ;
  • consolidation et densification ;
  • déformation par torsion, laminage ou friction.

Synthèse par méthodes biologiques

  • production expérimentale de molécules organiques par des OGM (organismes génétiquement modifiés).

Bonnes pratiques, plateforme interactive…[modifier | modifier le code]

Selon les informations disponibles au milieu des années 1990, Ostiguy et ses collègues ont conclu « que ces produits puissent être toxiques et que les moyens actuels de protection puissent ne pas être aussi efficaces qu’on le croit ». (source : voir page 8/90 de la version PDF de l'étude Les nanoparticules : connaissances actuelles sur les risques et les mesures de prévention en santé et en sécurité du travail de Les nanoparticules : connaissances actuelles sur les risques et les mesures de prévention en santé et en sécurité du travail Ostiguy & al. déjà citée [7] (Publication IRSST / Québec)), consulté 2010/12/01.

  • Des guides de bonnes pratiques sont apparus, fondés sur les connaissances scientifiques (au fur et à mesure de leur disponibilité, une grande partie de la recherche restant confidentielle) et l’identification des dangers et ainsi que sur une évaluation et des propositions de gestion des risques (spécifiques ou non aux NP).
    L'un de ces guides, québécois, reconnait le besoin de trouver « un équilibre entre la recherche d’opportunité de gains et l’atténuation des pertes ». Il promeut une gestion du risque comme « procédé itératif à effectuer dans une certaine séquence logique et qui permet des améliorations continues dans la prise de décisions tout en facilitant l’accroissement constant de la performance » :
1. Évaluation du risque - est le procédé par lequel on estime ou on calcule le risque. Dans des conditions idéales, cela suppose une bonne connaissance de l’identité du danger et des niveaux d’exposition ou d’empoussièrement aux divers postes de travail, par exemple ;
1.1 Analyse du risques relatifs aux NP nécessite de documenter le type de NP manipulées et leur toxicité, les niveaux potentiels d’exposition ainsi que des risques pour la sécurité aux différents postes de travail et pour toutes les tâches. Une démarche structurée est proposée dans un guide de bonnes pratiques favorisant la gestion des risques reliés aux nanoparticules de synthèse publié par l’Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail.
  • Une plateforme interactive sur les nanotechnologies, nommée GoodNanoGuide, est également proposée aux chercheurs et aux travailleurs et employeurs du secteur. Alimentée par des experts, son contenu est disponible sur l’Internet[69].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b et c [PDF]Nanotechnologies, Nanomatériaux, Nanoparticules - Quels impacts sur l'homme et l'environnement ? (document de l'INERIS, p. 5, 6, 10)
  2. Particules ultra-fines et santé au travail, sur le site de l'INRS.
  3. Institut national de recherche et de sécurité (INRS), Les nanomatériaux, Paris, juin 2008.
  4. Grazyna Bystrzejewska-Piotrowska, Jerzy Golimowski, Pawel L. Urban, Nanoparticles: Their potential toxicity, waste and environmental management (Review Article) ; Waste Management, Volume 29, Issue 9, September 2009, Pages 2587-2595 ; doi:10.1016/j.wasman.2009.04.001 (Résumé)
  5. Oberdörster G, Ferin J & Lehnert BE (1994) Correlation between particle size, in vivo particle persistence, and lung injury. Environmental health perspectives, 102(Suppl 5), 173.
  6. B. Nowack, The behavior and effects of nanoparticles in the environment ; Environmental Pollution, Volume 157, Issue 4, April 2009, Pages 1063-1064 ; (Résumé)
  7. a, b, c, d, e, f et g Claude Ostiguy (IRSST), Brigitte Roberge (IRSST), Luc Ménard (CSST), Charles-Anica Endo (Nano-Québec) ; Guide de bonnes pratiques favorisant la gestion des risques reliés aux nanoparticules de synthèse, Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail (IRSST), Québec, Canada, 2008, ISBN 978-2-89631-317-4 (version imprimée) ; ISBN 978-2-89631-318-1 (PDF de 73 pages) ; ISSN:0820-8395. Publication évaluée par des pairs.
  8. A.B.D. Nandiyanto; S.-G Kim; F. Iskandar; and K. Okuyama 2009 447–453
  9. ISO, 2004. Occupational ultrafine aerosol exposure characterization and assessment. Draft technical report number 6. ISO/TC146/SC2?WG1 Particle size selective sampling and analysis (workplace air quality)
  10. [PDF] Nanoparticules: risques et mesures de preventions - page 5 Sur le site irsst.qc.ca
  11. * Roger Lenglet, Nanotoxiques. Une enquête., Actes Sud, Paris, 2014 (ISBN 978-2-330-03034-6).
  12. a et b Afsset. Évaluation des risques liés aux nanomatériaux pour la population générale et pour l’environnement. Rapport d’expertise collective. Saisine no 2008/005. 2010
  13. Quadros ME, Marr LC. Environmental and human health risks of aerosolized silver nanoparticles. J Air Waste Manag Assoc. 2010 ; 60 : 770-81
  14. a, b et c Camille LARUE et Marie CARRIÈRE, Les nanoparticules dans l’écosystème sol ; Période : février 2010 à août 2010 CEA/ADEME – IRAMIS/SIS2M/LSDRM – Gif-sur-Yvette
  15. Stone V, Nowack B, Baun A et al. Nanomaterials for environmental studies : classification, reference material issues, and strategies for physico-chemical characterisation. Sci Total Environ. 2010 ; 408 : 1745-1754.
  16. (www.nanotechproject.org)
  17. Gottschalk F, Sonderer T, Scholz W et al. Modeled environmental concentrations of engineered nanomaterials (TiO2, ZnO, Ag, CNT, fullerenes) for different regions. Environ Sci Technol. 2009 ; 43 : 9216-9222.
  18. Brar SK, Verma M, Tyagi RD et al. Engineered nanoparticles in wastewater and wastewater sludge - evidence and impacts. ; Waste Manag. 2010 ; 30 : 504-520.
  19. Colon J, Hsieh N, Ferguson A, et al. Cerium oxide nanoparticles protect gastrointestinal epithelium from radiation-induced damage by reduction of reactive oxygen species and upregulation of superoxide dismutase 2. Nanomedicine. 2010 ; 6 : 698-705.
  20. Dong D, Li P, Li X et al. Photocatalytic degradation of phenanthrene and pyrene on soil surfaces in the presence of nanometer rutile TiO2 under UV-irradiation. Chem Eng J. 2010 ; 158 : 378-383.
  21. Ma X, Anand D, Zhang X et al. Carbon nanotube-textured sand for controlling bioavailability of contaminated sediments. Nano Res. 2010 ; 3 : 412-422
  22. NanoTech Project utilise ce terme pour décrire des sites polués où l'on utilise des nanoparticules pour les dépolluer
  23. Jesse L. Winer, Charles Y. Liu, Michael L.J. Apuzzo, The Use of Nanoparticles as Contrast Media in Neuroimaging: A Statement on Toxicity ; World Neurosurgery, Available online 7 November 2011, doi:10.1016/j.wneu.2011.08.013 (Résumé)
  24. Petosa AR, Jaisi DP, Quevedo IR et al. Aggregation and deposition of engineered nanomaterials in aquatic environments : role of physicochemical interactions. Environ Sci Technol. 2010 ; 44 : 6532-6549
  25. Bai W, Zhang S, Tian W et al. Toxicity of zinc oxide nanoparticles to zebrafish embryo : a physicochemical study of toxicity mechanism. J Nanopart Res. 2010 ; 12 : 1645-1654
  26. Hartmann NB, Von der Kammer F, Hofmann et al. Algal testing of titanium dioxide nanoparticles--testing considerations, inhibitory effects and modification of cadmium bioavailability. Toxicology. 2010 ; 269 : 190-197.
  27. Wise JP Sr, Wise SS, Goodale BC, Shaffiey F, Kraus S, Walter RB.Medaka (Oryzias latipes) as a sentinel species for aquatic animals: Medaka cells exhibit a similar genotoxic response as North Atlantic right whale cells. Comp Biochem Physiol C Toxicol Pharmacol. 2009 Mar; 149(2):210-4. Epub 2008 Oct 5. (Résumé, en anglais)
  28. Wise JP Sr, Goodale BC, Wise SS, et al. Silver nanospheres are cytotoxic and genotoxic to fish cells. Aquat Toxicol. 2010 ; 97 : 34-41.(Résumé, en anglais)
  29. Camille LARUE et Marie CARRIÈRE Les nanoparticules dans l’écosystème sol CEA/ADEMEP ériode : février 2010 à août 2010C ; IRAMIS/SIS2M/LSDRM – Gif-sur-Yvette. l'Anses - Bulletin de veille scientifique no 13 - Santé / Environnement / Travail - Mars 2011
  30. Marambio-Jones C, Hoek E. A review of the antibacterial effects of silver nanomaterials and potential implications for human health and the environment. J Nanopart Res. 2010 ; 12 : 1531-1551.
  31. Cornelis G, Kirby JK, Beak D, Chittleborough D, McLaughlin MJ. A method for determination of retention of silver and cerium oxidemanufactured nanoparticles in soils. Environ Chem. 2010 ; 7 : 298-308
  32. Dubchak S, Ogar A, Mietelski JW et al. Influence of silver and titanium nanoparticles on arbuscular mycorrhiza colonization and accumulation of radiocaesium in Helianthus annuus. Span J Agric Res. 2010 ; 8 : S103-S108.
  33. Hänsch M, Emmerling C. Effects of silver nanoparticles on the microbiota and enzyme activity in soil. J Plant Nutr Soil Sci. 2010 ; 173 : 554-558.
  34. Galloway T, Lewis C, Dolciotti I et al. Sublethal toxicity of nanotitanium dioxide and carbon nanotubes in a sediment dwelling marine polychaete. Environ Pollut 2010 ; 158 : 1748-1755.
  35. Effets cytotoxiques de NP de TiO2, ZnO et CeO2 sur une bactérie du sol : Nitrosomonas europeae Fang X, Yu R, Li B, Somasundaran P, Chandran K. Stresses exerted by ZnO, CeO2 and anatase TiO2 nanoparticles on the Nitrosomonas europaea. J Colloid Interface Sci. 2010 ; 348 : 329-334.
  36. Hu CW, Li M, Cui YB, Li DS, Chen J, Yang LY., Toxicological effects of TiO2 and ZnO nanoparticles in soil on earthworm Eisenia fetida. Soil Biol Biochem. 2010 ; 42 : 586-591.
  37. Coleman JG, Johnson DR, Stanley JK et al. Assessing the fate and effects of nano aluminum oxide in the terrestrial earthworm, Eisenia fetida. Environ Toxicol Chem. 2010 ; 29 : 1575-1580.
  38. Zhu X, Wang J, Zhang X et al. Trophic transfer of TiO2 nanoparticles from daphnia to zebrafish in a simplified freshwater food chain. Chemosphere. 2010 ; 79 : 928 :933
  39. Zhang MY, Wang Y, Zhao D Y, Pan G, Immobilization of arsenic in soils by stabilized nanoscale zero-valent iron, iron sulfide (FeS) andmagnetite (Fe3O4) particles. Chinese Sci Bull 2010 ; 55 : 365-72.
  40. Shute T & Macfie SM (2006) Cadmium and zinc accumulation in soybean: A threat to food safety? Sci. Total Environ. 371(1-­‐3):63-­‐73.
  41. Borkert CM, Cox FR, & Tucker MR (1998) Zinc and copper toxicity in peanut, soybean, rice, and corn in soil mixtures. (résumé). Soil Sci. Plant Anal. 29(19-­‐20):2991-­‐ 3005.
  42. Ce consortium associe plusieurs grandes université américaine, l'université de Séoul et le Corn Insects and Crop Genetics Research Unit, de l' Agricultural Research Service du Département américain de l'agriculture ainsi que la Nasa (Division of Geological and Planetary Sciences, NASA/Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena)
  43. Priester JH et al. (2012) Soybean susceptibility to manufactured nanomaterials with evidence for food quality and soil fertility interruption ; Proc Natl Acad Sci Unit States Am, doi:10.1073/pnas.1205431109 ; Proceedings of the National Academy of Sciences, étude coordonné par John Priester de l'Université de Californie de Santa Barbara (résumé en anglais et appendice)
  44. George S, et al. (2010) Use of a rapid cytotoxicity screening approach to engineer a safer zinc oxide nanoparticle through iron doping. ACS Nano 4(1):15-­‐29.
  45. « Critical unknowns regard the state of Zn in tissues, including if nano-­‐ZnO is present and especially toxic with ingested soybean » source : appendice de l'étude de 2012 déjà citée [1] intitulée Soybean susceptibility to manufactured nanomaterials with evidence for food quality and soil fertility interruption
  46. Donner E, et al. (2011) X-ray Absorption and Micro X-­ray Fluorescence Spectroscopy Investigation of Copper and Zinc Speciation in Biosolids, Environ. Sci. Technol. 45(17):7249-­‐7257 (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21793501 résumé))
  47. Goodale BC, Walter R, Pelsue SR, Thompson WD, Wise SS, Winn RN, Mitani H, Wise JP, The cytotoxicity and genotoxicity of hexavalent chromium in medaka (Oryzias latipes) cells. Sr. Aquat Toxicol. 2008 Apr 8; 87(1):60-7. Epub 2008 Jan 31.
  48. Barillet S, Jugan ML, Laye M, et al. In vitro evaluation of SiC nanoparticles impact on A549 pulmonary cells : Cyto-, genotoxicity and oxidative stress. Toxicol Lett. 2010 ; 198 : 324-330. Article intéressant sur l’évaluation de nanoparticules peu étudiées de SiC mais par le test des comètes, test déjà cité dans la NAS.
  49. Balasubramanyam A, Sailaja N, Mahboob M, et al. In vitro mutagenicity assessment of aluminium oxide nanomaterials using the Salmonella/microsome assay. Toxicol In Vitro. 2010 ; 24 : 1871-1876
  50. Balasubramanyam A, Sailaja N, Mahboob M, et al. Evaluation of genotoxic effects of oral exposure to aluminum oxide nanomaterials in rat bone marrow. Mutat Res. 2009 ; 676 : 41-47.
  51. López-Moreno ML, de la Rosa G, Hernández-Viezcas JA, et al. Evidence of the Differential Biotransformation and Genotoxicity of ZnO and CeO(2) Nanoparticles on Soybean (Glycine max) Plants. Environ Sci Technol. 2010 ; 44 : 7315-7320.
  52. Auffan M, Decome L, Rose J, et al. In vitro interactions between DMSA-coated maghemite nanoparticles and human fibroblasts : A physicochemical and cyto-genotoxical study. Environ Sci Technol. 2006 ; 40 : 4367-4373.
  53. SCGE assay : Single Cell Gel Electrophoresis assay (ou test des comètes, classiquement utilisé pour visualiser et mesurer la fragmentation de l’ADN induite par un agent génotoxique), inadapté aux nanoparticules ;
  54. Hackenberg S, Friehs G, Kessler M, et al. Nanosized titanium dioxide particles do not induce DNA damage in human peripheral blood lymphocytes. Environ Mol Mutagen. 2010 ; sous presse
  55. Li JJ, Zou L, Hartono D, et al. Gold nanoparticles induce oxidative damage in lung fibroblasts in vitro. Adv Mater. 2008 ; 20 : 138-142.
  56. Shukla R, Bansal V, Chaudhary M, et al. Biocompatibility of gold nanoparticles and their endocytotic fate inside the cellular compartment : a microscopic overview. Langmuir. 2005 ; 21 : 10644-10654
  57. Foldbjerg R, Dang DA, Autrup H. Cytoxicity and genotoxicity of silver nanoparticles in the human lung cancer cell line, A549. Arch Toxicol. 2010 ;
  58. Shi Y, Zhang JH, Jiang M, Zhu LH, et al. Synergistic genotoxicity caused by low concentration of titanium dioxide nanoparticles and p,p’-DDT in human hepatocytes. Environ Mol Mutagen. 2010 ; 51 : 192-204.
  59. Wang C, Gao X, Su X. Study the damage of DNA molecules induced by three kinds of aqueous nanoparticles. Talanta. 2010 ; 80 : 1228-1233.
  60. Couchman R. R., Philosophical Magazine A 40, 637, 1979.
  61. Miao L., Bhethanabotla V. R. & Joseph B., Physical Review B 72, 134109 (2005).
  62. Arbouet, C. Voisin, D. Christofilos, P. Langot, N. Del Fatti, and F. Vallée, Phys. Rev. Lett. 90, 177401 (2003).
  63. Nemmar A. et al. in Circulation vol. 105-4, 2002, p. 411-414.
  64. Biofutur no 286, mars 2008, p. 53.
  65. Étude publiée en décembre dans la revue Environmental Engineering Science.
  66. Rapport sur "l'Évaluation à mi-parcours du plan d'action européen en matière d'environnement et de santé 2004-2010" (2007/2252(INI)) de la Commission de l'environnement, de la santé publique et de la sécurité alimentaire du Parlement européen, 17 juin 2008 (point 21, p. 8 de la version PDF du rapport).
  67. a, b et c Dorothée Laperche, Nanoparticules : premier pas vers une traçabilité, Actu-environnement, 2 janvier 2013
  68. un décret prévoit qu'un déclarants puisse demander la confidentialité pour des informations pouvant porter atteinte au secret industriel et commercial.
  69. GoodNanoGuide

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Ostiguy C, G Lapointe, L Ménard, Y Cloutier, M Trottier, M Boutin, M Antoun, C Normand (de NanoQuébec), 2006. « Les nanoparticules : connaissances actuelles sur les risques et les mesures de prévention en santé et sécurité du travail », Études et recherches IRSST, R-455, mars 2006, 77 pages (90 pour la [version PDF]).
  • Roger Lenglet, Nanotoxiques, une enquête, éditions Actes Sud,‎ 2014, 251 p. (lire en ligne)

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]