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Risques et nanomatériaux, l'industrie anticipe

Michel Le Toullec

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De nombreuses actions sont en cours, en Europe et aux États-Unis, pour évaluer et maîtriser les risques liés aux nanomatériaux. Les entreprises ont déjà mis en place des mesures pour sécuriser la fabrication et l'utilisation de leurs produits.

C'est une première. Jamais les notions d'évaluation et de maîtrise des risques n'ont été prises en compte aussi en amont dans le développement d'une technologie. Il faut dire que les acteurs de la filière des nanomatériaux ont tout intérêt à éviter ce qui s'est produit pour les OGM : un rejet par le grand public. « Pour cela, il nous faut être responsables et agir en toute transparence », affirme Frédéric Schuster, directeur adjoint du laboratoire d'innovation technologique pour les énergies nouvelles et les nanomatériaux du CEA. « Nous devons expliquer les atouts des nanomatériaux, mais aussi préciser dans quelles conditions ils sont produits et sous quelle forme ils sont utilisés. Et reconnaître que si l'on ne sait pas tout des risques qu'ils peuvent provoquer, des travaux sont en cours pour répondre à ces interrogations. »

Vérité de La Palice : le risque lié aux nanomatériaux est dû... à leur petite taille. Et, autre évidence, il ne se pose que pour les matériaux sous forme pulvérulente, c'est-à-dire pour des nanoparticules inférieures à 100 nm, et non pour les nanomatériaux intégrés dans une matrice.

Une réactivité accrue à cette échelle

« Les nanoparticules ont la capacité d'atteindre les ramifications profondes des voies respiratoires, mais aussi de passer les barrières biologiques, comme les membranes cellulaires », explique Alain Meunier, de la faculté de médecine Lariboisière Saint-Louis. Elles peuvent alors atteindre le sang ou migrer le long des nerfs. Autre caractéristique, la taille des nanoparticules augmente la réactivité de certains matériaux. Inertes à l'échelle "micro", ils deviennent biologiquement et chimiquement actifs à l'échelle "nano".

Reste que, si l'on identifie bien ou se situent les risques, la toxicité des nanomatériaux fait débat. Les résultats sont contradictoires, à cause de l'utilisation de protocoles différents et parce que les essais sont réalisés sur des animaux et non sur des cellules humaines. L'une des seules équipes au monde à travailler sur l'effet de nanomatériaux sur l'homme est le Groupe de dynamique des phases condensées (GDPC), de l'université de Montpellier, où Silvana Fiorito étudie l'impact de nanotubes de carbone.

Pour combler le manque de connaissances sur ces risques, de nombreuses initiatives ont été lancées.

En France, l'association Ecrin pilote quatre groupes de travail dédiés à la détection, la toxicité, la production sécurisée et l'impact sur l'environnement et la société. L'Ineris mène son propre projet, Nanoris, sur les risques explosifs et des nanomatériaux. Au niveau européen, le projet phare est NanoSafe, piloté par le CEA (lire page 43). Un autre projet européen, NanoDerm, porte sur les interactions entre les nanoparticules - notamment celles dioxyde de titane, contenues dans certains produits cosmétiques - et la peau. Aux États-Unis, douze sujets de recherche sont financés à hauteur de quatre millions d'euros par l'EPA, agence américaine de protection de l'environnement (lire ci-dessous).

Limiter les interventions des opérateurs

Des projets de réglementation sont aussi en cours. Ainsi, celui de directive européenne Reach, qui envisage d'obliger les industriels à assurer le suivi et la non toxicité des produits chimiques commercialisés, concernera les producteurs de nanomatériaux. Par ailleurs, l'Afnor participe à une consultation européenne pour identifier les besoins en termes de référentiels et proposer un programme de normalisation.

En attendant, les industriels appliquent déjà des mesures pour maîtriser les risques de leurs productions. Pour son activité nanomatériaux, Rhodia bénéficie de la culture de Rhône-Poulenc, rôdée aux exigences liées aux productions pharmaceutiques. La société produit les silices amorphes Zeosil, destinées à être incorporées dans des pneumatiques, et les oxydes de terres rares, pour son catalyseur Eolys soluble dans le gazole. « Pour la silice, le procédé de Rhodia évite le poussiérage, explique Antoine Leplay, de la direction "Responsible care". Les nanoparticules sont produites en milieu aqueux, puis agglomérées au moment du séchage, en vase clos, sous forme de perles. Chez l'utilisateur, ces perles sont transférées dans la formulation du pneu où elles se dispersent à nouveau en nanoparticules. Quant à la production des oxydes de terres rares, elle comprend des opérations en phase pulvérulente. « Mais nous avons automatisé une grande partie des postes de travail, indique Antoine Leplay. En outre, ces nanoparticules ont tendance à s'agglomérer, ce qui élimine le potentiel risque lié à l'échelle nano. Le produit est livré sous forme de solution. Enfin, Nous évaluons les dispositifs de détection du marché, dont certains permettent de déceler des particules de 50 nm. »

Arkema a également mis en place des mesures pour maîtriser la production de ses nanotubes de carbone, destinés à augmenter la conductivité électrique et la résistance mécanique de polymères. Un pilote de 250 à 300 kg/an est exploité sur le site de Lacq. Selon Patrice Gaillard, responsable de ce projet, « au niveau de l'environnement, il n'y a pas de rejets puisque l'air des ateliers est lavé puis filtré avant d'être rejeté. Au niveau des opérateurs, les interventions sont limitées au minimum et sont effectuées alors dans les conditions de protection maximales du type scaphandres autonomes. » En outre, les nanotubes sont livrés au client sous forme dispersion liquide ou dans une matrice polymère. L'entreprise fait par ailleurs partie du programme européen NanoSafe 2.

À Montpellier, l'autre producteur français de nanotubes de carbone, Nanoledge exploite un procédé conçu par l'équipe de Patrick Bernier au Groupe de dynamique des phases condensées à l'université de Montpellier 2. « Nous considérons les nanotubes de carbone comme des produits dangereux, explique Kai Schierholz, directeur technique. Nous prenons toutes les mesures d'hygiène et de sécurité personnelles nécessaires : gants, combinaisons, masques, hottes aspirantes... Nos nanotubes sont intégrés dans une matrice pour éviter leur dispersion. Par ailleurs, nous collaborons avec le GDPC sur l'impact des nanotubes de carbone sur la santé. »

Production en phase liquide

La société toulousaine Nanobiotix développe des nanomatériaux destinés à cibler puis détruire des cellules cancéreuses. Les NanoBioDrugs sont des nanoparticules magnétiques enrobées de silice, possédant en surface des sites de reconnaissance spécifique. « Au niveau de la fabrication, les risques d'inhalation sont inexistants puisque le procédé est en phase liquide, assure Laurent Lévy, créateur de l'entreprise. Le produit final est certes une poudre, mais il est introduit en chaîne fermée sous azote dans une ampoule où il est finalement solubilisé. Quant à l'analyse de la toxicité, elle sera réalisée lors des essais cliniques : actuellement, nous en sommes aux essais précliniques. La production est sous-traitée à l'Ecole des mines de Paris. »

Autre cas de figure, celui de la Snecma, très impliqué dans l'évaluation de la toxicité des nanomatériaux. Dans le cadre de sa production de freins en carbone, le groupe étudie l'impact des nanoparticules produites. Une étude porte sur la réactivité de leur surface et sur leur capacité à générer des radicaux libres. Une autre est consacrée à la recherche d'effets cytotoxiques (au niveau de la cellule), génotoxiques (au niveau des gènes) et transformants (modification d'une cellule saine en cellule cancéreuse) des particules.

Snecma développe aussi un concept de procédé intégré pour la production sécurisée de revêtements nanostructurés. Une approche qui permettrait d'éliminer les manipulations entre les étapes du procédé et ainsi et les ruptures de confinement. Le procédé part d'un gaz traité par pyrolyse laser pour donner des nanopoudres qui sont d'abord fonctionnalisées par plasma. Ces poudres sont alors directement mises en oeuvre selon divers procédés, selon qu'on veut produire des « stacks » pour piles à combustibles ou des outils revêtus de couches très dures.

Le concept de procédé intégré est aussi développé chez DGTec, producteur de nanomatériaux en poudres sèches ou en suspension, mais aussi développeur de procédés de production. « Nous avons conçu un procédé pilote de synthèse de nanoparticules par voie supercritique », explique Guy Baret, PDG de cette entreprise de Moirans, dans l'Isère. Cette méthode convient à la production de charges minérales pour polymères. Le procédé part de précurseurs et donne des nanoparticules en suspension directement utilisable.

Suivre à la trace les nanoparticules

Le CEA développe aussi un procédé intégré de production de nanopoudres métalliques, à base d'oxydes, de carbures ou de nitrures. Cette technique de synthèse par pyrolyse laser conviendrait à la déposition de couches (revêtements durs ou barrières thermiques) par torche à plasma. Le procédé part d'un mélange de gaz ou de liquides précurseurs et aboutit à la production d'une suspension de nanopoudre directement injectable dans la torche.

Enfin, des solutions industrielles simples et peu coûteuses restent encore à trouver pour la détection spécifique des nanoparticules de synthèse, capables donc de les différencier des nanoparticules naturelles. Selon François Tardif du CEA, ces méthodes seront basées sur le traçage des nanomatériaux. L'une des voies serait d'utiliser des nanotraceurs fluorescents facilement détectables comme des cristaux de terres rares ou des quantums dots.

340 milliards de dollars

C'est le marché mondial des matériaux et procédés nanostructurés d'ici dix ans, selon Hitachi Research Institute Les applications des nanomatériaux - Charges pour pneumatiques - Protection anti-UV pour cosmétiques - Marquage, ciblage et destruction de tumeurs - Catalyseur soluble dans le gazole - Biomatériaux pour implants - Traitement pour textiles

QUELS RISQUES

- Les nanoparticules peuvent traverser les membranes biologiques - Leur grande surface d'échange augmente la réactivité du matériau - Leur impact au niveau de la cellule et des gènes est à déterminer

À QUEL NIVEAU ?

- La personne : inhalation ou contact prolongé avec la peau - L'entreprise : contamination entre lots, explosion ou inflammation - L'environnement : rejets atmosphériques et dans les eaux

QUELLES MESURES ?

- Développer des procédés intégrés limitant l'exposition et la dispersion des nanoparticules - Analyser le cycle de vie des nanomatériaux - Déterminer leur toxicité sur des cellules humaines - établir des réglementations et des normes

FRÉDÉRIC SCHUSTER, CEA «NANOSAFE JOUE LA TRANSPARENCE»

Pour le directeur adjoint du laboratoire d'innovation technologique pour les énergies nouvelles et les nanomatériaux : «Le CEA joue un rôle moteur dans la recherche européenne sur l'évaluation et la maîtrise des risques liés aux nanomatériaux. Après avoir initié avec la PME allemande Nanogate le programme européen NanoSafe 1 (de mars 2003 à juin 2004), nous coordonnons NanoSafe 2, qui démarrera courant 2005. Y participent notamment Arkema, Procter & Gamble et BASF. Il s'agira d'une part de développer des technologies de détection des nanoparticules dans l'environnement. Évaluer l'impact sur l'environnement Actuellement, on sait essentiellement les compter, mais on ne sait pas distinguer celles qui sont naturelles et celles de synthèse. Le défi sera de concevoir des méthodes sélectives peu coûteuses à intégrer dans les procédés industriels. Un autre volet vise à établir des données sur la toxicité des nanoparticules et à concevoir des méthodes de criblage à haut débit sur des microsystèmes. Le concept de procédé industriel intégré devrait, par ailleurs, limiter l'exposition aux nanoparticules et leur dispersion dans l'environnement. Enfin l'impact environnemental et sociétal de ces matériaux sera évalué. Il s'agira d'une part d'analyser leur cycle de vie et de proposer des mesures réglementaires normatives spécifiques à l'échelle nano. D'autre part, il faudra savoir former et informer : pour éviter les problèmes d'acceptation par le grand public, la transparence est indispensable. Devant le succès de NanoSafe 2, une prolongation du programme est déjà prévue, dans le cadre d'une plate-forme technologique dédiée à la sécurité industrielle au sein du 7e PCRD ».

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