Nanoparticule

Une nanoparticule est un assemblage de quelques centaines à quelques milliers d'atomes, conduisant à un objet dont au moins l'une de ses dimensions est de taille nanométrique.


Catégories :

Nanomatériau - Matériau

Définitions :

  • Particule de matière constituée d'atomes et de molécules, qui comporte une ou plusieurs dimensions pouvant mesurer entre 1 et 100 nanomètres et qui possède des propriétés physicochimiques spécifiques. (source : reptox.csst.qc)
  • nano-objet ayant ses trois dimensions à l'échelle nanométrique. On peut distinguer les nanoparticules d'origine naturelle (poussières volcaniques par exemple), les nanoparticules d'origine humaine non intentionnelle (particules émises lors de combustion par exemple) et les nanoparticules manufacturées. (source : developpement-durable.gouv)

Une nanoparticule est un assemblage de quelques centaines à quelques milliers d'atomes, conduisant à un objet dont au moins l'une de ses dimensions est de taille nanométrique (1 à 100 nm) [réf.  nécessaire].

Certaines nanoparticules sont fortement suspectées d'avoir des effets négatifs pour la santé lorsqu'elle s 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, en particulier 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 aussi influer substantiellement sur la toxicité. Plusieurs effets pulmonaires ont été documentés dont la capacité de certaines nanoparticules à induire des granulomes pulmonaires. Les données aujourd'hui disponibles semblent indiquer d'autre part que l'absorption cutanée serait assez limitée» (Source : Ostiguy et al., février 2006 [1]).

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. [2]
Types d'exposition et de maladies associées, telles que suspectées suite aux les études épidémiologiques et études in vitro disponibles [1]
Cristal colloïdal de silice hydratée amorphe (diamètre des particules : à peu près 600 nm)
Nanocristaux (étoilés) d'Oxyde de vanadium (IV)
Vue en microscopie électronique d'une nanoparticule magnétique de fer Fe3O4 [3]

Éléments de définition

Une nanoparticule est aussi définie comme ayant «un diamètre suffisamment petit pour que les propriétés physiques et chimiques changent de façon mesurable de celles des matériaux en vrac» [4].

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 changent significativement de celles à plus grande échelle»[5].

On peut aussi classer les nanomatériaux selon leurs tailles sur chacune des trois dimensions :

Enjeux économiques, éthiques et risques sanitaires et environnementaux

La diffusion rapide et la commercialisation de nanoparticules soulèvent de grands espoirs économiques et techniques, mais également des questions nouvelles sur les risques nouveaux pour la sécurité, la santé et l'environnement, dans un contexte de connaissances scientifiques toujours particulièrement lacunaires[1].

Les nanoparticules (NP) sont en effet fréquemment plus toxiques et écotoxiques que leurs homologues de taille supérieure et pénètrent aisément les organismes fongiques, animaux, végétaux ou microbiens. Certaines nanoparticules, en contact avec l'air, sont en outre source de risques d'incendie ou explosion.

Comme altéragènes physiques ou chimiques, ce sont des polluants potentiels de l'ensemble des milieux (eau, air sol)  ; seuls, en groupe ou en synergie avec d'autres polluants.

Échelles de taille

Du point de vue dimensionnel, les nanoparticules se situent entre la matière dite macroscopique et l'échelle atomique ou moléculaire.

Utilisations

Les nanoparticules ont un intérêt en matière de recherche principale et/ou appliquée. Intéressant l'Industrie en développement des nanotechnologies, elles sont de plus en plus étudiées, en particulier depuis les années 1990.
Les physiciens et chimistes les synthétisent et les étudient pour comprendre la physique de ces objets nanométriques.
Les biologistes ou biochimistes les utilisent comme marqueurs cellulaires, particules vaccinales, support pour marqueurs fluorescents,  etc.

Les nanoparticules entrent déjà dans la composition de divers produits pour la santé (crèmes solaires et cosmétiques), l'industrie batiment (enduits extérieurs, peintures, et vernis d'ameublement)  ; mais également d'autres secteurs comme catalyseur de carburant, pellicules et films pour l'image, l'électronique et l'informatique,  etc.

Propriétés nouvelles

Les propriétés de la matière changent fortement lorsque la taille des objets se rapproche du nanomètre[6], [1]. 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 quand sa taille décroît, tandis 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 :

Toxicologie, écotoxicologie

Les impacts sanitaires (toxicologiques et écotoxicologiques) des nanoparticules, qu'elles soient d'origine naturelle ou anthropique, sont toujours particulièrement mal connus.
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 fluctue certainement selon leur taille, leur caractère hygrophile, lipophile, leur charge électrique, leur tendance à s'agglutiner ou non qui peuvent faciliter ou non leur passage des barrières biologiques (cellulaire, peau, muqueuses, poumon, intestin, barrière hématœncéphalique, placentaire,  etc. ) [1]. A titre d'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[9], mais les résultats changent selon les études, et ce domaine reste particulièrement mal exploré.

Des expériences animales, et d'exposition in vitro de cultures de cellules humaines, ont montré que les nanoparticules étaient aisément phagocytées par des cellules (bronchiques surtout). 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) [10]. Les données sont toujours 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 initier des 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, peut-être chronique) des PUF, mais on soupçonne fortement aussi des effets à long terme.

L'Homme et d'autres espèces vivantes sont surtout exposés à des nanoparticules ayant comme source des phénomènes d'usure mécanique (freins et pneus par exemple), et de combustion (incinération, pots d'échappement y compris pots catalytiques, centrales thermiques, certaines productions industrielles... ).
Des études, y compris chez l'Homme, 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 dispositif circulatoire» sont produites par la combustion du bois ou autres combustibles et carburants (fuel, essence, moteurs Diesel),  etc. [11], et même par la combustion du gaz naturel (si ce dernier ne produit pas de suies de 10 et 100 nm, une étude[12] 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) suite à leur oxydation optimisée dans la zone de la flamme, mais un brûleur de gazinière génère des taux particulaires énormément 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

La plupart des pays n'ont pas pris le temps d'éditer de normes en matière d'exposition aux nanoparticules, quoique leur production industrielle soit déjà lancée (et que la pollution automobile en reste une source importante).
En 2009, les États se limitent le plus souvent - au mieux - au suivi des PM 2, 5 (dont en Europe conformément aux recommandations d'une directive), tandis que les PM 1 sont celles qui sont susceptibles d'être le mieux absorbées par les organismes vivants.
Mi-2008, suite à 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 l'obligation 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»[13].

En France, le seuil préjudiciable est aujourd'hui (2008) 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.

Modes de production

Les nanoparticules de synthèses sont aujourd'hui produites par des méthodes diverses[1] (en agglutinant des atomes (bottum-up) ou en dégradant des matériaux), dont :

Synthèse chimique :

Synthèse par des méthodes physico-chimiques

Synthèse par méthodes mécaniques

Synthèse par méthodes biologiques

Bonnes pratiques, plateforme interactive...

Selon les informations disponibles au milieu des années 1990, Ostiguy et ses ollègues ont conclu {{Citation|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 [1] (Publication IRSST / Québec) ), consulté 2010/12/01.


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 parfaites, 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 mais aussi des risques pour la sécurité aux divers postes de travail et pour l'ensemble des tâches. Une démarche structurée est proposée dans un guide de bonnes pratiques facilitant la gestion des risques reliés aux nanoparticules de synthèse publié par l'Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail.

Références

  1. Claude Ostiguy (IRSST), Brigitte Roberge (IRSST), Luc Ménard (CSST), Charles-Anica Endo (Nano-Québec)  ; Guide de bonnes pratiques facilitant la gestion des risques reliés aux nanoparticules de synthèse, [www. irsst. qc. ca 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.
  2. A. B. D. Nandiyanto; S. -G Kim; F. Iskandar; and K. Okuyama 2009 447–453
  3. {{N. Pinna et al.  ; Magnetite Nanocrystals : Nonaqueous Synthesis, Characterization, and Solubility ; Chem. Mater.  ; 2005, volume=17, page=3044, doi=10.1021/cm050060
  4. ISO, 2004. Occupational ultrafine ærosol exposure characterization and assessment. Draft technical report number 6. ISO/TC146/SC2?WG1 Particle size selective sampling and analysis (workplace air quality)
  5. http ://www. irsst. qc. ca/files/documents/PubIRSST/R-455. pdf (page 5)
  6. Couchman R. R., Philosophical Magazine A 40, 637 (1979)
  7. Miao L., Bhethanabotla V. R. & Joseph B., Physical Review B 72, 134109 (2005).
  8. Arbouet, C. Voisin, D. Christofilos, P. Langot, N. Del Fatti, and F. Vallée, Phys. Rev. Lett. 90, 177401 (2003)
  9. Nemmar A et al. (2002), Circulation 105, 411-14
  10. Biofutur 286, mars 2008, p 53
  11. Nanotechnologies, Nanomatériaux, Nanoparticules - Quels impacts sur l'homme et l'environnement ? (document de l'INERIS, pages 5 et 10)
  12. étude publiée en décembre dans la revue Environmental engineering science
  13. (Rapport : " sur "l'évaluation à mi-parcours du plan d'action européen en matière d'environnement et de sante 2004-2010" (2007/2252 (INI) ), par la Commission de l'environnement, de la sante publique et de la securite alimentaire / Rapporteur : Frédérique Ries", pdf, 15 pages, 184 ko). (point 21, page 8L15 de la version PDF du rapport
  14. GoodNanoGuide

Bibliographie

Liens externes

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"Aux nanoparticules d'argent"

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