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"Caractéristiques physico-chimiques" et toxicité des nanomatériaux
"Caractéristiques physico-chimiques" et toxicité des nanomatériaux
Par l'équipe Avicenn - Dernier ajout janvier 2021Cette fiche a vocation à être complétée et mise à jour avec l'aide des adhérents et veilleurs de l'Avicenn. Vous pouvez vous aussi contribuer à l'améliorer en nous envoyant vos remarques à l'adresse redaction(at)veillenanos.fr.
A l'échelle nano, on ne peut plus considérer que "c'est la dose qui fait le poison", cette phrase du médecin et alchimiste Paracelse qui avait fondé la toxicologie et est très souvent invoquée pour évaluer les risques liés aux substances chimiques de synthèse. Scientifiquement, elle est désormais remise en question, notamment par le cas spécifique de la toxicité des nanomatériaux sur laquelle influent fortement les caractéristiques physico-chimiques des nanomatériaux considérés, et notamment :
- leur composition chimique (identité de la substance ; ex "argent" / "dioxyde de titane" / etc.) :
- on peut extrapoler les connaissances que l'on a sur la substance à l'état macro, dont les propriétés (et parfois la toxicité) connues peuvent être décuplées du fait de la réactivité de surface
- de nouvelles propriétés (ou une toxicité nouvelle) peuvent également apparaître spécifiquement à l'échelle nanométrique ; elles sont nettement plus difficiles à prévoir, et on en sait encore souvent trop peu.
- attention toutefois, les nanomatériaux d'une même famille ne peuvent pas être considérés comme une "monosubstance" : au sein de la même famille, différentes substances peuvent présenter une toxicité et une génotoxicité différentes1
- leur dimension (taille et distribution de tailles) : leur taille nanométrique permet aux nanomatériaux de pénétrer la cellule et y entraîner des effets néfastes2, mais la taille des nanomatériaux n'est pas le seul qui rentre en ligne de compte ; la liste qui suit est également déterminante.
- leur forme (ou morphologie) :
- il existe une grande diversité de formes de nanoparticules : des nanotubes, des nanofils, des nanofeuillets, des nanocubes, etc.
- il semble que les structures en tubes, fibreuses ou à multiples facettes présentent une toxicité plus importante que les structures lisses (comme les sphères), en lien avec la réactivité de surface3 ; l'action toxique peut également se révéler plus importante sur l'une des facettes, par exemple pour les nanomatériaux de forme et nature complexes (mais là encore, cela dépendra du type de nanomatériau).
Différentes formes de nanostructures d'oxyde de zinc - Source : Zhong Lin Wang, Materials Today, 2004
- leur surface spécifique : il s'agit de la surface d'une particule ou d'un matériau rapportée à son volume ; elle a un rôle important pour expliquer certaines modifications du comportement d'un même matériau (par exemple du sucre en poudre va fondre plus rapidement dans un thé chaud qu'un gros morceau de sucre)
- leur réactivité de surface / chimie de surface (et le cas échéant, leur revêtement : enrobage ou encapsulation4)
- leur état de charge
- leurs degrés d'agglomération / agrégation :
- agglomérat : amas de particules (nano-objets ou agrégats associées par des liaisons physiques faibles ou enchevêtrées ; à la différence des agrégats dont les liaisons entre les particules sont fortes
- agrégat : amas de particules fortement associées par des liaisons chimiques (liaisons covalentes) ou fusionnées.
- A noter : début 2020 ont été publiés les résultats de recherches menées en Belgique montrant que les grands agglomérats de nanoparticules de dioxyde de titane ne semblent pas moins actifs que les petits agglomérats et que les agrégats de nanoparticules de silice ne doivent pas être considérés comme nécessairement moins toxiques que les petits agrégats.
- leur solubilité (dans l'eau, les fluides biologiques, ...)
- leur cristallinité
- leur pulvérulence
Chacun de ces paramètres influe sur la toxicité des nanomatériaux.
Et chacun d'entre eux est lui-même sujet à variation au cours du cycle de vie des nanomatériaux.
D'où la complexité, pour les chercheurs, à statuer sur la toxicité des nanomatériaux...
LIRE aussi :
- Sur notre site :
- Vers un système universel de description des nanomatériaux d'échelle nanométrique ?
- Notre rubrique Nano et Santé
- Pourquoi tant d'incertitudes sur les risques associés aux nanomatériaux ?
- Nanomatériaux : des risques pour l'environnement mal cernés
- Nano et Alimentation - Risques pour la santé : inquiétudes et incertitudes
- Comment financer les études de risques associés aux nanomatériaux ?
- L'approche nano "safe by design" ? Décryptage de l'Avicenn
- Ailleurs sur le web :
En français :
- De l’importance de la taille des protéines dans les interactions protéines-nanoparticules, INC, CNRS, janvier 2021
- Impact des caractéristiques physicochimiques sur l’effet inflammatoire et pro-allergisant respiratoires des nanoparticules manufacturées, Françoise Pons, Université de Strasbourg, présentation aux Rencontres scientifiques de l'Anses & de l'ADEME sur la qualité de l'air, 17 octobre 2019
- Dossier "Caractériser les nanomatériaux", LNE, septembre 2017
- Bien caractériser l'infiniment petit pour contribuer à un développement responsable des nanotechnologies, Nicolas Feltin, Les Echos, 19 septembre 2017
- Opportunités et risques des nanomatériaux - Résultats, conclusions et perspectives - brochure finale, Programme national de recherche PNR 64, Fonds national suisse de la recherche scientifique, mars 2017
- Évaluation toxicologique des nanomatériaux d'oxydes métalliques : quelle place actuelle pour la modélisation « structure-activité » ?, Environnement, Risques & Santé, 15(6), novembre-décembre 2016
- Francelyne Marano, Faut-il avoir peur des nanos ?, Buchet Chastel, avril 2016
- Existe-t-il un lien entre caractéristiques physico-chimiques des nanomatériaux et leur écotoxicité ?, Camille Larue, Bulletin de Veille scientifique de l'ANSES, juillet 2014
- Evaluation des risques liés aux nanomatériaux - Enjeux et mise à jour des connaissances, ANSES, avril 2014 (mis en ligne le 15 mai 2014)
- Nanomatériaux : une revue des définitions, des applications, des effets sanitaires et des moyens à mettre en uvre pour un développement sécurisé, Eric Gaffet, Comptes Rendus Physique, Volume 12, numéro 7, pages 648-658, septembre 2011
- Influence des caractéristiques physico-chimiques des nanomatériaux sur leur toxicité, Marie CARRIÈRE et Mary-Line JUGAN, Bulletin de Veille Scientifique, 10 ANSES, 2010
- Comment caractériser les nanomatériaux, CSRSEN, 2009
- ENANOMAPPER Une approche intégrée sur la sécurité des nanotechnologies, Cordis, janvier 2018
- Reproducibility, sharing and progress in nanomaterial databases, Nature Nanotechnology, 12(12) : 1111-1114, décembre 2017
- Physical-chemical parameters: Measurements and methods relevant for the regulation of nanomaterials, OCDE, janvier 2016
- Dissolution and biodurability: Important parameters needed for risk assessment of nanomaterials, Utembe W et al., Particle and Fibre Toxicology, 12:11, 2015
- Toxicity Risks of Engineered Nanomaterials, CIEL, ECOS et Öko Institut, janvier 2015
- Genotoxicity of Manufactured Nanomaterials : Report of the OECD expert meeting, OCDE, décembre 2014
- The dialogue continues, Nature Nanotechnology, 8, 69, février 2013 : The nanotoxicology community has numerous ideas and initiatives for improving the quality of published papers.
- Join the dialogue, Nature Nanotechnology, 7, 545, août 2012 : The nanotoxicology community should implement guidelines on the types of information that are required in their research articles to improve the quality and relevance of the published papers.
NOTES ET REFERENCES
1 - Résultats du programme européen Nanogenotox sur la génotoxicité des nanomatériaux, présentés en français à l'ANSES, lors de la Restitution du programme national de recherche environnement santé travail : Substances chimiques et nanoparticules : modèles pour l'étude des expositions et des effets sanitaires : Dossier du participant et Diaporama, novembre 2013. Et "L'évaluation toxicologique des nanomatériaux doit évoluer, selon un projet européen de recherche", APM International, 14 novembre 2013
Sur la génotoxicité des nanomatériaux, voir également : Genotoxicity of Manufactured Nanomaterials : Report of the OECD expert meeting, OCDE, décembre 2014
2 - Voir par exemple Size determines how nanoparticles affect biological membranes, Dunning, H., Imperial College London, 17 septembre 2020 (communiqué) et Size dependency of gold nanoparticles interacting with model membranes, Contini, C et al., Nature Communications Chemistry, 130, 2020
2 - Cf. Nanoparticules : les sphères moins toxiques que les tubes ?, CEA, novembre 2018
3 - Voir par exemple : The influence of surface coatings of silver nanoparticles on the bioavailability and toxicity to elliptio complanata mussels, Auclair J et al., Journal of Nanomaterials, 2019 : Les nanoparticules d’argent nuisent aux moules : les teneurs élevées en argent chez les moules d’eau douce sont liées à un temps réduit de survie dans l’air, à une perte de poids durant l’exposition à l’air et à des dommages à l’ADN.
Fiche créée en novembre 2013
Vers un système universel de description des matériaux d'échelle nanométrique (UDS) ?
Vers un système universel de description des matériaux d'échelle nanométrique (UDS) ?
Par MD - Dernier ajout le 10 décembre 2014Cette fiche a vocation à être progressivement complétée et mise à jour avec l'aide des adhérents et veilleurs de l'Avicenn. Vous pouvez vous aussi contribuer à l'améliorer en nous envoyant vos remarques à l'adresse redaction(at)veillenanos.fr.
Un chantier international concernant la caractérisation des nanomatériaux est en cours. Il a été initié au plan international depuis janvier 2012 afin d'aller vers un système universel de description des nanomatériaux consolidé par une méta-base de données sécurisée de manière interdisciplinaire par les scientifiques.
Il s'agit d'une initiative du Conseil international pour la Science (ICSU) appuyée par l'OCDE et mise en oeuvre par un partenariat entre l'ICSU et CODATA-VAMAS (Advanced Materials and Standards) soutenu par le projet européen FutureNanoNeeds financé dans le cadre du 7ème PCRD.
Que ce soit pour la déclaration obligatoire en France ou pour le guide à destination des déclarants de REACH (Logos ECHA, IUCLID et OCDE) pour les nanomatériaux, l'absence de numéro CAS est problématique : la définition et la description sont laissées à linitiative des déclarants. Or le numéro CAS est spécifique aux produits chimiques et sa structure ne permet pas d'être étendue aux nano-objets et nanomatériaux. Il en résulte :
- des déclarations R-nano.fr inexploitables en nombre conséquent
- une non déclaration dans REACH des nano-objets et nanomatériaux manufacturés.
Un projet de livre blanc définissant les conditions requises pour un système universel de description (UDS) des matériaux de l'échelle nanométrique a été publié en septembre 2014 : intitulé "Uniform Description System for Materials on the Nanoscale", il liste un ensemble minimum d'informations nécessaires pour décrire correctement des classes et types de nanomatériaux importants à l'échelle nanométrique, garantissant leur caractère unique ou absolument équivalent.
Cette dynamique regroupe 16 unions scientifiques et devrait ouvrir la voie à une collaboration internationale durable autour d'un projet de méta-base de données sur logiciel libre, un accès ouvert aux utilisateurs, qui serait alimentée et maintenue avec un haut niveau de qualité et d'intégrité scientifique.
A moyen terme, le système pourrait permettre de déployer des solutions industrielles accessibles pour le traçage matériel des nano-objets et nanomatériaux d'intérêt (objectifs de sécurité, sûreté, lutte contre la contrefaçon, sécurité juridique au regard de la responsabilité environnementale des entreprises, réaction rapide en cas de crise portant atteinte à la santé publique...)
Ensuite, il s'agirait de relier les déclarations réglementaires au système universel de description et à la présence de nano-traçeurs à des fins de contrôle et d'assurer la normalisation de cette traçabilité par un vocabulaire homogène au plan international.
Personne ressource au niveau français : Françoise Roure, Présidente de la section « Sécurité et Risques » du Conseil général de l'économie, de l'industrie, de l'énergie et des technologies (CGEiet)
LIRE AUSSI sur notre site :
- Caractéristiques physico-chimiques des nanomatériaux
- EUROPE : 2014-2016, La révision de la définition du terme "nanomatériau" par la Commission européenne
Ailleurs sur le web :
- CODATA/VAMAS Joint Working Group on the Description of Nanomaterials
- "Uniform Description System for Materials on the Nanoscale", CODATA/VAMAS, septembre 2014
- Le déploiement industriel des nanotechnologies et de la biologie de synthèse sur les territoires, précurseur des manufactures du futur, CGE, CGEDD, CGARM, IGAENR, CGAAER, décembre 2013 (rendu public en mars 2014), pages 45-46
- Workshop on the Description of Nanomaterials, ICSU, février 2012
Fiche initialement créée en juillet 2014