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Relargage et devenir des nanomatériaux dans l'eau

Par MD et DL - Dernier ajout avril 2020

Cette fiche fait partie de notre dossier Nano et Eau : elle a vocation à être complétée et mise à jour avec l'aide des adhérents et veilleurs d'Avicenn. Vous pouvez vous aussi contribuer à l'améliorer en nous envoyant vos remarques à l'adresse redaction(at)veillenanos.fr.
Sommaire :

Relargage de nanomatériaux dans l'eau

- Quelles quantités de nanomatériaux sont relarguées dans l'eau ?
La quantité de nanoparticules relarguées dans l'eau est aujourd'hui inconnue. L'un des défis majeurs tient au fait qu'on ne sait pas bien détecter les nanoparticules dans l'eau à faible concentration1.
Différentes modélisations2 ont été réalisées pour tenter de quantifier les concentrations et les flux de différents types de nanoparticules manufacturées dans l'environnement. Cependant, ces exercices sont basés principalement sur les estimations de quantités produites de nanomatériaux manufacturés plutôt que sur des estimations de quantités de nanomatériaux manufacturés contenus dans les produits de consommation3.

En 2013, des chercheurs ont estimé qu'entre 0,4 à 7% des 300 000 tonnes de nanomatériaux manufacturés produits dans le monde en 2010 ont été relargués dans l'eau4. Mais ces chiffres sont bien en deça de la réalité puisqu'on a appris la même année grâce à la déclaration obligatoire française que pas moins de 500 000 tonnes de "substances à l'état nanoparticulaire" avaient été produites ou importées sur le seul territoire français en 20135 !

- Quelles sont les sources de relargage de nanomatériaux dans l'eau ?
Des nanomatériaux peuvent être libérés dans l'eau :
CosmetiquesEnvironnementNano-small Lien vers: http://veillenanos.fr/wakka.php?wiki=NanoBD
Illustration Géraldine Grammon, 2017
  • dans les effluents industriels émanant d'entreprises dans lesquelles des nanomatériaux sont produits / manipulés / transformés
  • lors de la baignade des personnes ayant appliqué de la crème solaire contenant des nanoparticules6
  • lors des lavages pour les textiles auxquels des nanoparticules ont été appliquées7
  • sous l'effet du ruissellement des eaux de pluie pour les ciments et peintures extérieures recouverts de nanorevêtements8 et suite au lessivage de sols contaminés
  • sous l'effet de la corosion des peintures appliquées sur les bateaux (certaines contiennent des nanoparticules d'oxyde de cuivre pour empêcher les petits crustacés et les moules de se fixer sur la coque9)
  • par le dépôt de particules transportées par voie atmosphérique
  • suite à un déversement accidentel

- Quels sont les nanomatériaux les plus susceptibles d'être présents dans l'eau ?
Du fait des incertitudes sur les volumes de nanomatériaux commercialisés et relargués dans l'eau, les estimations des scientifiques ne sont pas concordantes et varient en fonction des méthodes et hypothèses utilisées et des pratiques des différents pays (épandage des boues des stations d'épuration versus incinération par exemple) :

  • selon une étude récente, les nanoparticules dont les concentrations sont susceptibles d'être les plus élevées dans l'eau traitée au Royaume-Uni sont les nanoparticules de dioxyde de titane et les nanoparticules de zinc (émanant des crèmes solaires et autres cosmétiques) et les nanoparticules de silice (dentifrice) ; les nanoparticules à base de carbone, de fer ou d'argent n'arrivent qu'en 6ème, 7ème et 8ème positions, et les nanoparticules d'oxyde de cerium sont celles dont les concentrations sont les plus faibles10.

  • selon une autre estimation portant sur le Danemark cette fois, les plus fortes concentrations de nanoparticules dans les systèmes aquatiques concerneraient les particules de noir de carbone et de TiO2 photostable (contenu dans les crèmes solaires et non pas celui contenu dans les peintures photocatalytiques), suivies par le carbonate de cuivre (CuCO3, en supposant que son utilisation comme agent de protection du bois va s'accroître). Les traitements des eaux conduiraient à des concentrations extrêmement faibles de nanoparticules d'oxydes de zinc (ZnO) et de nanoparticules d'argent dans l'environnement11.

En France, des chercheurs ont constaté un accroissement de la présence d'argent dans l'estuaire de la Gironde12 dont les causes depuis 2005 sont encore mal connues, mais potentiellement liées... :
  • à l'érosion des sols agricoles,
  • à l'ensemencement des nuages (solution d'iodure d'argent) pour éviter les impacts de la grêle sur les récoltes de vigne et l'arboriculture,
  • aux rejets des eaux usées des collectivités.

Devenir des nanomatériaux dans l'environnement aquatique

Les connaissances sur le devenir des nanomatériaux dans l'eau commencent à se développer mais restent encore très limitées. En raison de leur petite taille et surtout de leur forte réactivité, les nanomatériaux ont en effet tendance à interagir avec quasiment tous les éléments présents dans l'eau (matériaux minéraux, chimiques ou biologiques), selon des configurations très variables en fonction de leurs caractéristiques physico-chimiques et de la composition du milieu.
Dans l'eau, les nanomatériaux peuvent subir des modifications :
DissolutionAdsorptionAgglomeration
  • des phénomènes de dissolution peuvent intervenir (plus particulièrement sur les nanoparticules d'argent et d'oxyde de zinc) et être d'autant plus importants que les particules sont petites13

  • des phénomènes d'adsorption peuvent entraîner la fixation d'autres éléments (dont des polluants) à la surface des nanoparticules14

  • des phénomènes d'agglomération des nanomatériaux ont été constatés dans les eaux naturelles15.

> Phénomènes pouvant altérer les nanomatériaux dans l'environnement - Camille Larue, 201116

Certains nanomatériaux ont tendance à sédimenter par gravité et s'accumuler dans les sédiments (notamment dans le cas de nanomatériaux agrégés et/ou hydrophobes comme les nanotubes de carbone17) ce qui augmente les risques de contact avec des microorganismes qui vivent sur les sédiments aquatiques.
D'autres auraient au contraire tendance à rester en suspension (notamment s'ils sont enrobés avec un revêtement de surface hydrophile) et se disperser facilement, augmentant le risque d'exposition18.

Leur dégradation, ou à l'inverse leur persistance, sont elles aussi complexes à déterminer et varient en fonction des nanomatériaux et de la qualité des eaux :
  • Selon une étude de 2011, les nanomatériaux carbonés (fullerènes C60, nanotubes de carbone) ne sont pas biodégradables en milieu liquide dans l'environnement18.
  • Une autre étude dont les résultats ont été rendus publics en 2011 également19 a été menée sur des nanoparticules d'oxydes de zinc (ZnO) et de dioxyde de titane (TiO2) dans l'eau de Seine ; elle a montré que :
    • la forme nanoparticulaire du TiO2 n'est pas davantage soluble que ses homologues microparticulaire ou macroparticulaire
    • à l'inverse, pour une bonne part, les nanoparticules d'oxydes de zinc sont rapidement dissoutes dans l'eau de Seine
    • l'enrobage, en fonction de sa nature, peut diminuer ou augmenter la dissolution des nanoparticules.
Les nanomatériaux en général auraient tendance à être stabilisés dans les médias de faible force ionique et de forte teneur en carbone organique dissous (COD)20.

On retrouve déjà des nanomatériaux dans les stations d'épuration urbaines et de traitement des eaux industrielles, mais les traitements en place n'ont pas été conçus pour les filtrer : une part non négligeable d'entre eux se retrouve donc dans les eaux superficielles, quant aux autres, ils s'accumulent dans les boues des stations d'épuration épandues sur les terres agricoles !

Aux USA, Marie Simonin poursuit avec le CIENT les études d'impact de NP en mésocosmes. Elle a co-signé en 2018 deux publications en anglais (indiquées en bas de cette page) :
- l'une montre que la biotransformation de nanoparticules ne doit pas être ignorée, même pour les nanoparticules généralement considérées comme stables dans l'environnement (ici des nanoparticules d'or).
- l'autre étudie les impacts d'une nanoparticule d'or enrobée de citrate et d'un pesticide commercial contenant des nanoparticules de cuivre (OH) sur des producteurs primaires aquatiques dans des conditions de nutriments ambiants et enrichis (cela reproduit des rejets de fertilisants). Les mésocosmes des zones humides ont été exposés à plusieurs reprises avec de faibles concentrations de nanoparticules et de nutriments au cours d'une expérience de neuf mois visant à reproduire des scénarios d'exposition réalistes sur le terrain. En l'absence d'enrichissement en nutriments, il n'y avait pas d'effets persistants des nanoparticules d'or ou de cuivre sur les producteurs primaires ou la productivité des écosystèmes. Cependant, combinés à un enrichissement en nutriments, les deux types de nanoparticules intensifient leur eutrophisation. Lorsque l’une ou l’autre de ces nanoparticules a été ajoutée en combinaison avec des nutriments, les efflorescences d’algues ont persisté 50 jours de plus que dans le traitement avec nutriments seulement. Ces deux contaminants émergents et les produits chimiques de synthèse peuvent jouer un rôle sous-estimé dans les tendances mondiales à l’augmentation de l’eutrophisation. L'étude montre que l'exposition chronique aux nanoparticules d'or et oxyde de cuivre à de faibles concentrations peut intensifier l'eutrophisation des zones humides et favoriser la prolifération d'algues.

Transfert à travers les milieux poreux

Les processus de transfert à travers un milieu poreux (sol ou aquifère) sont également l'objet de travaux de recherche. Des expériences sont réalisées en présence d'une phase solide ou à travers une phase solide. Elles permettent une meilleure compréhension des processus d'adsorption, de l'impact de l'hydrodynamique et de l'agrégation sur les processus de transport des nanoparticules. Les premières expériences réalisées sont toutefois réalisées sur des modèles très simplifiés tels que des billes de silice. Les essais en milieu plus complexe comprenant plusieurs minéraux et intégrant la matière organique naturelle commencent seulement à se développer21.

En savoir plus

Voir les autres fiches de notre dossier Nano et Eau.

LIRE AUSSI sur notre site :

Ailleurs sur le web :
- Relargage des nanomatériaux dans l'eau :
image 20180226_Guide_pratique_des_micropolluants_dans_les_eaux_du_bassin_SeineNormandie.jpg (76.2kB)

- Devenir et transformation des nanomatériaux dans l'environnement aquatique
NOTES et REFERENCES

1 - Voir notre Biblio "Détection / caractérisation de nanomatériaux dans l'eau"

2 - Voir notamment :

3 - Cf. How important is drinking water exposure for the risks of engineered nanoparticles to consumers?, Tiede K et al., Nanotoxicology, 1-9, 2015

4 - Cf. Global life cycle releases of engineered nanomaterials, Keller AA et al., Journal of Nanoparticle Research, 15:1692, Mai 2013

5 - Cf. 500 000 tonnes de nanomatériaux en France... enfin pas tout à fait !, veillenanos.fr, 2 décembre 2013

6 - En 2014, des chercheurs espagnols ont ainsi estimé que l'activité touristique sur une plage de Méditerranée durant une journée d'été peut relarguer de l'ordre de 4 kg de nanoparticules de dioxyde de titane dans l'eau, et aboutir à une augmentation de 270 nM/jour de la concentration en peroxyde d'hydrogène (une molécule au potentiel toxique, notamment pour le phytoplancton qui constitue la nourriture de base des animaux marins). Cf. Écrans UV nanos : un danger pour la vie marine, L'Observatoire des Cosmétiques, 5 septembre 2014
Des chercheurs du CEREGE en France ont de leur côté mesuré la concentration en titane dans l'eau de trois plages de Marseille et ont estimé à 54 kilos par jour le poids de TiO2 relargué dans les deux mois d'été pour une petite plage. Voir :

7 - Cf. notamment :

8 - Des nanoparticules de dioxyde de titane ont été détectées dans l'eau ruisselant de murs peints à l'aide de peintures contenant cette substance : Synthetic TiO2 nanoparticle emission from exterior facades into the aquatic environment, Kaegi R. et al, Environmental Pollution, 156(2), 2008

9 - Nanomaterials in sunscreens and boats leave marine life vulnerable, UC Davis News, 12 mai 2015 (communiqué de presse)

10 - Cf. How important is drinking water exposure for the risks of engineered nanoparticles to consumers?, Tiede K et al., Nanotoxicology, 1-9, 2015

11 - Modeling Flows and Concentrations of Nine Engineered Nanomaterials in the Danish Environment, Gottschalk F et al., Int. J. Environ. Res. Public Health, 12(5), 5581-5602, 2015

12 - L'argent (Ag, nanoAg) comme contaminant émergent dans l'estuaire de la Gironde : évaluations scientifiques et gouvernance des risques, Salles D. et al., ERS, 12 : 317-323, juillet/août 2013

13 - Aggregation and Dissolution of 4 nm ZnO Nanoparticles in Aqueous Environments: Influence of pH, Ionic Strength, Size, and Adsorption of Humic Acid, Bian SW et al, Langmuir, 27 (10), pp 6059-6068, 2011

14 - Cf. les références listées en note de bas de page de la fiche Quels effets des nanomatériaux sur la faune et la flore aquatiques ?

15 - Cf. notamment :

16 - "Devenir des nanomatériaux dans l'écosystème eau" in Impact de nanoparticules de TiO2 et de nanotubes de carbone sur les végétaux, thèse, Camille Larue, 2011

17 - Une équipe de recherche aux USA a montré l'accumulation de nanotubes de carbone à simple paroi dans les sédiments de zones humides : Fate of single walled carbon nanotubes in wetland ecosystems, Schierz A et al., Environ. Sci.: Nano, 2014 (voir aussi le communiqué de presse associé : Nanoparticles accumulate quickly in wetlands, Science Daily, 1er octobre 2014)

18 - Voir notamment les références citées dans le rapport Toxicité et écotoxicité des nanotubes de carbone, ANSES, février 2011

18 - Biodegradability of organic nanoparticles in the aqueous environment, Kummerer K et al., Chemosphere, 82(10):1387-92, 2011

19 - Cf. Les nanoparticules : quels risques en Seine ?, Yann Sivry et al., communication aux 22èmes Journées Scientifiques de l'Environnement - Reconquête des environnement urbains : les défis du 21ème siècle, février 2011

20 - Cf. A review of the properties and processes determining the fate of engineered nanomaterials in the aquatic environment, Peijnenburg W et al., Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 45(19) : 2084-2134, 2015

21 - Note de cadrage - Atelier « Pollutions » - « Réduire les pollutions et les impacts sur la biodiversité » - avril 2010 (pour la Conférence française pour la biodiversité de mai 2010)
Fiche initialement mise en ligne en février 2015
 Voir la page
NanoEnvironnement
Nano et environnement

Dossier : Nanomatériaux et Environnement

Par l'équipe Avicenn - Dernière modification février 2021

Ce dossier synthétique a vocation à être complété et mis à jour. Vous pouvez contribuer à l'améliorer en nous envoyant vos remarques à l'adresse redaction(at)veillenanos.fr.
Sommaire

Les "promesses" des nanos en matière d'environnement

Les nanotechnologies sont souvent présentées comme une solution miracle à de nombreux problèmes d'environnement. En 2009, l'Union des Industries Chimiques (UIC) affirmait ainsi que "les nanomatériaux contribuent à réduire l'empreinte environnementale des activités : pneus à basse consommation, véhicules moins gourmands en énergie, habitations mieux isolées, téléphones cellulaires et ordinateurs plus autonomes et moins énergivores. (...) Les nanotechnologies interviennent de plus en plus dans la dépollution des sols et des eaux, le stockage du CO2 ou encore la production et le stockage d'énergies renouvelables. Au niveau industriel, elles permettent de fabriquer des produits manufacturés en consommant moins d'énergie et de matières premières"1.

Ainsi que le rapportait le Président de la Commission nationale du débat public en avril 2010 à l'issue du débat, ce discours est entretenu par des institutions de recherche française : "Qu'attend-on de positif des nanotechnologies ? Selon le CNRS et le CEA, un des objectifs est de contribuer au développement d'une société économe en ressources naturelles et en énergie, porteuse d'une forte exigence de préservation de la santé et de l'environnement"2.

  • Dépollution et remédiation des sols et des eaux par les nanos
Selon une étude réalisée pour l’Ademe en 2010, le marché de la dépollution était de 470 millions d’euros. Une piste de solution serait d'utiliser des nanoparticules de fer pour dépolluer les sols.

De 2009 à 2012, le projet de recherche NanoFreezes a mobilisé les efforts de chercheurs du CNRS, de l'INERIS et du CEREGE, avec des résultats jugés "très satisfaisants".

Des chercheurs du Gisfi (Groupement d’intérêt scientifique sur les friches industrielles) ont réitéré en mars 2019 l'intérêt de la nanoremédiation. Les nanoparticules de fer sont les plus utilisées. Elles permettent de décontaminer des eaux et des sols chargés en composés chlorés, qui figurent parmi les polluants les plus répandus. Elles sont aussi efficaces pour le chrome, en réduisant l’une de ses formes particulièrement toxiques. Elles peuvent être injectées dans les nappes et mélangées à des sols, jusqu’à des profondeurs d’une douzaine de mètres, permettant dans certains cas de venir à bout de la quasi-totalité de la pollution.
Les auteurs soulignent cependant les incertitudes sur les risques, "les barrières à franchir d’ordre réglementaire et concernant l’acceptabilité de ces techniques par les entreprises, les clients, les élus et le public".
Les études continuent avec le Gisfi, la région Grand Est et quatre partenaires européens (Finlande, Grèce, Hongrie et Italie) dans un nouveau programme TANIA TreAting contamination through NanoremedIAtion (1 285 735 € pour des travaux de janvier 2017 à décembre 2021).

  • Autres "promesses" des nanomatériaux et/ou nanotechnologies en matière d'environnement

A travers notre veille sur le web, nous repérerons également de nombreuses annonces de développement d'applications nanos prétendument "vertes"3.
La vigilance est néanmoins de mise : outre qu'il existe beaucoup d'incertitudes sur les risques associés à ces développements (voir plus bas), certains s'interrogent sur la réalité et l'empreinte environnementale de ces promesses.

  • Quelle réalité ?
De nombreuses associations environnementales, parmi lesquelles les ONG réunies au sein du Bureau européen de l'environnement (BEE) et du Réseau international pour l'élimination des Polluants organiques persistants (IPEN), considèrent que les bénéfices affichés sont souvent exagérés, non testés et, dans un grand nombre de cas, à des années de pouvoir être concrétisés4.

  • Quel bilan écologique ?
Les nanotechnologies permettent d'obtenir une meilleure efficacité avec moins de quantités de produits ? C'est oublier la hausse de la démographie et des volumes de consommation... et l'association Les Amis de la Terre International redoute même que les nanotechnologies ne fassent en fait qu'accentuer la consommation et les coûts de l'énergie5.
Avec le BEE et l'IPEN4, ils soulignent également que les promesses environnementales associées aux nanos ne concernent souvent que l'utilisation ou l'exploitation des produits auxquels elles sont associées et ignorent l'empreinte environnementale des autres étapes du cycle de vie des produits - élaboration, fabrication, utilisation, recyclage ou élimination - lors desquelles l'environnement peut être déterioré.
Par exemple les recherches, l'extraction des matières premières, la fabrication et le traitement en fin de vie de certains nanomatériaux requièrent des installations et équipements plus sophistiqués que les procédés classiques, et également plus d'énergie, plus d'adjuvants (notamment d'eau) et parfois plus de solvants néfastes pour l'environnement6.

Les rejets de gaz à effet de serre générés par la production de certains nanomatériaux, le nanoargent notamment, peuvent être également plus importants7, or ils sont en cause dans le réchauffement climatique et l'épuisement de la couche d'ozone.

En outre, même pendant la seule phase de leur utilisation, certains produits présentent un faible rendement de production, à cause d'un coût énergétique élevé pour une durée de vie limitée (particulièrement tous les gadgets électroniques, smartphones en première ligne, utilisant micro et nano-électronique qui ne dépassent guère quelques années).
La production high-tech de nanomatériaux à base de carbone, tels que les fullerènes, nanotubes de carbone et nanofibres de carbone, est aujourd'hui extrêmement énergivore ; les gains d'énergie potentiellement liés à certaines de leurs utilisations - notamment, pour les véhicules, les économies de carburant liées au gain de poids qu'ils permettent d'obtenir - sont loin de compenser les coûts énergétiques liés à leur production. L'impact du cycle de vie des nanofibres de carbone pourrait être cent fois supérieur à celui des matériaux auxquels on les substitue (aluminium, acier ou polypropylène) dans l'aéronautique ou l'automobile par exemple8.
La facture énergétique dépend évidemment des quantités de nanomatériaux produites : lorsque de très petites quantités sont utilisées, par exemple dans le cas des nanotubes de carbone pour produire des films plastiques spéciaux, il peut y avoir un gain d'énergie9. Mais l'autre question qui émerge alors concerne les risques que peuvent poser ces nanotubes pour l'environnement. Ce qui nous amène à la question suivante...

Des risques pour l'environnement de plus en plus documentés mais encore insuffisamment cernés

  • Des données parcellaires font état d'effets potentiels préoccupants sur la faune et la flore
Des scientifiques, associations de protection de l'environnement et administrations publiques ont appelé à mieux évaluer les risques environnementaux des nanomatériaux. En effet les études réalisées depuis une dizaine d'années font état d'effets potentiels préoccupants sur la faune et la flore10, au point que les assureurs sont pour l'instant très réticents à assurer les risques des nanotechnologies et/ou nanomatériaux.

A forte concentration, des effets de nanotubes de carbone ont été constatés par exemple11 :
- sur des micro-organismes : effets sur la croissance et la viabilité de protozoaires et autres micro-organismes,
- sur des végétaux : diminution de la viabilité cellulaire ou de la quantité de chlorophylle de végétaux, impact (parfois positif, parfois négatif) sur la germination des graines et la croissance racinaire
- sur des organismes aquatiques : diminution du taux de fertilisation chez des petits crustacés, malformations, retards à l'éclosion voire augmentation du taux de mortalité des embryons du poisson zèbre
- sur des organismes terrestres : réduction de la mobilité voire mort de drosophiles, diminution du taux de reproduction de vers de terre.
Plus récemment, des chercheurs ont mis en évidence un lien entre l'incinération de thermoplastiques contenant des nanotubes de carbone et l'augmentation des émissions et de la toxicité des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)12.

Et on commence à voir apparaître des résultats qui mettent en évidence des effets néfastes du nanoargent et de nanoparticules de dioxyde de titane sur des plantes et micro-organismes observés à des doses "réalistes"13.

La dissémination des nanoparticules manufacturées de dioxyde de titane peut être source de toxicité pour les environnements terrestres et aquatiques14.
Les nanoparticules contenues dans les crèmes solaires sont relarguées dans les eaux de baignade (de l'ordre de 4 kg de nanoparticules de dioxyde de titane par jour sur une plage espagnole), et aboutir à une augmentation de la concentration en peroxyde d'hydrogène, une molécule au potentiel toxique, notamment pour le phytoplancton qui constitue la nourriture de base des animaux marins15, ce qui peut donc avoir des conséquences sur toute la chaîne alimentaire !

En 2020, des travaux menés par des chercheurs français et espagnols ont montré que des nanoparticules d'oxyde de zinc sont absorbées par les roseaux, avec différents effets toxiques à la clé (réduction de leurs croissance, teneur en chlorophylle, efficacité photosynthétique et transpiration)16.

  • Des risques aussi mobiles que les nanomatériaux
Du fait de leur petite taille, les nanomatériaux ont une forte propension à se disperser et peuvent atteindre des endroits inaccessibles à des particules plus grandes. Mais jusqu'où et sous quelle(s) forme(s) ? De nombreux aspects sur le devenir des nanomatériaux sont encore largement méconnus : la persistance, transformation, mobilité et accumulation des nanomatériaux dans l'environnement sont très difficiles à appréhender.
On sait que des nanomatériaux ou résidus de nanomatériaux peuvent pénétrer et s'accumuler dans différentes espèces bactériennes, végétales, animales, terrestres et ou aquatiques, être transmis à la génération suivante, et remonter la chaîne alimentaire17.

Mais ces données sont encore très parcellaires ; malgré le développement des recherches à ce sujet18, les incertitudes relatives aux risques posés par les nanomatériaux pour l'environnement sont nombreuses.

  • Les conditions d'expérimentation sont souvent très éloignées de celles rencontrées dans la réalité
De fait, la plupart des études menées jusqu'à présent ont été réalisées dans des conditions souvent très éloignées de celles rencontrées dans la réalité : leurs résultats sont donc peu généralisables et à considérer avec prudence.
Les nanomatériaux considérés sont en effet souvent synthétisés en laboratoire et donc différents des nanomatériaux et résidus de dégradation des nanomatériaux auxquels sont réellement exposés les écosystèmes et les populations humaines. Pour l'heure, les scientifiques ont en effet une connaissance très limitée des types de nanomatériaux qui sont incorporés dans les produits actuellement sur le marché, et a fortiori des résidus de dégradation des nanomatériaux relargués dans l'environnement tout au long du "cycle de vie" de ces produits ; ils ignorent également beaucoup de choses sur la mobilité et les transformations subies par ces derniers dans l'environnement : là encore de nombreux paramètres entrent en ligne de compte, comme le degré d'acidité ou de salinité19 de l'eau par exemple.
Les concentrations de nanomatériaux testés sont en outre plus importantes que celles estimées dans l'environnement (à cause des limites des appareils de détection et de mesure utilisés en laboratoire). Toutefois on ne peut écarter l'hypothèse que les effets constatés (ou d'autres) sur les écosystèmes pourraient également intervenir à des concentrations plus faibles ; on vient en outre d'avoir la preuve scientifique que certains nanomatériaux (de silice notamment) sont plus génotoxiques à faibles doses qu'à fortes doses20. En outre ces fortes concentrations permettent de simuler des situations de contamination aiguë et ponctuelle (par exemple un déversement accidentel sur un site de production, ou encore en cours de transport).
La situation s'améliore cependant (au niveau méthodologique s'entend), avec de nouvelles méthodes d'analyses pour étudier les effets de nanoparticules sur les écosystèmes21 - par exemple en utilisant des "mésocosmes" : d'énormes aquariums reproduisant un mini éco-système dans lesquels est étudié à différents dosages le comportement des nanoparticules en contact avec des plantes, des poissons, du sol et de l'eau.

Les effets néfastes du nanoargent sur des plantes et micro-organismes mentionnés plus haut ont également été observés dans des conditions expérimentales "réalistes"13.

  • L'évaluation des risques se heurte à la complexité due à la multitude de paramètres à prendre en compte
Le problème rencontré par les scientifiques pour évaluer les effets des nanomatériaux sur l'environnement vient notamment du grand nombre de paramètres à prendre en compte et des multiples combinaisons dues aux variations de beaucoup d'entre eux :
  • - d'une part la toxicité et l'écotoxicité des nanoparticules varient selon leurs caractéristiques physico-chimiques (dimension, forme, structure, état de charge, degré d'agglomération, composition, solubilité, etc.) qui varient elles-mêmes selon les conditions dans lesquelles les nanoparticules sont synthétisées, stockées, éventuellement enrobées, intégrées dans un produit puis relarguées dans l'environnement.
  • - d'autre part, il faut également prendre en compte ce avec quoi les nanomatériaux considérés - ou leurs résidus - vont entrer en contact : êtres vivants végétaux, animaux, micro-organismes, et autres substances chimiques.
Toute évaluation des risques associés aux nanomatériaux est donc très complexe. Pour autant des pistes d'amélioration sont proposées par la communauté scientifique22.

  • Les incertitudes donnent lieu à des divergences d'interprétation
Ces incertitudes et difficultés expliquent que les résultats soient peu généralisables et à considérer avec prudence.
Quand certains minimisent les risques en arguant du fait que les expériences ont été réalisées sur la base d'un "scénario du pire" (pour "worst case scenario" en anglais, impliquant par exemple des nanoparticules utilisées sous forme dispersée et à doses très fortes), d'autres soulignent a contrario que les conclusions amènent à tirer la sonnette d'alarme.

  • Les nanomatériaux peuvent accroître la dissémination d'autres polluants
On sait déjà que les nanomatériaux ou leurs résidus peuvent traverser la paroi des cellules des plantes et y apporter des molécules extérieures (c'est l'effet "cheval de Troie"), on redoute qu'ils favorisent le transport de polluants (métaux lourds ou pesticides par exemple)23.

  • Des risques accrus par les interactions des nanomatériaux entre eux ou avec d'autres polluants
Comment ne pas craindre également un "effet cocktail" avec certaines molécules ? Des nanomatériaux, combinés avec d'autres substances, ne pourraient-ils pas devenir (encore) plus dangereux ?24

  • Quelles conséquences de la dissémination des nanomatériaux bactéricides ?
Utilisé dans de nombreux produits de consommation pour ses propriétés antibactériennes, le nanoargent nuit à certaines bactéries jouant aujourd'hui un rôle essentiel dans les stations d'épuration : les conséquences sont encore mal évaluées, mais les inquiétudes grandissent sur les problèmes qui pourraient se poser à moyen terme pour garantir la qualité des eaux25.
Pire, les nanomatériaux utilisés pour dépolluer les sols ou les eaux26 pourraient entraîner eux-mêmes des pollutions importantes des écosystèmes au point que de nombreux acteurs insistent sur la nécessité d'interdire l'utilisation de nanoparticules pour dépolluer des sols ou de l'eau jusqu'à ce que des recherches démontrent que les bénéfices sont supérieurs aux risques27.

Les nombreuses incertitudes scientifiques qui demeurent laissent le champ libre à des différences d'appréciation des risques par les scientifiques voire de vraies controverses. Outre les problèmes qu'il pourrait poser dans les stations d'épuration, le nanoargent par exemple est pointé du doigt par certains experts qui le soupçonnent d'accroître le risque d'émergence de bactéries multirésistantes aux antibiotiques, ce que d'autres contestent28...

Comment appliquer le principe de précaution ?

Devant le peu de certitudes et de garanties sur l'innocuité des nanomatériaux pour l'environnement, s'impose le principe de précaution, inscrit dans la Constitution depuis 2005 : "Lorsque la réalisation d'un dommage, bien qu'incertaine en l'état des connaissances scientifiques, pourrait affecter de manière grave et irréversible l'environnement, les autorités publiques veilleront, par application du principe de précaution, et dans leurs domaines d'attribution, à la mise en oeuvre de procédures d'évaluation des risques et à l'adoption de mesures provisoires et proportionnées afin de parer à la réalisation du dommage".
Comment l'appliquer au cas des nanomatériaux pour lesquels demeurent de nombreux "verrous scientifiques" qui empêchent à ce jour une connaissance précise des risques encourus ?
Voici quelques-unes des pistes de solutions - parfois complémentaires, parfois exclusives les unes des autres - proposées par différents acteurs lors du débat public national de 2009-2010 et depuis :

  • Mener des études supplémentaires ? Lesquelles et à quel prix ? Financées par le contribuable et/ou les industriels ?
De nombreux acteurs ont appelé à la réalisation d'études supplémentaires afin de combler les incertitudes restantes sur les risques / la sécurisation des nanomatériaux. Pour autant, est-ce réalisable dans des délais raisonnables sachant que de nouveaux nanomatériaux toujours plus complexes sont produits et commercialisés chaque jour ? Se pose en outre la question de la prise en charge par les industriels eux-mêmes du coût de ces recherches.

  • Limiter la commercialisation / les utilisations des nanomatériaux ?
Afin de prévenir les effets indésirés des nanomatériaux, certains acteurs ont demandé la mise en place de moratoires (avec des périmètres plus ou moins larges). Se basant sur les nombreux précédents qui témoignent des difficultés à intervenir "après-coup" (plomb, mercure, amiante, DDT, PCB, etc.), ils considèrent qu'une fois que de grandes quantités de nanomatériaux seront relarguées dans l'environnement et mélangées aux quelques centaines de milliers de substances chimiques de synthèse qui y sont déjà présentes, il sera sans doute trop tard pour agir.
Des chercheurs ont estimé qu'entre 63 et 91% des quelques 300 000 tonnes de nanomatériaux manufacturés produits dans le monde en 2010 ont fini dans des décharges, le reste étant relargué dans les sols (8 à 28%), l'eau (de 0,4 à 7%), ou l'atmosphère (0,1-1,5 %)29.
Certains demandent de rendre obligatoires les évaluations avant la commercialisation de nanomatériaux, et d'interdire ces derniers lorsque les résultats de ces évaluations suggèrent qu'ils pourraient être nocifs pour l'environnement. On retombe alors sur les questions mentionnées plus haut concernant la fiabilité, le calendrier et le financement de ces études.

  • Développer l'éco-conception des nanomatériaux ?
Des scientifiques aident à la mise en place d'une éco-conception des nanomatériaux : le but est de minimiser la toxicité et l'exposition aux différentes étapes du cycle de vie des nanomatériaux en contrôlant les méthodes de synthèse, de stockage et/ou d'intégration des nanomatériaux dans les produits finaux. Le défi peut-il être relevé - tant techniquement que financièrement ? A quelle échéance les projets en cours de déploiement porteront-ils leurs fruits ? Et avec quelle possibilité de contrôle quant à la réelle innocuité des nanomatériaux développés ? Avec quelle portée et quelles limites ? Cet aspect est développé dans notre fiche sur l'approche nano "safe by design".

  • Contrôler les sources industrielles d'émissions de nanomatériaux ?
A ce jour, hormis le règlement européen Biocides qui prévoit une procédure d'autorisation spécifique, aucune législation ne restreint le relargage des nanomatériaux à la source. La seule législation mise en place en 2013 par la France requiert uniquement des entreprises qu'elles déclarent chaque année les quantités et les usages de nanomatériaux qu'elles produisent, distribuent ou importent, mais elle ne prévoit cependant aucune disposition spécifique visant à réduire le relargage des nanomatériaux dans l'environnement ou prévenir les risques associés.
Au niveau européen, l'AFNOR a bien annoncé fin 2011 le lancement de travaux par le comité technique européen dédié aux nanotechnologies, le CEN/TC 352 mais nous n'avons pas d'information sur la norme "nanoresponsable" qui devrait en découler.
De l'avis d'un nombre croissant d'associations et d'experts scientifiques30, il est pourtant urgent d'agir. Et même si les instruments et méthodes pour détecter, mesurer, suivre et contrôler les nanomatériaux dans l'environnement sont encore à améliorer, il est d'ores et déjà techniquement possible de prélever et de conserver des échantillons pour les analyser quand ces instruments et méthodes seront au point31. Une démarche essentielle à mettre en place au plus vite.

  • Géolocaliser les relargages de nanomatériaux afin de cibler les zones les plus à risques
Il est également urgent d'enregistrer les flux de produits contenant des nanomatériaux, de cartographier les lieux de distribution et de potentiel relargage puis de procéder à des observations ciblées de longue durée et sur le terrain, par exemple par bassins versants avec la participation de gestionnaires de l'eau. Une telle démarche pourrait permettre de corréler les volumes de nanomatériaux relargués aux éventuels problèmes qui pourraient être observés à court, moyen et long termes. La modélisation mathématique peut être un outil d'anticipation des risques collectifs.
Des initiatives concrètes ont-elles été mises en place en ce sens ? Pas à notre connaissance.

La question environnementale, porte d'entrée d'une approche plus globale ?

Le physicien Richard Jones, Pro-Vice Chancelier à la Recherche et l'Innovation de l'Université de Sheffield (Royaume-Uni), interpellait en 2009 la communauté scientifique en insistant sur le fait que les enjeux environnementaux soulevés par les nanos dépassent le simple domaine de la toxicologie et de la technique, et nous confrontent à des questions plus globales : qui contrôle ces technologies, qui en profite ? selon quelle gouvernance ? 32. Du fait des incertitudes relatives à l'efficacité et à la potentielle gravité des effets environnementaux causés tout au long du cycle de vie des nanomatériaux, il s'agit de considérer les questions de leur réversibilité et de notre capacité à remédier aux problèmes qu'ils pourraient engendrer. En matière de réversibilité, ce ne sont pas uniquement des considérations techniques qui doivent entrer en ligne de compte souligne toujours Richard Jones : notre expérience avec d'autres technologies montre que les sociétés, une fois engagées dans une voie spécifique, peuvent avoir de grandes difficultés à faire marche arrière, non seulement pour des raisons techniques, mais aussi pour des raisons économiques ou socio-politiques.
La question de l'utilité (ou de la futilité) de l'usage des différents nanomatériaux a été posée lors du débat public national : y a-t-il un réel progrès pour l'homme ? La réponse peut varier en fonction des valeurs et des cultures. En France, beaucoup d'associations considèrent que "l'urgence publique est d'investir d'abord dans la réduction des pollutions, la prévention des cancers, la sobriété énergétique, l'accès à l'eau et à la nourriture avant de développer, sans véritable instance de contrôle ou d'éthique, les nanoproduits", ainsi que le rapportait le Président de la CNDP à l'issue du débat public national sur les nanotechnologies en avril 20107.
Se pose également la question de l'autonomie ou de la dépendance à une technologie complexe : quelles solutions alternatives existent pour l'effet attendu ? Quels moyens sont consacrés à les améliorer ?
En définitive, c'est le fonctionnement de notre démocratie qui est ici en jeu : qui décide quoi à quel moment du cycle de vie des innovations ? Quels acteurs sont concernés à chaque étape du cycle ? Ont-ils pu exprimer un avis et en est-t-il tenu compte au moment où un vrai choix est encore possible, comme le requiert la convention d'Aarhus ? Avec quelle éthique ?

Annexe : Les acteurs mobilisés sur la question

Différentes organisations ont pris position sur les questions environnementales soulevées par les nanotechnologies et nanomatériaux, notamment :




Pour aller plus loin

VOIR AUSSI :
- Sur notre site veillenanos.fr :

- Ailleurs sur le web :

Notes et références

1 - Cahier d'acteur pour le débat public national, Union des Industries Chimiques (UIC), oct. 2009

2 - Bilan du débat public sur le développement et la régulation des nanotechnologies, CNDP, avril 2010

3 - Voir par exemple :

4 - Nanotechnologie et environnement : un décalage entre les discours et la réalité, Bureau européen de l'environnement (BEE) et le Réseau international pour l'élimination des Polluants organiques persistants (IPEN), 2009 ; Nanomatériaux : Préoccupations sur la Santé et l'Environnement, BEE, 2009

5 - Nanotechnology, climate and energy: over-heated promises and hot air?, Les Amis de la Terre, novembre 2010 (voir ici pour un résumé en français : Nanotechnologies, climat et énergie)

6 - Dans un scénario de fonctionnement à long terme, l'évaluation du cycle de vie de deux processus solaires de purification de l'eau a par exemple montré un impact sur l'environnement nettement plus élevé pour le processus photocatalytique à base de nano-TiO2 par rapport à l'approche conventionnelle, du fait d'une forte consommation des ressources dans la production du dioxyde de titane à l'échelle nanométrique (Untersuchungen des Einsatzes von Nanomaterialien im Umweltschutz, Martens, Sonja, et al. (Golder Associates Gmbh), 2010, solicited by: Umweltbundesamt, no. 34/2010, June 2010, Dessau-Roßlau: Umweltbundesamt).

7 - Prospective environmental life cycle of nanosilver Tshirts, Walser Tobias et al., ES&T, 2011, 45(10) : 4570-4578

8 - Voir par exemple :

9 - Entlastungseffekte für die Umwelt durch nanotechnische Verfahren und Produkte, Steinfeldt, Michael/Von Gleich, Arnim (Institut für ökologische Wirtschaftsforschung gGmbH FB Umweltökonomie und -politik), 2010, solicited by Umweltbundesamt, no. 33/210, June 2010, Dessau-Roßlau: Umweltbundesamt

10 - Cf. Bibliographie Nanomatériaux et environnement, le paragraphe de la fiche consacrée aux risques des nanoparticules de dioxyde de titane pour l'environnement ou encore notre fiche sur les risques associés aux nanoparticules d'argent.

11 - Voir le rapport Toxicité et écotoxicité des nanotubes de carbone, ANSES, février 2011 (mis à jour en novembre 2012 dans le document Note d'actualité, État de l'art 2011-2012). Voir également notamment Carbon nanotubes: Impacts and behaviour in the terrestrial ecosystem - A review, Liné C et al., Carbon, 123 ; 767-785, juillet 2017

12 - Cf. Incinerating nano-enabled thermoplastics linked to increased PAH emissions and toxicity, Science for Environment policy, European Commission DG Environment News Alert Service, 508, 24 mai 2018

13 - Voir par exemple :

14 - Cf. Risques environnementaux associés aux nanoparticules de dioxyde de titane (TiO₂)

15 - Cf. http://veillenanos.fr/wakka.php?wiki=DevenirNanoEau#Baignade

16 - Cf. Stable Zn isotopes reveal the uptake and toxicity of zinc oxide engineered nanomaterials in Phragmites australis, BioRxiv, Caldelas C et al., 2020

17 - Cf. http://veillenanos.fr/wakka.php?wiki=DevenirNanoEnvironnement#mobilité

18 - Voir le document plus détaillé et plus récent Compendium of Projects in the European NanoSafety Cluster, NanoSafety Cluster, juin 2015
Citons notamment le projet européen de recherche NanoSolutions (2013-2017), qui cherche à identifier les caractéristiques des nanomatériaux manufacturés qui déterminent leur potentiel de risque biologique. Il vise à développer un modèle de classification de sécurité pour ces nanomatériaux, basé sur une compréhension de leurs interactions avec des organismes vivants.

19 - Cf. par exemple : The influence of salinity on the fate and behavior of silver standardized nanomaterial and toxicity effects in the estuarine bivalve Scrobicularia plana, Bertrand, C et al. , Environ Toxicol Chem., 2016

20 - Cf. Résultats du programme européen Nanogenotox : génotoxicité des nanomatériaux. Plus généralement, on commence à mieux comprendre l'effet des faibles doses et à s'apercevoir que ces effets peuvent être tout aussi délétères que des doses importantes ou avoir des effets antagonistes en fonction des doses. Les effets-doses viennent complexifier considérablement les recherches en toxicologie. Voir par exemple Le problème sanitaire des faibles doses, Elizabeth Grossman, juillet 2012 ; La seconde mort de l'alchimiste Paracelse, Stéphane Foucart, 11 avril 2013

21 - Voir par exemple :

22 - Voir par exemple :

23 - Voir par exemple :
- Fate of single walled carbon nanotubes in wetland ecosystems, Schierz A et al., Environ. Sci.: Nano, 2014 (et le communiqué de presse associé : Nanoparticles accumulate quickly in wetlands: Aquatic food chains might be harmed by molecules 'piggybacking' on carbon nanoparticles, Science Daily, 1er octobre 2014
- Carbon nanotubes as molecular transporters for walled plant cells. Liu Q, Chen B, Wang Q, et al. in Nano Lett., 9(3): 1007-10, 2009
- Toxicity and bioaccumulation of xenobiotic organic compounds in the presence of aqueous suspensions of aggregates of nano-C60, Baun, A., et al., in Aquatic Toxicology, 86: 379-387, 2008
- Enhanced bioaccumulation of cadmium in carp in the presence of titanium dioxide nanoparticles, Zhang et al., Chemosphere 67(1):160-6, 2007

24 - Cf. http://veillenanos.fr/wakka.php?wiki=EffetsNanoSante#EffetCocktail

25 - Voir notre page dédiée "Nano et Stations d'épuration" et Risques associés au nanoargent, veillenanos.fr

26 - Voir par exemple :
Parmi les "promesses" annoncées figure également le traitement des eaux radioactives, cf. New nanomaterials for radioactive waste clean-up in water, Nanowerk, 4 octobre 2011

27 - Citons notamment la Royal society et la Royal Academy of Engineering britanniques qui ont pris position sur ce sujet dès 2004 dans leur rapport Nanoscience and nanotechnologies: opportunities and uncertainties ; ou encore l'Agence française de sécurité sanitaire des aliments (Afssa), dans un rapport de 2008 intitulé Les nanoparticules manufacturées dans l'eau ; voir aussi l'appel lancé en 2010 aux USA par un groupe de scientifiques et d'associations contestant l'utilisation de nanoparticules pour lutter contre la marée noire dans le golfe du Mexique. Voir également Contaminated Site Remediation: Are Nanomaterials the Answer?, Project on Emerging Nanotechnologies et Environmental Protection Agency (USA), février 2010

28 - En décembre 2011, la Commission a donc mandaté le Comité scientifique des risques sanitaires émergents et nouveaux (SCENIHR) pour produire d'ici 2013 un avis scientifique sur les effets sanitaires et environnementaux du nanoargent et son rôle dans la résistance antimicrobienne.

29 - Global life cycle releases of engineered nanomaterials, Journal of Nanoparticle Research, Mai 2013.

30 - When enough is enough, J. Hansen & A. Baun, Nature Nanotechnology, 7, 409–411 (2012)

31 - Cf. Nanomatériaux : Une revue des définitions, des applications et des effets sur la santé. Comment implémenter un développement sûr, Eric Gaffet, Comptes Rendus Physique, Volume 12, numéro 7, pages 648-658, septembre 2011
Voir notamment : ADEME, INERIS & CEREGE, Méthodologie d'évaluation de l'empreinte environnementale autour de sites producteurs ou utilisateurs de nanomatériaux - NanoIdent, Aguerre-Chariol O et al., mars 2019

32 - Richard Jones, 'It's not just about nanotoxicology', Nature Nanotechnology, vol 4, octobre 2009
Dossier initialement mis en ligne en septembre 2012
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