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Détecter, mesurer et caractériser les nanomatériaux ? La nano-métrologie

image NanoMetrologie.png (0.1MB)
Lien vers: http://veillenanos.fr/wakka.php?wiki=NanoBD
Dessin de Géraldine Grammon
par MD et DL - Dernier ajout juin 2018

Cette fiche 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

Détecter et mesurer les nanomatériaux, pour quoi faire ?

  • Pour se mettre en conformité avec la loi
Les importateurs, producteurs et utilisateurs de nanomatériaux ont besoin de caractériser leurs nanomatériaux afin de remplir correctement l'obligation française de déclaration des substances à l'état nanoparticulaire et les obligations européenne d'étiquetage (pour les cosmétiques, les produits biocides et l'alimentation).

  • Pour mieux identifier les nanomatériaux et prendre les mesures de précaution qui s'imposent
On dispose aujourd'hui de très peu de données fiables sur les quantités et types de nanomatériaux manufacturés - ou résidus de ces nanomatériaux - relargués dans l'environnement ou sur les lieux de travail et auxquels sont exposés les écosystèmes et les populations humaines. Dans la mesure où les connaissances sur la toxicité1 et l'écotoxicité2 de ces nanomatériaux sont encore lacunaires, l'acquisition d'une meilleure connaissance de ces expositions est indispensable pour mieux assurer la protection de l'environnement et de la santé humaine.
Pour fournir, compléter, préciser et/ou vérifier ces informations, les entreprises, laboratoires et agences sanitaires ou environnementales ont besoin d'outils et méthodes de détection, identification, quantification et suivi des nanomatériaux dans les différents milieux (air, eau, sols, aliments) et dans le corps humain.

Les différentes techniques disponibles

Il y avait encore récemment consensus sur le manque d'instruments et d'outils de nanométrologie fiables (et à prix abordable) ainsi que de méthodes partagées. Mais les choses évoluent :
  • des méthodes et des outils d'analyse sont à présent proposés pour contrôler la présence de nanomatériaux dans l'air3.
  • des progrès ont également été réalisés concernant la détection dans les eaux de surface4.
La détection de nanomatériaux à des concentrations faibles dans les sols et les milieux complexes (produits alimentaires, cosmétiques,...) reste cependant aujourd'hui encore délicate et demande d'utiliser des outils coûteux et des méthodes différentes et complémentaires, car aucune technique ne permet à elle seule d’appréhender dans leur globalité tous les paramètres de caractérisation des nanoparticules.
Le croisement de différentes techniques d’analyse est donc nécessaire
; le choix des techniques à retenir se fait en fonction des informations que l'on souhaite obtenir et des contraintes de coût et/ou de temps à prendre en compte.
En France, les appréciations sur les techniques à privilégier varient en fonction des institutions :

La DGCCRF a établi le repérage suivant :
image DiffrentesTechniquesnano.jpg (26.3kB)
Lien vers: http://veillenanos.fr/wakka.php?wiki=PagePrincipale/download&file=20180116DGCCRFnanoCNC.pdf
Source : DGCCRF 2018
  • MEB : Microscopie Electronique à balayage
  • A4F-UV-MALLS-ICP-MS : Système de séparation en taille associé à des détecteurs granulométrique et élémentaire permettant de déterminer les principales caractéristiques physicochimiques de nanomatériaux
  • SP-ICP-MS (Single Particule - Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) : Technique analytique permettant d’accéder rapidement à la taille, la distribution en taille et la composition chimique
  • DLS (Dynamic Light Scattering) : Outil analytique de routine pour la détermination de la taille, distribution en taille et polydispersité de nanomatériaux
image DiffrentesContraintesTechniquesnano.jpg (27.8kB)
Lien vers: http://veillenanos.fr/wakka.php?wiki=PagePrincipale/download&file=20180116DGCCRFnanoCNC.pdf
Source : DGCCRF 2018
Mais cette comparaison défavorable à la Microscopie Electronique à balayage (MEB) doit être nuancée car des progrès récents ont été réalisés sur les outils et méthodologies MEB : les coûts, les temps de préparation et d’analyse ainsi que la représentativité qui y sont associés ne sont plus aussi défavorables que ce tableau le laissent penser.
Selon le Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE), la MEB est la seule technique qui permet d’accéder à la forme des particules, ce qui en fait la technique la plus "versatile" (à même de caractériser une très large variété de substances en terme de forme, taille, composé chimique), ce qui est très important compte tenu du fait qu’il y a relativement peu de nanoparticules sphériques.
image 20180206LNEsmall.jpg (41.4kB)
Lien vers: http://webinars.lne.fr/medical/nanomateriaux-medicaments/
LNE, 2018

Un travail d'harmonisation et d'intercalibration des méthodes de mesures, jugé nécessaire depuis plusieurs années5, 6, 7, est en cours. Des travaux de recherche, listés plus bas permettent aujourd'hui de recourir à ces outils plus performants et devraient permettre des progrès encore importants dans les années à venir, ainsi qu'à une harmonisation (au moins au niveau européen).

Enfin, dans les cas où certaines caractérisations se révèleraient techniquement impossibles ou controversées, des échantillons pourraient être prélevés et conservés pour être analysés ultérieurement, lorsque les protocoles et outils seront validés par la communauté scientifique et les instances officielles5.

Recherches et acteurs en métrologie des nanomatériaux

Nous avons commencé à lister les projets en lien avec les aspects de métrologie des nanomatériaux. Contribuez à compléter cette liste, en nous signalant les projets à l'adresse redaction(at)veillenanos.fr.

  • En France :
    • Le Club nanoMétrologie a été créé en 2011 : il est piloté par le Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE) et C'Nano
    • Le Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE) a développé ces dernières années une plate-forme de caractérisation métrologique des nanomatériaux manufacturés et regroupé ses activités nano dans le LNE Nanotech inauguré début 2018
    • L'Ultra Traces Analyses Aquitaine (UT2A), à Pau, réalise aussi des analyse de nanoparticules et nanomatériaux :
    • Le Laboratoire nano d'Intertek propose également des prestations de caractérisation de Nanoparticules
    • Cordouan Technologies, à Pessac (Gironde), propose des solutions de caractérisation physico-chimique (taille, charge, etc.) des nanoparticules et des nanomatériaux
    • La start-up Myriad propose une méthode d'interférométrie optique mise au point à l'Institut Langevin afin de caractériser simplement des particules de taille inférieure au micron
    • Le CEA-LITEN dit avoir développé des nanoétiquettes et nanotraceurs8 qui, s'ils étaient intégrés par les fabricants à leurs produits contenant des nanomatériaux, pourraient permettre aux consommateurs munis de détecteurs simples de savoir si les produits qu'ils achètent contiennent des nanomatériaux, leur nature, etc.
    • L'équipement d'excellence nommé "Equipex NanoID" est une plateforme nationale d'identification chimique et de localisation spatiale des nanomatériaux et nanoparticules dans les systèmes complexes, et notamment les écosystèmes. Il a bénéficié en 2011 de 10,2 millions d'euros publics et associe plusieurs partenaires : le CEREGE, le LCP, l'INSERM, le CEA-LITEN, IsTERRE ; l'unité CIME du LSA (ANSES). Il comporte notamment un microscope électronique en transmission avec mode cryogénique et spectroscopie EDX, une FFF couplée à ICP-MS et 2 tomographes X
    • Le programme NANOMORPH financé par l'ANR est dédié au développement d'une métrologie adaptée à la mesure de taille des nanoparticules non sphériques, et plus particulièrement des nanotubes. Il est porté par le BRGM et un consortium d'universitaires (CEREGE, CORIA, IUSTI, UTT) et d'industriels de la chimie (Arkema) et de l'optique (Cilas).
    • Captiven est une plateforme d'analyses minéralogiques qui propose des "capteurs et données pour la qualité environnementale des eaux et des sols" à travers un dispositif d'aide à l'innovation mis en place par les trois instituts IRSTEA, Ifremer-Edrome et BRGM
    • Le projet NanoMet (2014-2017) a été mis en place dans le but d'aider les PME à mieux caractériser leurs nanomatériaux : les entreprises productrices ou utilisatrices de nanomatériaux, et notamment les PME, ont été invitées à participer à une enquête sur leurs besoins en métrologie. Il a été soutenu par la Direction générale de la compétitivité, de l'industrie et des services (DGCIS, du Ministère de l'économie) pour le développement d'outils métrologiques et de procédures normalisées.

  • Au niveau européen (Les projets dits "FP7" sont financés par le 7ème programme cadre européen) :
    • Le projet H2020 ACEnano (Analytical & Characterisation Excellence) : "it will introduce confidence, adaptability and clarity into nanomaterial risk assessment by developing a widely implementable and robust tiered approach to nanomaterials physicochemical characterisation that will simplify and facilitate contextual (hazard or exposure) description and its transcription into a reliable nanomaterials grouping framework".
    • Le projet FP7 MARINA
    • Le projet FP7 NanoDefine dans lequel plusieurs partenaires français sont impliqués : 2013-2017
    • Le projet FP7 Nanolyse terminé en 2013, s'intéresse aux matrices alimentaires (nourriture et boisson).
    • Le projet FP7 NANODEVICE a pour but de développer de nouveaux concepts, méthodes et technologies pour la production d'instruments de mesure et d'analyse des nanoparticules manufacturées dans l'air dans les lieux de travail, le but étant que ces instruments soient plus facilement utilisables et transportables que ceux qui existent déjà. Ce projet 2009 - 2013 a associé 26 partenaires (un seul français : l'Institut National de Recherche et de Sécurité (INRS)). Il a produit une grille des effets toxicologiques pour 14 nanomatériaux , également disponible en compilation réalisée ici .
    • Le projet européen EMRP NanoChop « Chemical and optical characterisation of nanomaterials in biological systems » : 2012-2015
    • Le projet SMART-NANO (Sensitive MeAsuRemenT, detection, and identification of engineered NANOparticles) a été lancé en juin 2012 : d'une durée de quatre ans, il a pour but de fournir des outils pour une meilleure mesure, détection et identification des nanoparticules manufacturées dans des produits, des systèmes biologiques et dans l'environnement.
    • Les projets INSTANT (Innovative Sensor for the fast Analysis of Nanoparticles in Selected Target Products) et NANODETECTOR financés par le 7ème programme cadre européen (le premier à hauteur de 3,8 millions d'euros), portent sur la détection, l'identification et la quantification de nanoparticules dans les milieux complexes. Ils ont été mis en place en 2012.
    • Le consortium européen du programme Co-Nanomet a compilé en 2011 un document qui détaille les exigences en nanométrologie et présente une vision des objectifs à poursuivre dans ce domaine d'ici 2020 : European Nanometrology 2020
    • D'autres projets européens abordent la métrologie des nanomatériaux parmi d'autres aspects liés à l'analyse des risques associés aux nanomatériaux. Pour en savoir plus, on peut se reporter notamment à la liste des projets européens sur la sécurité sanitaire ou environnementale des nanotechnologies réalisée en mai 2012 par l'Institute of Technology Assessment de l'Académie des Sciences autrichiennes, ou le document plus détaillé "Compendium of Projects in the European NanoSafety Cluster", publié en février 2012.




En savoir plus

LIRE AUSSI :
Sur notre site :
- Nos fiches :

Ailleurs sur le web :

NOTES et REFERENCES
1 - Quels effets néfastes des nanomatériaux sur la santé humaine ?, veillenanos.fr
2 - Nanomatériaux - Des risques pour l'environnement mal cernés, veillenanos.fr
3 - Evaluer et surveiller les émissions de nanoparticules sur les lieux de travail, veillenanos.fr
4 - Cf. notre fiche Détection / caractérisation des résidus de nanomatériaux dans l'eau
5 - Voir 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
6 - Voir Sécurité des Nanomatériaux, Réduction de l'Exposition Etat de l'art et développements, François Tardif, présentation à la journée "Regards sur les nanotechnologies : enjeux, débats, perspectives", Institut de Maîtrise des Risques, 18 octobre 2011
7 - Voir Requirements on measurements for the implementation of the European Commission definition of the term "nanomaterial, Centre Commun de Recherche (JRC), 2012 (voir le résumé en français sur le site d'Eurosfaire ou celui de NanoNorma)
8 - Voir le chapitre 2 de Clefs CEA, n° 59, été 2010

Fiche initialement créée en juillet 2012
 LNE analyses caractérisation détection laboratoires métrologie nanomatériaux nanoparticules