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Détecter et mesurer les nanomatériaux ?

par MD et DL - Dernier ajout février 2018

Cette 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.

Sommaire

Détecter et mesurer les nanomatériaux, pour quoi faire ?

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 :

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
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 particules 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 il y a 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.

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.

NanoMet (2014-2017) : 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.
Objectif de NanoMet : alimenter les travaux de l'action collective soutenue par la Direction générale de la compétitivité, de l'industrie et des services (DGCIS, du Ministère du Redressement productif) pour le développement d'outils métrologiques et de procédures normalisées. Cette action collective a porté sur deux axes :
  • la fiabilisation des mesures effectuées par les PME avec leurs propres instruments
  • le développement de nouveaux protocoles de mesures avancés.
À terme, elle devrait permettre aux entreprises d'optimiser leurs procédés et favoriser le développement du secteur.

En savoir plus

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Ailleurs sur le web :

Projets de recherche sur la 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 :
    • Un 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 : CARMEN, dont l'objectif est de fiabiliser les mesures des différents paramètres caractérisant une nanoparticule (cf. CARMEN : une plateforme de caractérisation métrologique dédiée aux nanomatériaux, Revue française de métrologie n°31, Volume 2012-3).
    • 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

  • Au niveau européen (Les projets dits "FP7" sont financés par le 7ème programme cadre européen) :
    • 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.





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 - Le programme Aquanano a par exemple donné lieu à des avancées dans le dosage des nanoparticules dans les eaux, basées sur l'utilisation d'appareils pour l'analyse chimique et isotopique (méthode pour screening de la présence de C60 dans les eaux naturelles). Source : diaporama de présentation du programme Aquanano par Hélène Pauwels : "AQUANANO, Transfert de nanoparticules manufacturées dans les aquifères: développement d'une méthodologie et Identification des processus" aux J3N de l'ANR en novembre 2011
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
 détection métrologie nanomatériaux nanoparticules