Quel relargage des nanomatériaux manufacturés dans l'environnement ?

Par l'équipe Avicenn - Dernier ajout octobre 2019

Cette fiche fait partie de notre dossier Nano et Environnement ; 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.

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Sommaire

• Peu de données existent sur le relargage des nanomatériaux manufacturés
  
• Un phénomène complexe, tout au long du "cycle de vie"
  
• Relargage lors de la production / de la transformation / du transport des nanomatériaux
  
• Relargage lors de l'utilisation des produits auxquels ils ont été associés
  
• Relargage en "fin de vie" des produits
  
• Les travaux de recherche sur le relargage des nanomatériaux
  
• En savoir plus
  

Peu de données existent sur le relargage des nanomatériaux manufacturés

Par "relargage" des nanomatériaux, on désigne le phénomène par lequel des nanomatériaux - ou des résidus de dégradation des nanomatériaux - sont émis dans l'environnement. Le terme "émissivité" est parfois également utilisé.
On peut distinguer le relargage :

• des nanoparticules naturelles que l'on trouve par exemple dans les poussières d'érosion ou d'éruption volcanique ou encore dans les embruns marins ;
• des nanoparticules dites "incidentelles" car produites "involontairement" par les activités humaines, émanant des fumées (de combustion du bois, industrielles, émanant des moteurs diesel, des incinérateurs, des grille-pains ou des fours) ou de l'abrasion de matériaux bruts non nanométriques ;
• des nanomatériaux manufacturés produits à dessein à l'échelle nanométrique par les chercheurs et les industriels pour exploiter leurs propriétés inédites.

On a aujourd'hui une connaissance très limitée des quantités et types de nanomatériaux manufacturés - ou résidus de ces nanomatériaux - qui sont relargués dans l'environnement ; les instruments et méthodes pour détecter et mesurer les nanomatériaux sont en cours de mise au point. Or ces données sont importantes pour mieux connaître l'exposition aux nanomatériaux des écosystèmes et des populations (notamment des travailleurs), afin de mieux les protéger des risques associés.

En 2013, 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 %)¹.

Mais ces chiffres sont très en deçà de la réalité : en France seulement, c'est environ 500 000 tonnes qui sont en effet importées et produites chaque année ! C'est ce qu'a permis de mettre en évidence la déclaration obligatoire dans le registre r-nano depuis 2013.

A noter, cette mise au point par Olivier Boucher, directeur de recherche au laboratoire CNRS de météorologie dynamique, concernant les allégations véhiculées sur les réseaux sociaux au sujet des nanoparticules qui seraient relarguées par les avions ("chemtrails") : "Les avions diffusent-ils des produits chimiques à notre insu ?", France Culture, 28 juillet 2018.
En septembre 2019, on apprenait toutefois par Emirats Agence de Presse, que le Centre national de météorologie (CNM) des Emirats arabes unis avait lancé une campagne de tests d'ensemencement de nuages ​​avec des nanoparticules de dioxyde de titane appliquées sur les cristaux de sel. L'objectif est de mieux contrôler la pluviosité. Quid du transport et des effets de ces nanoparticules ensuite dans les eaux et les sols ? Le communiqué ne le dit pas...

Un phénomène complexe, tout au long du "cycle de vie"

Le relargage des nanomatériaux manufacturés peut intervenir tout au long du "cycle de vie" des produits, sans que l'on sache aujourd'hui sous quelle forme, en quelles quantités, et avec quels effets il s'opère précisément.
A chacune des étapes de ce cycle de vie, de nombreux paramètres entrent en ligne de compte. Le relargage sera en effet différent selon :
- la façon dont les nanomatériaux se présentent : sous forme de poudre, en solution, déposés sur une surface ou intégrés dans une matrice, etc.
- les conditions de production / d'utilisation / de gestion des déchets
- le "medium" qui les environne : air, eau, sol
- etc.

Quels relargages lors de la production / de la transformation / du transport des nanomatériaux ?

• dans les mines où est effectuée l'extraction des matériaux à partir desquels certains nanomatériaux sont fabriqués (par exemple le titane pour les nanoparticules de dioxyde de titane) ?
• sur les lieux de travail où ils sont synthétisés / manipulés / transformés ?
• dans les effluents industriels ?
• sur les voies de transport (maritimes, routières ou ferroviaires) des matériaux en cas d'accident ?

• En France, les entreprises et laboratoires ont certes obligation, depuis 2013, de déclarer les quantités et les usages de nanomatériaux qu'ils produisent, distribuent ou importent. Les informations collectées dans le cadre de cette déclaration permettront-elles de mieux estimer et localiser les volumes de nanomatériaux relargués dans l'environnement ? Pas autant qu'on aurait pu l'espérer, selon certains acteurs qui regrettent la faiblesse des amendes fixées en cas de non-respect de l'obligation légale et les considérations de confidentialité et de secret commercial ou industriel prévues par le texte et qui en limitent la portée. Sans compter que la loi ne prévoit aujourd'hui aucune disposition spécifique sur le confinement et la sécurisation des lieux où des nanomatériaux manufacturés sont présents ni sur le traitement des effluents industriels contenant potentiellement des nanomatériaux.

Quels relargages lors de l'utilisation des produits auxquels ils ont été associés ?

Le relargage de nanomatériaux ou de résidus de nanomatériaux peut intervenir lors de l'utilisation directe des produits qui en contiennent ou sous l'effet de l'usure, l'abrasion ou de leur dégradation, par exemple :

• dans l'air :
  • lors de la vaporisation de sprays de crèmes solaires ou de peintures
  • lors de l'altération par collision, perçage ou abrasion de pare-chocs, murs ou revêtements de surface²

• dans l'eau :
  • lors de la baignade pour des personnes ayant appliqué de la crème solaire³,
  • lors des lavages pour les textiles⁴,
  • sous l'effet du ruissellement des eaux de pluie sur les ciments et peintures extérieures recouverts de nanorevêtements⁵

• dans les sols :
  • en agriculture, lors de l'épandage de pesticides ou d'engrais⁶ contenant des nanomatériaux,
  • lors de dépollution des sols in-situ par injection de nanomatériaux.

Selon les connaissances actuelles sur le relargage, on présume que le relargage sera plus important, par ordre décroissant, pour les sprays, les pneus, les crèmes solaires, les textiles, les peintures d'extérieur et les ciments (dont la part pourrait néanmoins considérablement augmenter dans un futur proche⁷), et dans une moindre mesure pour les revêtements plastiques ou métalliques d'appareils électroménagers, ou pour les vitres auxquels les nanomatériaux sont plus solidement "fixés".

Le chlore des piscines peut dégrader le revêtement d'hydroxyde d'aluminium qui entoure les nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) intégrées dans certaines crèmes solaires. Au contact de l'eau et sous l'effet de la lumière, le coeur du nanomatériau, le nanoTiO2 peut alors libérer des radicaux libres, responsables du vieillissement de la peau et de l'apparition de cancers⁸.

Depuis fin 2013, plusieurs recherches ont montré que des nanotubes de carbone bien que contenus dans une matrice peuvent être relargués dans l'environnement sous l'effet du soleil et d'une humidité modérée ou de l'abrasion⁹.

Quels relargages en "fin de vie" des produits ?

• lors de la combustion (incendie ou incinération) : De premiers résultats ont montré que des nanoparticules d'oxydes de cérium peuvent se retrouver intactes à la surface des résidus de la combustion et donc être transférées telles quelles dans les sites d'enfouissement ou les matières premières récupérées¹⁰. Des travaux plus récents ont montré que la nanostructure de certains déchets peut être transférée dans les émissions brutes en sortie de four qui sont générées par le processus de combustion (les systèmes d'épuration de type filtre à manche semblent néanmoins faire preuve d'une bonne efficacité pour traiter ces émissions contenant des nanos)¹¹ ; d'autres études montrent cependant que les comportements des nanodéchets lors de l’incinération sont différents selon leur composition et qu'il peut y avoir persistance de certaines nanoparticules en sortie de four d’incinération, à travers les effluents et les cendres. Les valeurs limites d’émission de particules pour les incinérateurs de déchets sont aujourd’hui exprimées en concentration totale massique, en microgramme par mètre cube d’air, ce qui n’est pas pertinent pour des nanoparticules qui ont une masse négligeable et pourtant une toxicité soupçonnée comme accrue ; les normes devraient imposer une concentration limite en nombre de particules, ou alors en masse mais pour des tailles de particules données¹².

• lors de la mise en décharge : il est fort probable qu'il y ait infiltration de nanomatériaux solides dans les liquides qui s'échappent des déchets des décharges (les lixiviats)¹³

• lors de l'épandage des boues des stations d'épuration utilisées comme engrais sur les sols agricoles

Ces questions demandent à être creusées, car les travaux publiés sur le relargage des nanomatériaux dans l'environnement sont encore parcellaires. En outre beaucoup d'études ont été réalisées dans des conditions souvent très éloignées de celles rencontrées dans la réalité et sur des nanomatériaux différents de ceux qui sont réellement incorporés dans les produits actuellement sur le marché. Des recherches sont en cours pour en savoir plus.

Les travaux de recherche sur le relargage des nanomatériaux

Rares sont les travaux qui portent spécifiquement et quasi-exclusivement sur le relargage des nanomatériaux dans l'environnement. En 2012, nous avions commencé à repérer les projets existants (contribuez à compléter cette liste, en nous signalant les projets à l'adresse redaction(at)veillenanos.fr) :

• En France :
  • Gestion des déchets et des effluents contenant des nanomatériaux. Devenir et impact dans les filières de traitement et valorisation - Synthèse , RECORD, 2019
  • Le projet NANOTOX'IN : Évaluation des risques induits par l'incinération de nanocomposites à matrices polymères émergents : lors de processus d’incinération, ces nouveaux produits plastiques à base de nanoparticules relarguent-ils des nanoparticules ? Avec quels risques pour la santé publique ? Un projet financé par l'ADEME, réalisé par l'Armines (école des Mines de Saint-Etienne et école des mines d'Alès) et le Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE) en 2016 et 2017
  • Le projet AgingNano&Troph :
    • objet : déterminer l'impact environnemental des résidus de dégradation des nanomatériaux commercialisés : devenir, biotransformation et toxicité vis-à-vis d'organismes cibles d’un milieu aquatique
    • financement : l'Agence Nationale de la Rercherche
    • période : 2009-2012
    • partenaires : CEREGE, CEMAGREF, CEA, DUKE University, INERIS, IRCELYON, LBME, LIEBE
  • Il y a plusieurs années, le CEA a commencé des travaux sur la dispersion dans l'air des nanoparticules relarguées durant l'abrasion des nanomatériaux : nanotextiles en PET et PVC, ou peintures et polymères dans le cadre du projet européen NanoHouse mentionné plus bas.
  • NanoEMIS :
    • objet : le relargage de nanomatériaux lié au vieillissement des produits (contenant ou non des nanomatériaux)
    • partenaires : l'équipe "Transformations Intégrées de la Matière Renouvelable" de l'Université de Technologie de Compiègne et l'INERIS
  • Les travaux réalisés dans le cadre du Labex Serenade devraient également permettre d'apporter des éléments puisque le but est de parvenir à une éco-conception des nano-produits, qui ne relarguent donc pas de nanomatériaux toxiques dans l'environnement.
  • La plateforme nano-sécurisée de l'INERIS mise en place en 2014 étudie notamment l'émissivité de nanoparticules dans l'air ambiant par des matériaux et produits tout au long de leur cycle de vie, à travers notamment le projet Nano-Data¹⁴ ; voir également notre fiche sur les travaux nano de l'INERIS.

• Au niveau européen :
  • NanoHouse :
    • objet : analyse du cycle de vie des nanomatériaux pour la construction, en particulier sur l’exposition chronique pour les nanoparticules d'argent et de dioxyde de titane contenues dans les peintures et revêtements utilisés en intérieur et à l'extérieur des habitations
    • financement : 2,4 millions d'€ en provenance de la Commission européenne, sur un budget global de 3,1 millions d'€
    • période : janvier 2010 - juin 2013
    • partenaires français : le CEA et ISTerre
    • résultats : Influence of paints formulations on nanoparticles release during their life cycle, Fiorentino B et al., Journal of Nanoparticle Research, 17:149, mars 2015
  • NEPHH (Nanomaterials-related Environmental Pollution and Health Hazards throughout their life-cycle)
    • objet : l'évaluation des risques sanitaires majeurs associés aux nanotechnologies et résultant de la production, de l'utilisation et de la dégradation des nanocomposites polymères à base de silicium.
    • financement : 2,4 millions d'€ en provenance de la Commission européenne
    • période : 2009-2012
    • partenaires français : le CEREGE

• D'autres projets abordent le relargage 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.

• Aux Etats-Unis :
  • le consortium américain "Center for Environmental Implications of Nanotechnology" (CEINT) dirigé par Marc Wiesner étudie notamment les fuites des nanomatériaux, l'efficacité des traitements des effluents, l'altération des produits, le stockage en fin de vie.
  • des chercheurs universitaires ont montré que des nanotubes de carbone contenus dans une matrice peuvent être relargués dans l'environnement sous l'effet du soleil et d'une humidité modérée : Development of a conceptual framework for evaluation of nanomaterials release from nanocomposites: environmental and toxicological implications, The Science of the Total Environment, 473-474, 9-19, décembre 2013.
  • des chercheurs en lien avec l'(ou en provenance d') industrie ont publié une revue de la littérature sur le relargage de nanomatériaux à partir de nanocomposites solides : A review and perspective of existing research on the release of nanomaterials from solid nanocomposites, Particle and Fibre Toxicology, 11:17, 2014

• Au sein de l'OCDE, le Groupe de travail sur la productivité des ressources et les déchets (GTPRD) s'est penché sur le devenir et les impacts des nanomatériaux contenus dans les produits et libérés lors du traitement de ces produits en fin de vie. Trois rapports sur l'incinération, le recylage et la mise en décharge des déchets contenant des nanomatériaux ont été soumis aux délégués des pays membres de l'OCDE fin 2013, avant d'être publiés en novembre 2015 :
  • Incinération des déchets contenant des nanomatériaux, OCDE, novembre 2015
  • Recyclage des déchets contenant des nanomatériaux, OCDE, novembre 2015
  • Mise en décharge des déchets contenant des nanomatériaux, OCDE, novembre 2015
  • Les nanomatériaux dans les flux de déchets, Chapitre 1, OCDE, novembre 2015

En savoir plus

LIRE AUSSI
Sur notre site :

• Nanomatériaux et Environnement et la bibliographie associée
• Quel devenir des nanomatériaux manufacturés dans l'environnement ?
• Détecter et mesurer les nanomatériaux ?
• Comment financer les études de risques ?

Ailleurs sur le web :
- En français :

• Sources et devenir des nanoparticules manufacturées et anthropiques : transport, accumulation et réactivité aux interfaces, Julien Gigault, Géochimie, Université de Rennes 1, 2017
• "L'abrasion de nanomatériaux", Bressot C, in Nanomatériaux et santé - Comprendre où en est la recherche, ANSES, Les cahiers de la recherche, octobre 2015

- En anglais :

• Morphological transformation of silver nanoparticles from commercial products: modeling from product incorporation, weathering through use scenarios, and leaching into wastewater, Mohan S et al., Nanomaterials, 9(9), 1258, 2019
• Environmental release of engineered nanomaterials from commercial tiles under standardized abrasion conditions, Bressot C et al., J Hazard Mater., 2017 (INERIS)
• Environmental exposure to TiO2 nanomaterials incorporated in building material, Bossa N et al., Environmental Pollution, 220, B : 1160-1170, janvier 2017 (CEREGE, INERIS, IRCELYON)
• Release of nanomaterials from solid nanocomposites and consumer exposure assessment - a forward-looking review, Mackevica A et Hansen SF, Nanotoxicology, janvier 2016
• EHS Testing of Products Containing Nanomaterials: What is Nano Release?, Brame JA et al., Environ. Sci. Technol., 49 (19) :11245-11246, septembre 2015
• Influence of paints formulations on nanoparticles release during their life cycle, Fiorentino B et al., Journal of Nanoparticle Research, 17:149, mars 2015
• Emission of Titanium Dioxide Nanoparticles from Building Materials to the Environment by Wear and Weather, Shandilya N et al., Environ. Sci. Technol., janvier 2015
• Release of Engineered Nanomaterials from Polymer Nanocomposites: Diffusion, Dissolution, and Desorption, Duncan TV et al., ACS Appl. Mater. Interfaces, 7(1) : 2-19, 2015
• Environmental Life Cycle Assessment of Nanosilver-Enabled Bandages, Pourzahedi L et Eckelman MJ, ES&T, mars 2015
• Comprehensive modeling of environmental emissions of engineered nanomaterials, Sun TY et al., Environ. Pollut., 185, 69-76, 2014
• Dermal exposure potential from textiles that contain silver nanoparticles, International Journal of Occupational and Environmental Health, 20(3), juillet 2013
• Environmental concentrations of engineered nanomaterials: Review of modeling and analytical studies, Gottschalk, F et al., , Environ. Pollut., 181, 287-300, 2013
• Particle Flow Analysis: Exploring Potential Use Phase Emissions of Titanium Dioxide Nanoparticles from Sunscreen, Paint, and Cement, Arvidsson R et al., Journal of Industrial Ecology, 16(3) : 343-351, juin 2012
• Estimating production data for five engineered nanomaterials as a basis for exposure assessment, Hendren CH et al., Environ Sci Technol, 45:2562–2569, 2011

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NOTES et REFERENCES

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

2 - Une étude de l'INERIS et de l'université de Compiègne publiée début 2015 a montré qu'un nanorevêtement de dioxyde de titane existant dans le commerce, une fois appliqué sur une façade de bâtiment, peut se détériorer sous l'effet du soleil et de la pluie ; ce faisant, il entraîne le relargage de particules de titane dans l'air en quelques mois - et qui plus est, sous forme de particules libres (plus dangereuses que lorsqu'elles sont agglomérées entre elles ou avec des résidus d'autres matériaux). Cf. Emission of titanium dioxide nanoparticles from building materials to the environment by wear and weather, Shandilya, N et al., Environmental Science & Technology, 49(4): 2163-2170, 2015 ; un résumé vulgarisé est accessible gratuitement ici : Nanocoating on buildings releases potentially toxic particles to the air, "Science for Environment Policy", Commission européenne, 28 mai 2015

3 - 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

4 - Cf. notamment :

• Quantitative characterization of TiO2 nanoparticle release from textiles by conventional and single particle ICP-MS, Mackevica A et al., Journal of Nanoparticle Research, 20:6, janvier 2018
• Silver nanoparticles lost in the first wash, Chemistry World, 30 mars 2016 et Durability of nano-enhanced textiles through the life cycle: releases from landfilling after washing, DM Mitrano et al, Environ. Sci.: Nano, 2016
• Presence of Nanoparticles in Wash Water from Conventional Silver and Nano-Silver Textiles, Mitrano DM et al, ACS Nano, 2014
• Nanoparticle silver released into water from commercially available sock fabrics, Benn T.M. et Westerhoff P., Environmental science & technology, 2008
• Estimation of cumulative aquatic exposure and risk due to silver: Contribution of nano-functionalized plastics and textiles, Blaser S.A., Science of The Total Environment, 2008
• The Behavior of Silver Nanotextiles during Washing, Geranio L., Environ. Sci. Technol., 2009

5 - Cf. notamment :

• Mechanisms limiting the release of TiO2 nanomaterials during photocatalytic cement alteration: the role of surface charge and porous network morphology, Bossa N, Environmental Science: Nano, 2, 2019
• Sewage spills are a major source of titanium dioxide engineered (nano)-particle release into the environment, Loosli F et al., Environ. Sci.: Nano, 6, 763-777, 2019
• Emission of titanium dioxide nanoparticles from building materials to the environment by wear and weather, Shandilya, N et al., Environmental Science & Technology, 49(4): 2163-2170, 2015 ; un résumé vulgarisé est accessible gratuitement ici : Nanocoating on buildings releases potentially toxic particles to the air, "Science for Environment Policy", Commission européenne, 28 mai 2015
• Synthetic TiO2 nanoparticle emission from exterior facades into the aquatic environment, Kaegi R. et al, Environmental Pollution, 156(2), 2008

6 - Nanopesticides: State of Knowledge, Environmental Fate, and Exposure Modeling, Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 43 (16), Juillet 2013

7 - "in the future, the largest flows and stocks of TiO2 NPs could be related to self-cleaning cement" in Particle Flow Analysis: Exploring Potential Use Phase Emissions of Titanium Dioxide Nanoparticles from Sunscreen, Paint, and Cement, Arvidsson R et al., Journal of Industrial Ecology, 16(3) : 343-351, juin 2012

8 - Voir notamment :

• UV filters interaction in the chlorinated swimming pool, a new challenge for urbanization, a need for community scale investigations, Sharifan H et al., Environ Res., 148:273-276, juillet 2016
• Depletion of the protective aluminum hydroxide coating in TiO2-based sunscreens by swimming pool water ingredients, Virkutyte J et al., Chemical Engineering Journal, 191 : 95-103, mai 2012 (Neutrogena SPF 30)

9 - Cf. notamment :

• Carbon nanotubes can be released from composites, study suggests, Chemical Watch, 10 septembre 2015 ; voir la publication scientifique ici : Carbon Nanotubes Released from an Epoxy-Based Nanocomposite: Quantification and Particle Toxicity, Environ. Sci. Technol., 49 (17), 10616-10623, 2015
• Carbon nanotubes could be released by plastic as it degrades, Science for Environment Policy, mai 2014

10 - Persistence of engineered nanoparticles in a municipal solid-waste incineration plant, Walser et al., Nature Nanotechnology, 7, 520-524 (2012)

11 - Nanosécurité - Etudier les émissions des déchets nano-structurés dans les procédés d'incinération - Résultats du projet NanoFlueGas, INERIS, Mines de Nantes et Trédi, 2 avril 2015

12 - Voir notamment :

• Qu’advient-il des nanoparticules quand elles deviennent déchets ?, I'MT Tech, septembre 2019
• Nanomatériaux dans le transport et l'habitat : Quels sont les risques liés à la dégradation thermique ?, Simon Delcour, LNE, wébinar, juin 2019
• NANOTOX'IN : Évaluation des risques induits par l'incinération de nanocomposites à matrices polymères émergents : lors de processus d’incinération, ces nouveaux produits plastiques à base de nanoparticules relarguent-ils des nanoparticules ? Avec quels risques pour la santé publique ? Un projet financé par l'ADEME, réalisé par l'Armines (école des Mines de Saint-Etienne et école des mines d'Alès) et le Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE) en 2016 et 2017
• Incinération des déchets contenant des nanomatériaux, OCDE, novembre 2015

13 - Cf.

• Mise en décharge des déchets contenant des nanomatériaux, OCDE, novembre 2015

14 - Cf. "L'abrasion de nanomatériaux", Bressot C, in Nanomatériaux et santé - Comprendre où en est la recherche, ANSES, Les cahiers de la recherche, octobre 2015

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Fiche initialement créée en septembre 2012