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Nanotechnologies / Nanomatériaux / Nanoparticules / Nano-objets / NOAA / ... ?

Par MD et DL - Dernière modification avril 2017

Cette fiche introductive 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

Les nanotechnologies, les NBIC et maintenant les KET ?

Les nanotechnologies désignent les procédés de fabrication et/ou de manipulation de structures à l'échelle nanométrique (nm), celle de l'infiniment petit : "nano" vient du grec "nannos" et signifie "nain" ⇒ 1 nanomètre = 10-9 mètre = 0,000 000 001 m = 1 milliardième de mètre.
On se situe aux échelles moléculaire et atomique : à titre indicatif, l'ADN humain a une largeur de 2 nm, et un atome de carbone ou d'hydrogène mesure 0,1 nm :

Echelle-Nano
Une échelle : le nanomètre
C'est en 1974 qu'est apparu le terme "nanotechnologies", qui ont commencé à se développer dans les années 1980, avec la création du microscope à effet tunnel puis du microscope à force atomique.

Plusieurs définitions très techniques existent pour les "nanomatériaux" ; ce sont des nano-objets, comme des nano-grains mais qui peuvent avoir des formes très différentes (fils, plaquettes, particules ou substances nanoporeuses) et qui sont généralement regroupés entre eux, notamment sous forme de poudre. D'un point de vue chimique, pour simplifier on peut les considérer comme des substances différentes des substances "classiques", différentes à deux points de vue. D'une part au niveau de la taille, car ce sont particules sont de très petite dimension, puisqu'on se situe à l'échelle nanométrique. D'autre part, les nanoparticules et nanomatériaux ont des propriétés différentes de celles des matériaux classiques : ils peuvent changer de couleur ou devenir plus conducteurs, plus solides, plus photocatalytiques par exemple.

Le terme "nano" a pris son essor depuis la fin du 20ème siècle en devenant un mot sésame utilisé par les chercheurs pour attirer des financements, puis par certaines entreprises pour séduire leurs clients.
Avec l'émergence des préoccupations concernant les risques suscités par les nanos, le mot « nano » est parfois devenu plus un handicap qu'un atout, au point de disparaître de certaines communications commerciales.

On trouve également les "nanos" sous l'acronyme NBIC qui désigne la convergence des nanotechnologies (N) avec les biotechnologies (B), sciences de l'information (I), et sciences cognitives (C).

Un nouveau terme englobant les "nanos" a plus récemment fait son apparition : les "technologies clés génériques" (Key Enabling Technologies, KET) promues par l'Europe.

NBIC_small

Les nanomatériaux en quelques mots

Les nanomatériaux manufacturés désignent les matériaux composés ou constitués d'objets intentionnellement fabriqués par l'homme à l'échelle nanométrique.
Ils sont différents :
  • ... des nanoparticules naturelles que l'on trouve dans les poussières d'érosion ou d'éruption volcanique, ou encore dans les embruns marins par exemple. De nombreux virus sont également de taille nanométrique.
  • ... ainsi que des nanoparticules dites "incidentelles" qui sont produites "involontairement" et sont présentes :
    • dans les peintures mayas, des verreries romaines (coupe de Lycurgue) ou dans des épées de Damas du Xème siècle, dans les fumées de combustion du bois, etc. bien antérieures à la période industrielle
    • et plus largement dans les fumées industrielles ou celles émanant des moteurs diesel, des grille-pains ou des fours par exemple.

S'il existe déjà plusieurs centaines de nanomatériaux différents, la très grande majorité des nanomatériaux utilisés par l'industrie appartiennent aux quatre catégories suivantes :
  • le nano-argent
  • les nanotubes de carbone
  • les nanoparticules de dioxyde de titane
  • les nanosilices.

Ils se présentent le plus généralement sous forme de poudres ultra-fines (dans des crèmes, des lotions, des sprays, des pansements...), auxquelles les humains ou l'environnement peuvent être directement exposés.
Ils peuvent être incorporés dans des matériaux solides (comme les nanotubes de carbone dans des cadres de vélos), auquel cas ils n'entrent pas directement en contact avec les humains ou l'environnement lors de leur utilisation, mais potentiellement pendant leur production ou lors de la dégradation des produits.
Ces nanomatériaux sont volontairement façonnés à cette échelle pour offrir des propriétés que n'ont pas les matériaux structurés à l'échelle micro- ou macroscopique.
Leurs usages peuvent être très différents et concernent de nombreux domaines d'application : produits de beauté, vêtements, appareils électroménager, équipements de sport, vitres et matériaux de construction, voitures, aéronautique, aliments, etc.

Hansen2007
Source : Hansen, 2007, adapté par INRS, 2012

Le sigle NOAA est de plus en plus utilisé, il désigne les Nano-objets manufacturés, leurs agrégats et agglomérats.

Les nanomatériaux utilisés depuis plusieurs dizaines d'années dominent encore le marché (dioxyde de titane, noir de carbone dans les pneus, silice amorphe synthétique dans l'alimentaire, carbonate de calcium, dioxyde de cérium, oxyde de zinc, argent).
De nouveaux nanomatériaux plus récents apparaissent mais ils sont produits (pour l'instant) en moindre quantité (nanotubes de carbone, nanofibres, fullerènes, graphène, quantum dots), plutôt au stade de pré-industrialisation.

Enfin, il ne faut pas négliger les matériaux de pointe qui déploient des propriétés spécifiques à l'échelle nanométrique (céramiques et polymères de pointe, matériaux composites intelligents, matériaux bio-actifs), qui ne font à ce jour l'objet d'aucune prise en compte réglementaire alors que leur utilisation et dissémination soulèvent elles aussi des questions importantes, sans information de la part des industriels1.

Des propriétés inédites

L'intérêt et l'essor croissant des nanomatériaux s'expliquent par les propriétés inédites qu’il est possible de créer en modificant la matière à l'échelle nanométrique, notamment la taille ou d'autres caractéristiques physico-chimiques des matériaux.
Des propriétés nouvelles ou plus marquées apparaissent, notamment du fait de la petite taille des nanomatériaux qui leur confère une surface de réaction plus grande que le même matériau non nanométrique (le ratio surface / volume est plus important).

  • Ainsi, certains nanomatériaux voient leurs propriétés renforcées. De même que des cristaux de sucre en poudre se dissolvent plus aisément dans de l'eau chaude que des carrés de sucre, les nanomatériaux sont donc plus réactifs que les matériaux non nano.
    • Le nano-argent devient par exemple un antibactérien très efficace.
    • Le carbone, lui, peut devenir jusqu'à cent fois plus résistant que l'acier
  • D'autres propriétés totalement nouvelles apparaissent2. Par exemple, à l'échelle nanométrique, l'or peut devenir rouge, l'aluminium devenir explosif, le dioxyde de titane ou le cuivre peuvent devenir transparents.

Au niveau industriel, ces nouvelles propriétés des nanomatériaux sont perçues comme des opportunités dans de nombreux domaines d'application.
Une crème solaire contenant des nanoparticules d’oxyde de titane (TiO2) est plus transparente qu'une crème "classique" dont le TiO2 n'est pas nano, évitant ainsi les dépôts blancs sur la peau, ce que les marques utilisent comme arguments de vente.

La plupart des nanoproduits aujourd'hui sur le marché offrent des avantages dus à l'adjonction de poudres nanoparticulaires qui leur confèrent de nouvelles propriétés, aux atouts divers :
  • élimination des bactéries (et des mauvaises odeurs) pour le nanoargent, utilisé dans les textiles, les pansements, les sprays désinfectants, les revêtements des frigos, des claviers, des emballages alimentaires...
  • résistance et légèreté pour les nanotubes de carbone, qui constituent un atout majeur notamment pour l'industrie des transports
  • écran solaire ou effet catalytique (anti-pollution) pour les nanoparticules de dioxyde de titane qui, en fonction de leur effet, peuvent être utilisées dans des crèmes solaires ou des ciments
  • effet anti-agglomérant et donc fluidifiant pour les nanosilices à usage alimentaire, utilisées dans les sucres en poudre, les sels de table, etc.
  • effet catalytique (déclenchement de réactions chimiques) pour des nanoparticules métalliques, avec des applications dans le domaine de la santé

Quid des risques ?

Mais qui dit "propriétés nouvelles" dit aussi "risques nouveaux"

→ Voir à ce sujet notre rubrique "Risques".

Plusieurs définitions pour les nanomatériaux

Au niveau international, plusieurs définitions des nanomatériaux co-existent avec des critères différents (ISO, OCDE, Scenihr, SCCP, Règlements européens, ACC, etc.)3. A titre illustratif :

  • l'Organisation internationale de normalisation (ISO) définit un nanomatériau comme étant un matériau dont au moins une dimension externe est à l'échelle nanométrique ou qui possède une structure interne ou de surface à l'échelle nanométrique (l'échelle nanométrique étant présentée comme comprise "approximativement" entre 1 et 100 nm) ; elle a adopté le terme NOAA pour englober l'ensemble des "Nano-Objects, their Agglomerates and Aggregates greater than 100 nm"

La révision de cette définition d'octobre 2011 la Commission européenne fait l'objet de travaux depuis 2014 ; ils ont progressé à pas de fourmi et leur conclusion est annoncée comme imminente depuis plusieurs mois maintenant...

  • le Règlement cosmétique européen comporte encore une autre définition spécifique : "un matériau insoluble ou bio-persistant, fabriqué intentionnellement et se caractérisant par une ou plusieurs dimensions externes, ou une structure interne, sur une échelle de 1 à 100 nm".

  • le Règlement INCO (sur l'information des consommateurs sur les denrées alimentaires) et le Règlement Novel Food définissent quant à lui un nanomatériau comme un "matériau produit inten­tionnellement présentant une ou plusieurs dimensions de l'ordre de 100 nm ou moins, ou composé de parties fonc­tionnelles distinctes, soit internes, soit à la surface, dont beaucoup ont une ou plusieurs dimensions de l'ordre de 100 nm ou moins, y compris des structures, des agglomé­rats ou des agrégats qui peuvent avoir une taille supérieure à 100 nm mais qui conservent des propriétés typiques de la nanoéchelle"

Définition des nanos : quelles stratégies de la part des entreprises important, produisant ou distribuant des nanos ?

La procédure de révision de la définition européenne des nanomatériaux fera-t-elle l'objet d'un lobbying par l'industrie en faveur d'une définition des nanomatériaux qui soit la moins large possible afin que les règlementations soient les plus "allégées" possibles ? C'est probable, même si certains grands groupes industriels peuvent avoir intérêt à ce que la définition et les informations à fournir (par exemple dans le cadre de REACH) soient relativement précises, ce qui leur conférerait un avantage concurrentiel par rapport à d'autres entreprises qui disposent de moindres moyens (techniques et financiers).

La co-existence de différentes définitions complexifie le travail des producteurs / importateurs / distributeurs qui doivent déclarer leurs nanomatériaux aux autorités sanitaires, comme c'est le cas en France et dans d'autres pays d'Europe également. D'où la tentation pour certains industriels d'adopter des stratégies d'évitement, avec la mise au point de nanomatériaux dont la taille et la distribution en nombre peuvent flirter avec les seuils fixés, mais sans les dépasser, afin d'échapper à la règlementation tout en conservant les propriétés recherchées ?

Définir les nanos : une nécessité ?

Comme Andrew Maynard avant eux4, des chercheurs français ont néanmoins récemment écrit qu'"une définition institutionnelle n'est pas une condition sine qua non pour gérer les risques et que l'absence de définition ou, pour le cas présent, la multiplicité de définitions provenant de sources multiples, ne crée ni un vide ni une aggravation des difficultés d'appréhension des problématiques de gestion des risques". Les chercheurs considèrent également qu'"une seule définition, si elle veut demeurer opérationnelle, ne peut embrasser toute la complexité des questions relatives à l'état nano d'une particule. Une définition scientifique des nanoparticules et nanomatériaux n'est d'ailleurs pas spécifiquement utile pour étudier s'ils présentent ou non un risque pour la santé ou plus largement pour l'environnement"5.

Pour une analyse synthétique des tenants et aboutissants des débats autour d'une définition unique des nanomatériaux, voir l'article de Georgia Miller et Fern Wickson6 .

Afin de développer une approche en phase avec la responsabilité sociale des entreprises (RSE), les entreprises et distributeurs dans leur ensemble devraient s'inscrire dans une démarche de co-vigilance : anticiper les impacts d'une utilisation massive de ces matériaux aux propriétés spécifiques à l'échelle nanométrique et de leur relargage dans l'environnement afin de privilégier le choix et l'éco-conception de matériaux les moins dangereux et de minimiser les risques, partager les informations avec les autres acteurs en amont et en aval de la chaîne de production (jusqu'au consommateur final), etc.

A suivre...

⇒ Vos avis et analyses nous intéressent : n'hésitez pas à nous les envoyer (redaction(at)veillenanos.fr) afin que nous puissions donner à nos lecteurs le point de vue de l'ensemble des acteurs concernés.

En savoir plus

Lire aussi sur notre site :


Ailleurs sur le web
- La civilisation des nanoproduits, Jean-Jacques Perrier, éditions Belin, septembre 2017
- Comprendre les Nanosciences, MOOC, Université Paris-Sud, mars-avril 2017
- Les Nanotechnologies, Galaxies, n°45, janvier 2017
- Les nanomatériaux - Source d'espoirs nécessitant des précautions, Plate-forme Nano Sécurité, CEA, novembre 2016
- La photocatalyse et les nanomatériaux, NanoResp, février 2016
- Le code barre d'une nanoparticule !, CNRS, novembre 2015
- Nanoparticule, nano-objet, nanomatériau, matériau nanostructuré : définitions, Atoutsanté, mars 2015
- Nanomaterials Definition fact sheet, Öko-Institut, CIEL et ECOS, novembre 2014
- Nanoparticule, nano-objet, nanomatériau, matériau nanostructuré : définitions, AtouSanté, 27 septembre 2014
- Aide au repérage des nanomatériaux en entreprise, INRS, ED 6174, juin 2014
- Plate-forme web sur les nanomatériaux du Centre commun de recherche de la Commission européenne (Joint Research Center - JRC), décembre 2013
- Les nanomatériaux : applications industrielles et incertitudes, diaporama, Daniel Bernard, CEA, 24 octobre 2013
- Une liste de fournisseurs de nanopoudres est disponible sur le diaporama du Pôle européen de la céramique (mis en ligne en novembre 2013).
- Fiche d'aide au repérage des nanomatériaux (BTP), Direccte Bretagne, 2013
- Les espaces politiques des substances chimiques, Définir des nanomatériaux internationaux, européens et français, Brice Laurent, Revue d'anthropologie des connaissances, 7(1), 195-221, 2013
- Les nanotechnologies, C'est pas sorcier, France 3 (vidéo), 2010
- Les Nanos, c’est quoi ?, Origine de nano et Nanosciences pour tous, C'Nano (Centre de Compétences en Nanosciences), 2010
- Des nanotechnologies à la biologie de synthèse, Réalités industrielles, Annales des Mines, 2010
- Production et utilisation industrielle des particules nanostructurées, Honnert B. et Vincent R., INRS, Hygiène et sécurité du travail, Note documentaire 2277, 2007
- La nanotechnologie - L'innovation pour le monde de demain, Commission européenne, 2004


NOTES et REFERENCES

1 - Intervention de Steffen Foss Hansen (DTU) - Commission seeks input to third nanomaterials regulatory review, Chemical Watch, 23 juin 2016

2 - Voir par exemple, Nel A., Xia T., Li N. (2006). "Toxic potential of materials at the nanolevel", Science, 311:622-627.

3 - Voir plus de détails dans l'Annexe 2 "Revue des définitions des nanomatériaux existantes" du rapport Evaluation des risques liés aux nanomatériaux - Enjeux et mise à jour des connaissances, ANSES, avril 2014 (mis en ligne le 15 mai 2014)

4 - Don't define nanomaterials, Maynard A, Nature, 475, juillet 2011

5 - CERTOP, La mobilité des risques « nanos », septembre 2014

6 - "Disagreement Over Definitions Including Relevant Size, Size Distribution, Intentionality of Production, and Occurrence of Novel Properties" in Risk Analysis of Nanomaterials: Exposing Nanotechnology's Naked Emperor, Miller G et Wickson F, Review of Policy Research, 32(4) : 485, juillet 2015

Fiche initialement créée en avril 2011
 définition nano-objets nanomatériaux nanoparticules