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Quel relargage des nanomatériaux manufacturés dans l'environnement ?

Par MD - Dernier ajout le 4 avril 2016

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 de l'Avicenn. Vous pouvez vous aussi contribuer à l'améliorer en nous envoyant vos remarques à l'adresse redaction(at)veillenanos.fr.

Sommaire

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 commencent en effet tout juste à être mis en place. 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.

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".

En 2012, des chercheurs de Cincinnati aux Etats-Unis ont montré que 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 (ici la Neutrogena SPF 30). Au contact de l’eau et sous l’effet de la lumière, le cœur 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 l'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 mais que les systèmes d’épuration de type filtre à manche font preuve d’une bonne efficacité pour traiter ces émissions contenant des nanos11
  • 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) ?
  • lors de l'épandage des boues des stations d'épuration utilisées comme engrais sur les sols agricoles ?

Ces hypothèses demandent à être vérifiées, car peu de travaux sont menés et publiés sur le relargage des nanomatériaux dans l'environnement. En outre la plupart des études menées jusqu'à présent 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. A ce jour, nous avons repéré les projets suivants (contribuez à compléter cette liste, en nous signalant les projets à l'adresse redaction(at)veillenanos.fr) :

  • En France :
    • 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 :
    • 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-Data12 ; 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



  • Au sein de l'OCDE, le Groupe de Travail sur la Productivité des Ressources et les Déchets (GTPRD) a initié un projet 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 projets de rapport sur l'incinération, la mise en décharge, l'épandage des boues de stations d’épuration ont été présentés aux délégués des pays membres de l’OCDE mi-novembre 2013 et soumis à commentaires jusqu’à fin décembre 2013. Le GTPRD travaille sur les révisions à apporter au document. Un rapport complet devrait alors être disponible en 2015.


En savoir plus

LIRE AUSSI
Sur notre site :

Ailleurs sur le web :
- En français :
- En anglais :

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
:

5 - Cf. notamment :

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 - Depletion of the protective aluminum hydroxide coating in TiO2-based sunscreens by swimming pool water ingredients, Virkutyte J et al., Chemical Engineering Journal, Volume 191, Mai 2012, Pages 95–103

9 - Cf. notamment :

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 - 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

Fiche initialement créée en septembre 2012
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