Mettre les nanos au menu des Assises de l'eau 2018-2019

Par DL le 24/07/2018 - dernière modification par DL le 27/11/2018

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Cette fiche réunit les pistes à proposer lors des Assises de l'Eau pour assurer aux acteurs de l'eau des moyens de diagnostic et d'action dès 2019.

Voir aussi Consultations des Agences de l'Eau : de novembre 2018 à mai 2019

La première étape des Assises de l’eau 2018 lancées par le gouvernement le 24 avril 2018 au congrès des maires de France est bouclée : elle concerne le "petit cycle de l'eau", c'est-à-dire la distribution après captage. La Caisse des Dépôts en a rendu compte le 17 juillet 2018 ici. Les conclusions seront disponibles fin août - début septembre.

9 novembre 2018: la seconde phase des Assises de l'eau est lancée par son comité de pilotage. Elle s’étendra jusqu’au mois de mars et sera rythmée par des ateliers sur les territoires, la réunion de groupes de travail et deux autres comités de pilotage. Elle concerne le "grand cycle de l'eau", c'est-à-dire les ressources et les milieux aquatiques. Les aspects qualitatifs et quantitatifs des ressources en eau seront abordés, "afin d’aider les territoires à être plus résilients au changement climatique". C'est l'occasion d’informer et de mettre les risques nanos au programme 2019-2024 des Agences de l'Eau.

Notre dossier "Nano et Eau" résume les connaissances sur les impacts involontaires de l'usage de certaines nanoparticules (effets néfastes sur la faune et la flore aquatiques, problèmes dans les stations d'épuration notamment), ainsi que les "promesses" des nanotechnologies en matière de détection des contaminants dans l'eau et de traitement de purification de l'eau.

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Sommaire de cette fiche :
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• Risques liés aux nanos : émergents ou émergés ?
  
• Débuts de réponses et questions en suspens
  
  • Quelles nanos cibler en priorité ?
    
  • Où vont les nanos ?
    
• On en sait assez pour agir ...
  
• Mais comment faire ? Propositions construites et/ou collectées par Avicenn à porter aux Assises de l'Eau
  
  • Prévenir coûte moins cher que guérir...
    
  • Diagnostiquer par ressource en eau
    
  • Valider et faire connaître les méthodes d'analyses
    
  • Budgétiser des financements nano polluants comme pour les micro polluants
    
  • Rendre le registre R-nano opérationnel pour les acteurs de l'eau
    
  • Inciter à géolocaliser les ventes
    
  • Notre action vous rend service ? Dites-le nous!
    

Risques liés aux nanos : émergents ou émergés ?

On en parle comme risques émergents depuis plus de dix ans... Au vu des quelques 450 000 tonnes de substances nanoparticulaires déclarées en France chaque année et de l'avancée des connaissances, n'est-il pas plus exact de parler de risques "émergés" ? Et de les mettre sous surveillance comme les micropolluants, les médicaments, les perturbateurs endocriniens et les plastiques ?

Déjà en 2008, l'Afssa avait formulé les recommandations suivantes concernant les nanoparticules manufacturées dans l'eau :

• Encadrer la mise sur le marché des nanomatériaux
• Mettre en place des dispositions garantissant l'absence de toute utilisation de nanoparticules par injection directe dans les nappes
• Développer des outils d'analyse pour la mesure des nanoparticules dans l'eau
• Étudier le devenir dans différents compartiments de l'environnement ; les mécanismes d'usure des verres, pneumatiques, bétons, cosmétiques pouvant contenir des nanoparticules de Ti, Sn, Se, Fe, Mn, Ce, Al... étaient les préoccupations majeures.
• Évaluer l'efficacité des filières de traitement classiques de production d'eau potable et d'épuration des eaux résiduaires
• Évaluer les modalités d'entrée dans la chaîne alimentaire via l'eau.

En 2018, dix ans après, des progrès ont été accomplis mais beaucoup reste à faire :

• La mise en marché et le relargage des nanomatériaux sont insuffisamment encadrés :
  • A ce jour, la surveillance des nanoparticules dans l'eau n'est toujours pas requise par la loi et ne figure pas dans la directive cadre sur l'eau (DCE) au niveau européen.
  • Les agences de l'eau ne réalisent donc pas de mesure des nanoparticules dans l'eau.
  • Les nanoparticules ne sont pas ciblées explicitement par le second Plan Micropolluants 2016-2021 (substances indésirables détectables dans l'environnement à très faible concentration (micro voire nanogramme par litre) et pouvant avoir un effet négatif sur les organismes vivants).
  • La France s'est toutefois dotée en 2013 du registre R-nano, mais ses données sont inaccessibles aux acteurs de l'eau.
  • Entre autres améliorations, des ONG réclament qu'une procédure d'autorisation de mise sur le marché (AMM) soit instaurée pour toutes ou certaines nanoparticules, afin que la gouvernance opère en préalable aux usages
  • En attendant, les fabricants (ne) s'autorégulent (pas), dans le cadre de normes... non contraignantes.

• Existe-t-il des cas d'injections directes dans les ressources en eau ? Cela reste à documenter, et nous n'avons pas d'information sur des restrictions de ces éventuels usages

• Des outils de détection et d'analyse des nanos dans l'eau sont en cours de développement ou perfectionnement (Synchrotron Soleil, laboratoire d'hydrologie de Nancy, IPGP ...).

• Quelques études tentent de mieux comprendre le devenir de certaines nanoparticules dans les sols et dans les aquifères (INERIS, BRGM, CEREGE, Suez Environnement, IRSTEA...), notamment dans l'estuaire de la Gironde, et trois bassins versants du bassin de la Seine.

• Des thèses sont en cours dans les zones ateliers concernant nos grands fleuves en France.

• Les impacts sur la faune et la flore commencent également à être explorés, avec de premiers signaux inquiétants.

Compte tenu de l'épandage de boues de stations d'épuration en agriculture, il serait utile de connaître la teneur des boues en nanoparticules de dioxyde de titane.
→ En savoir + sur les nanos et les stations d'épuration.

Voir aussi notre dossier Devenir des nanos dans l'environnement.



⇒ Avicenn distribue cette année un millier de livres "Nanomatériaux et risques pour la santé et l'environnement - Soyons Vigilants !", auprès des acteurs de l'eau.
Les propos d’Avicenn n’engagent par la responsabilité des institutions qui ont apporté leur soutien financier à cette action en 2018 : le Ministère de la Transition Ecologique et Solidaire et l’Agence Française pour la Biodiversité

Débuts de réponses et questions en suspens

Ces programmes de recherche ont-ils bien pris en compte les recommandations de 2008 ? Si le dioxyde de titane semble faire partie de toutes les études, les autres éléments préoccupant les acteurs de l'eau en 2008 paraissent moins observés : que deviennent des NP contenant du Sn (étain), Se (sélénium), Fe (fer), Mn (manganèse), Ce (cérium, dont le dioxyde est un additif pour carburant diesel et anti UV dans des peintures), Al (aluminium) ?
→ En savoir + sur les usages de ces nanoparticules.

Les études sont-elles cohérentes avec les principaux tonnages que le registre R-nano a collectés depuis 2013 ?
Le bilan R-nano 2017 indique que cinq substances représentent 97 % de la masse de substances à l’état nanoparticulaire produites en France : noir de carbone, silice, carbonate de calcium, dioxyde de titane et acide silicique - sel de magnésium.

• Parmi celles-ci, le nano dioxyde de titane est le principal sujet d'études d'impacts environnementaux.
• Le dioxyde de cérium nano est cité dans une bande de tonnage de 100 à 1000 tonnes produites par an en France, auxquelles s'ajoute un tonnage de 1000 à 10 000 tonnes sous forme de mélange de dioxyde de cérium et de dioxyde de zirconium.
• Le nanoargent n'apparaît quasiment pas dans le registre R-nano, car il arrive dans des produits importés...

C'est dans le Guide pratique des micropolluants édité par l'AESN que l'on trouve une référence résumée ainsi : "le nanoargent représente plus de 50% des nanomatériaux utilisés (devant le carbone et le zinc). Le marché européen des produits en contenant est passé de 30 tonnes en 2004 à 130 tonnes en 2010". Il est précisé que "15% du nanoargent relargué dans les eaux de l'union européenne aurait pour origine les activités plastiques et textiles" (Gaffet, en 2009).

- Quelles nanos cibler en priorité ?

Le bilan R-nano 2017, pas plus que les précédents, n'indique pas les tonnages exacts, ni la localisation des lieux de fabrication, ni les lieux d'usage... Un résumé avec les tableaux des principales substances par bande de tonnage est en ligne sur notre site ici.
Du fait des incertitudes sur les volumes de nanomatériaux commercialisés et relargués dans l'eau, les estimations des scientifiques ne sont pas concordantes et varient en fonction des méthodes et hypothèses utilisées et des pratiques des différents pays (épandage des boues des stations d'épuration versus incinération par exemple).

La synthèse sur les micropolluants en eaux urbaines publiée en 2018 par l'ARCEAU (Association Recherche-Collectivités dans le domaine de l’eau en Ile-de-France) et l'AFB (Agence Française pour la Biodiversité) pointe les nanoparticules d’argent (antibactériennes) ou de titane ajoutées dans les peintures (comme colorant blanc ou agent auto-nettoyant). Les pratiques d'entretien peuvent être source de ces contaminations.

En 2018, le Guide pratique des micropolluants dans les eaux du bassin Seine-Normandie mis à jour par l'Agence de l'Eau Seine Normandie (AESN) avec l'INERIS fait mention de "composés nanoparticulaires" ayant "été déclarés dans le cadre de la réglementation récente en France" : les nanoparticules citées sont les nanoparticules de nickel, chrome, cuivre, zinc, aluminium, argent, cobalt, titane et sélénium.
En 2015 au Royaume-Uni, les nanoparticules dont les concentrations étaient susceptibles d'être les plus élevées dans l'eau traitée étaient les nanoparticules de dioxyde de titane et les nanoparticules de zinc (émanant des crèmes solaires et autres cosmétiques) et les nanoparticules de silice (dentifrice, alimentation...).

La même année au Danemark cette fois, les plus fortes concentrations estimées de nanoparticules dans les systèmes aquatiques concernaient les particules de noir de carbone et de TiO2 photostable (contenu dans les crèmes solaires et non pas celui contenu dans les peintures photocatalytiques), suivies par le carbonate de cuivre (CuCO3, en supposant que son utilisation comme agent de protection du bois va s'accroître).
A contrario, les traitements des eaux conduiraient à des concentrations extrêmement faibles de nanoparticules d'oxydes de zinc (ZnO) et de nanoparticules d'argent dans l'environnement.

En France, des chercheurs ont constaté en 2013 un accroissement de la présence d'argent dans l'estuaire de la Gironde dont les causes sont encore mal connues, mais potentiellement liées à l'érosion des sols agricoles, à l'ensemencement des nuages (solution d'iodure d'argent) pour éviter les impacts de la grêle sur les récoltes de vigne et l'arboriculture, aux rejets des eaux usées des collectivités.

- Où vont les nanos ?

Différentes modélisations ont été réalisées pour tenter de quantifier les concentrations et les flux de différents types de nanoparticules manufacturées dans l'environnement, mais beaucoup reste à faire encore pour consolider ces premiers éléments.

source : ENS Lyon

En savoir + sur le relargage et devenir des nanomatériaux dans l'eau

On en sait assez pour agir ...

On en sait néanmoins assez pour agir en organisant une prévention en aval des usages (ce qui ne réduit pas le devoir de prioriser en amont les fabrications et les usages vraiment utiles !). Consomma'cteurs, faites le tri avant l'achat... si l'étiquette vous renseigne, ce qui est très rarement le cas.
En complément du site http://veillenanos.fr, le site infonano.agirpourlenvironnement vous aide dans le domaine alimentaire.
Pour les professionnels, ne développez pas futile mais pour l'intérêt général !
Des usages se sont déjà déployés (voir les inventaires - incomplets - recensés par Avicenn), sans évaluation préalable d'impacts sur la santé individuelle et collective et sur les milieux naturels.
Même pour des substances autorisées avec de longues procédures d'études et de négociations, nous avons intérêt collectivement à anticiper des seuils de pratiques pour ne pas atteindre des concentrations néfastes, en particulier sur les milieux aquatiques. Une autorisation réglementaire a toujours pour effet de démultiplier des usages et donc de mener plus rapidement au seuil où les bénéfices individuels entraînent un problème collectif...

Des évaluations partielles sont remarquablement organisées au Danemark dans la NanoDataBase. Ces indications de niveau de fiabilité scientifique variables sont des aides aux décisions de prévention, précaution, restriction ! Et derrière le code couleur, les références peuvent être améliorées progressivement (si la volonté de financer des études existe...)

Les actions concertées multiacteurs autour des micropolluants ont permis d'acquérir une expérience relationnelle et scientifique. Sur ce terreau, en économisant l'énergie de tous ceux qui ont déjà œuvré, greffons la préoccupation de la détection des nanoparticules les plus préoccupantes.

Le programme NanoFASE, auquel participe l'INERIS, vise à comprendre et maîtriser le comportement des nanomatériaux dans l’environnement.

Une modélisation interactive est en recherche, à tester avec des acteurs de l'eau... à partir de 2019. Encore faudrait-il que pour estimer les données d'entrée, on puisse évaluer les usages... et donc qu'il y ait des registres et des étiquettes, or on est loin du compte !

Mais comment faire ? Propositions construites et/ou collectées par Avicenn à porter aux Assises de l'Eau

Prévenir coûte moins cher que guérir...

L'étude ARCEAU-AFB déjà citée mentionne les coûts élevés des traitements des eaux, notamment pour les traitements tertiaires dans les STEU (stations d'épuration des eaux usées). L'INERIS a mené une étude exploratoire qui compare les coûts d’une gestion préventive (changements d’usages, substitution) et d’une gestion curative par traitement tertiaire (nano filtration). En considérant des performances environnementales égales et bien que les incertitudes soient grandes, les résultats montrent que les coûts de traitement sont supérieurs aux coûts d’une substitution à la source des micropolluants considérés dans l’étude.
Ces limites indiquent que l’approche curative n’est pas une solution ultime et que nous avons tout à perdre, en l’état actuel des choses, à ne pas travailler sur les aspects préventifs.

Le premier acte de prévention reste de s'interroger avant fabrication sur l'utilité de disséminer des substances artificielles que nos écosystèmes et nos équipements ne sont pas en mesure d'éliminer...
Que faire ensuite ?

Diagnostiquer par ressource en eau

Diagnostiquer les apports possibles dans un milieu aquatique suppose d'avoir des informations pertinentes et géolocalisées : qui fabrique, qui vend, qui utilise, où et quand ?
Les "flux entrants" sont-ils importants ? Peut-on faire des hypothèses avec des modélisations ?
Peut-on alors prioriser ses flux selon leur incidence et confirmer la possible présence par des analyses pertinentes ?

Les coûts d'analyses ne permettent pas forcément de les mettre en routine.
Mieux vaudrait donc faire au préalable un diagnostic sur les usages pour savoir si une ressource en eau pourrait localement être concernée par tel ou tel nanomatériau indésirable.

Une estimation cartographiée de nanoparticules d'argent et d'oxyde de zinc dans les rivières d'Europe a été publiée en 2015. Par construction, une modélisation repose sur des hypothèses et laisse de côté une part de réalité... et conduit à s'interroger sur la réalité du pronostic : que se passe-t-il réellement en France sur les "points rouges" de ces cartes ?

Pistes d'actions à mener :
- Engager un diagnostic national et territorial, en synergie entre institutions chargées de la gestion de l’eau pour établir un cadre méthodologique et mutualiser les actions d’informations, diagnostic, priorisation, métrologie. Agir comme pour l’action nationale de recherche et de réduction des rejets de substances dangereuses dans l’eau (RSDE).
- Prioriser les substances et les bassins versants selon hypothèses de flux d’usages
- Faire des pronostics de rejets pour définir des sites prioritaires (voire méthodes estuaire Gironde)
- Autoriser les agences de l'eau à accéder aux données du registre R-nano

Valider et faire connaître les méthodes d'analyses

- Diffuser plus largement les méthodes d’analyses nano (cf. micropolluants).

Budgétiser des financements nano polluants comme pour les micro polluants

- Prévoir des possibilités de financement de campagnes de mesures en proposant d’ajouter les « nanos » dans l’assiette de contribution aux redevances pour pollutions émergentes. Le mécanisme fiscal existant pour les micropolluants est à élargir aux risques émergents émergés (nanos, médicaments, perturbateurs endocriniens, plastiques)
- Une taxation des fabricants et utilisateurs des nanomatériaux permettrait de financer les études d'impacts "oubliées", qui seront plus économes si elles sont conduites de façon mutualisée... et plus indépendantes et crédibles en matière d'écotox.

Rendre le registre R-nano opérationnel pour les acteurs de l'eau

Tirons les leçons de nos expériences :
- le registre R-nano pourrait ajouter des informations comme la NanoDataBase : les noms commerciaux et un avis sur les catégories de risque, avec une date d'évaluation
- le registre R-nano pourrait s'inspirer du registre des médicaments et des produits phytosanitaires pour lier substances, produits commerciaux, fiches techniques et fiches de sécurité...
- le registre R-nano pourrait indiquer les vrais tonnages en circulation...
- le registre R-nano pourrait indiquer le nombre de personnes exposées sur les chaînes de fabrication
- le registre R-nano pourrait mieux renseigner les acteurs de l'eau, qui doivent aujourd'hui solliciter les DREAL, antennes régionales du Ministère de la Transition Écologique, qui ne restituent que très peu d'informations complémentaires, lorsque qu'elles font la démarche de demander plus que le bilan public...en signant un engagement de confidentialité...Ces obstacles sont constitutifs du décret de création du registre... donc révisables.

Inciter à géolocaliser les ventes

- Des aides conditionnées pourraient être mises en œuvre pour des fabricants / utilisateurs vertueux fournissant des informations territoriales, voire géolocalisées (cartographie de leurs ventes en tonnages ; flux de nanomatériaux « entrants ») : ceci afin de faciliter la priorisation des études écotox.
En contrepartie de ces informations, les fabricants / utilisateurs bénéficieraient d’une « prime à la transparence » et de la restitution de résultats facilitant une stratégie de précaution responsable.

- le registre R-nano pourrait collecter les besoins d'études d'impact à mutualiser signalés par les fabricants, distributeurs, voire utilisateurs finaux remplissant ou non une déclaration. Notons que selon les domaines d'activité, il peut y avoir un ou plusieurs intermédiaires (transformateur, distributeurs). Une chaîne de distribution longue peut conduire à de multiples déclarants au registre R-nano, sans pour autant correspondre à de forts tonnages d'usage...

- le bilan des demandes orienterait les études écotox, restituées aux demandeurs

• A noter : cette pratique de répertorier les ventes au code postal est demandée aux distributeurs de produits phytosanitaires en agriculture (registre phytodata national) mais il manque une restitution opérationnelle auprès des utilisateurs finaux (les agriculteurs) alors que ce sont eux qui ont compétence de gestion collective sur les pratiques agricoles d'un territoire !

- le registre R-nano pourrait être amélioré de toutes ces expériences, en produisant des aides aux décisions pour chaque acteur. Les fabricants ont à y gagner en capacité de prospective !

Impossible ? mais non, cela existe pour les pollutions atmosphériques !

Pour évaluer (et réduire !) les flux de pollutions atmosphériques, un organisme Operateur d'Etat pour le Ministère de l'environnement (MEEM) a été créé il y a plus de 20 ans : le CITEPA (Centre Interprofessionnel Technique d'Etudes de la Pollution Atmosphérique). Sous statut d'association à but non lucratif, le CITEPA rassemble 85 adhérents (dont l'ADEME et des industriels, fédérations et syndicats professionnels, producteurs et distributeurs d'énergie, bureaux d'études, organismes de recherche, laboratoires de mesures et Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l'Air [AASQA]).
Il réalise l'inventaire national annuel des émissions de gaz à effet de serre et de polluants atmosphériques en France.
Mais le site d'informations publiques dit peu de chose sur les nanoparticules :
- publie en 2012 une fiche mise à jour en 2017 sur la taille des poussières en suspension
- signale en 2013, une synthèse d'étude américaine de l'Institut sur les Effets Sanitaires (Health Effects Institute ou HEI), organisme de recherche indépendant basé à Boston (Etats-Unis), sur les connaissances relatives aux effets sanitaires des particules ultrafines ambiantes (celles inférieures à 100 nanomètres ou nm [soit 10-9 m]).

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Détection / caractérisation des résidus de nanomatériaux dans l'eau

Par l'équipe Avicenn - Dernière modification avril 2019

Cette fiche fait partie de notre dossier Nano et Eau : elle a vocation à être progressivement 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.

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Il est difficile de détecter les nanoparticules dans l'eau à faible concentration aujourd'hui¹.
En raison de leur petite taille et surtout de leur forte réactivité, les nanomatériaux ont tendance à interagir avec quasiment tous les éléments présents dans l'eau, selon des configurations très variables en fonction de leurs caractéristiques physico-chimiques et de la composition du milieu : ils peuvent donc subir des transformations dans l'environnement aquatique.

Des chercheurs français que nous avons contactés déplorent la faiblesse des financements des travaux de recherche qui seraient nécessaires : selon eux, en l'absence de règlementation spécifique, il n'y a pas de pression particulière pour développer des techniques innovantes de détection des nanoparticules dans l'eau.

Des progrès sont néanmoins en cours grâce à l'avancée recherches et des outils dans ce domaine².
A suivre donc...

En savoir plus

- Sur notre site :

• Voir les autres fiches de notre dossier Nano et Eau.
• Lire aussi notre fiche Détecter et mesurer les nanomatériaux ?

- Ailleurs sur le web :

• Détection des nanoparticules métalliques dans 3 bassins versants caractéristiques, Colloque annuel du Piren Seine : Qualité de l'eau et des milieux aquatiques du bassin de la Seine : dynamiques et trajectoires, Marc F. Benedetti (IPGP) Paris, 5 octobre 2017 (Il s'agit de campagnes de mesures dans les eaux, à l'aveugle, sans hypothèses préalables sur les flux d'usages; le mode d'occupation des territoires étant le critère de choix : zones urbaine, agricole et forestière. La détection porte sur des NP de dioxyde de titane, de cérium et du nanoargent. Les concentrations en nanoargent observées sont de quelques dizaines de nanogrammes de nanoargent par litre (11 ng/l en zone urbaine, 8,4 en zone agricole et 1,5 en zone forestière). Cela correspondrait à des apports estimés à 2 ou 3 grammes de nanoargent par km² et par an, ou à 20 grammes d'ion Ag+ par km² et par an)
• Analyzing Nanoparticles in Drinking Water by Single Particle ICP-MS, AzoNano et PerkinElmer Inc, juillet 2016
• Les usages du nanoargent et Compte rendu de la séance du 6 mai sur le nanoargent, ForumNanoResp, mai 2015 (paragraphe sur les risques toxiques et la résistance bactérienne)
• Nano-silver in drinking water and drinking water sources: stability and influences on disinfection by-product formation, Environmental Science and Pollution Research, 21(20) : 11823-11831, octobre 2014
• Tracking dissolution of silver nanoparticles at environmentally relevant concentrations in laboratory, natural, and processed waters using single particle ICP-MS (spICP-MS), Environ. Sci.: Nano, 1, 248-259, 2014
• L'argent (Ag, nanoAg) comme contaminant émergent dans l'estuaire de la Gironde : évaluations scientifiques et gouvernance des risques, Salles D. et al., ERS, 12 : 317-323, juillet/août 2013
• Facing complexity through informed simplifications: a research agenda for aquatic exposure assessment of nanoparticles, Praetorius A et al., Environmental science Processes & impacts, 15(1) : 161-8, janvier 2013
• Les nanoparticules dans l'eau potable, Kägi R., Eawag News 66, août 2009

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NOTES et REFERENCES

1 - Cf. von der Kammer, F et al., Analysis of engineered nanomaterials in complex matrices (environment and biota): general considerations and conceptual case studies, Environ. Toxicol. Chem., 31, 32e49, 2012

2 - Cf. notamment :

• 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
• Le laboratoire d'hydrologie de Nancy (LHN) de l'Agence nationale de sécurité sanitaire (ANSES) s'est doté d'un équipement permettant de doser les nanoparticules dans l'eau afin de mener des analyses à partir de 2015.
• L' intervention Jérome Rose (CEREGE) au Synchrotron Soleil en mars 2018 ; en bref, les mesures font appel à de nombreuses techniques en combinaison d’outils (le CEREGE utilise 7 outils différents) : les rayons X viennent à la rescousse de la microscopie électronique. Il faut aussi étudier les interactions avec la matrice des nanoparticules. Le Synchrotron, sur la base de mesures préalables, permet de caractériser des nanoparticules en milieux complexes.
• Détection de nanoparticules manufacturées dans l'eau potable et les additifs alimentaires, Sivry Y, Bulletin de veille scientifique de l'ANSES, n°31, mai 2017
• Détection et quantification de nanomatériaux dans les eaux naturelles par une approche intégrée multi outils, Karine Phalyvong, IPGP, novembre 2016
• The world's first model for engineered nanoparticles in surface waters, Wageningen UR, 3 juin 2015
• Caractérisation et détection des nanomatériaux dans les eaux de surface, Wilkinson K et al. (Université de Montréal), intervention au 83e du Congrès de l'Acfas, Colloque 210 - Présence, persistance, devenir et effets des nanomatériaux dans l'environnement, mai 2015
• A simple and sensitive biosensor for rapid detection of nanoparticles in water, Journal of Nanoparticle Research, 16:2253, janvier 2014
• 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 : Le programme Aquanano a 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).
• Aperçu bibliographique des techniques de caractérisation des nanoparticules dans les eaux , M Blessing, JP Ghestem (BRGM), 2011

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Fiche initialement créée en février 2015

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

par l'équipe Avicenn - Dernier ajout janvier 2020

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Sommaire

• Détecter et mesurer les nanomatériaux, pour quoi faire ?
  
• Les différentes techniques disponibles
  
• Recherches et acteurs en métrologie des nanomatériaux
  
• En savoir plus
  

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, en établissant une sorte de carte d'identité précisant leurs paramètres physico-chimiques afin de remplir correctement l'obligation française de déclaration des substances à l'état nanoparticulaire et les obligations européenne (enregistrement dans REACH et 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 :

• 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

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.

Un travail d'harmonisation et d'intercalibration des méthodes de mesures, jugé nécessaire depuis plusieurs années^{5, 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).

En décembre 2019, le Centre commun de recherche européen (JRC) a publié hier un rapport très important pour aider les entreprises à déterminer si leurs matériaux sont des nanomatériaux.

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 :
    • Caractérisation de nanoparticules inorganiques dans les produits du quotidien, Fabienne Séby, UT2A, Intervention au colloque Nano de la Maison de la Chimie, 7 novembre 2018
    • Towards routine analysis of TiO2 (nano-)particle size in consumer products: Evaluation of potential techniques, de la Calle I et al., Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 147 : 28–42, septembre 2018
    • Study of the presence of micro- and nanoparticles in drinks and foods by multiple analytical techniques, de la Calle I et al., Food Chemistry, 2018
  • 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.

• Aux Etats-Unis :
  • Voir le site du NIST Center for Nanoscale Science and Technology (CNST) (world-class nanoscale measurement and fabrication methods and technology)
  • Voir les articles du n°30(3) de mars 2013 de la revue Environmental Engineering Sciences qui présentent les travaux du Industry Consortium for Environmental Measurement of Nanomaterials (ICEMN) et des considérations pratiques sur la mesure des nanomatériaux manufacturés dans l'environnement
  • Voir le rapport Nanotechnology Signature Initiative on Nanotechnology for Sensors and Sensors for Nanotechnology: Improving and Protecting Health, Safety, and the Environment, juillet 2012

• Au Canada
  • Développement et validation de méthodes de prélèvement et de caractérisation de nanomatériaux manufacturés dans l'air et sur des surfaces des milieux de travail, IRRST, École Polytechnique et Université de Montréal, 2013

En savoir plus

LIRE AUSSI :
Sur notre site :

• Nanomatériaux et Environnement
• Quel relargage des nanomatériaux dans l'environnement ?
• Quels devenir et comportement des nanomatériaux manufacturés dans l'environnement ?
• Comment financer les études de risques ?

Ailleurs sur le web :
En français :

• Deux nouveaux détecteurs EDX d'Oxford Instruments pour le microscope électronique à balayage (ZEISS Microscopy Ultra+) du LNE, LNE Nanotech, 10 janvier 2020 : l’UltimMax 65 pour les taches routinières et l’UltimMax Extrem tout particulièrement adapté et agile pour la nano-analyse chimique.
• Additifs, nanoparticules et alimentation, comment satisfaire aux exigences réglementaires et maîtriser les risques ?, LNE, 3 décembre 2019
• Caractériser la taille des nanoparticules pour maîtriser vos matières premières, LNE, 14 octobre 2019
• Apport de l’ICPMS pour la caractérisation de nanoparticules métalliques dans les produits de consommation. Un outil de choix pour répondre aux enjeux réglementaires, Mathieu Menta, Université de Pau, 7 Journées techniques CETAMA, octobre 2019
• Détection et caractérisation des nanoparticules de dioxyde de titane dans les aliments par AF4-ICP-MS et Sp-ICP-MS, Thèse de Lucas Givelet, Génie chimique, Université Grenoble Alpes, octobre 2019.
• Nanomatériaux : définition, identification et caractérisation des matériaux et des expositions professionnelles associées, INRS, Hygiène et sécurité du travail, n°256, septembre 2019
• Caractérisation des particules nanométriques non intentionnelles émises dans différents milieux de travail, IRSST (Canada), septembre 2019
• Des étalons à l'échelle nanométrique pour les microscopes AFM et MEB, CNRS, 21 février 2019
• Caractériser les nanomatériaux, CEA Liten, 20 septembre 2018
• Découvrez la cryomicroscopie électronique, CNRS, 21 juin 2018
• Nanométrologie, Georges Favre, LNE, présentation au forum NanoResp, 19 juin 2018
• L’IEMN crée avec Horiba France une équipe mixte de recherche sur la caractérisation avancée des nanomatériaux, avril 2018
• L’infiniment petit se mesure à Trappes - Le laboratoire LNE Nanotech regroupe ses activités liées aux nanoparticules, Le Parisien, 27 février 2018
• Caractériser les nanomatériaux, LNE, septembre 2017
• Bien caractériser l'infiniment petit pour contribuer à un développement responsable des nanotechnologies, Nicolas Feltin, Les Echos, 19 septembre 2017
• Détection de nanoparticules manufacturées dans l'eau potable et les additifs alimentaires, Sivry Y, Bulletin de veille scientifique de l'ANSES, n°31, mai 2017
• Observer et analyser les sols aux petites échelles : du micro au nano, wébinaire, Isabelle Basile Doelsch (INRA / CEREGE), 9 mars 2017
• Marina - Panorama des techniques de caractérisation des nanomatériaux, Guinot C et Lacoste C, CTCPA / CEA, janvier 2017
• ISO/TR 18196:2016(fr) Nanotechnologies — Matrice de méthodes de mesure pour les nano-objets manufacturés, ISO, 2016
• Caractérisation de nanoparticules de dioxyde de titane dans les aliments par couplage AF4-ICP-MS et par l'approche single particle-ICP-MS, thèse de Lucas Givelet, sous la direction de Jean-François Damlencourt et de Thierry Guerin (ANSES), à Grenoble Alpes , dans le cadre de I-MEP2 - Ingénierie - Matériaux, Mécanique, Environnement, Energétique, Procédés, Production, en partenariat avec CEA Grenoble/LITEN/DTNM/SEN/LR2N (laboratoire) depuis février 2016 .
• A simple test kit for the detection of nanoparticles, Nanowerk, 20 février 2015
• Microscopie, jusqu'où voit-on ?, un dossier illustré de l'INRA, 2015
• Métrologie dimensionnelle de nanoparticules mesurées par AFM et par MEB, Alexandra Delvalllée, thèse de chimie, LNE, Ecole Polytechnique Université Paris Saclay, ENSTA Paris Tech, décembre 2014
• Mesure, contrôle et caractérisation des nanoparticules - Procédure appliquée à l'usinage et au frottement mécanique, IRSST, mai 2014
• Métrologie des nanoparticules : de nouvelles avancées ?, Bulletin de veille scientifique (BVS), ANSES, décembre 2013
• A la chasse aux nanoparticules, L'Usine Nouvelle, n° 3276, 15 mars 2012

En anglais :

• The NanoDefine Methods Manual, Mech A et al., JRC, Publications Office of the European Union, janvier 2020
• Identification of nanomaterials through measurements, Joint Research Center (JRC), décembre 2019
• JRC releases new certified reference material for nanoparticle size and shape analysis, JRC, 29 août 2019 (CRM ERM-FD103)
• Guiding principles for measurements and reporting for nanomaterials: physical chemical paramters - Series on the Safety of Manufactured Nanomaterials n°91, OCDE, 27 mai 2019
• Physical-chemical decision framework to inform decisions for risk assessment of manufactured nanomaterials - Series on the Safety of Manufactured Nanomaterials n°90, OCDE, 27 mai 2019
• Measuring nanoparticles in medicinal products, EU Science Hub (JRC), 10 mai 2019
• Analytical Challenges and Practical Solutions for Enforcing Labeling of Nanoingredients in Food Products in the European Union, Correira M et al., "Nanomaterials for Food Applications" in Micro and Nano Technologies, 273-311, 2019
• Nanolockin, "detect your nanoparticles in complex media - simple & fast" (Suisse)
• Proving nanoparticles in sunscreen products, Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology, 3 août 2015
• Toward Advancing Nano-Object Count Metrology: A Best Practice Framework, Environ Health Perspect., 11-12;121, septembre 2013

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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

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Fiche initialement créée en juillet 2012