Applications des nanos en matière d’environnement

Applications des nanos en matière d’environnement

Par l’équipe AVICENN – Dernière modification août 2022

Les « promesses » des nanos en matière d’environnement

Les nanotechnologies sont souvent présentées comme une solution miracle à de nombreux problèmes d’environnement. En 2009, l’Union des Industries Chimiques (UIC) affirmait ainsi que « les nanomatériaux contribuent à réduire l’empreinte environnementale des activités : pneus à basse consommation, véhicules moins gourmands en énergie, habitations mieux isolées, téléphones cellulaires et ordinateurs plus autonomes et moins énergivores. (…) Les nanotechnologies interviennent de plus en plus dans la dépollution des sols et des eaux, le stockage du CO2 ou encore la production et le stockage d’énergies renouvelables. Au niveau industriel, elles permettent de fabriquer des produits manufacturés en consommant moins d’énergie et de matières premières« ¹Cahier d’acteur pour le débat public national, Union des Industries Chimiques (UIC), oct. 2009.

Ainsi que le rapportait le Président de la Commission nationale du débat public national sur les nanotechnologies en avril 2010, ce discours est entretenu par des institutions de recherche française : « Qu’attend-on de positif des nanotechnologies ? Selon le CNRS et le CEA, un des objectifs est de contribuer au développement d’une société économe en ressources naturelles et en énergie, porteuse d’une forte exigence de préservation de la santé et de l’environnement »²Bilan du débat public sur le développement et la régulation des nanotechnologies, CNDP, avril 2010.

A travers notre veille sur le web, nous repérerons également de nombreuses annonces de développement d’applications nanos prétendument « vertes »³Voir la bibliographie ci-dessous, rubrique « ailleurs sur le web » ainsi que les publications scientifiques du Groupe de recherche « NAnoMaterials for Energy applications » (GdR Name) du CNRS créé en 2020 afin de développer et d’exploiter les spécificités des nanomatériaux pour la récupération, la conversion, le transport, et le stockage de l’énergie.

La vigilance est néanmoins de mise : outre qu’il existe beaucoup d’incertitudes sur les risques associés à ces développements (voir plus bas), certains s’interrogent sur la réalité et l’empreinte environnementale de ces promesses :

Quelle efficacité des bénéfices affichés et quel bilan écologique ?

En mars 2022, dans le magazine La Recherche, Natacha Krins, maître de conférence au Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris (LCMCP), partageait ses interrogations quant aux applications des nanomatériaux pour l’énergie (dans les batteries notamment) : « Nous n’avons pas toujours une vision globale des enjeux, on travaille sur des sujets extrêmement pointus mais très petits par rapport à l’ampleur du problème » (le dérèglement climatique). Par exemple en termes d’origine des matières premières, de recyclage, ou même de la stratégie de gestion de l’énergie à laquelle s’intégrer »⁴Cf. Transition écologique dans la recherche : une chimie plus verte pour un monde durable ?, La Recherche, 28 mars 2022.

Ces réflexions rejoignent celles émises de longue date par de nombreuses associations environnementales, parmi lesquelles les ONG réunies au sein du Bureau européen de l’environnement (BEE) et du Réseau international pour l’élimination des Polluants organiques persistants (IPEN), qui ont très tôt alerté sur le fait que les bénéfices attribués aux nanotechnologies sont souvent exagérés, non testés et, dans un grand nombre de cas, à des années de pouvoir être concrétisés⁵Nanotechnologie et environnement : un décalage entre les discours et la réalité, Bureau européen de l’environnement (BEE) et le Réseau international pour l’élimination des Polluants organiques persistants (IPEN), 2009 ; Nanomatériaux : Préoccupations sur la Santé et l’Environnement, BEE, 2009.

Les nanotechnologies permettent d’obtenir une meilleure efficacité avec moins de quantités de produits ? C’est oublier la hausse de la démographie et des volumes de consommation. L’association Les Amis de la Terre International redoute même que les nanotechnologies ne fassent en fait qu’accentuer la consommation et les coûts de l’énergie⁶Nanotechnology, climate and energy: over-heated promises and hot air?, Les Amis de la Terre, novembre 2010 (voir ici pour un résumé en français : Nanotechnologies, climat et énergie).

Avec le BEE et l’IPEN⁷Nanotechnologie et environnement : un décalage entre les discours et la réalité, Bureau européen de l’environnement (BEE) et le Réseau international pour l’élimination des Polluants organiques persistants (IPEN), 2009 ; Nanomatériaux : Préoccupations sur la Santé et l’Environnement, BEE, 2009,, ils soulignent également que les promesses environnementales associées aux nanos ne concernent souvent que l’utilisation ou l’exploitation des produits auxquels elles sont associées et ignorent l’empreinte environnementale des autres étapes du cycle de vie des produits – élaboration, fabrication, utilisation, recyclage ou élimination – lors desquelles l’environnement peut être détérioré.

Par exemple les recherches, l’extraction des matières premières, la fabrication et le traitement en fin de vie de certains nanomatériaux requièrent des installations et équipements plus sophistiqués que les procédés classiques, et également plus d’énergie, plus d’adjuvants (notamment d’eau) et parfois plus de solvants néfastes pour l’environnement⁸Dans un scénario de fonctionnement à long terme, l’évaluation du cycle de vie de deux processus solaires de purification de l’eau a par exemple montré un impact sur l’environnement nettement plus élevé pour le processus photocatalytique à base de nano-TiO2 par rapport à l’approche conventionnelle, du fait d’une forte consommation des ressources dans la production du dioxyde de titane à l’échelle nanométrique (Untersuchungen des Einsatzes von Nanomaterialien im Umweltschutz, Martens, Sonja, et al. (Golder Associates Gmbh), 2010, solicited by: Umweltbundesamt, no. 34/2010, June 2010, Dessau-Roßlau: Umweltbundesamt).

Les rejets de gaz à effet de serre générés par la production de certains nanomatériaux, le nanoargent notamment, peuvent être également plus importants⁹Prospective environmental life cycle of nanosilver Tshirts, Walser Tobias et al., ES&T, 2011, 45(10) : 4570-4578, or ils sont en cause dans le réchauffement climatique et l’épuisement de la couche d’ozone.

En outre, même pendant la seule phase de leur utilisation, certains produits présentent un faible rendement de production, à cause d’un coût énergétique élevé pour une durée de vie limitée (particulièrement tous les gadgets électroniques, smartphones en première ligne, utilisant micro et nano-électronique qui ne dépassent guère quelques années).
La production high-tech de nanomatériaux à base de carbone, tels que les fullerènes, nanotubes de carbone et nanofibres de carbone, est aujourd’hui extrêmement énergivore ; les gains d’énergie potentiellement liés à certaines de leurs utilisations – notamment, pour les voitures ou les avions¹⁰Voir par exemple The Potential for Nanotechnology in the Aerospace Industry, Mouser, mai 2022, les économies de carburant liées au gain de poids qu’ils permettent d’obtenir – sont loin de compenser les coûts énergétiques liés à leur production. L’impact du cycle de vie des nanofibres de carbone pourrait être cent fois supérieur à celui des matériaux auxquels on les substitue (aluminium, acier ou polypropylène) dans l’aéronautique ou l’automobile par exemple¹¹Voir par exemple :
– Minimum Energy Requirements for the Manufacturing of Carbon Nanotubes, Gutowski, Timothy G., et al., 2010, IEEE, International Symposium on Sustainable Systems and Technologies,16-19 mai 2010, Washington D.C.
– Carbon Nanofiber Polymer Composites: Evaluation of Life Cycle Energy Use, Khanna, Vikas/Bakshi, Bhavik R., 2009, Environmental Science & Technology, 43(6), 2078-2084.
– Material and Energy Intensity of Fullerene Production, Anctil, Annick, et al., 2011, Environmental Science & Technology, 45(6), 2353-2359..

La facture énergétique dépend évidemment des quantités de nanomatériaux produites : lorsque de très petites quantités sont utilisées, par exemple dans le cas des nanotubes de carbone pour produire des films plastiques spéciaux, il peut y avoir un gain d’énergie¹²Entlastungseffekte für die Umwelt durch nanotechnische Verfahren und Produkte, Steinfeldt, Michael/Von Gleich, Arnim (Institut für ökologische Wirtschaftsforschung gGmbH FB Umweltökonomie und -politik), 2010, solicited by Umweltbundesamt, no. 33/210, June 2010, Dessau-Roßlau: Umweltbundesamt. Mais l’autre question qui émerge alors concerne les risques que peuvent poser les nanomatériaux.