Risques associés aux nanoparticules de silice

Risques associés aux nanoparticules de silice

Par l’équipe AVICENN – Dernier ajout novembre 2024

Généralités : des effets néfastes de plus en plus documentés

Risques, classification et évaluation

Les nanoparticules de silice (SiO2) sont utilisées par l’industrie dans des applications très nombreuses et diverses, dans le domaine alimentaire, les cosmétiques, les produits pharmaceutiques, les couches et serviettes hygiéniques mais aussi les élastomères, résines, peintures et encres, etc.
Comme l’ont confirmé les bilans annuels de la déclaration française des substances à l’état nanoparticulaire publiés depuis fin 2013, différentes nanoformes de silice sont importées ou produites en France.

Les effets potentiellement néfastes des nanoparticules de silice sur la santé¹Voir les références listées en bas de page, rubrique « ailleurs sur le web » sont de plus en plus documentés.

En 2021, les nanoparticules de silice ont été identifiées comme l’une des quatre catégories de nanoparticules les plus à risque par une équipe de la University College Dublin²Cf. A semiquantitative risk ranking of potential human exposure to engineered nanoparticles (ENPs) in Europe, Li, Y and Cummins, E, Science of the Total Environment, 778, juillet 2021.

Fin 2023, les Pays-Bas ont proposé de classer les nanoparticules de silice en STOT RE 1, H372³Cf. https://echa.europa.eu/fr/registry-of-clh-intentions-until-outcome/-/dislist/details/0b0236e1809d3513 : risque avéré d’effets graves pour les organes (ou un organe spécifique) à la suite d’expositions répétées ou d’une exposition prolongée.

Dès 2014, l’Agence française de sécurité sanitaire (ANSES) avait préconisé un classement des nanoparticules de dioxyde de silice dans le Règlement CLP afin que soient mises en place des mesures de restriction d’usage voire d’interdiction de l’utilisation de certaines applications grand public.

Une évaluation du dioxyde de silice et de ses nanoformes par les Pays-Bas avait été initialement planifiée pour 2012 dans le cadre REACh, via le « Plan d’action continu communautaire » (CoRAP) de l’agence européenne des produits chimiques (ECHA). Elle a été lancée en 2014⁴Cf. Community rolling action plan (CoRAP) update covering years 2014, 2015 and 2016, ECHA, mars 2014 mais n’a pas abouti, faute de données suffisantes fournies par les fabricants de silice.
En mars 2015, l’ECHA avait demandé davantage d’informations aux industriels sur les nanoformes de silice qu’ils fabriquent, afin de pouvoir mener à bien l’évaluation de ces substances⁵DECISION ON SUBSTANCE EVALUATION PURSUANT TO ARTICLE 46(1) OF REGULATION (EC) NO 1907/2006 For Silicon dioxide, CAS No 7631-86-9 (EC No 23 1-545-4), mars 2015. Mais en juin 2015, la « Chambre des recours » de l’ECHA s’est vue notifier des recours par les fabricants de nanosilice refusant de donner les informations demandées : l’un isolé, par Grace (Allemagne)⁶Announcement of appeal – Grace GmbH & Co. KG, ECHA, août 2015 : « The Agency has based its decision very largely on its own classification of SAS as a nanomaterial, a classification that the Agency is not empowered to make and that in any event is irrelevant to the toxicity of SAS; (d) The Contested Decision is disproportionate in that it is not appropriate or necessary to achieve the objective of protecting human health, and places an unduly heavy burden on the Appellants », l’autre groupé, rassemblant 35 entreprises⁷Announcement of appeal – Evonik Degussa GmbH and others, ECHA, août 2015 : « On 29 February 2012, silicon dioxide was included on the CoRAP due to initial grounds for concern relating to ‘the substance characterisation, nanoparticles and toxicity of different forms of the substance’. The Appellants claim, however, that none of those alleged grounds for concern are criteria for inclusion of a substance on the CoRAP. The Appellants argue that as a result the Agency‘s decision to include the substance on the CoRAP was adopted in breach of Article 44 of the REACH Regulation and must be set aside. (…) The Appellants claim that the mere fact that the substance meets the non-legally binding definition of ‘nanomaterials’ in Commission Recommendation 2011/696/EU on the definition of nanomaterial is not sufficient to justify the requests for information in the Contested Decision. By requesting information on the substance on the grounds that the substance meets the nonlegally binding definition of ‘nanomaterials’ in the Commission Recommendation, the Agency failed to identify a valid concern that needs to be addressed through the substance evaluation procedure. »
En plus des entreprises françaises citées plus haut, les signataires étaient des entreprises :
– allemandes : Evonik Degussa GmbH, Evonik Industries AG, Akzo Nobel Chemicals GmbH, BASF SE, Cabot Aerogel GmbH, Cabot GmbH, Clariant Produkte (Deutschland) GmbH, Grace Silica GmbH, Johnson Matthey Chemicals GmbH, Merck KGaA, Wacker Chemie AG
– espagnoles : Evonik Silquilmica SA, IQESIL S.A, Instituto Suizo Para el Fomento de la Seguridad Swissi-España, S.L.U
– belges : Evonik Degussa Antwerpen NV, SCAS Europe S.A./N.V, Specialty Chemicals Coordination Center SA/NV
– suédoises : Akzo Nobel Pulp and Performance Chemicals AB
– finlandaises : Akzo Nobel Finland OY, Albemarle Europe Sprl, J.M. Huber Finland OY
– hollandaises : Albermarle Catalysts Company B.V., PPG Industries Chemicals BV
– britanniques : Cabot Carbon Limited, LSR Associates Ltd., PQ Silicas UK Ltd., PPG CENTRAL (UK) Ltd.
– italiennes : Deltagran Europe srl, Silysiamont SpA, Solvay Solutions Italia SpA
– grecque : Hellenic Petroleum SA
Voir aussi : 35 firms fight Echa decision on nano silicon dioxide, Chemical Watch, août 2015: quatre entreprises implantées en France font partie des signataires (Evonik Aerosil France Sarl, Clariant Production S.A.S, Merck Performance Materials SAS, Rhodia Operations SAS).
Un document de l’ECHA daté de mars 2015 stipule qu’une sous-estimation possible des dangers ne peut être exclue sur la base des données fournies par les fabricants de silice, appelés à préciser leurs informations. Où en est aujourd’hui l’instruction de ce dossier ? Ce n’est pas très clair.

Les nanoparticules de silice sont susceptibles de véhiculer des agents génotoxiques à leur surface ce qui conduit à aggraver leurs effets néfastes sur l’ADN⁸Voir Dussert F et al., Toxicity to RAW264.7 Macrophages of Silica Nanoparticles and the E551 Food Additive, in Combination with Genotoxic Agents, Nanomaterials, MDPI, 10 (7) : 1418, 2020.
Les résultats d’un projet de recherche Silimmun mené par des chercheurs français et présentés en 2021 montrent aussi que les nanoparticules de silice amorphe, si elles ne présentent pas le caractère pro-inflammatoire soutenu de la silice cristalline, présentent néanmoins des effets marqués sur les cellules du système immunitaire inné, qui pourraient conduire à des dérégulations des réponses immunes. Le sujet est cependant loin d’être totalement exploré. En particulier, la génotoxicité mériterait d’être analysée en détail à l’aune de la capacité d’internalisation de la silice vs. la défense intrinsèque des cellules contre le stress génotoxique⁹Cf. Les effets des nanoparticules de silice amorphe sur le système immunitaire, Thierry Rabilloud, Les cahiers de la Recherche. Santé, Environnement, Travail, ANSES, 2021, Microplastiques et nanomatériaux, pp.17-19, 2021.

En mai 2024, des chercheur·es ont mis en évidence que, même lorsqu’elles sont filtrées par le placenta et n’atteignent pas l’embryon ou le fœtus, des nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) et de silice (SiO2) entravent le développement des vaisseaux sanguins de l’enfant à naître. Ces résultats confirment la nécessité – et l’urgence – de faire montre de la plus grande prudence concernant l’utilisation de ces nanoparticules¹⁰Voir :
– notre article Nanoparticules de dioxyde de titane et de silice : risques en cas de grossesse, VeilleNanos, juin 2024,
– le communiqué de presse de l’EMPA, en français : Les nanoparticules : Risque pour les embryons dans le ventre de leur mère, EMPA, 6 juin 2024
– l’article scientifique Nanoparticles Dysregulate the Human Placental Secretomewith Consequences on Angiogenesis and Vascularization,  Dugershaw-Kurzer B et al., Adv. Sci., 11, 2401060, 2024.

A noter : si les études scientifiques ont confirmé que les plus petites particules de silice amorphes sont la plupart du temps plus toxiques que les grandes¹¹Voir par exemple The size-dependent in vivo toxicity of amorphous silica nanoparticles: A systematic review, Miao C et al., Ecotoxicology and Environmental Safety, 271, 115910, février 2024, elles ont aussi montré un résultat plus contre-intuitif : certaines nanosilices sont plus génotoxiques à faibles doses qu’à fortes doses¹²Voir notamment :
– Résultats du programme européen Nanogenotox sur la génotoxicité des nanomatériaux, présentés en français à l’ANSES, lors de la Restitution du programme national de recherche environnement santé travail : Substances chimiques et nanoparticules : modèles pour l’étude des expositions et des effets sanitaires : Dossier du participant et Diaporama, novembre 2013.
– ‘Facilitating the safety evaluation of manufactured nanomaterials by characterising their potential genotoxic hazard’, Nanogenotox, 2013 et RISQUES : Les leçons du programme de recherche Nanogenotox, veillenanos.fr, décembre 2013
– Documents présentés lors de la réunion du bureau chargé de l’évaluation des risques et de la recherche pour l’autorité de sûreté des produits de consommation des Pays Bas (NVWA) en octobre 2013.

Les agrégats ne doivent pas être considérés comme nécessairement moins toxiques que les particules primaires

Début 2020 ont été publiés les résultats de recherches menées en Belgique montrant que les agrégats de taille supérieure à 100 nm ne doivent pas être considérés comme nécessairement moins toxiques que leurs homologues nanométriques¹³Cf. Assessing the Toxicological Relevance of Nanomaterial Agglomerates and Aggregates Using Realistic Exposure In Vitro, Murugadoss S et al, Nanomaterials, 11, 1793, 2021 et Is aggregated synthetic amorphous silica toxicologically relevant?, Murugadoss S et al., Particle and Fibre Toxicology, 17(1), 2020.

Risques spécifiques de la silice pour différentes applications

Risques spécifiques de la silice dans les cosmétiques

Concernant les cosmétiques, le Comité scientifique pour la sécurité des consommateurs (CSSC) a fait état, en septembre 2015, de données trop disparates, inadéquates et insuffisantes pour pouvoir se prononcer sur la sécurité des nanoformes de silice¹⁴Opinion on Silica, Hydrated Silica, and Silica Surface Modified with Alkyl Silylates (nano form), Comité scientifique pour la sécurité des consommateurs (CSSC), septembre 2015.
En 2019, le SCCS a publié un avis indiquant qu’aucun des matériaux SAS (hydrophiles ou hydrophobes) inclus dans le dossier ne peut être considéré comme soluble¹⁵Cf. Opinion on solubility of Synthetic Amorphous Silica (SAS), Scientific Committee on Consumer Safety (SCCS), 20-21 juin 2019 (corrigendum du 6 décembre 2019).
En 2021, le même comité a conclu de nouveau qu’ « il y a lieu de craindre que l’utilisation de matériaux SAS présente un risque pour la santé du consommateur »¹⁶Cf. Scientific advice on the safety of nanomaterials in cosmetics, SCCS, 2021 (annex IV).

Risques spécifiques de la silice dans l’alimentation

Depuis 2011 au moins, on sait que la silice alimentaire (E551) contient des nanoparticules et des chercheurs ont estimé à 124 mg notre consommation de nano-silice par jour.

En octobre 2024, l’agence européenne de sécurité des aliments (EFSA) a publié un avis sur le E551
¹⁷Cf. Re-evaluation of silicon dioxide (E 551) as a food additive in foods for infants below 16 weeks of age and follow‐up of its re‐evaluation as a food additive for uses in foods for all population groups, EFSA, 17 octobre 2024 jugeant que cet additif composé de nanoparticules de silice amorphe ne soulevait pas d’inquiétude d’un point de vue sanitaire.
Pourtant, comme l’EFSA le souligne elle-même explicitement dans son rapport, des incertitudes fortes demeurent : le nombre d’études toxicologiques est très faible et les études considérées informent seulement de façon limitée sur la potentielle toxicité des agrégats et agglomérats de taille nano. L’EFSA considère en outre que des études sur les effets du E551 dans l’accroissement de la prédisposition à l’allergie alimentaire et aux maladies cœliaques¹⁸Voir à ce sujet notre article Les nanoparticules de silice pourraient favoriser l’intolérance au gluten, VeilleNanos, juin 2024 Cf. Evaluating the Effects of Chronic Oral Exposure to the Food Additive Silicon Dioxide on Oral Tolerance Induction and Food Sensitivities in Mice, Lamas B. et al., Environmental Health Perspectives, 132, 2, 2024, DOI : 10.1289/EHP12758 devraient être menées chez les humains.
Le principe de précaution invite donc à mener plus de recherches sur ce sujet et, en attendant les résultats, à n’utiliser les nanoparticules de silice amorphe que pour des applications pour lesquelles la balance bénéfices/risques est réellement favorable d’un point de vue sociétal.

De fait, les publications attestant d’effets néfastes associés à l’ingestion de silice s’accumulent maintenant depuis plusieurs années, avec entre autres, la mise en évidence d’effets néfastes de l’ingestion de nanoparticules de silice, notamment sur le foie, les intestins et les reins, le système immunitaire, la division et le trafic cellulaires.

La 1ère substance nano autorisée comme biocide

En avril 2014, le nano dioxyde de silice amorphe synthétique est devenue la première (et jusqu’à fin 2016 au moins, la seule) substance nano à avoir été approuvée comme pouvant être mise sur le marché comme substance biocide à compter du 1er novembre 2015¹⁹ RÈGLEMENT D’EXÉCUTION (UE) No 408/2014 DE LA COMMISSION approuvant le dioxyde de silicium amorphe synthétique en tant que substance active existante destinée à être utilisée dans des produits biocides du type de produits 18, 23 avril 2014.
Voir également notre fiche Quelle réglementation des nanomatériaux dans les biocides en Europe ?.
Les propriétés antibactériennes de la silice, recherchées pour certaines applications ciblées, peuvent entraîner des effets indésirables pour certaines communautés bactériennes nécessaires à la santé ou à l’équilibre des écosystèmes. La vigilance doit donc être de mise.

Et dans le domaine médical ?

Dans le domaine médical, un article publié le 28 janvier 2019 dans Nature Nanotechnology montre que les nanoparticules de dioxyde de silice peuvent induire des modifications de l’endothélium et donc une fuite de cellules tumorales, à l’origine de métastases. Selon Frédéric Lagarce, professeur de biopharmacie et praticien hospitalier à Angers, « ce qui est intéressant / original c’est de montrer un risque potentiel des nanotechnologies dans le traitement des tumeurs alors que ces technologies sont souvent présentées comme la réponse pour améliorer les performances des anticancéreux. Il faudrait maintenant vérifier si ces modifications endothéliales sont aussi retrouvées avec les nanoparticules polymères ou lipidiques, beaucoup plus utilisées pour encapsuler des actifs et cibler les tumeurs. Si cela était malheureusement le cas, toute la stratégie des nanomédecine (très orientée cancer) serait remise en cause ». 

Les travailleurs sont les premiers exposés

En avril 2019, l’INRS avait lancé un appel aux entreprises utilisatrices de silices amorphes nanostructurées pour une recherche en santé au travail. Les candidats ont visiblement été peu nombreux, car l’INRS a relancé un nouvel appel identique en septembre 2021…

En mai 2019, l’Agence nationale de sécurité sanitaire (Anses) a mis en garde contre les risques élevés pour la santé associés à la silice cristalline, en particulier pour les 365 000 travailleurs qui y sont exposés, notamment au quartz. Les risques des silices amorphes sont particulièrement importants, à cause de leur taille nanométrique. L’Anses recommande une série de mesures en termes de prévention et de maîtrise des expositions en milieu professionnel, de surveillance médicale et de reconnaissance des maladies professionnelles.

En février 2022, l’INRS a publié Fiche pratique de sécurité spécifique sur les silices amorphes synthétiques qui fait le point sur les mesures de prévention et protection à mettre en oeuvre pour protéger les travailleurs.