Les risques sanitaires et environnementaux liés aux nanotechnologies et aux nouveaux produits que celles-ci génèrent sont encore mal connus. Les Américains ont adopté une approche pragmatique pour gérer ces risques.
Cet article a été préparé par Thierry Ferrari à partir du rapport "Comment maîtriser les risques posés par les nanotechnologies ? L'approche américaine" réalisé par Roland Hérino et Rémi Delville, du service pour la Science et la Technologie de l'ambassade de France aux Etats-Unis, que nous remercions pour leur collaboration.
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Les nanotechnologies représentent aujourd'hui un enjeu économique majeur, et tous les grands pays développés y investissent des sommes de plus en plus importantes. L'utilisation croissante des nanomatériaux augmente cependant les risques pour l'environnement et la santé. Force est cependant de constater que, pour le moment, très peu d'études et de recherches ont été réalisées pour mesurer les impacts et les effets engendrés par les nanotechnologies et leur utilisation. Les Etats-Unis ont engagé quelques premières actions qui restent pourtant encore embryonnaires.
Le développement des nanotechnologies a déjà conduit à la commercialisation de nombreux produits à base de nanomatériaux, et la progression est exponentielle. D'ici dix ans, le marché mondial devrait atteindre plus de mille milliards de dollars et générer plus de deux millions d'emplois.
Actuellement en émergence, la production de nanomatériaux devrait toucher de très nombreux secteurs. Parmi les applications phares, on compte en particulier la production d'énergie, l'électronique, l'optique, la médecine et la pharmacie, la chimie, l'agroalimentaire, l'aéronautique, la défense, l'automobile, la construction, la cosmétique, le textile, etc. sont autant de secteurs stratégiques pour le futur des pays développés et de secteurs vitaux pour la survie des pays du tiers-monde. Nombreux sont en effet les experts qui prédisent que les nanotechnologies pourront aider à résoudre des problèmes majeurs du monde, et en particulier ceux qui sont liés à la santé, à l'environnement et à l'énergie.
Des résultats à moyen et long termes
Beaucoup des bénéfices attendus restent cependant encore très prospectifs et demanderont probablement plusieurs décennies. Cet engouement doit cependant être tempéré par les risques collatéraux potentiels engendrés par l'utilisation croissante des nanotechnologies. Certains s'interrogent aujourd'hui sur les dangers éventuels sur la santé des personnes exposées aux nanomatériaux et sur l'impact environnemental des produits à base de nanotechnologies.
Les risques posés par les nanomatériaux, tous comme ceux posés par les produits chimiques, peuvent difficilement être généralisés, tant le danger et le risque d'exposition peut varier d'un produit à l'autre, et selon le type d'application. Il est cependant relativement aisé d'identifier les caractéristiques et les propriétés susceptibles de les rendre dangereux. La taille, la forme, l'état de surface, la composition chimique et le rapport entre le nombre d'atomes de surface et le nombre total d'atomes qui constituent l'objet sont autant de facteurs potentiels de danger.
De nombreux facteurs de risques
On sait aujourd'hui que la réactivité et les propriétés physicochimiques, telles que la solubilité et l'agrégation, sont fortement influencés par les caractéristiques de la surface du nanomatériau. De nombreuses applications s'appuient de cette caractéristique ; il faut toutefois aussi se préoccuper des effets induits sur les systèmes biologiques. La taille nanométrique des nanoparticules peut leur conférer de nouvelles propriétés biologiques, dans la mesure où elles peuvent pénétrer à l'intérieur des cellules plus facilement que des particules micrométriques. Cette particularité, qui permet de fabriquer des agents thérapeutiques capables de pénétrer à l'intérieur des cellules, peut aussi s'avérer dangereuse. Ainsi, les nanomatériaux peuvent-ils traverser tous les mécanismes de protection respiratoire et gastro-intestinale, et être entraînés dans le sang vers les différents organes, s'accumuler sur certains sites particuliers, ou encore se déplacer le long des nerfs olfactifs pour pénétrer dans le cerveau.
La composition chimique des nanoparticules peut aussi être pathogène. Par exemple, la présence d'atomes métalliques en surface peut contribuer à la toxicité des nanomatériaux, dans la mesure où elle peut favoriser la création de radicaux libres toxiques. De même, la forme des nanoparticules manufacturées, souvent sous forme de sphères, fibres, tubes, anneaux ou feuilles, peut générer quelques dangers. Diverses études toxicologiques ont en effet montré que l'exposition prolongée à des fibres naturelles ou fabriquées par l'homme, est associée à un risque élevé de fibrose pulmonaire et de cancer. Enfin, la solubilité des nanoparticules ou leur capacité à former des agrégats est également un facteur important de risque.
Des initiatives volontaristes des Américains
Dès 2001, les questions relatives à l'impact des nanomatériaux sur l'environnement, la santé et la sécurité ont été inscrites dans les thématiques soutenues par la National Nanotechnology Initiative (NNI), l'organisme américain qui coordonne la recherche et le développement dans le domaine des nanotechnologies aux Etats-Unis. Le budget de la NNI dédié à ces questions baptisées EHS - Environment, Health and Safety - reste cependant encore modeste par rapport au budget total : 38 millions de dollars en 2006, soit à peine 2 à 3% du budget total. Les Etats-Unis investissent toutefois près de cinq fois plus que l'Europe et devraient consacrer près de 44 millions de dollars en 2007 sur les questions EHS.
Au sein du programme NNI, le groupe de travail Nanotechnology Environmental and Health Implication (NEHI), constitué en 2003, a pour missions d'identifier les recherches à entreprendre pour assurer un développement responsable des nanotechnologies, d'en établir les priorités et de s'assurer de leur mise en oeuvre. Le NEHI veille aussi à favoriser l'échange d'informations entre les agences qui soutiennent la recherche EHS en nanotechnologie et celles qui sont responsables des réglementations et des directives sur les nanomatériaux. En outre, le NHEI intervient sur les questions de normes, de nomenclatures et de terminologies en nanotechnologies. Son rôle est cependant essentiellement consultatif.
De nombreuses structures, parties prenantes
L'agence américaine, dont la contribution est la plus importante - soit 22 millions de dollars en 2006 - est la National Science Foundation (NSF). Contrairement aux autres agences fédérales qui ont des objectifs relativement bien ciblés, la NSF soutient majoritairement des travaux de recherche fondamentale. Outre le financement des opérations de R&D proposées par les universités et instituts de recherche et diverses petites entreprises, la NSF assure le soutien du réseau NNI Network (NNIN). Ce réseau compte treize centrales rassemblant des équipements lourds et des moyens de caractérisation en nanotechnologies, et un ensemble de seize centres de recherche pluridisciplinaires (les Nanoscale Science and Engineering Centers) , ainsi qu'un centre spécialisé dans l'étude des impacts environnementaux (Center for Bilogical and Environmental Nanotechnology).
Parmi les autres nombreux acteurs majeurs, on compte également l'agence fédérale américaine pour la protection de l'environnement (EPA), les National Health Institutes (NIH) et le National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH). Ce dernier est l'agence dont l'activité en nanotechnologies est la plus clairement engagée sur les aspects EHS. Ses efforts visent à tenter d'apporter des réponses aux questions essentielles que pose la compréhension des implications des nanotechnologies. Il s'agit en particulier de mieux appréhender de quelle manière les travailleurs de l'industrie peuvent être exposés aux nanoparticules lors de la fabrication ou de la manipulation des nanomatériaux. Il s'agit aussi d'étudier comment les particules interagissent avec le système corporel et de mieux connaître leurs effets sur les systèmes vivants.
Le NIOSH a ainsi mis en oeuvre en 2005 un plan stratégique dédié à l'étude des risques sanitaires et à la toxicité associée à l'exposition aux nanoparticules sur le lieu de travail. Il a ainsi créé une base de données consultable en ligne et sur Internet qui répertorie les nanoparticules utilisées aujourd'hui.
L'information du consommateur au centre du débat
Une question clairement associée à la toxicité des produits est celle de l'information du consommateur, et donc de la classification des nanoparticules et ainsi du développement de normes et réglementations. Une des questions-clés relative à la production de tout nouvel objet technique ou scientifique est le degré de confiance que les citoyens et les consommateurs accordent à l'information qui leur en est donnée. Malgré l'effort des agences américaines, malgré les budgets mis à disposition de la recherche en EHS, l'état actuel des travaux sur les effets des nanoparticules sur la santé et la sécurité des individus est encore trop sujet à controverse pour pouvoir donner lieu à une communication claire sur les risques encourus. De surcroît, il n'y a pas actuellement de consensus en ce qui concerne les réglementations sur la question de savoir s'il faut traiter les nanoparticules et les nanomatériaux comme des produits totalement nouveaux, ou bien comme une classe particulière de matériaux existants (voir "Activités et collaborations des principaux centres de R&D" en fin d'article).
La mise en place d'une nouvelle normalisation, incluant nomenclature et terminologie, s'avère donc indispensable en particulier pour développer un langage commun pour décrire les nanoparticules ; des matériaux de référence doivent être définis pour permettre de mieux appréhender les risques et classifier les toxicités. L'engagement du NIST, organisation de normalisation américaine, à hauteur de 2,4 millions de dollars en 2006, constitue le premier élément indispensable pour les questions de EHS et pour la conquête des marchés colossaux futurs.
Le point sur :
Activités et collaborations des principaux centres de R&D
Stockage, production et conversion d'énergie
- Stockage de l'hydrogène à base de nanotubes de carbone ou autres nanomatériaux
- Cellules photovoltaïques et dispositifs organiques électroluminescents à base de quantum dots
- Nanotubes de carbone pour le revêtement de cellules solaires
- Nanocatalyseurs pour la génération d'hydrogène
Amélioration de la productivité agricole
- Nanocapsules pour la distribution d'herbicides
- Nanocapteurs pour le contrôle de la qualité des sols et de la santé des plantes
- Nano-aimants pour la décontamination des sols
Traitement et assainissement de l'eau
- Nanomembranes pour la purification de l'eau, la désalinisation et la détoxification
- Nanocapteurs pour la détection de contaminants et de pathogènes
- Nanoparticules magnétiques pour le traitement de l'eau
- Nanoparticules TiO 2 pour la dégradation catalytique de polluants de l'eau
Diagnostics et dépistage de maladies
- Biopuces pour des tests biologiques sur des nanolitres d'échantillon
- Nanocapteurs biologiques avec des nanotubes de carbone
- Quantum dots et nanofils pour le diagnostic
- Nanoparticules magnétiques comme nanocapteurs
- Nanoparticules comme agents de contraste pour l'imagerie médicale
Vecteurs de médicaments
Nanocapsules, liposomes, fullerènes, nanobioaimants pour la délivrance contrôlée de médicaments
Stockage et traitement des aliments
- Nanocomposites pour les films plastiques utilisés pour les emballages d'aliments
- Nanoémulsion antimicrobienne pour la décontamination de la nourriture, des emballages et des équipements
- Biocapteurs à antigènes pour la détection de pathogènes
Traitement de la pollution atmosphérique
- Nanoparticules pour la dégradation photocatalytique des polluants de l'air pour des systèmes autonettoyants
- Nanocatalyseurs pour des pots catalytiques plus efficaces et moins chers
- Nanocapteurs pour la détection de polluants
- Nanosystèmes pour la séparation de gaz
Construction
- Nanomatériaux pour des surfaces, revêtements, ciments... plus résistants et moins chers
- Surfaces autonettoyantes avec revêtement bioactif
- Nanomatériaux résistant mieux à la chaleur et bloquant les UV et les radiations infrarouges
