NanoMatériaux / NanoTechnologies Pour un Développement Responsable

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1 NanoMatériaux / NanoTechnologies Pour un Développement Responsable E. Gaffet NanoMaterials Research Group (Belfort) Membre de l European Academy of Sciences Président des Groupes d Experts / AFSSET «NanoMatériaux : Effets sur la santé de l homme & sur l environnement» «NanoMatériaux et Sécurité au Travail» Membre du Comité d Experts Spécialisés CES / AFSSET «Evaluation des risques liés aux Agents Physiques» Membre des GT1 et GT2 de l OCDE / Nanotechnologies «Base de données - Stratégies de recherche Sureté Sanitaire & Environnementale» Eric.Gaffet@utbm.fr J3N - Paris 26 Septembre 2007

2 Directeur de Recherche CNRS (Dpt Chimie S15) «Nano» et Transitions de Phases Hors Equilibre depuis : nominé an International Scientist of the Year (International Biographical Centre, Cambridge, Angleterre) 2007 : nominé Oustanding Scientists of the 21st Century (International Biographical Centre, Cambridge, Angleterre) 2003 : Elu à l'european Academy of Sciences 2000 : Nominé dans le Who s Who in Materials Science and Engineering 1988 : Médaille de Bronze - Dpt Sciences Chimiques / CNRS (Ingénieur ENSCP (1982), Doctorat Paris VI (1988), HDR Paris VI (1995)) Membre du Conseil de la Fédération Française des Matériaux Pdt co-fondateur : Réseau Français de Mécanosynthèse (180 labos 34 pays) Membre CA / Société Française de Métallurgie et des Matériaux (SF2M) Vice-Pdt : Commission Poudres et Matériaux Frittés (SF2M / GFC) Coordinateur Scientifique : Coll. «Nano» Matériaux 2002 & Matériaux 2006 Programmes Européens «Nano» NAMAMET(STREP), MECHANOCOLOR (EUREKA), CMA(REx), NANOSAFEII(PI) Programmes Nationaux «Nano» ECRIN (Nano H et S Responsable GT3 «Production Sécurisée»), NACOMAT Expert Européen DG XII (3 ème, 4 ème, 5 ème et 6 ème PCRD) & CEN WG 166 (Normalisation Nano) Expert National OCDE ( ), A2I (2007), ANR ( ), AFSSET ( ), ANRT ( ) Pub. (214) / Comm. (314) - 54 Conf. Invitées - 1 brevet - 1 licence de transfert

3 A Review of the Potential Occupational Health and Safety Implications of Nanotechnology Australie July 2007

4 Nombre de particules = fonction de la dimension 1gramme d oxyde de Titane Bulk Scale Dimension millimétrique Ø = 1mm 54 particules 1 gramme de nanoparticules d oxyde de Titane 100 m 2 Micrometer Scale Dimension micronique Ø = 1 micromètre particules (10 milliards) Nanometer Scale Dimension nanométrique Ø = 10 nanomètre particules (10 Quadrillions ou 10 Millions de Milliards) If only 2 grams of 100 nm diameter NPs were to be evenly distributed there would be enough to provide every human worldwide with 300,000 particles each (Hardman 2006). Source : K. Ausman Center for Biological and Environmental Nanotechnology

5 V. Colvin ICON Conf. Janvier 2007

6 n-bulk Materials : Super-Plasticity Mise en forme d'une coque parabolique en zircone par formage superplastique à 1450 C Lu L.,Sui M. L., Lu K. - Science, 287(5457) (2000) F. Wakai Ceramics Today Tomorrow s Ceramics Eds. Elsevier (1991)

7 Développement Durable!! Eco Efficience des NanoMatériaux En terme de production industrielle Energie - Matière Traitement de Pollutions

8 Energy There is potential for nanotechnology to contribute to reductions in energy demand through lighter materials for vehicles, materials and geometries that contribute to more effective temperature control, technologies that improve manufacturing process efficiency, materials that increase the efficiency of electrical components and transmission lines, and materials that could contribute to a new generation of fuel cells and a potential hydrogen economy. However, because the manufacture of nanomaterials can be energy-intensive, it is important to consider the entire product lifecycle in developing and analyzing these technologies Table 3 illustrates some potential future nanotechnology contributions to energy efficiency (adapted from Brown, 2005). Brown (2005a,b) estimates that the eight technologies could result in national energy savings of about 14.5 quadrillion BTU s (British thermal units, a standard unit of energy) per year, which is about 14.5% of total U.S. energy consumption per year. EPA Nanotechnology White Report 2007

9 Contexte International «Lobbying «2002»!!» From Procter & Gamble Juin 2004

10 The Ten Commandments of Nano-Communication or how to deal with public perception Dr. Christoph Meili, CEO, The Innovation Society Ltd, St.Gallen (Switzerland) - 7th Dec. 2005, San Francisco T.H.O.N.G (Topless Humans Organized for natural Genetics) had good media coverage with the action. Since the ETC-Group called for a moratorium on synthetic nanoparticles in the year 2003; a risk debate among experts was launched while in most countries the public debate had not started yet. 16 May Groups Want Nanotech Sunscreens Pulled (e-call)

11 A : Standards, Norms (7%) B : Environmental & Health Regulation (6%) C : Public Social Acceptance (3%) A B C Barriers for the applications of Nanomaterials «Public social acceptance (3%), «standards, norms», environmental&healt regulations (7%) are not considered as important barriers for the applications of nanomaterials by SMEs. This shows that there is a lack of conscience / awareness on the potential risks of such aspects for thé nanomaterials branche among SMEs. NanoRoad SME (Juillet 2005)

12 Réglementation (non stabilisée - en évolution) i) EPA (USA) to Regulate NanoProducts sold as Germ Killing Source : R. Weiss - Washington Post 23 November 2006 ii) Berkeley is proposing what a city official says would be the world's first local regulation of nanomaterials on discussion 5 Dec. 2006!

13 L'auto japonaise dédommage des victimes de la pollution Article publié le 17 Août 2007 Par Philippe Mesmer Source : LE MONDE Taille de l'article : 634 mots Sept constructeurs, dont Nissan, indemnisent 520 habitants de Tokyo. C'est une première mondiale. Sept constructeurs automobiles japonais ont accepté, dans un accord conclu le 8 août, d'indemniser des victimes de la pollution atmosphérique. Un demi-millier d'habitants de Tokyo avaient demandé à la justice de reconnaître que les maladies respiratoires dont ils souffraient étaient causées par les émanations des moteurs diesel. Lancée en 1996 par 99 malades, rejoints ensuite par plusieurs centaines d'autres, la procédure visait diverses catégories de responsables : le gouvernement japonais, la préfecture de Tokyo, une compagnie d'autoroutes et les fabricants d'automobiles et de camions. Sept constructeurs ont accepté de verser des indemnités à 520 habitants de Tokyo souffrant de problèmes respiratoires. Les premières plaintes remontaient à Des constructeurs automobiles et de poids lourds vont dédommager des citoyens s'estimant victimes de la pollution de l'air des villes. Il s'agit sans doute d'une première mondiale. Les marques concernées, toutes japonaises, sont Toyota, Nissan, Nissan Diesel, Hino, Mitsubishi, Isuzu et Mazda. Ils ont accepté de régler à 520 plaignants la somme de 1,2 milliard de yens (7,4 millions d'euros). Ces sociétés consacreront également 3,3 milliards de yens (20,4 millions d'euros) à un programme d'aide médicale pour les asthmatiques de Tokyo.

14 De la Particule Primaire à l Environnement National Institute for Resources and Environment, Japan

15 Caractérisation des particules ultrafines émises par les activités domestiques Rappel : 1 g de ntio particules Limite NIOSH 0.1 mg/m 3 soit particules/m 3 O. RAMALHO, É. BONNEAU, S. KIRCHNER, É. GEHIN POLL. ATMOSPHÉRIQUE AVRIL-JUIN 2006 pp

16 Exposition Professionnelle France : 2nde Saisine AFSSET «Nano & Santé au Travail» (29 Juin 2006) UK : University sector and in emerging nanoparticle companies : 2, ,000 individuals potentially be exposed to fine powders through various powder handling processes. More than 1,000,000 workers in the UK may be exposed to nanoparticles via welding and refining USA : 2 million people work (estimation) with nm diameter particles on a regular basis in the development, production, and use of nanomaterials or products, this being based on national industry-specific occupational employment. EUROPEAN COMMISSION - HEALTH & CONSUMER PROTECTION - DIRECTORATE- GENERAL SCIENTIFIC COMMITTEE ON EMERGING AND NEWLY IDENTIFIED HEALTH RISKS (SCENIHR) September 2005 Möhlmann

17 De la Particule Primaire à l Environnement Cycle de vie Complet (!) Usage / Usure Des scientifiques du Massachusetts Institute of Technology ont détecté pour la première fois la présence dans l'atmosphère de métaux toxiques provenant des pots catalytiques des automobiles. L étude menée par des chercheurs suédois en collaboration avec le MIT et la Woods Hole Oceanographic Institution a mis en évidence des concentrations élevées de platine, palladium, rhodium, etosmium dans l'air ambiant de Boston. Bien que les concentrations de polluants ne soient pas aujourd'hui considérées comme dangereuses pour la santé, le problème se pose pour le futur. Some possible exposure routes for nanoparticles and nanotubes based on current and potential future applications. Very little is known about exposure routes for nanoparticles and nanotubes and this figure should be considered with this in mind (Adapted from National Institute for Resources and Environment, Japan Déc millions de véhicules neufs équipes de pots catalytiques seront mis en vente en Selon Sebastien Rauch de la Chalmers University of Technology à Goteborg, la priorité est maintenant de trouver des moyens pour stabiliser ces particules dans les pots catalytiques. Les résultats de cette étude seront publiés le 15 décembre 2005 dans Environmental Science and Technology.

18 Traffic-generated emissions of ultrafine particles from pavement tire interface The mean particle number diameters were between nm, similar to those found in LDV tail-pipe exhaust. Particle number size distributions of the aerosol generated at 30, 50 and 70km/h with non-studded tires on quartzite pavement, at 50 and 70km/h with the studded tires on quartzite pavement and at 70km/h with studded tires on granite pavement. The distributions are shown at steadystate concentrations particles / km (et par véhicule) Andreas Dahl, Arash Gharibi, Erik Swietlicki, Anders Gudmundsson, Mats Bohgard, Anders Ljungman, Goran Blomqvist, Mats Gustafsson Atmospheric Environment 40 (2006)

19 Evaluation of nanoparticle emission for TiO 2 nanopowder coating mater Li-Yeh Hsu and Hung-Min Chein J. Nanoparticle Research (2007) 9: Among the three selected substrates (wood plate, polymer film, and tile plate), tile coated with TiO2 nanopowder was found to have the highest particle emission (22 #/cm3 at 55 nm) due to nanopowder separation during the simulation process. The UV light was shown to increase the release of particle below 200 nm from TiO2 nanopowder coating materials. The results show that, under the conditions of UV lamps, a fan and scraping motion, particle number concentration or average emission rate decreases significantly after 60 and 90 min for TiO2/polymer and TiO2/wood, respectively. However, the emission rate continued to increase after 2 h of testing for TiO2/tile. It is suggested that nanoparticle emission evaluation is necessary for products with nanopowder coating.

20 ITG, 06/08/2007

21 NanoSciences NanoMaterials - NanoTechnology Road Maps Market Perspectives Fundings

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23 Roadmaps for Science : nanoscience + nanotechno- Nouvelle Zélande - Décembre 2006

24 Public and Private Fundings Σ > Millions US$ X Estimate of Public Funding for R&D in Nanoscience and Nanotechnology Worldwide ( / US$ million) Others include: Australia, China, Eastern Europe, FSU, South Korea, Singapore, Taiwan and other countries with nanotechnology R&D. Private & Public Expenditures in 2004 Source: Lux Research & NSF (public includes national, regional and state funding) By the end of 2005 governments had sunk eighteen billion dollars (US$18 billion) of taxpayers money into nanotechnology R&D. With an additional six billion dollars (US$6 billion) forecast for 2006, nanotechnologies will then have received the same level of funding in absolute dollar terms as the entire Apollo program

25 Growth from 2005 to 2006 By Source By Region Lux Research 2006 & 2007

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28 En 2005 : Lux Research (2006) -- Four countries rank as "Dominant," scoring high on both nanotechnology activity and technology development strength : The U.S., Japan, South Korea, & Germany. -- Three countries - all technology powerhouses with relatively small populations - rank as "Niche Players." They score low on nanotechnology activity in an absolute basis, but high on the technology development strength needed to convert that activity into jobs and GDP. These countries are Taiwan, Israel, and Singapore. -- Two countries come out as "Ivory Tower" nations, high on nanotechnology activity but low on technology development strength in relative terms : The U.K. and France. -- Five nations are in nanotechnology's "Minor League" today, scoring low on both axes: China, Canada, Australia, Russia, and India.

29 NanoMatériaux Manufacturés Déjà un marché!

30 TiO 2 TiO 2 ZnO 1400 NanoParticules commercialisées nanowerk.com 700 NanoProduits (Small Times 2005) ntc nclay nclay Ag nclay nclay nclay TiO 2 TiO 2 ntc Ag ntc

31 Ciments Calcia : Béton auto-nettoyant (TiO 2 ) pour la Cité de la Musique et des Beaux-Arts de Chambéry LTX Millennium gris développé par Ciments Calcia. (5% Pds TiO 2 ) En 1999, Italcementi Group a mis au point le ciment «Bianco TX Millennium» pour les besoins de la construction des voiles courbes de l Eglise du Jubilé à Rome. Sa formule novatrice assure au béton une blancheur incomparable et, surtout, inaltérable. Aujourd hui, Ciments Calcia propose le ciment TX Millennium gris. Blanc ou gris, ce ciment permet, sous l effet de la lumière et de l air, d oxyder les substances polluantes d origine organique qui se déposent sur le bâtiment. (Décembre 2000) 400 tonnes de TX Millennium gris auront été employées dans les poteaux, les allèges et les linteaux en béton préfabriqué. 600 Tonnes 400 Tonnes Marunouchi -Tokyo U.S. architect Richard Meier's Jubilee Church L. Cassar, C. Pepe, G. Tognon, G. L. Guerrini, R. Amadelli - 11th Int. Congr. on the Chemistry of Cement (Durban, 2003)

32 Le béton qui lave plus blanc Des façades qui restent blanches, des chaussées qui détruisent les gaz des voitures, des vitres qui se lavent seules : le dioxyde de titane fait irruption en Ile-de-France. (Nouvel Observateur Semaine du 21 Juin 2007) Et si les villes devenaient autonettoyantes! Certains ingénieurs commencent à y croire avec l'arrivée sur le marché d'un nouveau matériau : le béton qui dépollue. Quelques doses de dioxyde de titane mélangées à du ciment et le tour est joué. Sous l'effet du soleil et de la pluie, cette substance absorberait les gaz toxiques, comme les oxydes d'azote et les composés organiques volatiles. La perspective est tellement réjouissante que Vanves ( 92 ) s'est portée candidate pour le premier test national, grandeur nature, sur chaussée. A l'initiative du Laboratoire régional de l'ouest parisien des ponts et chaussées, 300 mètres de la rue Jean-Bleuzen ( D 130 ) sont en train d'être tapissés par ce nouveau matériau. Ce n'est pas tout : selon Jean-Philippe Vacher, responsable du service innovation des Ciments Calcia, les murs antibruit du nouveau périphérique couvert porte des Lilas ( 19 e -20 e ) ont eux aussi bénéficié du fameux revêtement. Ceux de l'école Gerty-Archimède du nouveau quartier de Bercy ( 12 e ) également. «L'architecte nous l'a proposé et on a sauté sur l'occasion», se félicite Jacques Monthioux, ingénieur général à la Direction du patrimoine et de l'architecture de la mairie de Paris. On recense déjà en Ile-de-France quatre autres bâtiments traités au dioxyde de titane, parmi lesquels l'îlot Mermoz à Maisons-Laffitte ( 78 ), un bâtiment de la Zac Alésia- Montsouris dans le 14 e : «L'immeuble était accolé à des arbres susceptibles de le salir. Du coup, on s'est proposé», lance Jean- Philippe Vacher. Même chose à l'hôpital de Beaumont-sur-Oise ( 95 ) et au siège du personnel navigant d'air France à Roissy ( 95 ). «Nous voulions lutter contre le vieillissement du béton blanc, car le blanc est l'image de marque de notre compagnie», s'enorgueillit Olivier Herbemont, architectemaître d'ouvrage à Air France. L'affaire est tentante. Mais pas gagnée. «Ça ne peut pas marcher partout», tempère Claude Guihard, adjoint au directeur de la voirie au sein du conseil général des Hauts-de-Seine. Pour vérifier si la magie du béton opère à Vanves, une condition s'impose : l'absence de vent. Car en balayant naturellement la pollution, Eole pourrait biaiser les résultats du test. Le béton qui nettoie est également fort capricieux. Sans soleil, il ne répond de rien. Et s'il faut, partout, installer des néons à UVA comme on l'envisage sur les murs antibruit du périf couvert, cela risque d'être problématique. Autre souci : l'eau. Le dioxyde de titane a la fâcheuse manie de dissoudre les gouttes d'eau de pluie, au point de les rendre archifluides. Et cela pourrait faire déborder les avaloirs des chaussées. Il est aussi 20 % plus cher qu'un enrobé classique. Enfin on ignore «son comportement sur les vieilles pierres des monuments», ajoute Monthioux. Autant de «si» et de «mais» qui expliquent la prudence des édiles. «Tous les revêtements de ce type sont bienvenus», confie Renaud Martin, directeur de cabinet de Denis Baupin, chargé des transports et de la voirie à la mairie de Paris. Mais pour les Verts, la priorité est ailleurs : «La réduction du trafic reste notre premier objectif.» Source :

33 Millions $ / an Nanomatériaux Manufacturées Etat de la Production Mondiale Production Tonnes / an 10 millions Source : W. Luther Oct. 2005

34 Noir de Carbone 1995 : Production mondiale 6 millions de tonnes / an, dont T pour la France (1995) : Production mondiale 10 Millions de Tonnes Silice (SiO 2 ) : Tonnes / an (dont T Rhodia avec 2/3 Usine de Collonges) Oxyde de Titane (TiO 2 ) : 3.5 Millions de Tonnes Particules & Tonnes de nanoparticules (2000) (Dupont, Millenium) Aluminium : 100 Tonnes / an Nanotubes de Carbone : Tonnes par an (Arkema 10 Tonnes / an)

35 Elaboration Stockage Manipulation Recyclage Fin de cycle????? Pour un Développement Responsable (Principe de Prévention Précaution) Recommandations / Injonctions / Lois & Normes

36 Connaissances non stabilisées!! Source O. Witschger INRS 2006 Source : Future Technologies Divison VDI Technologiezentrum GmbH U.S. Environmental Protection Agency - EXTERNAL REVIEW DRAFT - Nanotechnology White Paper 2 Déc. 2005

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39 Poudres & NanoPoudres Manufacturées (!!!) Etat des Connaissances Mécanismes d interaction (Aucune Etude!)

40 Source: Günter Oberdörster et al., Environmental Health Perspectives, 2005

41 Exposition Professionnelle Etats des connaissances

42 Exposition Professionnelle France : 2nde Saisine AFSSET «Nano & Santé au Travail» (29 Juin 2006) UK : University sector and in emerging nanoparticle companies : 2, ,000 individuals potentially be exposed to fine powders through various powder handling processes. More than 1,000,000 workers in the UK may be exposed to nanoparticles via welding and refining USA : 2 million people work (estimation) with nm diameter particles on a regular basis in the development, production, and use of nanomaterials or products, this being based on national industry-specific occupational employment. EUROPEAN COMMISSION - HEALTH & CONSUMER PROTECTION - DIRECTORATE- GENERAL SCIENTIFIC COMMITTEE ON EMERGING AND NEWLY IDENTIFIED HEALTH RISKS (SCENIHR) September 2005 Möhlmann particules / cm 3 = 10 Milliards Particules / m microgramme de n-tio 2 (NIOSH : limite d exposition pour n-tio 2 : 0.1 mg/cm 3 )

43 NanoMatériaux & Bonne Pratique (la meilleure possible en l état de la connaissance) Notion de «Normalisation de Précaution» Réflexions autour de la «nano-éthique» et de la «nanonormalisation» J.C. André (INRS) Environnement, Risques & Santé vol.4, n 6 Nov. Déc. 2005, pp 411

44 From Michael Riediker Etude Suisse

45 NanoMatériaux Pour un développement Responsable Merci de votre Attention (pour les rapports AFSSET / nano EHS) (pour le rapport CPP / Nano) (pour les GT nano EHS) Today s science fiction is often tomorrow s science fact. Stephen Hawking Eric.Gaffet@utbm.fr