Nanomateriaux : Préoccupations sur la Santé et l Environnement

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1 nanotechnologies au 21eme siecle NanoCap est un projet européen qui met en place un consortium de 5 groupes de société civile environnementale, 5 syndicats et 5 universités. Il se concentre sur le renforcement des capacités permettant aux partenaires du projet, de travailler dans les domaines de la sécurité et de soutenir les nanotechnologies habilement développés et leurs applications. Il vise à approfondir la compréhension des impacts sur la santé environnementale et professionnelle, les risques de sécurité et d éthique et les aspects Le BEE représente ses membres et les citoyens européens sur les questions environnementales. Il a pour objectif d influencer l élaboration des politiques de l UE ainsi que la mise en œuvre et l évaluation des politiques adoptées. Il recherche l efficacité en combinant connaissances, représentativité, participation active de ses membres et formation de coalitions. Le BEE représente les citoyens européens sur les questions environnementales, et défend la justice environnementale, le développement durable et la démocratie participative. Nous voulons que l UE garantisse un environnement sain et une biodiversité riche pour l ensemble de la population. Nanomateriaux : Préoccupations sur la Santé et l Environnement Publication : Juillet 2009 Imprimé sur papier 100% recyclé Cyclus Offset avec de l encre a base de soja Design par FGD

2 Index Nanomateriaux - utilisation, applications et risques 4 Que sont les nanomatériaux et pourquoi s inquiéter à leur sujet? 6 Nanotubes de carbone 12 Les nanoparticules d argent 16 Dioxyde de titane 20 L oxyde de zinc 22 Conclusions 24 References 26 Le BEE tient à remercier le soutien financier de la Commission européenne. Cette publication n engage que son auteur et n engage pas les donateurs. Texte rédigé par: Dr Rye Senjen Editeur responsable: John Hontelez, Secrétaire Général du BEE Pour plus d information, veuillez contacter Raeva Dragomira, Chargée de Mission sur les Nanotechnologies : dragomira.raeva@eeb.org Images sur pages 7, 10, 14, 17 permission de 1

3 Nanomateriaux : Préoccupation sur la santé et l environnement Les nanomatériaux sont déjà dans de nombreux biens de consommation. Un aspect fondamental des nanotechnologies, c est la création de nouveaux matériaux. Ces matériaux (appelés nanomatériaux) sont créés à l échelle nanométrique (c est à dire l échelle des particules atomiques) pour créer différentes nouvelles propriétés comparées à celles des matériaux classiques. Prenons par exemple le carbone tel qu on le trouve couramment sous forme de graphite dans les crayons à papier. Lorsque il est fabriqué sous forme de nanotubes en carbone, il devient 100 fois plus solide que l acier, alors qu il pèse six fois moins. Utilisation, Applications et Risques La politique de l Union relative à l environnement visera un haut niveau de protection en prenant en compte la diversité des situations dans les différentes régions de l Union. Elle sera basée sur le principe de précaution et sur les principes d une action préventive à entreprendre, que les dommages environnementaux doivent être corrigés à la source et que le pollueur doit payer. Article 191 concernant l environnement dans la version consolidée du traité de l Union européenne. On continue à applaudir les nanomatériaux dans les gouvernements et dans l industrie en considérant qu ils sont la prochaine grande découverte technologique. Il est affirmé qu ils offriront des solutions à bien des problèmes les plus pressants de l humanité, tout en faisant partie d un futur plus vert et plus durable. Le but de cette seconde publication consacrée aux nanotechnologies est de passer en revue les incertitudes actuelles en ce qui concerne les effets sur la santé et sur l environnement que les nanomatériaux peuvent avoir. Pour répondre à ces question, ce document présente la plupart des nanomatériaux couramment utilises ; le document aborde les risques potentiels lies à leur utilisation dans des produits commercialisés. 2 Les nanomatériaux sont déjà utilises dans beaucoup d objets courants y compris dans les protections de fenêtre, les revêtements, les écrans solaires et autres cosmétiques, les textiles, les peintures, les planches à découper, les chaussettes, etc. On peut aussi trouver des nanomatériaux dans les prothèses de hanche, des diodes électroluminescentes organiques (DELO) pour les écrans d affichage et les aides auditives pour n e donner que quelques exemples. Les nanomatériaux les plus utilisés pour des produits de consommation courante sont le nanoargent (sous forme de particules ultra fines d argent), les nanooxydes métalliques (dioxyde de titane, oxyde de zinc), la silice et l or (voir tableau 1). D autres nanomatériaux fabriqués utilisés pour des produits industriels, médicaux ou de consommation courante, comprennent des formes de nano-carbone, d oxyde de cérium, de nickel, d oxyde d aluminium et de nano-argiles, d oxyde de cuivre, d oxyde de fer et de boîtes quantiques. En juin 2009, le premier inventaire en ligne accessible au public pour les produits*, conçus avec nanotechnologies, destinés aux consommateurs - «Un inventaire de la nanotechnologie dans les produits de consommation actuellement sur le marché» - identifiait 807 produits contenant des nanomatériaux pour l ensemble du monde (2). Soixante pour cent des nano-produits identifiés appartenaient à la catégorie des produits d hygiène personnelle, parmi lesquels on trouve des cosmétiques, des écrans solaires, des vêtements, des produits d hygiène et des agents de filtration. *L inventaire des nanomatériaux est réalisé par le Programme sur les Nanotechnologies Emergentes, créé en partenariat entre le Woodrow Wilson International Centre for Scholars et le Pew Charitable Trusts. Le Projet vise à s assurer qu au fur et à mesure que les technologies se développent, les risques potentiels sont réduits, l information et la participation du public restent importantes, et enfin les bénéfices potentiels de ces nouvelles technologies sont réels. 3

4 L utilisation des nanomatériaux est en train de devenir très courante Les analystes industriels sont en train de commencer à parler des nanomatériaux comme d une industrie qui murit, qui a généré un marché mondial pour des produits qui comprennent des nanomatériaux de 83 milliards de dollars US en 2007, et pour laquelle on prédit un marché de 263 milliard d ici Jusqu à maintenant la production des nanomatériaux a été dominée par l industrie chimique, mais à partir de 2012 les produits d hygiène et de santé deviendront plus important et représenteront la majeure partie du marché (3) Malheureusement très peu d information sur le volume de production des divers nanomatériaux est disponible, bien que ce soit critiquable eu égard à la mise en application de la réglementation actuelle relative à l utilisation des produits chimiques, du moins dans l U.E. 2 Par exemple, les analystes industriels estiment que la production annuelle mondiale de nanotubes de carbone et de fibre était de 65 tonnes en 2005, alors que les volumes de productions annuelles d autres nanomatériaux tels que les nanométaux et les matériaux aux surfaces nanostructures est actuellement totalement inconnue (4) Les risques ne sont toujours pas pris en compte Les nanotoxicologues commencent à tomber d accord sur le fait que les risques potentiels pour la santé et l environnement au niveau de l entreprise et de l utilisateur, sont réels. Les motifs d inquiétude peuvent se résumer Un manque persistant d information du public en ce qui concerne la toxicité, l écotoxicité et l exposition aux nanomatériaux Un risque croissant pour l exposition des gens et de l environnement étant donné que de plus en plus de produits contenant des nanomatériaux sont commercialisés. Un manque persistant de connaissances sur les risques intrinsèques des divers nanomatériaux, et sur la manière de maîtriser ces risques. Une inadaptation persistante des régimes réglementaires en vigueur pour garantir le développement et l utilisation en toute sécurité des nanomatériaux dans les produits commercialisés, s accompagnant d une réticence des producteurs pour fournir toutes les informations disponibles sur les risques possibles (1). Tableau 1 : nanomatériaux utilisés couramment dans des biens de consommation Nanomatériel Nanoargent Carbonne, y compris fullerènes Dioxyde de titane Nombre de produits disponibles dans le monde Exemple courant Oxyde de zinc 29 Ecrans solaires 38 Chaussettes, brosses à cheveux, plâtres, emballages alimentaires, suppléments nutritionnels Matériels sportifs, systèmes de filtration et de stockage, DELA, Mémoire d ordinateur, cosmétiques, hardware Peintures, écrans solaires, revêtements antibactériens, produits de nettoyage Dioxyde de silice 31 Ecrans solaires, peintures, produits de nettoyage, suppléments nutritionnels, matériels sportifs REACH est la réglementation datant de juin 2007 pour contrôler le commerce et l utilisation des produits chimiques. Les producteurs et les importateurs de produits chimiques doivent les enregistrer, si le tonnage dépasse 1 tonne, auprès de l Agence Européenne des Produits Chimiques pour montrer que ces produits peuvent être utilisés sans danger. 4 5 Or 16 Cosmétiques, produits d hygiène corporelle, catalyseurs pour carburants, suppléments nutritionnels Source: adapté du Projet sur la Liste d Inventaires des Produits de Consommations des Nanotechnologies Emergeantes (Août 2008) (2)

5 Une revue scientifique récente, en cours ou achevée, concernant les impacts sur l environnement, la santé et la sécurité des nanomatériaux a soulevé des inquiétudes au moins pour trois des matériaux mentionnés ci-dessus : les nanotubes de carbone, le nanoparticules d argent et de dioxyde de titane. On a la preuve que les nanotubes de carbone peuvent avoir un effet néfaste sur la santé humaine et que les particules d argent et de dioxyde de titane portent atteinte à l environnement. Dans ces trois cas la revue suggère qu on a besoin d études complémentaires et qu en attendant on applique le «principe de précaution». Bien entendu, ce principe est l un des principes fondamentaux de la législation de l UE : s il n y a pas de données montrant que le produit est sûr, il ne devra pas être autorisé à la vente. La preuve n est pas aussi bien établie pour le nanooxyde de zinc. Cependant il y a des données inquiétantes qui laissent à penser que ce matériau n est peut-être pas sûr. Nous passerons en revue les nanotubes de carbone et le nanoargent, ainsi que le nanooxyde de zinc et le nanodioxyde de titane ultérieurement. Ces quatre-là sont les nanomatériaux les plus couramment utilisés, et ce sont donc eux qui présentent les plus grands risques, étant qu ils sont utilisés en quantités importantes dans des biens de consommation que l on trouve en vente actuellement. Il y a de nombreux autres métaux, oxydes métalliques, structures carbonées et d autres matériaux que l on commence à utiliser à l échelle nanométrique. Malheureusement on sait peu de choses à propos de leurs effets néfastes potentiels pour l homme ou pour l environnement, aussi ils ne seront pas traités dans ce document. Que sont les nanomatériaux et pourquoi s inquiéter à leur sujet? On a défini la nanotechnologie comme la construction voulue de la matière à une échelle comprise approximativement entre un et cent nanomètres. Toutefois, les communautés scientifiques et politiques sont parvenues progressivement à comprendre et admettre qu une définition en terme de dimension n est pas suffisante et que certains autres facteurs déterminent non seulement les propriétés nouvelles d un matériau, mais aussi leurs potentialités en terme de risque. Les propriétés physiques/chimiques déterminant le comportement des nanomatériaux comprennent la forme, la charge en surface, la masse, la surface, le rapport dimensionnel (largeur/hauteur d un objet), la structure du cristal, la stabilité, et les distributions en taille et le degré de dispersion des particules (5) On peut grossièrement classer les nanomatériaux en métaux (par exemple fer, or, argent, platine), en oxydes métalliques (oxyde de zinc, dioxyde de titane, oxyde d aluminium), en composés carbonés (fullerènes, nanotubes de carbone) et en structures hybrides telles que boîtes quantiques, core-shell structure (structure centre coquille) et matériaux fonctionnalisés qui combinent des nanomatériaux en constructions mécaniques élaborées afin d obtenir des propriétés spéciales (6). Ces constructions mécaniques peuvent ajouter une série de problèmes pour évaluer leur toxicité potentielle, en dehors de ceux que pose le nanomatériau utilisé en tant que tel. 6 9

6 Par exemple, les boîtes quantiques sont essentiellement des nanoparticules semiconductrices. Leur propriété majeure est leur luminescence. Leurs propriétés uniques résultent d une combinaison de leur structure/composition de base, leur taille et leur revêtement. A quel point les boîtes quantiques sont-elles toxiques? Cela dépend de plusieurs facteurs y compris de leurs propriétés physico-chimiques, aussi bien que des conditions environnementales où elles sont (7). A des fins toxicologiques, on peut classer autrement les nanomatériaux selon l endroit où il est se trouve ou la forme qu il prend dans le produit, par exemple libre dans l air, lié à une surface, en suspension dans des liquides ou lié à une surface nanostructure (8) La catégorisation des nanomatériaux de la sorte montre clairement non seulement que le même matériau peut intervenir dans une diversité de lieux et de formes, mais aussi qu il y a des ramifications importantes en ce qui concerne le degré de toxicité d un matériau à divers moments du cycle de vie d un produit. Par exemple, on s attend à ce que des matériaux liés à une surface soient moins toxiques (du moins dans l utilisation visée) que des particules libres qui peuvent être inhalées facilement. Cependant, certains nanomatériaux présents des biens de consommations auront une toxicité qui changera au cours de leur utilisation. Les nanoparticules que l on trouve dans les peintures (tels que le dioxyde de titane) sont en général en suspension dans le liquide, mais elles sont solides lorsque la peinture est sèche. On estime que le consommateur est peu exposé une fois que la peinture est sèche, mais dans la mesure où la peinture s use et s abime, les nanoparticules vont se répandre dans l environnement ; des risques supplémentaires nouveaux peuvent affecter les hommes et l environnement. Comment sait-on si un nanomatériau est toxique ou écotoxique? Malheureusement, l évaluation de l exposition aux nanomatériaux courants est complexe et limitée par des connaissances insuffisantes. On a besoin de faire encore beaucoup de travaux pour identifier les dangers. Il faudra coordonner des efforts de recherche et imaginer des stratégies de recherches suivies de mises en application pour obtenir une évaluation de l exposition complète pour chaque nanomatériau en particulier. On sait, toutefois, que certains nanoparticules peuvent pénétrer au niveau subcellulaire, où elles peuvent interférer et perturber les processus moléculaires à l intérieur de la cellule. On a mis aussi en évidence des effets écotoxiques sur l environnement. On ignore encore beaucoup quelles propriétés déterminent et/ou influencent la toxicité des nanoparticules, mais des propriétés chimiques et physiques telles que la taille des particules, leur distribution, leur concentration et leur liens (par exemple combien de particules sont unies pour créer une unité), leur forme, leur structure cristalline, leur composition chimique, leur surface, leur organisation chimique en surface, leur charge en surface, leur porosité et la synthèse pour les créer sont toutes sortes de propriétés à prendre en considération (4) Très peu d études se sont intéressées à la vulnérabilité des mammifères et à l écotoxicité des nanoparticules, mais quand des chercheurs ont examiné 428 études ils ont observé que la vaste majorité de ces études montraient à un certain degré des effets néfastes sur des animaux de laboratoires ou sur des cellules. En appliquant le schéma de la catégorisation cidessus à l inventaire des nanomatériaux des biens de consommation, on a constaté que 45% des produits listés conduiront probablement à une exposition des consommateurs. Les nanomatériaux qui contiennent oxyde de zinc, or et dioxyde de titane sont ceux sui sont le plus susceptible d induire une exposition. De plus il y avait un grand nombre de biens de consommation pour lesquels aucune information sur le type de nanomatériau n était disponible ; ce qui suscite des inquiétudes sur le risque d exposition et le danger que ces produits peuvent poser à l homme et à l environnement (8). 8

7 Voies d exposition pour l homme Voies d exposition pour l environnement Une évaluation complète des effets de l exposition aux nanomatériaux nécessite la connaissance des conditions de fabrication, du volume de production, des applications industrielles, des biens de consommés, du comportement des consommateurs, de l utilisation dans l environnement et de la distribution. Actuellement ce genre d information n est disponible pour aucun matériau, ce qui rend virtuellement impossible l évaluation des niveaux d exposition Il y a plusieurs voies que des nanomatériaux peuvent emprunter pour aboutir dans l environnement. Ils peuvent être émis normalement ou accidentellement lors de la fabrication, mais en fin de compte leur destination finale détermine comment ils aboutiront dans l environnement. Les écrans solaires nous fournissent une bonne illustration. L écran solaire peut être lessivé en se lavant ou en se baignant, et arriver dans le système de traitement des eaux ou dans les eaux de surface. N importe quel restant d écran solaire sera mis à la poubelle pour être soit incinéré, soit mis en décharge. Les nanoparticules utilisées pour les carburants comme catalyseurs sont susceptibles de se retrouver dans l air (12). Le tableau 2 donne un aperçu général des points d arrivée les plus probables par lesquels les nanomatériaux aboutiront dans l environnement pour les plus utilisés en fonction de la catégorie de produits et des matériaux utilisés. L exposition aux nanomatériaux peut se produire à différentes étapes du cycle de vie des matériaux et/ou du produit. Pour l homme les voies d exposition externe comprennent l inhalation (par exemple comme aérosols ou lors de la fabrication), et l absorption par la peau, les yeux et la voie gastro-intestinale. Une fois dans le corps les mécanismes d exposition interne comprennent une plus grande absorption, distribution dans le corps et métabolisme. L exposition du fœtus via le placenta est également une possibilité (9, 10). Un problème supplémentaire peut apparaître du fait que le matériau, tout en présentant relativement peu de danger, peut agir comme cheval de Troie, c est à dire qu un matériau peut-être plus toxique soit attaché au nanomatériau et qu il puisse ainsi entrer dans le corps, des organes ou des cellules.(11) On sait peu de choses sur la fin de vie des nanomatériaux. Des nanomatériaux peuvent aller directement vers une décharge de déchets solides, un incinérateur ou une station d épuration. Par exemple jusqu à 95% des nanoparticules utilisés pour les cosmétiques, les peintures ou les revêtements peuvent se retrouver dans les eaux usées, soit comme effluent lors de la fabrication, soit par abrasion (usure et dégradation) au cours de leur durée de vie (13). Des matériaux tels que les nanotubes, utilisés pour les matières plastiques, les équipements sportifs et électroniques, sont susceptibles de rester intacts jusqu à ce qu ils aillent vers la décharge ou l incinérateur, polluant ainsi l environnement ou l air selon le cas. Le recyclage peut être un objectif à long terme, mais actuellement on sait peu de choses, et même pas si cette option est réalisable. c est à dire qu ils peuvent s agréger, se lier à d autres polluants des sols, ou être absorbés dans des particules solides, bioaccumulées ou biomagnifiées. Alors que les effets écotoxicologiques ont fait l objet de rapports pour un nombre d organismes des sols et des milieux aquatiques, beaucoup de choses restent inconnues. Tableau 2: Tableau des principales voies d entrée dans l environnement des diverses applications de matériaux (Adapté de Boxhall et al. [12]) Produit Type Nanomateriaux utilisés Cosmétiques et produits d hygiène corporel Dioxyde de titane, oxyde de zinc, fullerènes, or, Catalyseurs et lubrifiants Oxyde de cérium, platine, trioxyde de molybdène Peintures et revêtements Dioxyde de titane, or, boîtes quantiques Réhabilitation de l environnement et dépollution des eaux Fer, polyuréthane, nanotubes de carbone Produits chimiques pour l agriculture Silice comme vecteur Emballages alimentaires Or, nanoargiles, dioxide de titane, argent pharmaceutiques et médicaux Nanomédicaments et vecteurs Note : les champs vides indiquent la route la moins susceptible d entrée. Une fois dans l environnement les nanomatériaux peuvent se comporter de façon différente de celle prévue initialement, Aire eau de surface eaux usées sol

8 Nanotubes de carbone Les nanotubes de carbone (NTCs) sont des tubes de feuilles de graphène enroulées faites d une couche d atomes de carbone disposés en nid d abeille. Les NTCs sont classiquement long et mince et peuvent soit constituer une couche mince ou une multicouche. Leur rapport inhabituel entre leur longueur et leur diamètre (1/ ) leur donne des propriétés physico-chimiques comprenant la résistance à la traction et la dureté (plus durs que les diamants). Ils sont également flexibles, légers, résistants à la chaleur et ont une grande conductivité électrique. Leur structure inhabituelle d un nanomètre longue et creuse les rend utiles pour des applications biologiques, tels que l administration de médicaments et l imagerie médicale (14). Les NTCs non traités ne sont pas solubles dans l eau ; ils sont non-biodégradables, biopersistants et lipophiles (c est à dire capable de pénétrer les cellules adipeuses des membranes). Selon la façon dont ils sont fabriqués et traités leur comportement en terme de solubilité dans l eau, leurs réactions aux échanges et leur toxicité spécifique peut varier. Il y a 20 types de structures différentes de nanotubes monocouches, avec une longueur moyenne allant de 5 à 300 nm. Il existe quatre procédés de fabrication différents, cinq pour leur purification et dix traitement de surface sont appliqués classiquement ainsi il y a jusqu à combinaisons possibles pour les NTCs monocouche et chaque version peut avoir des propriétés chimiques, physiques et biologiques différentes qui déterminent leur risque global (4). De la même, il y a de nombreuses variations pour les nanotubes de carbone multicouches. Les nanotubes de carbone multicouches sont devenus récemment un sujet de grande inquiétude, dans la mesure où l inquiétude exprimée par des scientifiques que non seulement certains ressemblent aux fibres d amiante (longues et fines), mais qu ils peuvent aussi causer des problèmes de santé similaires (voir «risques potentiels») s est trouvée confirmée. Produis courants Pièces de bicyclettes, raquettes de tennis, clubs de golfs, technologie d affichage avec écrans, cellules photovoltaïques, composants électroniques pour ordinateurs. Combien l Europe produit-elle annuellement? Il n y a pas de données accessibles immédiatement pour la production de NTCs, mais le plus grand producteur en Europe, Bayer AG a inauguré récemment une usine en Allemagne qui pourra produire 30 tonnes par an. L un des concurrents les plus importants de Bayer, la société française Arkema, peut produire entre 10 et 30 tonnes de NTCs chaque année (15). On estime qu en 2007/2008 environ 350 tonnes de NTCs ont été produites dans le monde (13). 12 Risques potentiels La cytotoxicité des NTCs dépend de la longueur, de la taille, des impuretés métalliques, de la dispersion, des liens entre les éléments, de la surface et probablement d un nombre d autres paramètres inconnus à ce jour. Le traitement de surface d une nanoparticule est particulièrement important, étant donné que les particules non traitées peuvent être plus ou moins toxiques, ont une charge différente ou une mobilité différente. On a observé la cytotoxicité des NTCs pour un nombre d organes divers et de lignes de cellules spécifiques d organes, y compris pour les cellules de l épiderme humain, les fibroplastes du derme humain, les cellules rénales de l embryon humain et les cellules des bronches humaines, provoquant une toxicité cellulaire (voir encadré) (16, 17, 18) et endommageant l ADN (19). On a observé des maladies pulmonaires et des mortalités chez les souris (20), ainsi que réactions inflammatoires selon la dose (21) CYTOTOXICTITÉ, ou TOXICITÉ CELLULAIRE, c est le fait d être toxique pour les cellules. Les effets toxiques peuvent conduire à la nécrose des cellules, par laquelle les membranes des cellules perdent leur intégrité, ce qui entraine la mort des cellules ou l arrêt de leur développement et leur division. Comme cela a été dit précédemment, il y a de plus en plus de preuves que certains NTCs agissent comme les fibres d amiante. Quand des souris ont été exposés à 50 mg de quatre nanofibres de carbone multicouches de compositions chimiques, de longueurs, de formes et de diamètres divers pendant une durée allant jusqu à 7 jours, on a trouvé que cette exposition «induisait une inflammation proportionnelle à la longueur qui était qualitativement et quantitativement semblable à la réponse inflammatoire aux corps étrangers provoqué par les longues fibres d amiante» (22). Ce fut la première expérience qui prouva clairement que les nanotubes de carbone longs et mince pouvaient en théorie se comporter comme l amiante et provoquer des lésions pulmonaires qui sont des précurseurs des formations cancérogènes et des cancers du poumon. Les résultats de recherches préliminaires publiées par NIOSH (National Institute for Occupational Health and Safety) en mars 2009 on confirmé cette découverte (23). Une autre étude récente a montré que des souris qui souffraient déjà d asthme et inhalaient de nanotubes de carbone multicouches avaient une tendance plus grande à développer une fibrose pulmonaire, laissant penser que «des individus présentant au départ inflammation allergique étaient susceptibles de connaître les mêmes problèmes» (24). Voir Tableau 3 pour un résumé des principaux résultats.

9 Toxicité environnementale Les nanotubes en carbone multicouches ont également montré leur potentiel écotoxique. Par exemple on a observé chez la truite arc-en-ciel juvénile une réaction du taux de respiration en fonction de la dose, une maladie des ouïes et une sécrétion muqueuse (25). Chez d autres espèces indicatrices écologiques telles que le poisson zèbre on a constaté un retard des pontes, tandis que l on constatait une mortalité chez les crustacés des estuaires (26). On a trouvé récemment que des plantes réagissaient négativement aux nanotubes en carbone multicouches et aux fullerènes. Des plants de riz exposés aux fullerènes transmettaient des nanomatériaux à la génération suivante. L exposition combinée aux fullerènes et aux nanotubes de carbone retardait également le commencement de la floraison du riz d au moins un mois et réduisait le rendement en graines. Etant donné que plus de moitié de la population mondiale dépend de la production de riz comme base alimentaire, les conséquences pour l environnement et la sécurité alimentaire des résultats enregistrés pourraient être potentiellement dévastateurs (27). Tableau 3 : Résumé de quelques résultats essentiels concernant les nanotubes de carbone. Type de Nanotube en Carbone Cellules ou espèces Effets NTC monocouche NTC monocouche (non raffiné, 30% de fer) Rein d embryon humain exposé à 0, µg/ml jusqu à 5 jours Cellules de peau humaine exposées à 0,6-0,24 mg/ml après 2 à 18 heures Inhibition en fonction de la dose et du temps de la multiplication cellulaire et diminution de la capacité des cellule à rester ensemble Stress que l on retrouve dans beaucoup de maladies telles que Parkinson, Alzheimer et artériosclérose et attaque cardiaque NTC monocouches(divers) Cellules de peau humaine Cytotoxicité en fonction de la surface concernée. NTC multicouches Exposition de la trachée interne de souris à une simple dose de 1, 2,5 ou 5 mg/kg Dose-dependent granulomas and interstitial inflammation Effets et impacts Certaines fibres de carbone ont des caractéristiques semblables aux fibres dangereuses d amiante. Elles peuvent induire des réactions inflammatoires identiques. On ne sait pas si des nanotubes de carbone sont relargués lorsqu ils sont liés dans une matrice, mais il est inévitable qu ils le soient à un moment de leur cycle de vie [28]. Verdict On doit être extrêmement prudent lorsqu on travaille sur les NTCs, en particulier en production mais aussi potentiellement à tous les stades (production, utilisation et fin de vie) Il y a assez de preuves pour penser que les NTCs peuvent constituer un danger pour la santé humaine et conséquence leur utilisation pour des biens de consommation devrait être interdite jusqu à ce que leur innocuité soit prouvée. NTC multicouches NTC multicouche (variété de diamètres, longueurs, formes et compositions chimiques NTC multicouches Exposition de la trachée interne de souris à une simple dose de 1, 2,5 ou 5 mg/kg Mice lungs injected with 50 mg MWCNT for 24 hours or 7 days Des souris asthmatiques et normales exposées à un aérosol NTC multicouches (100 mg/m 3 ) pendant 6 heures Effets sur les poumons, puis mort Accroissement important de l inflammation Des souris asthmatiques ont présenté une fibrose des voies aériennes

10 Les nanoparticules d argent Des biocides à base d argent sont utilisés dans une gamme de produits qui comprennent le traitement des eaux, les textiles, les lave-linge, les teintures/peinture et vernis, polymères, les applications médicales, les céramiques pour les éviers et les sanitaires, ainsi que dans divers produits s adressant directement aux consommateurs tels que les désinfectants, les cosmétiques, agents nettoyants, biberons pour bébés, etc. Une quantité croissante d argent sous forme nanométrique se trouve maintenant dans des produits industriels et des biens de consommation. L argent nanométrique ou «nanoargent» est devenu l un des nanomatériaux les plus couramment utilisés pour des biens de consommation, le plus souvent en tant que bactéricide. Une étude sur les écosystèmes aux eaux douces a analysé le risque que font courir les particules d argent incorporées aux textiles et aux matières plastiques : les chercheurs prédisent que dans le futur 15% de l argent total aboutissant aux eaux de l UE proviendra des textiles et des matières plastiques dotées de biocides (29). On prévoit que la plupart des nanoparticules finira dans les boues de stations d épurations et qu au moins une partie d entre elles est susceptible d être épandue sur des terres agricoles. Un BIOCIDE est une substance chimique capable de tuer des organismes vivants. On utilise couramment des biocides en médecine, en agriculture, en sylviculture, et dans l industrie pour empêcher que des bactéries indésirables ne se développent. Produits courants Les matériels en contact avec des aliments (tasses, bols, planches à découper), cosmétiques et produits d hygiène corporelle, vêtements, jouets d enfants, produits pour bébés, suppléments «nutritionnels», peintures et revêtements, appareils médicaux, pansements. Combien l Europe produit-elle annuellement? On prévoit que le marché européen des produits biocides contenant de l argent se situe entre 110 et 230 tonnes d argent par an d ici 2010 et qu une part significative contiennent des nanoparticules d argent (29). 16 Risques potentiels La toxicité des nanoparticules d argent peut surpasser la toxicité de la plupart des molécules classiques contenant de l argent (30, 31) ; elles peuvent avoir des propriétés antimicrobiennes supérieures parce qu elles sont capables de tuer les bactéries sur des périodes plus longues que l argent classique (32). Assurément, l argent s est révélé comparativement plus toxique que la plupart des autres métaux lourds lorsqu il se présente sous forme de nanoparticules (33). De plus des nanoparticules d argent de tailles et de formes différentes ont des toxicités différentes. Des nanoparticules d argents inférieures à 10 nanomètres peuvent franchir la paroi des cellules (34). Les études de toxicité sur les nanoparticules d argents se sont concentrées sur les bactéries et dans une moindre mesure sur les espèces animales complexes tels que les poissons, les rongeurs et les cailles. Une étude sur les bactéries bioluminescentes a montré que les nanoparticules peuvent perturber les membranes des cellules aboutissant à une toxicité et à la déformation de la cellule (35). Plusieurs chercheurs ont montré que les nanoparticules d argent peuvent détruire la capacité de l ADN d une bactérie à se dupliquer ou qu elles peuvent endommager l ADN (36) En plus d être des bactéricides efficaces, les nanoparticules sont aussi toxiques pour les cultures cellulaires de mammifères, telles que les cellules de foie de rat (37), les chaines de cellules neuroendocrines, lesquelles constituent un modèle pour les cellules du cerveau humain (38), et les cellules de rat utilisés comme modèle pour la toxicité humaine après inhalation (39). La toxicité importante des nanoparticules pour les cellules souches de mammifères montre que la capacité pour ces particules d interférer avec le système de reproduction chez l homme. Il existe aussi quelques preuves que le nanoargent peut porter atteinte à la santé humaine lorsqu il est ingéré ou utilisé dans des appareils médicaux (40). Toxicité environnementale On a des preuves croissantes que les nanoparticules d argent à de faibles concentrations nuisent aux invertébrés aquatiques et aux poissons. Des nanoparticules d argent administrées in vivo à des embryons de poissons zèbres accroit les taux de malformation et entrainent même la mort. On a trouvé des nanoparticules d argent à l intérieur des embryons à chaque stade de leur développement (41). Ceci constitue l une des rares études in vivo pour observer la diffusion passive des particules, et celle-ci montre les conséquences extrêmes que les rejets de grandes quantités de nanoparticules d argent peut avoir, si les nanoparticules restent intactes lorsqu elle arrivent dans les milieux aquatiques. Une étude récente sur le poisson zèbre a découvert que les nanoparticules d argent peuvent aussi altérer la physiologie, y compris entrainer la dégénérescence de parties du corps, et augmenter le taux de mortalité ainsi que retarder la date de reproduction (42). Les nanoparticules d argent peuvent aussi réduire la croissance et la capacité de reproduction de certains nématodes (43) Les premières études ont montré que des microorganismes et des plantes sont capables de modifier et de concentrer les nanoparticules qui peuvent alors se bioaccumuler (ou même se biomagnifier) tout au long de la chaine alimentaire (44). 17 La BIOPERSISTENCE est capacité d un matériau à rester dans un organe en dépit de l existence d un mécanisme d éli mination physiologique propre à cet organe. La BIOACCUMILATION est le terne général pour l accumulation d une substance dangeureuse dans un organisme ou une partie d un organisme. La BIOMAGNIFICATION décrit une série de processus dans un écosystème par laquelle des concentrations plus élevées d une substance dangereuse sont atteintes dans un organisme. Par exemple Plus un organisme se trouve à une place élevée dans la chaine alimentaire plus il est susceptible d accumuler des substances dangereuses dans son système.

11 Tableau 4 : Résumé de quelques résultats essentiels concernant le nanoargent Cellules ou espèces Cellules de foie de rat exposées à des nanoparticules d argent Alignement de cellules neuroendocrines (modèle in vitro pour les cellules du cerveau) Cellules souches de mammifères exposées à un nombre d oxydes métalliques Cellules de rat (un modèle de toxicité pour l homme après inhalation) exposées pendant 24 heures à des particules d argent recouverte d hydrogène et de carbone Effets Fonction mitochondriale, un indicateur de l énergie disponible pour les cellule, est diminuée. Mortalité cellulaire et diminution du métabolisme cellulaire. Réduction de l activité mitchondriale Diminution de la taille des cellules don t la forme devient irrégulière. Les nanoparticules d argent plus toxiques que les autres oxydes métalliques Réduciton importante de la fonction mitochondirale et interference avec le métabolisme cellulaire Interférence potentielle avec le système reproducteur masculine. La toxicité selon la souche a été confirmée. Effets et impacts Le nanoargent est l un des nanomatériaux les plus couramment utilisés dans une large gamme de biens de consommation. On a des preuves irréfutables que des naoparticules d argents iront dans les eaux usées Les sols, les organismes terrestres et aquatiques peuvent être endommagés par le relargage de nanoparticules d argent dans l environnement. Il est recommandé que les rejets de nanoparticules d argent non traités soient contrôlés/limités dans l intérêt de l environnement. Verdict Etant donné qu il y a assez de preuves pour établir que les nanoparticules d argent peuvent porter atteinte divers organismes et écosystèmes, leurs rejets dans l environnement ne plus être autorisé. Les produits contenant des nanoparticules d argent devront être évalués en ce qui concerne leur dangerosité tout au long de leur cycle de vie, ce qui nécessite une évaluation allant au delà de leur phase d utilisation et ce 18

12 Dioxyde de titane Le dioxyde de titane (TiO 2 ) sous sa forme classique est le pigment blanc le plus largement utilisé en raison de son brillant et son fort pouvoir de réflexion. Il se présente sous trois formes cristallines. Selon sa structure, TiO 2 peut avoir des propriétés chimiques et physiques très différentes. Il était couramment utilisé dans les écrans solaires, mais donnait à la peau une apparence blanche ou laiteuse. Sous forme nanométrique le TiO 2 perd son opacité, une propriété appréciée qui fait qu on préfère maintenant nettement les écrans solaires «clairs». Certaines formes de nano dioxyde de titane sont aussi hautement photocatalytique, ce qui veut dire qu ils sont capables d absorber la lumière et de l utiliser pour changer leur taux de réaction chimique. On a étudié un accroissement des dégâts aux toits métalliques nouvellement installés en Australie et imputé celui-ci à cette propriété photocatalytique du nano dioxyde de titane, lequel était entré en contact avec les toits via les écrans solaires que les couvreurs avaient mis en œuvre (45). Produits courants Cosmétiques, écrans solaires, emballages alimentaires, peintures, revêtements de murs, protection anti-salissures pour fenêtres, et comme catalyseur pour la décomposition des polluant organiques présents dans les eaux brutes et dans les eaux usées. Combien l Europe utilise/produit-elle annuellement? Les nanoparticules de TiO 2 sont utilisées en quantités supérieures à 1000 kg/entreprise/an (1) Risques potentiels Alors que le matériau classique est en général considéré comme sûr, certaines études estiment que l inhalation chronique de nanoparticules de TiO2 est dangereuse. L exposition aux nanoparticules de TiO2 a été associée à une variété de troubles pulmonaires chez le rat, comprenant l inflammation, les lésions, les fibroses et les tumeurs (1). Des expériences in vitro montrent que le nano TiO2 peut endommager l ADN, perturber les fonctions des cellule et interférer avec les défenses immunitaires des cellules (46, 47, 48). Il peut aussi provoquer une inflammation en absorbant des fragments de bactérie et en les ingérant dans le système gastro-intestinal (11), ce qui peut être un facteur d accroissement des maladies tels que le syndrome du côlon irritable et la maladie de Crohn (49) En 2009 une étude menée sur des souris a montré que les particules nanométriques de TiO2 peuvent passer de la mère à l enfant. On a trouvé des nanoparticules dans le cerveau et les testicules, provoquant, par exemple, une baisse du nombre de spermatozoïdes (50). La structure cristalline, la forme, la voie d exposition, aussi bien que la surface et le traitement de surface des particules, tous ces paramètres influencent la toxicité du TiO2. On constate également que les rayonnements ultraviolets augmentent la cytotoxcité du dioxyde de titane. Plusieurs études notent un accroissement de la mortalité des cellules après une exposition aux ultraviolets, en particulier si le TiO2 était sous une forme plus réactive à la lumière (4). Ces découvertes sont importantes pour déterminer quelle forme de nano TiO2 devrait être utilisée dans les écrans solaires. Voir Tableau 5 pour un résumé des résultats essentiels. 20 Toxicité environnementale En raison de leur petite taille, de leur surface importante et de leur forte attraction électrostatique, les nanoparticules detio2 peuvent absorber d autres particules métalliques. Par exemple, pour le cadmium, qui est extrêmement toxique et peut se bioaccumuler dans les organismes et les écosystèmes, on a montré qu il peut être absorbé dans les nano TiO2, puis arriver jusqu à la carpe dans laquelle il s accumule. Ce processus soulève le problème des nano TiO2 agissant comme concentrateur de la pollution au cadmium (51). On a aussi montré que les nanoparticules de TiO2 accroissent le taux de mortalité (52) et qu elles ont des propriétés antibactériennes, y compris pour certaines d entre elles utiles pour l homme (par exemple dans les stations de traitement des eaux usées). Les rejets de dioxyde de titane de taille nanométrique dans l eau pourraient avoir des effets néfastes sur la santé des écosytèmes dans leur ensemble, en particulier du fait que la concentration est suffisamment importante pour qu il y ait des effets sur des organismes et qu on les trouve déjà dans l eau potable (1) Culture de cellules ou espèces Effets Cerveau de souris Interférence avec la production d énergie mitochondriale Souris femelle Lésions au foie et aux reins TiO2 s accumule dans le foie, la bile, les reins et tissus des poumons Cellules immunitaires humaines Souris pleine Changement dans les fonctions de défense Nanoparticules trouvées dans les cerveaux et les testicules des petits EffetS ET impacts Le TiO2 à l échelle nanométrique est très fréquemment utilisé dans une large gamme de produit industriels et de biens de consommation. Il est inévitable que beaucoup de TiO2 finissent dans l environnement Des nanoparticules de TiO2 peuvent être présentes dans l environnement à des concentrations qui peuvent porter atteinte à des organismes. Il y a de plus en plus d indications que le nano TiO2 peut être dangereux pour l homme, bien qu on ait besoin de recherches complémentaires pour confirmer ce danger. Verdict Etant donné les incertitudes qui entourent la toxicité potentielle du dioxyde de titane, son utilisation dans l avenir pour des biens de consommation devrait être interdite tant qu il n y a pas de preuve scientifique de son innocuité. 21 Tableau 5 : Résumé de quelques résultats essentiels pour le dioxyde de titane

13 L oxyde de zinc (Zn0) Tableau 6: Résumé de certains des résultats clés pour l oxyde de zinc On considère que l oxyde de zinc est relativement sûr sous sa forme classique. Sous forme nanométrique, l oxyde de zinc est largement utilisé comme pigment pour les peintures et les cosmétiques. De même on utilise pour les semi-conducteurs. Il peut aussi présenter des propriétés antibactériennes. Produits courants Cosmétiques, écrans solaires, emballages alimentaires, additifs alimentaires, peintures, revêtements muraux. Quelle quantité l Europe utilise/produit-elle annuellement? On utilise des quantités d oxyde de zinc supérieures à 1000 kg/entreprise/an (1) Culture de cellules ou espèces Souris adulte Souris adulte Cellule de peau humaine Effets Léthargie, vomissements et diarrhée Lésions aux reins et anémie Problème de bile, lésions au foie et au cœur Des particules de 20nm endommagent le foie, la vésicule biliaire et le pancréas Preuve de la potentialité de dommage à l ADN Production d un stress oxydatif des cellules Risques potentiels Le nano oxyde de zinc est toxique pour les cellules du rat et de l homme, même à très faibles concentrations (54). On a observé sur des souris de laboratoire des symptômes sévères de léthargie, des vomissements et des diarrhées. Une étude sur des souris a montré des réactions sévères, allant de la mort à des lésions aux reins, de l anémie et des lésions au foie (55).Une autre expérience a noté des dommages au foie, au cœur, à la bile et au pancréas des souris (56). Récemment on a prouvé que l oxyde de zinc était capable d endommager le capital génétique par application sur la peau (57). L étude notait la cytotoxicité, induisait un stress oxydatif des cellules et endommageait l ADN. Voir le tableau 6 : résumé des principaux résultats. 22 Toxicité environnementale Certaines études établissent la toxicité du nano oxyde de zinc pour les bactéries et les vertébrés (58, 59). Il peut également inhiber la germination de graines et de développement des racines de plantes (60). L oxyde de zinc est aussi toxique pour certains vers et peut inhiber leur croissance et leur aptitude à se reproduire (61). Comme les autres oxydes métalliques, l oxyde de zinc tend à s agréger et à de déposer, aussi trouve-t-on ce matériaux dans les sédiments. Une étude a montré que des agglomérats d oxyde de zinc sont toxiques pour les embryons des poissons zèbre et les larves ; cela induit des malformations du système cardiovasculaire, un fécondation bloquée et une mortalité des embryons. Les chercheurs pressent les décideurs de réévaluer les réglementation existantes pour les ions métalliques solubles de taille nanométrique (62). Effects et impacts L oxyde de zinc à l échelle nanométrique est largement utilisée dans beaucoup de produits. Il y a de plus en plus d indications selon lesquelles il peut être dangereux pour l homme et l environnement dans certaines circonstances. Verdict Il faut entreprendre des recherches complémentaires parce qu on ne connaît pas suffisamment bien les impact de l oxyde de zinc nanométrique sur la santé humaine et sur l environnement. En attendant, son utilisation dans des produits de consommation devra être proscrite jusqu à ce que son innocuité pour la santé humaine et l environnement soit prouvée. 23

14 Conclusion Le défi de l utilisation des nanomatériaux Alors que l utilisation des nanomatériaux promet des biens de consommation dotés de propriétés nouvelles et peut-être utiles, des études commencent à identifier des risques potentiels pour la santé que ces matériaux posent. Un des plus grands défis pour les années à venir sera de réussir à évaluer complètement la dangerosité des nanomatériaux avant que beaucoup de nouveaux produits en contenant ne soient mis sur le marché. Il devient évident que les tests in vitro peuvent ne pas être suffisants pour prévoir de manière précise les dangers, mais à ce jour on a seulement réalisé quelques études in vivo et elles sont notoirement difficiles à reproduire. Pour la plupart des nanomatériaux, il n a pas été démontré si des seuils de sécurité existent et si de tels seuils pouvaient être définis. On dispose de peu d informations sur l évaluation de la dangerosité des nanomatériaux que ce soit lors des recherches ou de la production, lors de la distribution et de l utilisation pour des biens de consommation ; en conséquence aucune étude d impact relative aux expositions n a encore été réalisée. Les nanomatériaux sont difficiles à évaluer et gérer étant donné que des nouvelles méthodes d expérimentation sont nécessaires pour mesurer leurs impacts sur la santé humaine et sur l environnement. Ceci ne signifie pas nécessairement qu on a seulement besoin de nouvelles expérimentations, mais plutôt qu on a besoin que les expérimentations existantes soient évaluées pour s assurer qu elles sont pertinentes et efficaces à l échelle nanométrique. Les voies d expositions environnementales et biologiques sont encore largement inconnues pour bien des nanomatériaux puisqu elles n ont pas été étudiées. 24 Les gens ne peuvent même pas décider d éviter des produits qui contiennent des nanomatériaux, puisque fabricants et importateurs ne pas obligés en général de communiquer cette information. Cependant, des décisions récentes à l échelle de l UE (règlement sur les cosmétiques, règlement sur les nouveaux aliments) commencent à exiger qu une telle information soit fournie, au moyen de la liste des ingrédients. La réglementation sur les produits chimiques impose, dans le cadre du processus d enregistrement, de fournir les informations concernant la sécurité du produit, même si ceci ne conduit pas de manière spécifique à une communication en direction du public. Etant donné le manque actuel d information sur les impacts des nanomatériaux, l approche la plus rationnelle consiste à appliquer le principe de précaution à n importe quel produit de consommation qui contient des nanomatériaux ceci signifierait d interdire la vente de produits contenant des nanomatériaux jusqu à ce que des données soient disponibles pour faire une évaluation sur la sécurité de tels produits ; les produits déjà sur le marché devraient être retirés de la vente jusqu à ce que de telles données soient disponibles. Le prochain rapport de cette série examinera l état des problèmes de gouvernance générale y compris les initiatives en matière de réglementation et des réactions, les engagements volontaires et les pratiques, ainsi que les progrès des efforts internationaux pour coordonner la gouvernance des nanotechnologies et les initiatives du public en Europe. Il passera en revue les réactions des ONGs et leurs initiatives en ce qui concerne la réglementation des nanotechnolgies en faisant particulièrement référence au principe de précaution et aux demandes d enregistrement en vue d une mise sur le marché en Europe.