Les nanoparticules : connaissances actuelles sur les risques et les ...

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  • Contribuer, par la recherche, la prvention des accidents du travail et des maladies professionnelles ainsi qu la radaptation des travailleurs qui en sont victimes.

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  • TUDES ETRECHERCHES

    Cette tude a t finance par lIRSST. Les conclusions et recommandations sont celles des auteurs.

    Les nanoparticulesConnaissances actuelles sur les risqueset les mesures de prvention en sant et en scurit du travail

    Claude Ostiguy, Direction des oprations, IRSSTGilles Lapointe, Rpertoire toxicologique, CSSTLuc Mnard, Direction de la prvention inspection, CSSTYves Cloutier, Hygine du travail, IRSSTMylne Trottier, ProximeducMichel Boutin, Services et expertises de labotatoire, IRSSTMonty Antoun, Centre de documentation, CSSTChristian Normand, NanoQubec RAPPORT

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  • Les rsultats des travaux de recherche publis dans ce document

    ont fait lobjet dune valuation par des pairs.

    CONFORMMENT AUX POLITIQUES DE LIRSST

  • IRSST- Les nanoparticules : connaissances actuelles sur les risques et les mesures de prvention en SST

    Ostiguy et al., fvrier 2006 ii

    SOMMAIRE

    De nouveaux matriaux aux proprits uniques

    Une nouvelle rvolution industrielle samorce autour des nanotechnologies. Lengouement, maintenant plantaire, se traduit par des investissements annuels de plusieurs milliards de dollars en recherche et dveloppement (R-D). Dans un contexte o les technologies actuelles permettent de manipuler la matire et de synthtiser des produits lchelle atomique, les nanoparticules dmontrent des proprits totalement diffrentes des produits de mme composition mais de plus forte taille. Lre des nanomatriaux et des nanotechnologies nous promet des dveloppements et des perces scientifiques majeures qui affecteront de faon permanente le quotidien de chacun dans un avenir rapproch. Plusieurs de ces produits sont dj utiliss et de nombreux organismes estiment un march mondial annuel de lordre de 1 000 milliards de dollars amricains ds 2015. Bienvenue dans le nanomonde o tout se passe lchelle du nanomtre (nm), soit le milliardime de mtre (10-9 m).

    Les nanotechnologies couvrent un large domaine multidisciplinaire o les activits de recherche et dimplantation industrielle se sont dveloppes extrmement rapidement au niveau mondial au cours de la dernire dcennie. Des physiciens, chimistes, biologistes, ingnieurs, lectroniciens et divers spcialistes des matriaux, de procds et dapplications travaillent conjointement sur des objets de dimensions nanomtriques. Les nanoparticules peuvent tre produites par toute une srie de procds chimiques, physiques ou biologiques parmi lesquels certains sont totalement nouveaux et innovateurs alors que dautres existent depuis fort longtemps.

    En effet, de nouvelles technologies permettent de construire des matriaux, atome par atome, ce qui leur confre souvent des proprits fort diffrentes des matriaux usuels. Les nanoparticules et les nanotechnologies ne reprsentent pas uniquement une autre tape vers la miniaturisation. cette chelle, le comportement des particules est domin par les effets quantiques. Celles-ci peuvent tre confines dans une petite structure, prsenter de grandes fractions surfaciques et dmontrer toute une srie de phnomnes et de proprits uniques, non rencontrs chez les matriaux de plus grande taille.

    Une synthse des connaissances existantes simpose

    Lobjectif principal de ce bilan consiste produire une synthse des connaissances scientifiques actuelles sur les nanoparticules en portant une attention particulire aux risques la sant et aux moyens de prvention de lexposition des travailleurs qubcois aux nanoparticules produites selon de nouvelles approches. Cette revue inclut les nouvelles nanoparticules (nanotubes de carbone, fullernes, puits quantiques, nanopigments de dioxyde de titane, certains mtaux de dimensions nanomtriques) mais exclut les produits de dimensions nanomtriques issus de la combustion lors de diffrents procds industriels (missions de moteurs diesel, fumes de soudage, fumes de divers procds industriels) de mme que les produits de dimensions nanomtriques dj fabriqus grande chelle telles les fumes de silice.

    Le dveloppement de nouveaux produits

    La recherche visant la production, la mise en march et lutilisation de nouveaux nanomatriaux est excessivement importante et reprsente des objectifs stratgiques de dveloppement conomique durable, notamment en Asie, en Europe, aux tats-Unis, au Canada et au Qubec. Les utilisations potentielles des nanoparticules sont prvoir dans des secteurs dactivits trs diversifis allant du domaine biomdical llectronique, en passant par la mtallurgie, lagriculture, le textile, les revtements, les cosmtiques, lnergie, les catalyseurs, etc. Des matriaux anti-corrosion, des vitres

  • IRSST- Les nanoparticules : connaissances actuelles sur les risques et les mesures de prvention en SST

    Ostiguy et al., fvrier 2006 iii

    autonettoyantes, des mdicaments dlivrs directement au site atteint ou des peintures anti-graffitis ne reprsentent que quelques exemples des applications possibles.

    Des centaines de travailleurs qubcois dj potentiellement exposs

    Le Qubec compte environ 200 professeurs-chercheurs actifs dans ce domaine et plus de 1000 tudiants rpartis dans presque toutes les universits et certains cgeps ainsi que dans plusieurs centres de recherche. La majorit de ces personnes sont potentiellement exposes des nanoparticules. Environ une quarantaine dentreprises qubcoises oeuvrent actuellement dans la production des nanomatriaux ou sont en phase de dmarrage, ce qui est quatre fois plus quil y a deux ans peine. De plus, il faut tenir compte que le Qubec importe des nanoparticules dans diffrents domaines, dont le textile, o des travailleurs-utilisateurs sont dj exposs.

    Les principaux effets la sant

    Quoique la R-D visant le dveloppement de nouveaux produits, limplantation industrielle et la mise en march soit en bullition depuis plus dune dcennie, les efforts de recherche visant la comprhension des effets sur la sant suite des expositions professionnelles ou des risques que posent les nanoparticules la scurit du travail sont beaucoup moins avancs. Nanmoins, un certain corpus de connaissances dmontre clairement une plus grande toxicit des particules nanomtriques comparativement aux particules plus grosses, de dimensions micromtriques et ce, pour une mme substance. Ces donnes soutiennent ainsi certaines recommandations de traiter les nanoparticules dune certaine substance comme un nouveau produit ayant sa propre toxicit.

    La principale voie dabsorption en milieu de travail demeure la voie respiratoire, comme pour les autres poussires. Les tudes toxicologiques dmontrent clairement que la trs petite taille des nanoparticules est un lment-cl au niveau de la toxicit, surtout au niveau des particules non ou peu solubles. Premirement, le site de dposition pulmonaire variera beaucoup en fonction de la granulomtrie de la particule. Ainsi, aucune particule de 1 nm natteindra les alvoles pulmonaires, le tout se dposant au niveau des sites suprieurs des poumons. Les particules de 5 nm se dposeront de faon relativement uniforme au niveau du nez et du pharynx, de la trache et des bronches et finalement au niveau des alvoles. Les nanoparticules de 20 nm se dposeront plus de 50 % au niveau alvolaire. Deuximement, les tudes toxicologiques ont dmontr que la toxicit dune nanoparticule tait relie la surface de la particule et non sa masse. Troisimement, les proprits de surface, la capacit induire des radicaux libres ou librer certains ions peuvent galement influer substantiellement sur la toxicit. Plusieurs effets pulmonaires ont t documents dont la capacit de certaines nanoparticules induire des granulomes pulmonaires. Les donnes actuellement disponibles semblent indiquer par ailleurs que labsorption cutane serait relativement limite.

    La translocation, cest--dire la capacit se dplacer vers dautres sites dans lorganisme, est une autre caractristique importante des nanoparticules insolubles. En effet, celles-ci russissent franchir lpithlium pulmonaire et se rendre aux sites interstitiels puis au systme sanguin qui peut ainsi les distribuer partout dans lorganisme. Ces particules peuvent galement se rendre directement au cerveau, entre autre, via le nerf olfactif pour les nanoparticules captes au niveau nasal. Les nanoparticules peuvent galement franchir les barrires intestinales, cellulaires et placentaires. Dailleurs, dans le domaine pharmaceutique, on fonde beaucoup despoirs thrapeutiques sur le fait que certaines nanoparticules peuvent franchir la barrire hmato-encphalique et pntrer directement dans le cerveau.

    Certaines nanoparticules modifient les paramtres sanguins et saccumulent dans certains organes dont le foie et la rate. Par ailleurs, des tudes pidmiologiques dmontrent une corrlation significative entre le taux de dcs par maladies cardio-respiratoires et la teneur en particules de dimensions nanomtriques lors dpisodes de pollution atmosphrique.

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    Ostiguy et al., fvrier 2006 iv

    Lvaluation quantitative du risque la sant des travailleurs

    Le manque important de connaissances scientifiques nous met en prsence dune grande incertitude relativement aux risques poss par les nanoparticules. Actuellement, quoique de nombreux effets toxiques aient t dmontrs chez lanimal, une valuation quantitative du risque sur lun ou lautre des nouveaux nanomatriaux est peu prs impossible raliser. Nanmoins, les recherches en toxicologie sorganisent et plusieurs rsultats sont dj publis. Un rapport IRSST (Ostiguy et al.,2006) regroupe le dtail de lensemble des connaissances toxicologiques rpertories spcifiques aux nanoparticules.

    La synthse des nanoparticules

    Les nouvelles nanoparticules sont principalement synthtises selon quatre grandes approches : en phase gazeuse, par dposition de vapeurs, par chimie des solutions et par broyage. Plusieurs procds de production de nanoparticules sont relativement semblables aux procds de production chimiques existants.

    Les limites des connaissances actuelles

    En regard de lestimation des risques la sant et la scurit du travail associs aux nanoparticules, les informations actuellement disponibles permettent de conclure que :

    les quatre principaux procds de production peuvent conduire une exposition professionnelle par voies pulmonaire, cutane ou par ingestion;

    les procds en phase vapeur offrent le plus grand potentiel dexposition pendant ltape de la synthse des nanoparticules. Par contre, tous les procds peuvent conduire lexposition du travailleur par les trois voies dabsorption pendant les tapes de rcupration, densachage et de manipulation des poudres qui sont souvent sous forme de nanoparticules agglomres les unes aux autres;

    pour viter lagrgation des particules, plusieurs procds auront une tape post-synthse visant modifier la surface de la particule, souvent en la recouvrant dune autre substance organique ou inorganique; cette opration a un impact sur la toxicit de la nanoparticule;

    les outils actuels dvaluation de lexposition des travailleurs normalement utiliss en hygine industrielle sont mal adapts lapplication aux nanoparticules en milieu de travail. Il nest actuellement pas possible destimer lexposition des chercheurs, tudiants et travailleurs partir de donnes de la littrature. Les quelques donnes disponibles suggrent que les expositions peuvent tre substantielles lors de la manipulation des poudres;

    les connaissances scientifiques actuelles sur la toxicit des nanoparticules sont insuffisantes pour pouvoir faire une valuation quantitative du risque.

    cause de leur grande surface spcifique, plusieurs nanoparticules offrent un important potentiel de ractivit pouvant conduire des incendies ou des explosions et des mesures spcifiques de prvention doivent tre mises en place afin dviter de tels vnements.

    Dailleurs, plusieurs organismes de recherche en sant et scurit du travail et en environnement, tels NIOSH et EPA aux tats-Unis de mme que le HSE en Angleterre ou lINRS en France, ralisent actuellement des recherches afin de dvelopper de nouvelles connaissances permettant ventuellement de faire des valuations quantitatives de risque pour lexposition des travailleurs.

    Pour bien comprendre les effets de lexposition aux nanoparticules chez lhomme, beaucoup de recherches sont requises. Elles devraient permettre dlucider plusieurs lacunes majeures :

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    Ostiguy et al., fvrier 2006 v

    a) les connaissances actuelles sur la toxicit et les voies dabsorption de ces produits sont trs limites;

    b) les outils permettant dvaluer lexposition professionnelle doivent tre adapts aux caractristiques de mesure requis en fonction de la toxicit des nanoparticules;

    c) les expositions relles doivent tre mesures;

    d) lefficacit des moyens de contrle et des quipements de protection personnelle doit tre value.

    La prvention : un aspect essentiel mettr...

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