Dossier Nanomatériaux INRS – Juin 2009

Les nanomatériaux Les nanotechnologies ouvrent à l'industrie des perspectives nombreuses et variées. L'émergence de ces nouvelles technologies et la prise en compte des particules ultra-fines émises lors de certains procédés industriels mènent à se poser la question des risques encourus lors de l'exposition professionnelle. S'il est trop tôt pour donner des réponses définitives, il est nécessaire de mettre en commun les connaissances, notamment en termes de risques pour la santé, de métrologie et de protection des travailleurs. En attendant l'avancée des études, il est recommandé d'appliquer le principe de précaution et de rechercher le niveau d'exposition le plus bas possible.

Généralités

Nanotechnologies Les nanotechnologies reposent sur la connaissance et la maîtrise de l’infiniment

petit. Elles constituent un champ de recherche et de développement multidisciplinaire impliquant la fabrication de nouveaux matériaux et de nouveaux dispositifs à partir d’outils ou de techniques permettant de structurer la matière au niveau atomique, moléculaire ou supramoléculaire. Les échelles caractéristiques des nanotechnologies vont de 1 à 100 nanomètres. Les nanotechnologies sont la formalisation des concepts et des procédés issus des nanosciences (sciences qui visent à comprendre les propriétés de la matière à l’échelle nanométrique) en vue de multiples applications. L’unité de référence du monde des nanotechnologies est donc le nanomètre (nm). Le

préfixe nano vient du grec nannos qui signifie nain. Un nanomètre est une unité de mesure qui équivaut à un milliardième de mètre (1 nm = 10-9 m = 0,000 000 001 m). Un nanomètre correspond environ à la taille de 4 atomes de silicium mis côte à côte, à 1/100 de la largeur d'une molécule d'ADN, à 1/50 000 de l'épaisseur d'un cheveu humain ou encore à 1/500 000 de l’épaisseur du trait d’un stylo à bille.

Du visible à l’invisible

A de telles dimensions, la matière acquiert des propriétés inattendues et souvent totalement différentes de celles des mêmes matériaux à l’échelle micro ou

macroscopique, notamment en terme de résistance mécanique, de réactivité chimique, de conductivité électrique ou de fluorescence. Les nanotechnologies conduisent donc à l’élaboration de matériaux dont les propriétés fondamentales (chimiques, physiques, thermiques, optiques, biologiques, mécaniques, magnétiques, etc.) peuvent être modifiées : il convient de les considérer comme de nouvelles substances chimiques. Par exemple, l’or est totalement inactif à l’échelle

micrométrique alors qu’il devient un excellent catalyseur lorsqu’il prend des

dimensions nanométriques. Toutes les grandes familles de matériaux sont concernées : les métaux, les céramiques, les diélectriques, les oxydes magnétiques, les polymères, les carbones, etc.

Nano-objets Les nanomatériaux sont des matériaux composés ou constitués pour tout ou partie de nano-objets qui leur confèrent des propriétés améliorées ou spécifiques de la dimension nanométrique. Parmi les nano-objets, il est possible de distinguer trois grandes familles :

les nanoparticules ou particules ultra-fines (PUF) dont aucune des dimensions n’est supérieure à 100 nm. L’appellation « nanoparticules » est plutôt réservée aux particules manufacturées et destinées à des usages industriels, que ce soit des nanoparticules connues et produites depuis déjà plusieurs années et dont les tonnages sont élevés comme le dioxyde de titane ou la silice (ils représentent 95 % du marché des nanoparticules) ou des nanoparticules nouvelles comme les fullerènes. Les nanoparticules peuvent se présenter sous la forme de poudre, de suspension, de solution ou de gel. L’appellation « particules ultra-fines » se réfère davantage aux particules présentes depuis toujours dans l’environnement, comme

les fumées de volcan, et anciennes dans le monde du travail, comme les émissions secondaires liées à certains procédés industriels (sous-produits de procédés mécaniques, thermiques : fumées de soudage, émissions diesel, etc.). les nanofibres, les nanotubes, les nanofilaments et les nanobâtonnets dont

une des dimensions est supérieure à 100 nm. Ces termes sont généralement, employés pour désigner des nano-objets longilignes dont les dimensions vont de 1 à quelques dizaines de nanomètres pour la section et de 500 à 10 000 nanomètres pour la longueur. les nanofilms, les nanocouches et les nanorevêtements dont deux des

dimensions sont supérieures à 100 nm.

Nanomatériaux Les nano-objets peuvent être utilisés soit en tant que tels, soit en vue d’élaborer de nouveaux matériaux nommés nanomatériaux et habituellement regroupés en trois catégories :

les matériaux nanochargés ou nanorenforcés. Ces matériaux sont élaborés par incorporation de nano-objets dans une matrice organique ou minérale afin d’apporter une nouvelle fonctionnalité ou de modifier des propriétés mécaniques, optiques, magnétiques ou thermiques. Les nanocomposites en sont un exemple. Divers nano-objets sont déjà utilisés dans de nombreuses applications industrielles comme par exemple :

les fumées de silice dans le béton, pour améliorer sa fluidité et ses propriétés mécaniques, l’alumine destinée au polissage des disques durs en microélectronique, le noir de carbone utilisé dans les encres d’imprimante et les pneumatiques, les pigments colorés organiques et minéraux incorporés dans les peintures et

les vernis, le dioxyde de titane utilisé comme protection au rayonnement ultraviolet

dans les crèmes solaires. les matériaux nanostructurés en surface. Ces matériaux sont recouverts soit

d’une ou plusieurs nanocouches, soit de nanoparticules qui forment un

revêtement bien défini, permettant de doter la surface de propriétés (résistance à l’érosion, résistance à l’abrasion, hydrophilie, etc.) ou de fonctionnalités

nouvelles (adhérence, dureté, aspect, etc.). De tels revêtements existent déjà, par exemple pour colorer des emballages en verre, apporter une fonction autonettoyante ou renforcer la surface de polymères. les matériaux nanostructurés en volume. Ces matériaux possèdent une

structure intrinsèque nanométrique (microstructure, porosité, réseau nanocristallin, etc.) qui leur confère des propriétés physiques particulières. Les nano-objets sont, dans ce cas, les éléments constitutifs du matériau massif.

Quelques exemples de nano-objets et de nanomatériaux Nanocristaux fluorescents

Le séléniure de cadmium (CdSe) est un matériau fluorescent. Lorsqu’il est préparé sous la forme de grains

nanométriques (nanocristaux), des effets quantiques apparaissent en raison des faibles dimensions des grains. Eclairés en ultraviolets, les nanocristaux émettent une lumière dont la couleur change en fonction de leur dimension (cette couleur est, par exemple, respectivement bleue et rouge pour des tailles de grains de 2 nm et 5 nm). Ces matériaux peuvent être utilisés pour le marquage moléculaire c’est-à-dire pour jouer le rôle de sonde fluorescente et suivre à la trace les réactions chimiques ou les processus biologiques dans les cellules vivantes. D’autres nanocristaux fluorescents ont été élaborés.

Nanocristaux semi-conducteurs (également nommés quantum dots) de type séléniure de cadmium

Nanotubes de carbone

Les nanotubes de carbone se divisent en 2 catégories : les nanotubes monofeuillet (SWNT : Single Wall Carbon Nanotubes) et les nanotubes multifeuillets (MWNT : Multi Wall Carbon Nanotubes).

Découverts il y a une quinzaine d’années, les nanotubes de carbone

constituent, avec d’autres molécules

nommées fullerènes, la troisième forme cristalline du carbone (les 2 premières étant le graphite et le diamant). La structure d’un nanotube

de carbone peut être représentée par un ou plusieurs feuillets de graphite (atomes de carbone disposés en réseau hexagonal plan à l’image d’un nid

d’abeilles) enroulés sur eux-même, ou les uns autour des autres, et qui peuvent être fermés à leurs extrémités par une demi-sphère. Le diamètre interne d’un nanotube de carbone est

de l’ordre de quelques nanomètres et

sa longueur peut atteindre plusieurs micromètres (ils peuvent être considérés comme des fibres).

De par leur structure très simple et très stable, les nanotubes de carbone possèdent des propriétés physiques, mécaniques et électriques remarquables (excellentes conductivités thermique et électrique, résistance mécanique élevée : un nanotube de carbone est 100 fois plus résistant et 6 fois plus léger que l’acier) qui induisent des

applications nombreuses et prometteuses. Les nanotubes de carbone peuvent ainsi

être utilisés pour élaborer des matériaux composites haute performance, des polymères conducteurs ou encore des textiles techniques. Ils sont déjà employés dans les domaines des équipements sportifs (vélos, raquettes de tennis, etc.), de l’aéronautique, de l’automobile, de la défense, de la médecine, etc. La poudre de

nanotubes en vrac présente également des applications potentielles multiples comme le stockage de l’hydrogène et la fabrication de batteries pour les voitures électriques. Revêtements nanomodifiés

Goutte d'eau millimétrique sur un substrat texturé hydrophobe : la goutte garde la forme d'une perle. La texture est un réseau de plots régulièrement organisés, ce qui confère au matériau ses couleurs.

Inspirés du monde végétal, des revêtements nanomodifiés sont actuellement en cours de développement. La surface de la feuille de lotus est recouverte par des nanocristaux de cire qui forment un réseau de minuscules piliers semblable à une planche cloutée. Les gouttes d’eau ne peuvent pas mouiller la

surface et demeurent sphériques sans s’étaler car elles sont soutenues par ces

piliers. De même, les grains de poussière n’adhèrent pas et sont

emportés à la première pluie. Fabriquer par biomimétisme de telles surfaces artificielles à l’aide de

nanomatériaux est un enjeu industriel considérable tant les applications sont nombreuses : vitres anti-salissures, peintures faciles à lessiver, revêtements antibactériens, etc.

Développement et production

Enjeux économiques Les économistes considèrent que les nanotechnologies pourraient être à l’origine d’une nouvelle

révolution industrielle pour le XXIe siècle. Les enjeux économiques liés à l’avènement

des nanotechnologies sont considérables : le revenu mondial généré était supérieur à 40 milliards d’euros en 2001, selon

la Commission européenne, et est estimé à plus de 700 milliards d’euros pour 2008. Il devrait atteindre 1 000 milliards d’euros par an vers 2010-2015. Cet essor pourrait engendrer l’emploi direct de plus de 2

millions de personnes.

Des budgets colossaux sont donc dédiés aux nanotechnologies à travers le monde, notamment aux Etats-Unis, en Europe et au Japon. La recherche mondiale (plus de 30 pays) y a consacré un budget supérieur à 4 milliards de dollars en 2005, alors que celui-ci ne dépassait pas 450 millions de dollars en 1997. Le 7e programme cadre de recherche et développement (PCRD) financé par l’UE et qui débute en 2007 va

consacrer un budget d’environ 3,5 milliards d’euros aux nanotechnologies. En France, l’Agence nationale de la recherche (ANR) considère les

nanotechnologies comme étant un secteur prioritaire : le capital investi dans la recherche fondamentale en 2005 était de 184 millions d’euros et implique plus

de 200 laboratoires et 1 200 chercheurs.

D’après la Business Communications Company, la part des nanotechnologies

utilisées pour la production de produits de consommation au niveau mondial est estimée à 6,7 milliards de dollars en 2005 et devrait atteindre 10,5 milliards de dollars en 2010. Le marché des produits finis liés aux nanotechnologies était supérieur à 800 milliards de dollars en 2004 et devrait dépasser les 950 milliards de dollars en 2010. Les nanoparticules représentent plus de 90 % de ce marché. Une étude du Small Times Magazine a identifié dans le monde plus de 1 600 entreprises actives dans les nanotechnologies, avec plus de 700 produits déjà commercialisés.

Procédés de fabrication de nano-objets et de nanomatériaux

Les nano-objets et les nanomatériaux manufacturés et destinés à des usages industriels peuvent être synthétisés selon deux approches différentes. On différencie la méthode dite « ascendante » (en anglais bottom-up) de la méthode dite « descendante » (top-down).

L’approche « ascendante » vient des laboratoires de recherche et des nanosciences. Elle consiste à construire les nano-objets et les nanomatériaux atome par atome, molécule par molécule ou agrégat par agrégat. L’assemblage ou

le positionnement des atomes, des molécules ou des agrégats s’effectue de façon

précise, contrôlée et exponentielle, permettant ainsi l’élaboration de matériaux

fonctionnels dont la structure est complètement maîtrisée. L’approche « descendante » est issue de la microélectronique. Elle consiste à

réduire et plus précisément à miniaturiser les systèmes actuels en optimisant les technologies industrielles existantes. Les dispositifs ou les structures sont ainsi graduellement sous-dimensionnés ou fractionnés jusqu’à atteindre des

dimensions nanométriques.

Les 2 approches d’élaboration des nano-objets et des nanomatériaux manufacturés Les deux approches tendent à converger en terme de gamme de tailles des objets. L’approche « bottom-up » semble néanmoins plus riche en termes de type de matière, de diversité d’architecture et de contrôle de l’état nanométrique alors que

l’approche « top-down » permet d’obtenir des quantités de matière plus importantes

mais le contrôle de l’état nanométrique s’avère plus délicat. Les procédés actuels permettant la fabrication de nano-objets ou de nanomatériaux sont classés en trois grandes catégories :

procédés par voie physique :

l’évaporation/condensation, l’ablation laser, la décharge électrique, les flammes de combustion, la pyrolyse laser, les micro-ondes, l’irradiation ionique ou électronique, la décomposition catalytique, les dépôts physiques en phase vapeur regroupés sous le terme de PVD

(Physical Vapor Deposition), etc. procédés par voie chimique :

les réactions en phase vapeur regroupées sous le terme de CVD (Chemical

Vapor Deposition), les réactions en milieu liquide : co-précipitation chimique, hydrolyse, etc., les réactions en milieu solide, les fluides supercritiques avec réaction chimique, les techniques sol-gel : sol-gel à base de silice, alkoxyde de métal, etc.

procédés par voie mécanique :

le broyage à haute énergie ou mécano-synthèse, la consolidation et la densification, les techniques de forte déformation : torsion, friction, laminage, etc.

L’approche « ascendante » fait appel à des procédés d’élaboration chimiques et

physiques alors que l’approche « descendante » induit, principalement, l’utilisation

de méthodes mécaniques.

Sources d’émissions secondaires de particules ultra-fines Les particules ultra-fines sont émises non intentionnellement lors de certains procédés industriels, notamment lors de procédés thermiques ou mécaniques et lors de combustions.

Sources potentielles d’émissions secondaires de PUF Type de procédé Exemples de sources d’émission

Procédés thermiques

Fonderie et affinage des métaux (acier, aluminium, fer, etc.), Métallisation (galvanisation, etc.) Soudage et gougeage Coupage de métaux (laser, torche thermique, etc.) Traitement thermique de surface (laser, projection thermique,

etc.) Application de résines, de cires, etc.

Procédés mécaniques

Usinage Ponçage Perçage Polissage

Combustion

Emissions de moteur diesel, essence ou gaz Centrale d’incinération, thermique, crémation Fumage de produits alimentaires Chauffage au gaz

Secteurs d’activité concernés

L’éventail des applications suggère que le risque d’exposition professionnelle aux

nano-objets et aux nano-matériaux est déjà une réalité dans les nombreux secteurs d’activité concernés par la fabrication et l’utilisation de nanoparticules, de

nanotubes, de nanopoudres ou encore de nanocomposites.

Applications utilisant les nanotechnologies, par secteur d’activité Secteur d’activité Exemples d’applications actuelles et envisagées

Automobile, aéronautique et espace

matériaux renforcés et plus légers ; peintures extérieures avec effets de couleur, plus brillantes, antirayures, anticorrosion et antisalissures ; capteurs optimisant les performances des moteurs ; détecteurs de glace sur les ailes d’avion ; additifs pour diesel permettant une meilleure combustion ; pneumatiques plus durables et recyclables

Electronique et communications

mémoires à haute densité et processeurs miniaturisés ; cellules solaires ; bibliothèques électroniques de poche ;

ordinateurs et jeux électroniques ultra-rapides ; technologies sans fil ; écrans plats

Chimie et matériaux

pigments ; poudres céramiques ; inhibiteurs de corrosion ; catalyseurs multi-fonctionnels ; vitres antisalissures et autonettoyantes ; textiles et revêtements antibactériens et ultrarésistants ; membranes pour la séparation des matériaux (traitement de l’eau) ; couches ou multicouches fonctionnelles : isolation thermique

Pharmacie, biomédical et biotechnologie

médicaments et agents actifs ; surfaces adhésives médicales anti-allergènes ; médicaments sur mesure délivrés uniquement à des organes précis ; surfaces bio-compatibles pour implants ; vaccins oraux ; régénération des os et des tissus ; kits d'autodiagnostic

Cosmétique crèmes solaires transparentes ; pâtes à dentifrice plus abrasives ; maquillage et notamment rouge à lèvres avec une meilleure tenue

Santé

appareils et moyens de diagnostic miniaturisés et nanodétection ; tissus et implants munis de revêtements améliorant la biocompatibilité et la bioactivité ; capteurs multi-fonctionnels ; analyses d’ADN ; membranes pour dialyse ; destruction de tumeurs par chauffage ; thérapie génique : nanovecteurs pour transfert de gènes ; microchirurgie et médecine réparatrice : nano-implants et prothèses

Energie

cellules photovoltaïques nouvelle génération ; nouveaux types de batteries ; fenêtres intelligentes ; matériaux isolants plus efficaces ; photosynthèse artificielle (énergie « verte ») ; entreposage d’hydrogène combustible

Environnement et écologie

diminution des émissions de dioxyde de carbone ; production d’eau ultrapure à partir d’eau de mer ; pesticides et fertilisants plus efficaces et moins dommageables ; couches non toxiques fonctionnelles de capteurs pour la dépollution environnementale ; récupération et recyclage des ressources existantes ; analyseurs chimiques spécifiques

Défense

détecteurs et correcteurs d’agents chimiques et

biologiques ; systèmes de surveillance miniaturisés ; systèmes de guidage plus précis ; textiles légers et qui se réparent d’eux mêmes

Secteur manufacturier

ingénierie de précision pour la production de nouvelles générations de microscopes et d'instruments de mesure et de nouveaux outils pour manipuler la matière au niveau atomique

Exposition professionnelle aux nano-objets et aux nanomatériaux

On distingue deux types d’expositions professionnelles :

L’exposition liée à des procédés dont la finalité n’est pas la production de nano-objets mais dont la mise en œuvre en génère (PUF). L’exposition liée à la fabrication et à l’utilisation intentionnelle de nano-objets et

de nanomatériaux. Toutes les étapes de la production - de la réception et de

l’entreposage des matières premières jusqu’au conditionnement et à l’expédition

des produits finis, en passant par le transfert éventuel de produits intermédiaires - peuvent exposer les salariés aux nano-objets et aux nanomatériaux. La nature des nano-objets (poudre, suspension dans un liquide, gel, etc.), les méthodes de synthèse utilisées (procédé en phase gazeuse ou en phase liquide), le degré de confinement des différentes étapes et la capacité des produits à se retrouver dans l’air ou sur les surfaces de travail constituent les principaux

paramètres qui influent sur le degré d’exposition. De même, l’utilisation et

plus précisément la manipulation, l’incorporation dans diverses matrices et

l’usinage (découpe, polissage, nettoyage, perçage, etc.) de nano-objets et de nanomatériaux constituent des sources d’exposition supplémentaire.

Sources d’expositions professionnelles aux nano-objets : Fabrication, manipulation, transfert, conditionnement et stockage des produits Nettoyage, entretien et maintenance des équipements et des locaux Traitement des déchets Opérations sur les nanomatériaux (découpe, usinage, etc.)

Risques pour la santé Peu de connaissances sont actuellement disponibles sur la toxicité pour l’homme des

nano-objets et des nanomatériaux. La plupart des données proviennent d’études réalisées

sur cellules ou chez l’animal. Cependant, il a déjà été démontré que les composantes particulaires ultra-fines de la pollution atmosphérique émise notamment par les usines et les moteurs diesel présentent des propriétés toxiques qui sont susceptibles d’avoir des effets néfastes sur la santé humaine (pathologies allergiques respiratoires – rhinite, asthme, bronchite – et troubles cardiovasculaires – notamment chez les personnes fragilisées). Ces propriétés spécifiques pourraient s’appliquer aux nano-objets manufacturés. Par ailleurs, il a été clairement établi que les objets de taille nanométrique présentent une toxicité différente de celle des mêmes composés sous forme micro ou macroscopique.

Voies de pénétration dans l’organisme Les nano-objets peuvent pénétrer dans l’organisme humain par 3 voies : respiratoire, cutanée et digestive. L’appareil respiratoire constitue la voie majeure de pénétration des nano-objets et notamment des nanoparticules et des nanofibres dans l’organisme humain. Une pénétration d’autant plus importante que l’individu pratique une activité

physique ou présente des fonctions pulmonaires altérées (asthme, bronchite…). Les

nanoparticules et les nanofibres, une fois inhalées, peuvent soit être exhalées, soit se déposer dans les différentes régions de l’arbre respiratoire que sont les voies

aériennes supérieures (les fosses nasales, la bouche, le pharynx et le larynx), l’arbre

trachéo-bronchique (la trachée, les bronches et les bronchioles) et les alvéoles pulmonaires. Ce dépôt n’est généralement pas uniforme dans l’ensemble des voies

respiratoires : il varie considérablement en fonction du diamètre, des degrés d’agrégation et d’agglomération ainsi que du comportement dans l’air des nano-objets. Les particules de diamètre compris entre 10 et 100 nm se déposent ainsi majoritairement dans le poumon profond (dans les alvéoles pulmonaires), dans une proportion nettement supérieure à celle des particules micrométriques. Les

particules plus petites, quant à elles, se déposent principalement dans les voies aériennes supérieures et dans une moindre mesure, dans la région trachéo-bronchique.

Dépôt total et régional chez l’homme, en fonction du diamètre des particules inhalées Les nano-objets peuvent, également, se retrouver dans le système gastro-intestinal après avoir été ingérés ou après déglutition lorsqu’ils ont été inhalés. La pénétration transcutanée des nano-objets est une hypothèse encore à l’étude.

Les études réalisées sur le sujet divergent et ne permettent pas de conclure quant au potentiel d’absorption cutanée des nano-objets. Cependant, il a été démontré que les nano-objets sont capables de pénétrer plus profondément que les objets micrométriques (qui restent généralement à la surface des couches supérieures de l’épiderme) et d’autant mieux que leur taille est réduite. Les propriétés de surface et l’élasticité des nano-objets ainsi que le sébum, la sueur, les pores, les irritations locales (égratignures, eczéma…) et les flexions répétées de la peau sont également

des facteurs qui pourraient favoriser la pénétration percutanée des nano-objets.

Devenir dans l’organisme et effets potentiels sur la santé La toxicité des nano-objets inhalés dépend en partie de leur dépôt dans l’arbre

respiratoire (région, quantité…) mais également de la capacité de ce dernier à les éliminer partiellement ou totalement (processus de clairance). Deux procédés sont impliqués :

l’élimination chimique, qui consiste en la dissolution de nano-objets solubles dans les fluides biologiques. Les processus d’élimination chimique se produisent dans toutes les régions du système respiratoire. l’élimination physique, qui consiste au transport des nano-objets non solubles

ou peu solubles vers un ou plusieurs autres sites de l’organisme et en particulier

vers la bouche et le nez. Les mécanismes impliqués dans l’élimination physique

diffèrent selon les régions du système respiratoire considérées. Les nano-objets insolubles qui se déposent dans les voies aériennes supérieures et dans l’arbre

trachéo-bronchique sont principalement éliminés par transport muco-ciliaire en direction du nez et de la bouche. Ils peuvent alors être soit déglutis (et accéder au système digestif) ou soit être rejetés vers l’extérieur (éternuement, mouchage).

Au niveau des alvéoles pulmonaires, ce sont généralement des cellules immunitaires épuratrices nommées macrophages qui prennent en charge l’élimination des nano-objets insolubles par un mécanisme de digestion appelé phagocytose. Cependant, plusieurs études semblent indiquer que les nano-objets individuels, c’est-à-dire non agrégés et non agglomérés, ne sont pas phagocytés de façon efficace par les macrophages. Il peut en résulter une accumulation importante de nano-objets dans les alvéoles pulmonaires ainsi qu’une plus grande

interaction avec les cellules de ces alvéoles. Cette surcharge est susceptible de causer une inflammation pouvant conduire au développement de certaines pathologies pulmonaires.

100 000 fois plus petits que les cellules du corps humain, les nano-objets inhalés ou ingérés sont de surcroît capables, contrairement aux autres poussières, de franchir les barrières biologiques : nasale, bronchique, alvéolaire, intestinale et placentaire et de migrer vers différents sites de l’organisme (processus de translocation). Les nano-objets peuvent ainsi rejoindre les tissus interstitiels du poumon et passer dans le sang et la lymphe. Ils peuvent alors atteindre divers organes notamment les plus irrigués comme le foie, le cœur ou la rate dans lesquels ils pourraient causer des dommages variés. Ils peuvent également traverser la muqueuse nasale et être transportés via les nerfs jusqu’au cerveau. La diffusion et l’accumulation de nano-objets inhalés ou ingérés dans l’ensemble de

l’organisme pourrait jouer un rôle majeur dans le développement de certaines pathologies cardiaques ou du système nerveux central.

Effets potentiels des nano-objets inhalés

Principaux facteurs responsables des effets toxicologiques Les nano-objets sont des structures complexes : chacun possède un potentiel de toxicité qui lui est propre. Les nano-objets présentent ainsi une toxicité spécifique liée à l’intervention parfois prédominante de paramètres physiques comme la taille,

le nombre ou la surface. Il convient cependant de ne pas négliger la nature chimique de la substance qui joue un rôle de première importance. Les nano-objets présentent donc, a priori, deux types de risques objectifs : les risques classiques liés au fait que si les nano-objets sont constitués de

matières toxiques ils peuvent au moins exposer l’homme aux mêmes risques que

la même quantité de matière sous forme micro ou macroscopique, les risques spécifiques induits notamment par la taille même des nano-objets et

par leur réactivité de surface. Les principaux facteurs qui déterminent les effets toxicologiques des nano-objets sur l’organisme sont les suivants :

facteurs liés à l’exposition : voies de pénétration dans l’organisme, importance

et durée de l’exposition, facteurs liés à l’organisme exposé : susceptibilité individuelle, pratique d’une

activité physique, sites de dépôt, évolution et translocation des nano-objets après pénétration dans l’organisme, facteurs liés aux nano-objets : plusieurs caractéristiques physico-chimiques

sont également impliquées dans le degré de toxicité des nano-objets (voir tableau ci-dessous).

Facteurs liés aux nano-objets qui déterminent leur toxicité

Composition chimique

La nature des nano-objets (notamment métallique), ainsi que la présence de composés chimiques (comme les hydrocarbures aromatiques polycycliques et les métaux de transition : fer, nickel, etc.) adsorbés sur leur surface, sont susceptibles d’influer sur leur toxicité. En effet, les

métaux de transition interviennent dans des réactions aboutissant à la formation d’espèces réactives de

l’oxygène qui ont un rôle essentiel dans le processus

d’inflammation.

Taille

Une diminution de la taille des particules ou des fibres favorise leur pénétration dans les cellules et leur migration via le sang ou les nerfs vers divers organes. Par ailleurs, la taille conditionne le site de dépôt des nano-objets, notamment lors des expositions par voie respiratoire et par voie digestive.

Surface

La « surface spécifique » d’une particule (exprimée en

m2/g) est inversement proportionnelle à sa taille. Or la réactivité chimique d’une particule dépend de sa surface.

Ainsi, une diminution de la taille des particules et des fibres induit une augmentation de leur surface spécifique et donc une augmentation de leur réactivité chimique. De plus, la surface des nano-objets joue un rôle fondamental dans les contacts et les interactions avec les différents tissus, cellules et fluides biologiques de l’organisme. Elle favorise également la pénétration de certaines substances dans l’organisme : celles-ci sont adsorbées et peuvent atteindre divers organes.

Nombre L’augmentation du nombre favorise la pénétration des

nano-objets dans les tissus de l’organisme, et notamment ceux du poumon.

Forme La toxicité semble être aggravée par la forme fibreuse ou filamenteuse des nano-objets. Les particules longues comme les nanotubes ou les nanofilaments seraient plus

toxiques que les particules sphériques de composition chimique identique.

Structure La cristallinité, pour les composés minéraux (comme la silice), peut contribuer à moduler les propriétés toxicologiques des nano-objets.

Solubilité La dissolution constitue une étape critique dans la détermination du devenir des nano-objets dans l’organisme humain.

Degrés d’agrégation et

d’agglomération

Dans les faits, les nanoparticules individuelles existent rarement. Aussitôt formées au cours des divers procédés, elles ont une tendance naturelle à s’unir de façon

irréversible pour donner naissance à des structures secondaires nommés agrégats. Sous certaines conditions, les agrégats peuvent à leur tour se lier pour former des structures tertiaires réversibles nommées agglomérats dont la taille peut atteindre plusieurs dizaines de micromètres. Ces deux phénomènes peuvent modifier le dépôt des nano-objets dans l’organisme, leur pénétration dans ou à

travers les cellules et leurs effets biologiques. Les méthodes de fabrication, les traitements de surface ainsi que le vieillissement sont également susceptibles d’influer sur la toxicité des nano-objets manufacturés. Les données toxicologiques actuelles, bien que souvent contradictoires, incitent à s’interroger sur les risques encourus suite à des expositions aux nano-objets, y compris pour des composés réputés inertes (sans effet spécifique) à l’échelle

micro et macroscopique. Un certain nombre d’études démontrent déjà

clairement que les objets nanométriques présentent une toxicité plus grande et sont à l’origine d’effets inflammatoires plus importants que les objets micro et

macroscopiques de même nature chimique.

Les études épidémiologiques En raison du caractère récent du secteur des nano-objets et des nanomatériaux manufacturés, il n’existe pas aujourd’hui d’étude épidémiologique publiée sur les

populations de travailleurs exposés. Dans les industries les plus anciennes, comme celles du dioxyde de titane ou du noir de carbone, plusieurs études de morbidité et de mortalité ont été effectuées. En février 2006, le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) a publié les résultats des réévaluations du potentiel cancérogène du noir de carbone et du dioxyde de titane. Il a confirmé pour le noir de carbone le classement établi en 1996 – à savoir cancérogène possible chez l’homme (catégorie 2B) – et a modifié pour le dioxyde de titane celui établi en 1989, qui passe ainsi de la catégorie 3 (classification impossible quant au pouvoir cancérogène pour les humains) à la catégorie 2B.

Métrologie A l’heure actuelle, il n’existe pas de méthode de mesure de l’exposition des personnes

aux aérosols ultra-fins qui fasse l’objet d’un consensus. Cependant, plusieurs techniques

s’avèrent pertinentes.

Quels indicateurs mesurer ? Dans une optique d’évaluation de l’exposition professionnelle par inhalation, il est essentiel de privilégier une caractérisation des particules dispersées dans l’air,

c’est-à-dire sur la phase aérosol. Un nanoaérosol peut être défini comme composé de nanoparticules dispersées dans l’air. Elles peuvent être soit sous une forme individuelle soit groupées en agrégats ou

en agglomérats. Le terme nanoaérosol est plutôt consacré aux nanoparticules manufacturées tandis que le terme aérosol ultra-fin désigne davantage les particules ultra-fines présentent dans les émissions secondaires (fumées, combustion etc.). Actuellement, compte tenu du niveau de connaissance encore insuffisant, il n’existe

pas de définition normative définissant la fraction de taille de l’aérosol devant être

mesurée. Toutefois, à ce jour, il est raisonnable de considérer la gamme submicronique (particules dont le diamètre est compris entre 1 nm et environ 1 000 nm) dès lors qu’il est question d’évaluer l’exposition professionnelle autour de procédés ou de manipulations mettant en œuvre des nanoparticules. Si les critères d’échantillonnage actuels (fractions inhalable, thoracique et alvéolaire)

représentent effectivement une amélioration dans le domaine de l’évaluation des expositions pour les aérosols en général, ils ne semblent pas satisfaisants pour le cas des nanoaérosols. En effet, ces critères de pénétration dans une région de l’arbre

respiratoire ne sont pas adaptés puisque cette approche peut conduire, dans certaines situations, à sous-estimer l’exposition et, par voie de conséquence, le risque pour la

santé. Il semble nécessaire, dans le cadre de l’évaluation de l’exposition

professionnelle, d’intégrer un critère de dépôt et non de pénétration dans un

compartiment respiratoire. En pratique, ceci peut être fait par le biais de mesurages adaptés des particules dispersées dans l’air (granulométrie, concentration)

et d’un calcul de dépôt à l’aide d’un modèle validé, comme le modèle de CIPR

(Commission internationale pour la protection radiobiologique). Outre les critères d’échantillonnage, l’exposition professionnelle aux aérosols est

classiquement définie par le biais de deux indicateurs que sont la masse et la composition chimique des particules. C’est pourquoi la valeur limite d’exposition

d’une substance s’exprime par une concentration en masse de particules (solides ou

liquides) en suspension dans l’air (mg/m3). La seule exception concerne les fibres, où

il s’agit d’une concentration en nombre. Les résultats des recherches sur la toxicité des nanoparticules démontrent que, pour les substances insolubles ou faiblement solubles, ces deux seuls indicateurs (masse et composition chimique) semblent être inappropriés. Même s’il n’existe encore aucune certitude, deux autres indicateurs d’exposition semblent devoir être mesurés : la surface et le nombre. En pratique, il s’agit de mesurer une concentration en surface (µm2/m

3) et/ou une concentration en nombre (/cm3). Globalement, l’approche actuelle d’évaluation de l’exposition professionnelle

déployée pour les aérosols en général ne semble pas être adaptée au cas des aérosols composés de nanoparticules insolubles ou faiblement solubles qui montrent des effets spécifiques liés à leur structure nanométrique.

Comment mesurer ? à l’heure actuelle, il n’y a pas de méthode de mesure qui soit stabilisée ou qui

fasse l’objet d’un consensus pour caractériser l’exposition professionnelle

autour de procédés ou d’opérations mettant en œuvre des nanoparticules. Néanmoins, un rapport technique ISO élaboré en 2006 par le comité « Qualité de l’air, atmosphères des lieux de travail » décrit des techniques disponibles à ce jour, et donne des lignes directrices concernant la mesure de l’exposition professionnelle. Des recherches sont en cours pour déterminer quel(s) indicateur(s) d’exposition

(masse, nombre ou surface) et quelle fraction de taille de l’aérosol devraient être, à

l’avenir, considérés pour évaluer l’exposition aux nanoparticules. La complexité et la

pluridisciplinarité de ces travaux impliquent que les résultats ne peuvent être raisonnablement attendus avant plusieurs années. C’est pourquoi, en attendant, une stratégie de prélèvement basée sur des mesures caractérisant différents paramètres complémentaires des nanoparticules devrait être déployée. En pratique, il s’agit de réaliser en parallèle des mesures à l’aide de différentes

techniques. Dans une première étape, il est crucial de pouvoir repérer la (ou les) source(s) d’émission(s) probable(s) des nanoparticules. Ce repérage peut être réalisé à l’aide

d’instruments capables de détecter des nanoparticules, comme les compteurs à

noyaux de condensation (CNC) qui ont typiquement une gamme de mesure (pour les versions transportables) comprises entre environ 10 à 20 nm et quelques micromètres. Cette étape peut être rendue difficile par le fait qu’il existe déjà dans

l’air ambiant des particules de taille nanométrique et que le comptage des particules

n’est pas une mesure sélective. Une fois les sources d’émissions identifiées, plusieurs types de mesures complémentaires opérant si possible en parallèle peuvent être envisagés :

Distribution granulométrique : Cette mesure est très informative. Cependant elle nécessite l’utilisation de techniques capables de caractériser les particules

dispersées dans l’air sur une gamme comprise entre quelques nanomètres et

quelques micromètres. S'il existe différentes techniques commercialisées, elles restent complexes et encombrantes ce qui limite considérablement leur mise en oeuvre en milieu de travail. L’utilisation de techniques capables de mesurer en

deçà de 100 nm doit être privilégiée. Concentration en surface (µm2/m3) : Cette mesure pourrait être pertinente. Il

existe d’ores et déjà des instruments transportables commercialisés qui

permettraient de mesurer une concentration relative à la surface des particules. Cependant, le recul sur ces techniques est à ce jour très limité et des études de validation en laboratoires et sur sites restent à faire. Concentration en nombre (/cm3) : Pour autant que le bon instrument soit choisi,

cette mesure est relativement simple à réaliser. Il existe des instruments transportables qui sont commercialisés disposant d’un bon niveau de détection et

d’une gamme de mesure couvrant le domaine de tailles submicroniques.

Cependant, la présence en grand nombre de particules de tailles nanométriques dans l’air ambiant limite dans de nombreuses circonstances l’intérêt de ce type de

mesure. Néanmoins, cette mesure peut être appropriée pour examiner l'action de mesures de contrôle sur un poste. Concentration en masse (mg/m3) : Bien que cet indicateur ne semble pas être

pertinent, il semble judicieux de poursuivre ce type de mesure. Néanmoins, une mesure plus systématique de la fraction alvéolaire devrait être un bon choix.

Ces différentes mesures complémentaires peuvent être réalisées au voisinage des sources identifiées et des opérateurs. D’autres approches peuvent être envisagées,

dans la mesure où la configuration de l’atelier s’y prête, comme la cartographie. Ce

type d’approche permet d’apprécier dans une certaine mesure la variabilité spatiale et

temporelle. Néanmoins elles demandent une mise en œuvre et une analyse qui reste

complexe. Ces différentes méthodes sont essentiellement basées sur des techniques qui ne permettent pas de réaliser des mesures directement sur les travailleurs. Il s’agit donc

de mesures réalisées à postes fixes. L’interprétation en termes d’exposition

professionnelle ne peut reposer alors que sur un certain nombre d’hypothèses qu’il

convient d’expliciter de manière exhaustive.

Prévention des risques En raison de l’insuffisance des connaissances relatives aux dangers pour la santé

humaine attachés à la fabrication de nano-objets et à l’utilisation de produits en

contenant, il n’existe pas, en l’état actuel du droit, de réglementation particulière

applicable à ce domaine. Néanmoins, les nano-objets et les nanomatériaux présentent des propriétés physiques, chimiques et biologiques extrêmement variables, et les procédés de mise en œuvre pour la recherche et le développement, la production ou

l’utilisation sont également susceptibles d’une grande diversité. C’est la raison pour

laquelle des mesures de précaution doivent être définies et mises en place jusqu’à

ce que soient mieux connus l’importance des expositions professionnelles aux nano-objets et aux nanomatériaux et les risques correspondants sur la santé. Une première précaution consiste à appliquer les règles générales de prévention du risque chimique définies par les articles R. 4412-1 à R. 4412-58 du Code du travail. Rappelons qu’il n’existe pas de nano-objet « générique ». L’application du principe

de précaution conduit, alors, à recommander une politique de gestion des risques basée sur la taille et la nature chimique de la substance, ainsi que sur ses propriétés spécifiques. Le risque doit toujours être envisagé a priori et l’innocuité démontrée au cas

par cas. Lorsque des données sont disponibles pour des objets de taille micrométrique (ou supérieure) et de même nature chimique, l’hypothèse minimale pour élaborer une

démarche de prévention est que les nano-objets correspondants présentent au moins la même toxicité et sont probablement plus dangereux. La démarche de prévention doit s’articuler comme suit :

identifier les dangers présentés par la substance chimique, évaluer les risques pour la santé au travail en fonction des procédés appliqués et des

modes de travail, mettre en place des mesures pour limiter ou prévenir les risques, vérifier l’efficacité des mesures prises.

Principales voies de la démarche de prévention :

modifier le procédé ou l’activité de façon à ne plus produire ou utiliser la substance

dangereuse remplacer la substance dangereuse par une autre moins toxique évaluer et suivre régulièrement l’exposition des salariés utiliser la substance sous une forme plus sûre : de préférence des nano-objets en

suspension dans un milieu liquide plutôt qu’en poudre, à l’état agrégé ou aggloméré, en

pastilles, intégrés dans une matrice minérale ou organique, etc. optimiser le procédé pour obtenir un niveau d’empoussièrement aussi faible que

possible afin de limiter l’exposition (privilégier les systèmes clos) capter les polluants à la source (ventilation locale) employer un équipement de protection individuelle former et informer les salariés exposés

Valeurs limites d’exposition Il n’existe pas actuellement de valeurs limites d’exposition aux nano-objets et notamment aux nanoparticules dans les législations française et européenne. En France, il a été défini pour les poussières réputées sans effet spécifique une valeur limite de moyenne d’exposition contraignante (pondérée sur 8 heures de travail) de

10 mg/m3 pour les poussières inhalées et de 5 mg/m3 pour les poussières alvéolaires. Il existe également pour les fumées de soudage, pour le dioxyde de titane et pour le graphite sous forme non fibreuse des VME qui sont respectivement de 5 mg/m3, de 10 mg/m3 et de 2 mg/m3 (fraction alvéolaire). Par ailleurs, il a été défini pour les poussières de certains oxydes ou sels métalliques des valeurs limites d’exposition

spécifiques. Toutes ces valeurs s’expriment en concentration massique (mg/m3).

Certaines fibres telles que l’amiante font l’objet de valeurs limites d’exposition

formulées en nombre par cm3. Un faisceau d’arguments indique que, pour les

nanoparticules, il serait préférable de fixer les valeurs limites soit en nombre de particules soit en surface totale. L’ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists) considère que les données sont actuellement insuffisantes pour déterminer des valeurs limites spécifiques pour les nanoparticules. Depuis novembre 2005, le NIOSH propose une valeur limite d’exposition (concentration moyenne pondérée pour une durée de travail de 40 heures par semaine) de 1,5 mg/m3 pour le dioxyde de titane fin et de 0,1 mg/m3 pour le dioxyde de titane ultra-fin (particules de diamètre inférieur à 100 nm). Les connaissances toxicologiques sont encore insuffisantes, mis à part quelques cas particuliers comme les particules diesel, les silices amorphes et les noirs de carbone, pour établir des valeurs limites d’exposition professionnelles. Il convient donc, en l’absence de valeurs limites d’exposition professionnelles, de rechercher le

niveau d'exposition le plus bas possible.

Bonnes pratiques de travail Les bonnes pratiques de travail à appliquer ne sont pas très différentes de celles qui sont recommandées pour toute activité exposant à des produits chimiques dangereux, mais elles prennent une importance particulière en raison de la très grande capacité de diffusion des nano-objets dans l’atmosphère. La production des nano-objets et des nanomatériaux requiert l’isolement complet du

procédé (en vase clos) : l’encoffrement ainsi que l’automatisation (ou la robotisation)

de l’ensemble du procédé doivent être envisagés et mis en œuvre dès que le contexte

le permet afin de limiter les interventions et donc les expositions des opérateurs. Le concept de procédé intégré, déjà appliqué par certains industriels, est une approche qui permet d’éliminer les manipulations entre les différentes étapes, ainsi que les ruptures de confinement. En cas de procédé particulièrement polluant qui ne peut être confiné, les opérateurs doivent être installés dans des postes de commande ou de contrôle isolés et à ambiance contrôlée. La production doit, par ailleurs, être effectuée en continu (plutôt que par campagnes). Les méthodes de fabrication en phase liquide doivent toujours être privilégiées au détriment des techniques en phase vapeur et des méthodes mécaniques. Les nano-objets employés sont de préférence sous forme de suspension, de solution ou de gel ou incorporés dans des matrices organiques ou minérales. La manipulation et le transfert des substances formées, surtout celles qui sont à l’état

pulvérulent, ainsi que le nettoyage et la maintenance des installations doivent être réduits et contrôlés afin d’éviter ou de limiter la dispersion des polluants et la

formation d’aérosols. La récupération, le conditionnement, le stockage et le

transport, qui sont des points critiques d’exposition des opérateurs, doivent être

automatisés et intégrés dans la filière de production et d’utilisation, surtout dans le

domaine des nanopoudres : idéalement les nano-objets et les nanomatériaux doivent être directement produits sur leur site d’utilisation. Le recyclage des produits ne

répondant pas aux critères de fabrication exigés ainsi que la collecte, l’évacuation et

le traitement des déchets doivent également être prévus dès le lancement de la production : il faut bannir tout rejet dans la zone de travail et dans l’environnement.

Protection collective

Ventilation Au cours de certaines étapes des procédés de fabrication qui nécessitent généralement une intervention humaine, il est impossible d’éviter le dégagement

ou le relargage de nano-objets dans l’atmosphère des lieux de travail, notamment

lors des opérations de mélange, de séchage, de récupération, d’échantillonnage,

de transfert, de pesée, de conditionnement ou encore d’usinage (découpe,

perçage…). Ces travaux doivent donc être réalisés en mettant en œuvre un captage des polluants à la source. La ventilation par aspiration localisée constitue la méthode de référence : il s’agit de capter les produits dégagés au fur

et à mesure de leur production, au plus près de leur source d’émission, et aussi

efficacement que possible en tenant compte de la nature, des caractéristiques et du débit des polluants ainsi que des mouvements d’air. Le captage à la source par

des extractions localisées permet ainsi d’éviter la propagation des nano-objets dans l’atmosphère des lieux de travail et est déjà couramment utilisé, notamment

lors des travaux de soudage et de coupage. Les dispositifs qui ont fait la preuve de leur efficacité pour le captage des vapeurs et des gaz devraient, en l’absence de champs thermiques, électrostatiques ou magnétiques significatifs, se montrer efficaces pour les aérosols ultra-fins ou nano-aérosols. La ventilation

générale n’est pas satisfaisante : elle entraîne un niveau de pollution résiduelle ainsi que des gradients de concentration importants entre la source et l'ambiance de l’atelier. En laboratoire, il est conseillé de capter les nano-objets à la source à l’aide de

systèmes en dépression totale, voire de systèmes à flux laminaire : hottes, boîtes à gants, etc. (les courants d’air sont moins accusés et la manipulation est plus

aisée). Dans les ateliers où les opérations manuelles d’échantillonnage, de récupération,

de pesée, etc., ne peuvent être effectuées sous des hottes ou des boîtes à gants, il est recommandé de les réaliser dans des salles ou des cabines mis en dépression vis-à-vis du reste des locaux et munies de dispositifs de captage des polluants à la source. De même, bien que la fabrication des nano-objets et des nanomatériaux nécessite des procédés en vase clos, des dysfonctionnements ou des fuites peuvent survenir. L’installation des équipements de production dans des locaux

mis en dépression par un système d’extraction équipé de filtres permet également

d’éviter la dispersion des nano-objets dans l’ensemble du bâtiment. L’utilisation d’outils mécaniques portatifs (scie, perceuse, etc.) munis de

systèmes de captage des polluants intégrés est également recommandée, par exemple lors de l’usinage de nanocomposites. Filtration

L’air des locaux dans lesquels des nano-objets ou des nanomatériaux sont fabriqués ou utilisés doit être filtré avant tout rejet dans l’atmosphère. Dès lors que la taille des particules, des agrégats ou des agglomérats est supérieure à 5 nanomètres, leur capture par des médias fibreux est réalisable. L’utilisation de filtres céramiques (filtres à particules) dans l’épuration des

fumées de moteur diesel atteste de l’efficacité de cette technologie. Dans le

domaine de la protection des personnes, des lieux de travail et de l’environnement, l’utilisation de filtres à fibres à très haute efficacité

supérieure à H 13 est recommandée. En effet, compte tenu de leurs caractéristiques physiques et dimensionnelles, un filtre susceptible de retenir les nano-objets doit avoir une efficacité supérieure à 99,97 %. En revanche, bien que l’efficacité du filtre augmente lorsque la taille de la particule diminue, on

s’interroge sur l’efficacité de filtration pour des particules de taille inférieure à 5

nanomètres, compte tenu du faible nombre d’études et de leurs conclusions contradictoires. Lieux de travail

La zone de travail doit être signalisée, délimitée et restreinte aux seuls salariés directement concernés par la fabrication ou l’utilisation des nano-objets ou des nanomatériaux. Les zones susceptibles d’exposer aux nano-objets doivent être clairement identifiées et séparées des zones « propres ». Le passage des unes aux autres doit comporter les installations nécessaires au changement d’équipements

de protection éventuels. L’installation de vestiaires doubles permet d’éviter tout

risque de contamination à l’extérieur des aires de travail. Les sols et les surfaces de travail (de préférence lisses avec des coins arrondis) doivent être régulièrement et soigneusement nettoyés à l’aide de linges humides et d’un aspirateur équipé de filtres à très haute efficacité (supérieure à H 13) afin

de minimiser la contamination des lieux et la remise en suspension dans l’air des

nano-objets déjà déposés. L’utilisation d’un jet d’air (soufflette) ou d’un balai est

à proscrire. Tout renversement doit être immédiatement nettoyé selon une procédure établie en fonction du risque. La présence sur les lieux de travail d’éviers et de douches est nécessaire pour la décontamination des régions

cutanées exposées aux nano-objets. Le linge souillé ne doit pas être apporté au domicile. Afin d’éviter l’ingestion de nano-objets, il doit être défendu de boire ou de manger sur les lieux de travail, sauf dans des aires strictement réservées à cet usage qui doivent être maintenues propres.

Equipements de protection individuelle

Le port des équipements de protection individuelle est réservé aux situations où les bonnes pratiques de travail sont peu ou pas applicables et où les mesures de prévention générales sont insuffisantes.

Protection respiratoire Si le captage est insuffisant dans les ateliers de production ou d’utilisation des

nano-objets et des nanomatériaux, il est recommandé de porter un appareil de protection respiratoire ; en tenant compte du fait que les objets de taille nanométrique sont susceptibles de passer par la moindre fuite. L’efficacité de

protection et les bonnes conditions d’utilisation de l’appareil employé doivent

être vérifiées en situation réelle et dans la durée (saturation, usure…).

Dans le cas où les travaux sont peu exposants (maintenance, nettoyage de machines préalablement décontaminées), sont de courte durée et lorsque l’air

ambiant contient suffisamment d’oxygène (minimum 17 % en volume), il est préconisé de porter un appareil filtrant anti-aérosols, plus précisément un demi-masque, un masque complet ou une cagoule muni d’un filtre de

classe 3 (P3 ou FFP3). Dans le cas où les travaux sont amenés à durer plus d’une heure et sont

exposants (fabrication, manipulation, transfert de nano-objets, etc.), il est recommandé de porter un appareil isolant à apport d’air externe, plus précisément un masque, une cagoule ou une combinaison complète à adduction d’air comprimé.

Protection cutanée Il est préconisé de revêtir une combinaison à capuche jetable de type 5 (étanche aux poussières) avec serrage au cou, aux poignets et aux chevilles, dépourvue de plis ou de revers, avec des poches à rabats ainsi que des couvre-chaussures. Il est également conseillé de porter des gants étanches ainsi que des lunettes équipées de protections latérales. Ces effets doivent être maintenus en bon état et nettoyés, pour ceux qui ne sont pas jetables, après chaque usage. Cependant, l’efficacité réelle de ces moyens de

protection cutanée n’est pas encore prouvée.

Combinaison à capuche jetable de type 5 et masque complet à adduction d’air

Risques d’explosion Au même titre que les nuages de poussières traditionnelles, on peut s’attendre à ce

que les nuages de nanoparticules puissent être explosifs, dès lors que les particules sont capables de brûler dans l’air. Même dans l’hypothèse de procédés de petite taille, si une explosion survient, elle est susceptible de détruire tout ou partie du moyen de production. En dehors des effets directs de la pression et d’éventuels

débris projetés, on peut craindre la dissémination dans l’atmosphère de l’atelier d’une quantité importante de nanoparticules propulsées par le souffle de l’explosion.

Il peut alors s’ajouter une dimension toxique aggravant le risque global. On peut supposer que le comportement des nuages de poussières ultra-fines doit se rapprocher de celui des nuages de gaz. Cependant, la présence de très fines particules est susceptible de bouleverser significativement le régime d’échanges thermiques.

Les projections théoriques prédisent non seulement que la vitesse de flamme pourrait être plus élevée mais également moins prévisible. Dans ce contexte, les modèles habituellement utilisés pour les explosions de gaz et de poussières deviendraient caduques, en particulier dans la manière de dimensionner les dispositifs de sécurité. Par ailleurs, la diminution de la taille des particules s’accompagne d’une

augmentation de la réactivité du nuage et en particulier de sa sensibilité à l’inflammation par étincelle. Or, l’apparition d’électricité statique dans les procédés

de fabrication des nanoparticules est quasi systématique. Ces deux facteurs conjugués – un faible seuil d’inflammation et une production naturelle de

charges pendant la manipulation – rendent le risque d’amorçage d’explosions

par étincelles électrostatiques élevé et nécessitent le développement de moyens de prévention et de lutte spécifiques. La mise en œuvre d’un procédé de production et

d’entreposage à atmosphère contrôlée (azote, gaz inerte…) peut par exemple s’avérer

nécessaire.

Stockage et traitement des déchets Le stockage des nano-objets présente un aspect particulier en raison de leurs caractéristiques granulométriques et de leur réactivité de surface. Le faible diamètre des composés augmente les temps de sédimentation et facilite la remise en suspension. Les nano-objets doivent être stockés dans des réservoirs ou emballages totalement étanches et soigneusement fermés. Ces réservoirs doivent être entreposés dans des locaux frais, bien ventilés, à l’abri des rayons solaires et à l’écart de toute

source de chaleur ou d’ignition et des matières inflammables. Les déchets,

notamment les matériels, les conditionnements, les filtres, les parties d’installations,

les équipements et les vêtements contaminés, doivent être sortis de la zone de production conditionnés dans des sacs fermés, étanches et étiquetés. Par la suite, les déchets doivent être traités dans des installations appropriées (incinération ou recyclage).

Pour en savoir plus en quelques clics...

Documentation INRS

"Nanomatériaux. Des précautions s'imposent". Animation au format FLV (décompresser le zip et lire avec un logiciel gratuit du type FLV Player)

« Les nanomatériaux ». ED 6050. 2009, 28 p. (format pdf)

« Nanomonde : la nouvelle frontière de la prévention ». Réalité Prévention, n° 9, octobre 2005, 8 p. (format pdf)

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