Introduction

Nanorobots et matériaux révolutionnaires sont déjà là. Mais que sait-on de leurs effets sur la santé ? Jusqu’ici peu de choses. Pour comprendre les conséquences des « nanos » sur la santé, de très nombreuses recherches sont actuellement menées. Après l’expérience de la poussière d’amiante, qui prouve la capacité des nanoparticules à pénétrer le système respiratoire et à interagir avec les cellules, la recherche consacrée à la toxicologie des nanostructures devient prioritaire. En attendant l'avancée des études, il est recommandé d'appliquer le principe de précaution.

Nanoparticules, une question d’échelle

Le préfixe « nano » vient du grec nannos, qui signifie « nain ». Il divise par un milliard l'unité dont il précède le nom. Les nanoparticules sont de minuscules particules dont la taille est de l’ordre du nanomètre, soit le milliardième d’un mètre ! Elles sont si petites que seuls des microscopes électroniques développés récemment sont capables de les détecter. Présentes dans la nature, elles peuvent aussi être émises par des activités industrielles ou domestiques comme la cuisine, la fabrication et le transport, ou être conçues spécifiquement pour des produits de consommation et des technologies de pointe. Les nanotechnologies reposent donc sur la connaissance et la maîtrise de l’infiniment petit et représentent un marché en expansion (lire encadré 1). Elles utilisent les propriétés uniques des nanoparticules qui permettent des innovations dans de nombreux domaines tels que la santé, l’énergie, l’information, les transports…
La matière possède des propriétés très différentes selon qu'elle se présente à l'échelle des objets usuels ou à celle des molécules qui la constituent. A l’échelle nanométrique, la matière change en terme de résistance mécanique, de réactivité chimique, de conductivité électrique ou de fluorescence. Il faut donc les envisager comme de nouvelles substances. L’or est, par exemple, totalement inactif à l’échelle micrométrique mais devient un excellent catalyseur lorsqu’il prend des dimensions nanométriques. Toutes les grandes familles de matériaux sont concernées : métaux, céramiques, oxydes magnétiques, carbones, etc.
Les nanoparticules (particules manufacturées par opposition aux « particules ultra-fines » qui font référence à celles présentes depuis toujours dans l’environnement, comme les fumées de volcan) sont aujourd'hui un enjeu technologique et économique majeur pour les sociétés développées. Face à cet essor très rapide, il n’existe pas de dispositif réglementaire spécifique. De plus, les risques de toxicité pour l’homme sont nouveaux ou mal connus.

Quels effets sur la santé ?

On en sait peu sur la toxicité pour l’homme des nano-objets et des nanomatériaux. On sait que les composantes particulaires ultra-fines de la pollution atmosphérique (émissions d’usines et de moteurs diesel) sont susceptibles d’avoir des effets toxiques sur la santé humaine : pathologies allergiques respiratoires (rhinite, asthme, bronchite) et troubles cardiovasculaires. Ces propriétés spécifiques pourraient s’appliquer aux nano-objets manufacturés.
Par ailleurs, il a été établi que les objets de taille nanométrique présentent une toxicité différente de celle des mêmes composés sous une autre forme. Il convient donc d’évaluer les risques induits par ces matériaux récemment développés.
Les nanoparticules peuvent avoir les mêmes dimensions que certaines molécules biologiques et interagir avec celles-ci. Elles peuvent pénétrer dans l’organisme humain par 3 voies :
• respiratoire : l’inhalation et la déglutition sont, chez l’homme, les principales voies d’exposition aux nanoparticules ; les nanoparticules inhalées peuvent se déposer dans les poumons et ensuite se déplacer à l’intérieur du corps, gagner le sang et des organes comme le cerveau, le foie la rate ou le cœur, et traverser les membranes cellulaires.
• digestive : les nano-objets peuvent se retrouver dans le système gastro-intestinal après avoir été ingérés. Les nanoparticules insolubles sont très préoccupantes pour la santé parce qu’elles peuvent rester dans le corps durant de longues périodes.
• cutanée (qui concerne principalement les cosmétiques ou les préparations pharmaceutiques pour la peau utilisant des nanoparticules) : la pénétration transcutanée des nano-objets est encore une hypothèse. Il a tout de même 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 aussi des facteurs qui pourraient favoriser la pénétration percutanée des nano-objets.
A l’exception des particules dans l’air qui atteignent les poumons, les connaissances relatives au comportement des nanoparticules dans le corps sont encore minimales. Les paramètres pertinents en matière d’interactions avec les systèmes vivants, et donc d’effets sur la santé, sont le nombre, la taille (les particules plus petites peuvent être plus dangereuses), la composition chimique et les caractéristiques de la surface, ainsi que la forme.
L’évaluation des effets des nanoparticules sur la santé devrait prendre en compte le fait que l’âge, d’éventuels problèmes au niveau du système respiratoire et la présence d’autres polluants peuvent modifier certains effets.

Secteurs d’activité concernés

Le risque d’exposition professionnelle aux nano-objets et aux nano-matériaux est déjà une réalité dans de nombreux secteurs d’activité qui fabriquent ou utilisent des nanoparticules.
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’avions ; additifs pour diesel permettant une meilleure combustion ; pneumatiques plus durables et recyclables.
Ingénierie électronique et communications : élaboration d’appareils de stockage de données plus petits, plus rapides et moins énergivores (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 science des matériaux : les nanoparticules permettent de fabriquer des produits ayant de nouvelles propriétés mécaniques, notamment en termes de rugosité de la surface, de résistance à l’usure et d’adhésion (pigments, inhibiteurs de corrosion, catalyseurs multi-fonctionnels, vitres antisalissures et autonettoyantes, textiles et revêtements antibactériens et ultrarésistants, isolation thermique plus efficace, photosynthèse artificielle (énergie « verte »…).
Bioiologie, médecine, pharmacie, et biotechnologie : améliorations dans la conception et le ciblage de médicaments (médicaments sur mesure, délivrés uniquement à des organes précis) ; régénération des os et des tissus, thérapie génique, microchirurgie et médecine réparatrice…
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.

Méga enjeux

Les nanosciences et les nanotechnologies permettent de mieux contrôler l'organisation des atomes et des molécules pour créer des nanostructures aux propriétés nouvelles ou plus performantes (ex : les nanotubes de carbone dont la rigidité est 100 fois plus grande que celle de l'acier), ouvrant la voie à une infinité d'applications. Les économistes considèrent que les nanotechnologies seront à l’origine de la révolution industrielle du XXIe siècle. Le revenu mondial généré par les nanotechnologies 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. Les enjeux économiques liés à l’avènement des nanotechnologies sont donc considérables et des budgets colossaux leur sont dédiés, 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 a débuté en 2007 et durera jusqu’en 2013. Un budget d’environ 3,5 milliards d’euros va être consacré 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. Face à ce nouveau rapport au monde, il faut anticiper et prévenir les risques dus aux nanoparticules. C’est de la responsabilité de la science.

Méthodologies d’évaluation des risques liés aux nanoparticules

Les produits chimiques sous leur forme nanoparticulaire ont des propriétés qui peuvent être très différentes de celles qu’ils ont sous leurs formes physiques plus grandes. Ils peuvent dès lors se répandre et interagir différemment dans les systèmes biologiques. Par conséquent, il est nécessaire d’évaluer les risques induits par les nanoparticules qui peuvent entrer en contact avec l’homme, d’autres espèces, ou l’environnement, et ce même si les effets nocifs du produit chimique qui constitue les nanoparticules sont bien connus. Ce qui requiert une méthode de test permettant de déterminer si cette forme nanoparticulaire provoquera des effets nocifs différents de ceux causés par le même produit chimique à une échelle plus grande.
Quelle que soit la méthodologie d’évaluation du risque, il est important qu’elle prenne en compte :
• les propriétés physiques et chimiques des nanoparticules ou produits
• les usages prévus,
• la quantité produite,
• les différentes voies possibles d’exposition,
• la capacité des nanoparticules à se déplacer à l’intérieur du corps,
• leur potentiel d’accumulation dans le corps et dans l’environnement,
• les problèmes possibles liés à la persistance des nanoparticules dans l’environnement, ou chez les personnes qui pourraient être particulièrement sensibles aux effets nocifs des nanoparticules.
En ce qui concerne les risques, aucune conclusion générale applicable à tous les produits à base de nanoparticules n’est possible actuellement. Dès lors, chaque produit et processus impliquant des nanoparticules doit être considéré individuellement. Lorsqu’il n’existe pas d’information convenable à propos des risques, une attention particulière doit être portée aux nanoparticules susceptibles de persister dans le corps humain ou celui d’autres espèces. Une coopération internationale au niveau de la recherche et au niveau industriel est nécessaire.

Ce qu'en pensent les scientifiques

Des dizaines d'équipes travaillent main dans la main pour étudier les différents effets des nanoparticules. Le comité d'éthique du CNRS (Comets) a rendu son avis, en 2006, après un an de travail sur la question de l’identification des risques éventuels des nanoparticules pour l'homme ou l'environnement, et les solutions possibles.
On sait que certaines nanoparticules peuvent avoir des effets bénéfiques sur la santé : les fullerènes, par exemple, sont capables de capturer les radicaux libres. Les travaux du groupe de travail « Nanomatériaux et sécurité », constitué en novembre 2004 au sein de l'association Ecrin 3*, comportent une phase d'élaboration de normes de test, inexistantes jusqu'à présent.
Le Comité scientifique des risques sanitaires émergents et nouveaux (CSRSEN) de la Commission européenne a estimé qu’il se peut que les méthodologies existantes d’évaluation des risques associés aux produits et processus impliquant des nanoparticules ne soient pas suffisantes pour aborder tous les risques. Ces procédures nécessitent d’être adaptées – ou de nouvelles développées – pour être capable de déterminer les propriétés physiques et chimiques des nanoparticules, leur comportement au sein des systèmes vivants, et tous les aspects de leur nocivité potentielle pour l’homme et l’environnement.
En général, et malgré le nombre croissant de publications scientifiques qui traitent de la nanoscience et des nanotechnologies, les données et les connaissances scientifiques relatives aux nanoparticules, sont insuffisantes pour que des évaluations de risque satisfaisantes pour l’homme et les écosystèmes soient réalisées.
Quand les risques potentiels auront été identifiés, la puissance publique devra édicter des règles, comme elle le fait aujourd'hui pour toute production dangereuse.
Il sera également impératif d’analyser le cycle de vie de ces matériaux et s'assurer qu'à la fin de leur utilisation, les produits non recyclables ne seront pas nuisibles. Sinon, il faudra les rendre inoffensifs.
Outre cet aspect sanitaire, d'autres réflexions d'ordre éthique sont menées quant aux conséquences possibles des nanotechnologies sur notre vie quotidienne, au même titre que les OGM ou les déchets nucléaires.

*Créée en 1990 par le CNRS et le CEA, Ecrin a pour but de favoriser les relations entre les laboratoires et l'industrie.

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