Nanotechnologies

Par Christopher Puglia et Jean Golay

1. Résumé

Les nanotechnologies et la manipulation de l’infiniment petit constituent une révolution scientifique extraordinaire. La multiplicité de leurs applications potentielles futures dépassent l’imagination et concurrencent la science-fiction. Néanmoins, des recherches récentes dont l’objectif était de comprendre et d’étudier les impacts des nanotechnologies ont globalement abouti à des conclusions contrastées. D’un côté, elles semblent mettre en évidence l’existence de liens entre des nanoparticules manufacturées et des troubles chroniques de la santé pouvant engendrer la mort et, d’un autre côté, lorsqu’elles ne sont pas contredites, ces recherches peinent à être catégoriques et à vérifier incontestablement les hypothèses qu’elles avancent. Ce travail a donc pour but de déterminer s’il est raisonnable de considérer que les nanoparticules manufacturées représentent un danger pour les êtres-humains et l’environnement. Une synthèse des connaissances actuelles est proposée et est illustrée par deux exemples : le nano dioxyde de titane (nano TiO2) et les nanotubes de carbones. Sur cette base, une réponse possible à la question posée est avancée.

2. Définitions

Les définitions présentées ci-dessous ont été formulées sur la base des articles d’Oberdörster et al. (2007) et de Palomino (2009). Il s’agit des définitions communément acceptées par les toxicologistes.
Nanomatériaux : matériaux dont une des trois dimensions est comprises dans un intervalle allant de 0.1 à 100 nanomètres.
Nanoparticules : corpuscules de matière dont les trois dimensions sont comprises dans un intervalle allant de 0.1 à 100 nanomètres.
Nanoparticules manufacturées : il s’agit des nanoparticules produites, modifiées et manipulées par les nanotechnologies.
Nanotechnologies : ensemble de techniques et de procédés qui permettent de concevoir et de manipuler la matière à l’échelle du nanomètre.
Particules ultrafines : il s’agit des nanoparticules à l’exception des nanoparticules manufacturées.

3. Introduction (contexte, problématique et but du travail)

Les nanotechnologies peuvent être définies comme étant un ensemble de techniques et de procédés qui permettent de concevoir et de manipuler la matière à l’échelle du nanomètre. Elles permettent de tirer avantages des propriétés physico-chimiques particulières induites, à une échelle aussi réduite, par l’interaction entre les lois de la physique classique et de la mécanique quantique (SCENIHR, 2005). Au niveau nanométrique, on distingue notamment les nanoparticules qui sont des corpuscules de matière dont les trois dimensions sont comprises dans un intervalle allant de 0.1 à 100 nanomètres et les nanomatériaux qui comprennent au moins une de leurs dimensions dans cet intervalle (Palomino, 2009). Les nanomatériaux peuvent donc être appréhendés comme étant des agrégations de nanoparticules. Il est également important de préciser que le travail présenté dans les pages qui suivent se concentre exclusivement sur les nanoparticules manufacturées (c’est-à-dire les nanoparticules issues des nanotechnologies) et ne traite pas de celles qui ont d’autres origines anthropiques (la fumée de tabac, les rejets des moteurs, etc.) ou des origines naturelles (grains de sable, suie générée par les feux de forêts, cendres produites par les volcans, etc.). Les lecteurs intéressés par ces dernières, appelées également particules ultrafines, liront avec intérêt l’article de Buzea et al. (2007).
Au cours des deux dernières décennies, les nanotechnologies ont connu un essor époustouflant et sont utilisées dans des domaines aussi variés que la communication, la production d’énergie, l’alimentation, les produits de consommation, l’électricité et la médecine. En outre, elles permettent, aujourd’hui, d’envisager de nouvelles inventions qui défient la science-fiction (ex. microprocesseurs micrométriques, vitrages autonettoyants, matériaux ultralégers et résistants, substances permettant de dépolluer des sols, etc.). Ces perspectives extraordinaires suscitent un intérêt grandissant dans les pays industrialisés et, sur le plan économique, ceci se traduit par des chiffres impressionnants.  En 2008, le marché des nanotechnologies avait, ainsi, un poids estimé à 700 milliards de dollars et devrait valoir plus d’un billion d’ici 2015 (SCENIHR, 2005). Malheureusement, de nombreuses recherches scientifiques ont révélé l’existence possible d’un lien entre l’utilisation croissante des nanoparticules manufacturées et des troubles importants de la santé touchant aussi bien les êtres-humains que les animaux (Buzea et al., 2007) et l’environnement (SCENIHR, 2005). Devant le manque de certitude actuelle, la communauté scientifique dans son ensemble prône la prudence et les entreprises actives dans le domaine des nanotechnologies sont, quant à elles, partagées entre le désir de poursuivre leurs activités d’apprentis sorciers et la crainte de refaire les erreurs commises au début de l’ère de l’industrie chimique (Oberdörster et al, 2007). Néanmoins, « en 2006, plus de 300 articles contenant des nanoparticules étaient recensés sur le marché » (Palomino, 2009).

Ce travail a donc pour but de déterminer s’il est raisonnable de considérer que les nanoparticules manufacturées représentent un danger pour les êtres-humains et l’environnement. Il se subdivise en trois sections. Dans un premiers temps, la section 4 intitulée « Cadre général » présente de manière détaillée la dualité qui existe entre un recours croissant aux nanoparticules manufacturées et un ensemble de recherches scientifiques et de connaissances nouvelles qui ont mis évidence leurs impacts négatifs éventuels. La sous-section 4.1 intitulée « Perspective historique » retrace l’histoire générale de cette dualité. Puis, La sous-section 4.2 intitulée « Connaissances scientifiques actuelles » est consacrée à une présentation synthétique des connaissances actuelles concernant les impacts négatifs des nanoparticules manufacturées sur la santé et l’environnement. Finalement, la sous-section 4.3 intitulée « Recherche scientifique actuelle » traite  de la manière dont la communauté scientifique considère et s’approprie les nanotechnologies et les risques qu’elles sont susceptibles d’engendrer. Dans un deuxième temps, la section 5 intitulée « Les exemples du dioxyde de titane et des nanotubes de carbones» porte sur les exemples de deux nanoparticules manufacturées couramment utilisées dans le monde des nanotechnologies : les nanotubes de carbones (cf. sous-section 5.1 : « Le dioxyde de titane ») et le dioxyde de titane (cf. sous-section 5.2 : « Les nanotubes de carbones »). Finalement, une conclusion (cf. section 6 : « Conclusion ») résume brièvement les points cruciaux du travail et présente une réponse possible à la question qui motive ce travail : les nanoparticules manufacturées représentent-elles un danger pour les êtres-humains et l’environnement ?

4. Cadre général

4.1 Perspective historique

Lors d’une conférence en 1959, le physicien Richard Feynman déclare : « Les principes de la physique, pour autant que nous puissions en juger, ne s’opposent pas à la possibilité de manipuler des choses atome par atome ». Par cette déclaration, le physicien américain suggérait à la communauté scientifique d’explorer l’univers de l’infiniment petit. Quelques années plus tard, en 1974, le terme « nanotechnologie » a été utilisé pour la première fois par le scientifique japonais Norio Tanigushi. En 1981, il  y a eu la découverte du microscope à effet tunnel (STM) qui a permis de voir la forme des atomes et, ensuite en 1986, celle du microscope à force atomique utile pour étudier la surface des matériaux isolants à petite échelle. Ces deux outils précieux ont donc donné la possibilité aux chercheurs d’explorer plus concrètement le nano-monde, de manipuler les atomes un par un et de confirmer qu’à l’échelle du nanomètre, les propriétés de la matière diffèrent de celles qui peuvent être observées à des échelles plus élevées (cf. sous-section 4.2). Les recherches se sont alors intensifiées et le rythme des découvertes dans le domaine des nanotechnologies s’est accéléré. C’est donc à cette époque qu’est né l’engouement  pour les nanotechnologies que l’on connaît aujourd’hui. Progressivement, les nanotechnologies ont trouvé de nouvelles applications dans des domaines aussi variés que la communication, la production d’énergie, l’alimentation, les produits de consommation, l’électricité et la médecine.

Par exemple, au niveau de l’alimentation, les nanotechnologies permettent de réduire les coûts de la production alimentaire et d’accroître le temps de conservation de la nourriture. Les nanoparticules se retrouvent également dans des produits de consommation divers tels que les crèmes solaires et des produits de nettoyage. En 2006, plus de 300 articles de consommation contenant des nanoparticules étaient  disponibles sur le marché. En médecine, les thérapies géniques, par exemple, ont également recours aux nanotechnologies, tout comme la  microchirurgie et la manipulation des molécules biologiques. Finalement, dans le domaine du génie électrique, elles sont utilisées pour concevoir plus petit, plus rapide et créer des dispositifs de stockage qui consomment moins.

Avec les années, cependant, l’attention portée sur les nanotechnologies et les nanoparticules manufacturées en particulier a évolué. En effet, si dans un premier temps, c’est les immenses perspectives qu’elles offraient qui étaient mises en avant, la rapidité du développement et de la démultiplication des applications des nanotechnologies ont rapidement suscité des craintes ; en particulier chez les chercheurs qui ont rapidement compris qu’il devait y a avoir des similitudes entre les particules ultrafines et les nanoparticules manufacturées. Néanmoins, il faut attendre l’an 2000 et la publication d’un article de Bill Joy (Joy, 2000), l’inventeur du langage informatique java, pour que les doutes et les craintes s’installent véritablement au sein de la communauté scientifique. L’article en question s’intitulait: « Why the future doesn’t need us: Our most powerful 21st-century technologies – robotics, genetic engineering, and nanotech – are threatening to make humans an endangered species» (Joy, 2000). L’auteur y faisait part de ses craintes concernant l’effet viral des nanotechnologies dont l’homme n’a pas forcément le contrôle. Depuis, on ne s’intéresse plus aux nanotechnologies simplement pour leurs énormes potentiels, mais aussi pour les risques potentiels encourus par l’homme et son environnement. La communauté scientifique a réalisé qu’il était primordial de comprendre dans le détail la manière dont les nanoparticules manufacturées interagissaient avec leur environnement  et que la tâche était énorme. Aujourd’hui, de nombreuses recherches sont menées dans ce sens (cf. section 4.3) et des débats « pour ou contre les nanotechnologies » rythment une partie de l’actualité.

En 2004 il y a eu le premier rapport gouvernemental britannique sur les nanotechnologies qui avait pour but de lancer un débat public traitant, en particulier, de leurs incertitudes (Royal Society, 2004). En Virginie, aussi en 2004, il y a eu pour la première fois un débat sur la façon de réguler les recherches des nanotechnologies au niveau planétaire avec 25 nations ou, encore, en 2006 divers gouvernements, dont celui des USA, s’interrogent sur les nouveaux risques et les moyens de les gérer. Il ne s’agit pas de faire une liste exhaustive des débats, mais simplement montrer un petit aperçu de ce qui se passe depuis l’année 2000 alors qu’il n’en n’était rien auparavant.

En résumé, dans cet historique, il est facile de voir que l’intérêt porté aux nanotechnologies a changé de direction au fil des années et, aujourd’hui, on peut dire que les nanosciences intéressent beaucoup de monde, mais en inquiètent tout autant.

4.2 Connaissances scientifiques actuelles

4.2.1 Caractéristiques physico-chimiques des nanoparticules synthétisées

Les propriétés physico-chimiques des nanoparticules diffèrent de celles qui caractérisent les matériaux dont la composition chimique est similaire, mais dont la taille est plus importante. Premièrement, sur le plan physique, la taille réduite des nanoparticules (ou des nanomatériaux) leur permet de s’insérer ou de s’infiltrer dans des zones qui restent inatteignables à des matériaux plus volumineux. Deuxièmement, sur le plan chimique, les nanoparticules (ou les nanomatériaux) sont beaucoup plus réactives que les matériaux dont la composition chimique est identique, mais dont la taille est supérieure. Ceci s’explique par le fait que le rapport « surface/masse » d’un matériau évolue négativement avec sa taille selon une loi puissance (Oberdörster et al., 2005). Au final, il est impossible de prédire le comportement d’une nanoparticule à partir de matériaux de plus grandes tailles.

En outre, il va de soi que les nanoparticules manufacturées se distinguent entre elles. En plus de leur taille et de leur forme, elles se caractérisent et se différencient par leur structure interne qui se divise en trois parties (Palomino, 2009) :

  1. Le cœur : le cœur détermine la constitution de la nanoparticule. Par exemple, une nanoparticule de dioxyde de titane à un cœur constitué de dioxyde de titane.
  2. L’agent protecteur : l’agent protecteur enrobe le cœur d’une nanoparticule et permet de protéger ce dernier tout en servant de support à la troisième partie.
  3. La fonctionnalisation : la fonctionnalisation est la partie dans laquelle se trouvent les substances actives de la nanoparticule qui varient en fonction du but pour lequel cette dernière a été synthétisée.

Les nanoparticules peuvent donc être façonnées de manières multiples et leur composition peut être très complexe. Par conséquent, il existe potentiellement un nombre incalculable de nanoparticules manufacturées différentes et chacune d’entre elles est susceptible d’avoir une manière d’interagir (c.-à-d. de réagir) avec son environnement direct qui lui est propre et qui doit être étudié séparément (Palomino, 2009).

4.2.2 Impacts négatifs potentiels des nanoparticules synthétisées sur la santé

Figure : Impacts négatifs des nanoparticules sur la santé

De manière générale, les impacts négatifs potentiels sur la santé que peuvent avoir les nanoparticules manufacturées restent largement méconnus. Néanmoins, sur la base de leurs propriétés physico-chimiques (cf. point 4.2.1), de nombreux chercheurs émettent l’hypothèse que leur comportement doit être similaire à celui des particules ultrafines (Gwinn et Vallyathan, 2006). Ces dernières ont déjà fait l’objet de nombreuses recherches qui sont notamment arrivées aux résultats suivants (Buzea et al., 2007) (cf. figure 1) :

  1. Des particules ultrafines absorbées par inhalation ont été associées à des maladies aussi diverses que l’asthme, la bronchite, le cancer des poumons, L’emphysème et des maladies dégénératives tels que Parkinson et Alzheimer.
  2. Des particules ultrafines se trouvant dans le système gastro-intestinal ont été rattachées au cancer du côlon et à la maladie de Crohn.
  3. Les particules ultrafines capables de pénétrer dans le système sanguin ont été associées à des troubles cardiaques et à des maladies du cœur pouvant entrainer la mort, ainsi qu’à de l’artériosclérose et à la formation de caillots de sang. En outre, ces nanoparticules peuvent être transportées par translocation et atteindre par ce biais d’autres organes tels que le foie et la rate et semble pouvoir y provoquer d’autres maladies.

Ainsi, en raison de l’essor des nanotechnologies, le nombre de nanoparticules qui semble être susceptible d’engendrer les maladies énumérées précédemment augmente progressivement. Cette perspective n’est guère réjouissante d’autant plus que la complexité, la résistance et la multiplicité des nanoparticules manufacturées (cf. point 4.2.1) constitueront une difficulté sans précédent à laquelle la société dans son ensemble devra faire face.

Il est tout de même important de préciser qu’il faut relativiser ce qui vient d’être exposé, car certaines recherches sont contradictoires et les autres peuvent rarement être catégoriques.

4.2.3 Impacts négatifs potentiels des nanoparticules synthétisées sur l’environnement

Il n’y a que très peu d’études qui ont été consacrées à l’impact des nanoparticules manufacturées sur les animaux et les plantes (SCENIHR, 2005). Il est naturellement possible d’avancer l’hypothèse que les résultats obtenus pour les êtres humains sont similaires à ceux qui pourraient être obtenus pour les animaux. Néanmoins, des études complémentaires devraient être menées pour le confirmer (SCENIHR, 2005). En outre, en ce qui concerne les plantes, et de manière plus générale les biotopes, tout reste à faire.

4.3 Recherche scientifique actuelle

Globalement, la communauté scientifique considère qu’il est crucial de déterminer quels sont les impacts réels des nanoparticules manufacturées avant que celles-ci ne soient intégrées irréversiblement dans les modes de vies du XXIème siècle (Palomino, 2009). En d’autres termes, les scientifiques reconnaissent l’existence d’un risque important et sont désireux de respecter le principe de précaution qui est formulé de la manière suivante : « En cas de risque de dommages graves ou irréversibles, l’absence de certitude scientifique absolue ne doit pas servir de prétexte pour remettre à plus tard l’adoption de mesures effectives visant à prévenir la dégradation de l’environnement » (ONU, 1992).

Néanmoins, la tâche est colossale pour les raisons présentées au point 4.2.1. En effet, pour atteindre son objectif, la communauté scientifique doit étudier toutes les nanoparticules manufacturées séparément et sans exception. Actuellement, une part importante de la recherche est donc consacrée à leur caractérisation. En outre, pour que l’ensemble des recherches forment un tout cohérent et pertinent, il est primordial que dans un avenir proche:

1. Les chercheurs harmonisent leur protocole d’expérience (Palomino, 2009).
2. Une collaboration entre le domaine privé et les chercheurs soit mise en place.

5. Les exemples du dioxyde de titane et des nanotubes de carbone

5.1 Le dioxyde de titane

5.1.1 Introduction

« La catégorie de nanoparticules la plus vaste est sûrement celle des oxydes de métaux » (Palomino, 2009). L’exemple qui est proposé dans les lignes qui suivent porte donc sur la forme nanoparticulaire de l’un d’entre eux : le nano dioxyde de titane (c.-à-d. le nano Ti02). Il convient également de préciser que les points 5.1.3 à 5.1.5 se basent principalement sur une synthèse publiée en 2010 par le département de la protection de l’environnement des Etats-Unis (United States Environnemental Protection Agency (EPA)) et intitulée « State of the Science Literature Review: Nano Titanium Dioxide Environmental Matters».

5.1.2 Propriétés

Le nano dioxyde de titane possède deux propriétés fondamentales qui permettent d’expliquer le grand éventail de ses utilisations.

Premièrement, les nanoparticules de dioxyde de titane sont parfaitement transparentes, car leur taille minuscule ne leur permet pas de diffuser la lumière visible dont les longueurs d’ondes varient entre 400 et 600 nm. En revanche, elles absorbent les ultraviolets dont le spectre électromagnétique est caractérisé par des longueurs d’ondes inférieures aux précédentes (De Gennes et Veyssié, 2009).

Deuxièmement, les nanoparticules de dioxyde de titane sont des photocatalyseurs particulièrement réactifs et puissants. Plus précisément, leur exposition à des rayons ultraviolets en présence de vapeur d’eau induit la formation de radicaux hydroxyles [OH]  et d’un anion superoxyde [O2-]. Ces derniers permettent, par exemple, d’oxyder des substances organiques et de les transformer, par ce biais, en eau et en dioxyde de carbone (Quality Environemental Technology, 2010).

5.1.3 Sources

Le dioxyde de titane existe à l’état naturel. On le trouve notamment sous la forme d’un minéral appelé rutile (TiO2) et il fait également partie de la composition chimique d’un autre minéral baptisé ilménite (FeTiO3). Les ressources les plus intéressantes de ces deux minéraux se trouvent notamment en Australie et en Afrique du Sud où ils sont extraits de la croûte terrestre par des compagnies minières.

Il existe ensuite plusieurs procédés qui permettent de produire du nano TiO2 à partir de ces minéraux et qui peuvent, en outre, varier selon les applications auxquels les nanoparticules sont destinées. Les connaissances en chimie nécessaires à la bonne compréhension de ces procédés dépassent le propos de cette brève présentation. Néanmoins, il est important de préciser que le nano Ti02 produit de cette manière ne constitue que le cœur (cf. sous-section 4.2.1) des nanoparticules dont les propriétés fondamentales peuvent être adaptées à de multiples applications par l’intermédiaire de la fonctionnalisation (cf. sous-section 4.2.1).

5.1.3 Utilisations

Premièrement, le nano TiO2 est utilisé dans de nombreuses crèmes solaires (cf. figure 3), dans les fibres de certains habits de sport et dans des sacs en plastique en raison de sa capacité à bloquer les UV (cf. figure 2). Ces différentes utilisations sont donc exclusivement liées à la première des deux propriétés présentées au point 5.1.2.

Figure : Dioxyde de titane dans une crème solaire

Deuxièmement, le nano Ti02 est également utilisé dans des produits de nettoyage « autonettoyants » et dans des systèmes d’épuration de l’air en raison de son aptitude à photocatalyser des réactions chimiques qui ont pour effet d’éliminer des bactéries ou des substances organiques toxiques.

Remarque : il convient de préciser que le dioxyde de titane est également utilisé à une échelle supérieure que celle des nanoparticules. Les pigments de TiO2, dont la taille médiane est généralement comprise dans un intervalle allant de 250 nm à 350 nm, est notamment utilisé en tant que colorant blanc (colorant alimentaire, colorant pour des peintures, etc.). En effet, si, lorsqu’elles sont seules les nanoparticules de dioxyde de titane ne réfléchissent pas la lumière visible, ce n’est plus le cas lorsqu’elles sont regroupées. Dans ce dernier cas de figure, elles réfléchissent une lumière particulièrement blanche : le fameux « blanc de titane ».

5.1.4 Dangers et risques potentiels

Premièrement, au niveau de la santé des êtres-vivants, plusieurs études semblent mettre en évidence que le nano TiO2 inhalé peut entraîner la mort de cellules qui se trouvent dans les poumons. Aux Etats-Unis, des normes ont d’ailleurs été édictées pour limiter l’exposition des ouvriers à de l’air chargé en nanoparticules de dioxyde de titane.

En revanche, le nano Ti02 qui se trouve dans les crèmes solaires ne paraît pas  représenter un danger majeur pour la santé. Il semblerait en effet qu’il ne parvienne pas à traverser le stratum corneum.

Finalement, les impacts du nano Ti02 sur l’environnement n’ont pas fait l’objet de nombreuses recherches et tout reste à faire dans ce domaine.

5.2 Les nanotubes de carbone

5.2.1 Introduction : les fullerènes

La famille des fullerènes est découverte en 1985 par Kroto et al. (1985) Les fullerènes font référence à des nanoparticules composées à base d’atomes de carbone et ils peuvent prendre différentes formes géométriques comme le forme d’un tube pour les nanotubes de carbone. C’est lors du processus de combustion qu’ils sont produits et, donc, depuis la révolution industrielle l’homme en produit involontairement bien sûr. Cependant, ils sont aussi produits de manière volontaire notamment aux USA et au Japon dans le but d’une exploitation commerciale (environ 1500 tonnes/an) (IRAP, 2011). Leur production peut être expliquée par les propriétés intéressantes qu’ils peuvent avoir dans des domaines bien divers (électrique, médicale, optique,etc.). Cependant, cela n’est pas sans risque et des inquiétudes dues à leurs caractéristiques (taille, surface d’échange, etc.) sont présentes. Afin de mieux comprendre l’engouement global et les questions liées à ces fullerènes, nous avons décidé de nous pencher sur un cas précis représentant cette famille : les nanotubes de carbone découverts en 1991 par le Japonais Sumio Ijima.

5.2.3 Caractéristiques et propriétés

Les nanotubes de carbones peuvent être classés en deux catégories : les « monofeuillets » ou « Single Walled Carbon NanoTubes » (SWCNT) et les « multifeuillets » ou « Multi Walled Carbon Nano Tubes » (MWCNT). Les SWCNT peuvent être représentés par un feuillet (une seule paroi) enroulé sur lui-même leur donnant la forme d’un tube et les MWCNT par plusieurs feuillets enroulés les uns autours des autres (plusieurs parois) toujours formant un tube (cf. figure 3). Cette géométrie permet de faire certaines manipulations chimiques qui pourraient être utiles dans différents domaines (cf. Utilisation).

Figure : SWCNT (gauche) et MWCNT (droite) (schématique)
Source : http://www.nanotechnologies.qc.ca/fr/projects/nanotubes/nanotube_production

Leurs propriétés sont diverses et très intéressantes. Elles peuvent être thermiques, électriques mais aussi mécaniques. Du point de vue thermique, la conductivité est très grande, plus que celle du diamant. La conductivité électrique est grande et ils sont capables d’émettre des électrons lorsqu’ils sont soumis à un champ électrique. Mécaniquement parlant, ils sont rigides comme l’acier, mais beaucoup plus résistant et léger avec un rapport résistance-poids 460 fois supérieur que l’acier. Enfin, ils possèdent de remarquables propriétés chimiques dues à la surface spécifique de contact qui est élevée ainsi que l’absence de microporosité

5.2.4 Sources

Les nanotubes de carbone ressortent des processus de combustion (volcans, industries, etc.) qui constituent une des sources, mais une autre est la fabrication industrielle qui représente, finalement, aussi un output. Il existe plusieurs méthodes de synthèse dont deux souvent citées. La première consiste à vaporiser du graphite en le chauffant (plus de 3000°C) et laisser le carbone se condenser. Si seul du graphite est vaporisé, cela créé des MWCNT et, pour créer des SWCNT, il faut un catalyseur métallique. La deuxième est une méthode utilisant des températures un peu plus basses (500°C à 1200°C). Elles s’appellent « techniques de dépôt en phase vapeur ». Des particules métalliques sont utilisées comme catalyseur et, à leur surface, sont décomposés des hydrocarbures (méthane, éthylène). Selon la température, on obtiendra des SWCNT (500°C – 900°C) ou des MWCNT (750°C – 1200°C) (Michaut, 2005).

Actuellement, il y a déjà quelques utilisations de ces nanoparticules dans divers technologies. Par exemple, pour des écrans plats flexibles car les nanotubes peuvent servir de pixels qui peuvent servir à faire des images sur un écran. Cela a été déjà démontré par plusieurs entreprises, mais le problème est que la durée de vie de ces écrans est bien plus courte que celle des autres technologies comme les écrans avec diodes électroluminescentes qui permettent aussi d’avoir des écrans flexibles. Cela ne permet donc pas d’être forcément très compétitif sur les marchés. Ils sont utilisés aussi pour optimiser les performances des batteries aux lithiums-ions ou, encore, pour les microscopes à effet tunnel. Il existe certainement encore d’autres applications. Les « nanotubes de carbone », ainsi que des objets dont la majeure partie en est composée, ne sont pas encore commercialisés à « grande échelle », mais globalement, on voit que ces nanoparticules s’utilisent de plus en plus.

La commercialisation de ces nanotechnologies pourrait prendre diverses autres formes. Tout d’abord, pour ses propriétés mécaniques, elles pourraient être utilisées, par exemple, pour des câbles de véhicules, bateaux et avions. On peut imaginer beaucoup de choses du même genre si on recherche résistance et légèreté en même temps. Ensuite, par rapport à ses propriétés électriques, il est sûr que ce serait un bon matériel pour l’électronique. Par exemple, remplacer les fils de cuivre par des nanotubes conducteurs et semi-conducteurs, permettrait de faire des composants avec des performances supérieures à celles qui sont obtenues aujourd’hui avec le silicium et, grâce à cela, ils pourraient être utilisés dans des lampes luminescentes ou, encore, comme source portable de rayon X. Par rapport à sa grande conductivité thermique, on peut imaginer que les matériaux utilisés en tant que conducteur thermique aujourd’hui, seraient remplacés par des matériaux constitués de nanotubes de carbones. Enfin, leur géométrie (tube) serait utile pour l’absorption de gaz et le greffage de molécules, ce qui permettrait de faire du stockage de gaz et d’énergie et de créer des capteurs chimiques.

De manière générale, l’application la plus recherchée et celle de les utiliser comme additifs à des polymères. Ils pourraient avoir soit une fonction en lien avec les propriétés citées plus haut ou une multifonctionnalité qui prendrait en compte plusieurs propriétés. Cela pourrait concerner l’automobile (peintures), l’aéronautique (ailes, train d’atterrissage,…), l’électronique (diodes, transistors,…), les équipements sportifs (raquettes de tennis, clubs de golf,…), la médecine et les textiles avec des vêtements plus résistants (Hervé-Bazin, 2007). Cette liste n’est pas exhaustive car les perspectives sont immenses et les recherches sont toujours en perpétuelle évolution.

5.2.6 Dangers et risques potentiels

Aujourd’hui, encore peu d’études ont été faites par rapport à la toxicité de ces nanoparticules si ce n’est sur l’animal avec des tests pas forcément très poussés (courte durée, effets directs, etc..). Même si cela peut mener à certains résultats, il ne faut pas oublier que l’homme et l’animal sont différents (anatomie, biologie, etc.) et donc les réactions ne seront pas identiques de l’un à l’autre. Il y a différentes voies d’exposition possibles : l’inhalation (exposition la plus grande), l’ingestion et la voie cutanée. Un aspect qui a pu être observé chez les animaux est une biopersistance et des propriétés inflammatoires (poumons) avec les nanotubes de carbone (Hervé-Bazin, 2007). Il est difficile d’en dire plus car il n’y a vraiment pas assez de recherches et, s’il y en a, leur portée est limitée (court terme).

En résumé, les connaissances sur les effets toxicologiques sont encore trop lacunaires pour pouvoir déceler concrètement l’innocuité ou non des nanotubes de carbones, c’est pourquoi il est nécessaire de rester prudent dans ce domaine malgré une législation quasi inexistante pour les nanoparticules comme on va le voir dans la conclusion.
6. Conclusion

Les nanotechnologies et la manipulation de l’infiniment petit constituent une révolution scientifique extraordinaire. La multiplicité de leurs applications potentielles futures dépassent l’imagination et concurrencent la science-fiction. Néanmoins, des recherches récentes dont l’objectif était de comprendre et d’étudier les impacts des nanotechnologies ont globalement abouti à des conclusions contrastées. D’un côté, elles semblent mettre en évidence l’existence de liens entre des nanoparticules et des troubles chroniques de la santé pouvant engendrer la mort et, d’un autre côté, lorsqu’elles ne sont pas contredites, ces recherches peinent à être catégoriques et à vérifier incontestablement les hypothèses qu’elles avancent. De manière générale, les impacts des nanotechnologies sont donc méconnus et il n’existe pas de réponse « juste » à la question qui a motivé ce travail : est-il raisonnable de considérer que les nanoparticules manufacturées représentent un danger pour les êtres-humains et l’environnement ? Par conséquent, l’utilisation croissante des nanotechnologies suscitent une controverse publique qui n’est pas près de s’estomper et les pays ayant légiféré en la matière constituent des exceptions.

Les auteurs de ce travail vont donc présenter dans les lignes qui suivent leur avis personnel.

Les impacts des nanoparticules manufacturées sont incertains. Néanmoins la similarité entre ces dernières et les particules ultrafines dont les effets néfastes ont été révélés par de nombreuses études justifie le respect du principe de précaution : « En cas de risque de dommages graves ou irréversibles, l’absence de certitude scientifique absolue ne doit pas servir de prétexte pour remettre à plus tard l’adoption de mesures effectives visant à prévenir la dégradation de l’environnement » (ONU, 1992). Naturellement, ce principe qui figure dans la déclaration de Rio sur l’environnement et le développement est vague et peut être sujet à des dérives subjectives regrettables. En voici deux exemples:

  1. L’élite scientifique actuelle, esclave du logiciel « Publish or Perish » et d’indicateurs tels que l’indice h (h index), pourrait être tenté d’adopter un comportement catastrophiste justifiant de nombreuses recherches de qualité médiocre.
  2. Les partisans de la décroissance, favorables à un retour à l’âge de bronze (bien que la métallurgie pollue), pourraient trouver, dans cette incertitude, de nouveaux arguments justifiant leur prise de position rétrograde.

Dans l’intérêt du plus grand nombre, il faut rester objectif et observer une grande prudence lorsqu’on se réfère à des principes largement reconnus, mais extrêmement vagues. Voici l’interprétation du principe de précaution des auteurs de cette présentation.

Il ne faut pas renoncer aux nanotechnologies ou déclarer un moratoire à leur encontre. En effet, lorsqu’on essaie de s’opposer au progrès, on finit toujours par le subir en raison, notamment, des différences légales qui existent entre les différents pays du monde (des états sont plus laxistes que les autres). Il faut donc continuer à avancer sur le chemin prometteur des nanotechnologies tout en restant prudent et en légiférant au bon moment.

7. Références

7.1 Références principales

BUZEA, C., PACHECO BLANDINO, I. et ROBBIE, K. (2007). Nanomaterials and nanoparticles: Sources and toxicity. Biointerphases, 2(4), MR17-MR172.

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http://fr.wikipedia.org/wiki/Débat_sur_les_nanotechnologies

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http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosnano/decouv/intro/intro.htm

http://www.eco-sapiens.com/pdf/dossiers/131.pdf

http://www.nistep.go.jp/achiev/ftx/jpn/stfc/stt004j/feature3.html

http://www.novethic.fr/novethic/entreprise/impact_local/sante/nanoparticules_comment_reglementer_risques/118833.jsp

http://www.reflexiences.com/dossier/128/nanotechnologies-pourquoi-inquietent-elles-/4/quels-sont-les-risques-des-nanotechnologies-/

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