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1 - NANOTUBES DE CARBONE

  • 1.1 - Influence des caractéristiques morphologiques et physico-chimiques
  • 1.2 - Aspects analytiques : détection et quantification dans des matrices organiques

2 - IMPACT DES NTC SUR LA SANTÉ

3 - IMPACT ENVIRONNEMENTAL

4 - CONCLUSION

5 - GLOSSAIRE

6 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : NM8155 v1

Impact des NTC sur la santé
Toxicité des nanotubes de carbone envers l'homme et l'environnement

Auteur(s) : Emmanuel FLAHAUT, Lauris EVARISTE, Laury GAUTHIER, Camille LARUE, Clarisse LINE, Étienne MEUNIER, Florence MOUCHET

Relu et validé le 17 déc. 2020

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RÉSUMÉ

Du fait d'un nombre grandissant d'applications commerciales des nanotubes de carbone, les questions relatives à leur impact potentiel sur la santé humaine et sur l'environnement sont toujours d'actualité et font encore l'objet de recherches très actives. Cet article fait le point sur les connaissances actuelles en prenant en compte la diversité des nanoparticules qui se cachent sous la dénomination générale de «nanotubes de carbone». Il ambitionne de traiter la question de manière générale, de l’échelle cellulaire, sur cultures in vitro, à l’échelle complexe de l’écosystème par des approches simplifiées, notamment en micro et mésocosmes.

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ABSTRACT

Toxicity of carbon nanotubes towards human and the environment

Given the growing number of commercial applications of carbon nanotubes, the question of their potential impact on both human health and the environment is still a topical issue and is the focus of a very active field of research. This article is an updated review of current knowledge, and considers the wide range of the different nanoparticles called "carbon nanotubes". It discusses the question in a very general way, from in vitro cell cultures to the complex scale of ecosystems with the use of simplified laboratory approaches such as micro- and mesocosms.

Auteur(s)

  • Emmanuel FLAHAUT : Docteur, directeur de recherche CNRS - CIRIMAT, université de Toulouse, UMR CNRS-UPS-INPT n°5085, Toulouse, France

  • Lauris EVARISTE : Docteur - ECOLAB, université de Toulouse, UMR CNRS-UPS-INPT n°5245, Toulouse, France

  • Laury GAUTHIER : Docteur, maître de conférences, université Paul Sabatier, Toulouse - ECOLAB, université de Toulouse, UMR CNRS-UPS-INPT n°5245, Toulouse, France

  • Camille LARUE : Docteur, chargée de recherche CNRS - ECOLAB, université de Toulouse, UMR CNRS-UPS-INPT n°5245, Toulouse, France

  • Clarisse LINE : Doctorante - CIRIMAT, ECOLAB, université de Toulouse, UMR CNRS-UPS-INPT n°5245, Toulouse, France

  • Étienne MEUNIER : Docteur, chargé de recherche CNRS - IPBS, université de Toulouse, UMR CNRS-UPS n°5089, Toulouse, France

  • Florence MOUCHET : Docteur, ingénieure de recherche CNRS - ECOLAB, université de Toulouse, UMR CNRS-UPS-INPT n°5245, Toulouse, France

INTRODUCTION

Les nanotubes de carbone (NTC) sont dans l'idéal décrits par l'enroulement sur lui-même d'un feuillet de graphène (une des couches dont la superposition forme le graphite). Leur faible diamètre (de 0,5 nm pour les plus fins à quelques dizaines de nanomètres pour les plus larges) associé à leur longueur, pouvant aller du micron à quelques centimètres dans les cas les plus extrêmes, leur confère un facteur de forme très élevé et les classe dans la catégorie des nanomatériaux monodimensionnels. Ils peuvent comporter un ou plusieurs tubes concentriques et l'on parle alors de NTC monoparoi (ou monofeuillet) ou multiparoi (ou multifeuillet).

Il est hasardeux de fournir des données économiques précises concernant la production et l'utilisation des NTC au niveau industriel puisque les sources fiables sont rares et que les données des fabricants sont le plus souvent exprimées en capacité de production, ce qui peut être très différent des quantités réellement produites et commercialisées. Des inventaires institutionnels, tels que par exemple celui du Woodraw Wilson Institute , proposent des exemples de produits disponibles sur le marché et déclarés comme contenant des NTC, ou soupçonnés d'en contenir. De nombreux rapports de consultants industriels (qui recyclent généralement les mêmes données dont les sources ne sont ni dévoilées ni vérifiables) décrivent cependant un marché florissant et en constante expansion. Dans les faits, les NTC sont très utilisés dans les domaines de l'énergie (batteries rechargeables), des matériaux composites (dont le secteur automobile), et des peintures. Ils sont généralement utilisés en faible proportion dans ces produits, mais leur commercialisation à grande échelle laisse supposer au final la production à des tonnages importants. La France a été précurseur avec l'obligation de déclaration annuelle, depuis 2013, de « la fabrication, importation ou production des substances à l'état nanoparticulaire », et avec la création de la base R-Nano  qui rassemble les données issues de ces déclarations. Bien que les données de la base soient protégées par des accords de confidentialité, un rapport annuel permet par exemple de suivre depuis cette date l'évolution de la production et des usages des nanomatériaux en général. La question de l'impact sur la santé se pose essentiellement au niveau des travailleurs, qui sont dans les faits les seuls à être potentiellement exposés aux NTC tels que fabriqués. En effet, une fois incorporés dans des produits de grande consommation, les risques d'exposition des utilisateurs sont très faibles en conditions normales d'usage, puisque les NTC sont encapsulés dans des matrices, ou tout simplement inaccessibles pour l'utilisateur. À notre connaissance, il n'existe en effet aucune application actuellement sur le marché dans laquelle des NTC seraient en contact direct avec l'homme comme cela pourrait être le cas en cosmétique, dans l'alimentaire (directement dans les aliments ou dans des emballages alimentaires), ou encore dans le domaine de la santé, même si beaucoup de travaux de recherche ont été publiés sur ce sujet. Une libération progressive en cas d'usure « normale » de produits en contenant ne peut pas être exclue, si les conditions d'usage s'y prêtent . La fin de vie des nanomatériaux n'étant pas soumise à une réglementation particulière, une libération progressive dans l'environnement après mise en décharge par exemple, est envisageable. Dans ce cas, avec une contamination attendue de tous les compartiments environnementaux, c'est finalement la population générale qui pourra être exposée indirectement par ce biais, même si cela se produit a priori à bien plus longue échéance et surtout avec une exposition à des NTC aux caractéristiques probablement fort éloignées de celles des NTC initialement incorporés dans les produits incriminés (enrobage par des matrices, fonctionnalisation non covalente par la matière organique naturelle, etc.). Les concentrations alors présentes dans l'environnement seraient extrêmement faibles même si elles peuvent localement (contamination accidentelle liée à un accident de transport, accumulation locale du fait de conditions particulières) être plus importantes. Il faut mentionner que dans le cas des nanotubes de carbone, l'incinération est a priori une méthode permettant leur élimination totale puisqu'ils brûlent intégralement à la température d'un incinérateur d'ordures ménagères par exemple. Cependant, en conditions dégradées, une combustion incomplète d'un nanocomposite à matrice polymère contenant des NTC pourrait conduire à un relargage de NTC dans les fumées .

L'objet de cet article n'est pas de présenter en détail les NTC dont les propriétés extraordinaires (mécaniques, électriques, thermiques), et les multiples applications ont déjà été décrites et ont déjà fait l'objet de plusieurs dizaines d'articles dans les Techniques de l'Ingénieur. Le choix est fait ici de se focaliser sur les aspects liés à l'impact potentiel des NTC sur la santé et sur l'environnement, en proposant une mise à jour des connaissances sur ces questions dans ces deux domaines.

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KEYWORDS

environmental impact   |   toxicity   |   carbon nanomaterials

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-nm8155


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2. Impact des NTC sur la santé

Bien que leur composition chimique soit différente, les NTC sont souvent comparés aux fibres d’amiante en raison de leur faible diamètre, de leur longueur élevée et de leur stabilité chimique dans des environnements physiologiques, se traduisant par une biopersistance importante . Ainsi, la connaissance des conséquences aiguës et chroniques pour l’organisme d’une exposition à ces particules s’avère être nécessaire du fait de leur utilisation intensive au niveau applicatif. Les effets des NTC sur la santé des mammifères, et plus spécifiquement sur celle des humains, sont étudiés depuis les années 2000 . Dans un premier temps, les recherches sur la toxicité de ces nanoparticules ont eu pour but d’identifier les organes et tissus susceptibles d’entrer en contact avec les NTC (Figure 1).

Ainsi, l’exposition digestive, cutanée et pulmonaire ont été mises en évidence comme étant des portes d’entrée au sein de l’organisme pour les NTC  ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   *  -  The project on Emerging Nanotechnologies : http://www.nanotechproject.org/.

  • (2) -   *  -  Base R-Nano, déclaration des substances à l'état nanoparticulaire, https://www.r-nano.fr/.

  • (3) - SCHLAGENHAUF (L.), KIANFAR (B.), BUERKI-THURNHERR (T.), KUO (Y.Y.), WICHSER (A.), NUESCH (F.), WICP (P.), WANG (J.) -   Weathering of a carbon nanotube/poxy nanocomposite under UV light and in water bath : Impact on abraded particles.  -  Nanoscale, 7, p. 18524-18536 (2015).

  • (4) - CALOGINE (D.), MARLAIR (G.), BERTRAND (J-P.), DUPLANTIER (S.), LOPEZ-UESTA (J-M.), SONNIER (R.), LONGUET (C.), MINISINI (B.), CHIVAS-JOLY (C.), GUILAUMME (E.), PARISSE (D.) -   Gaseous effluents from the combustion of nanocomposites in controlled-ventilation conditions.  -  J. Phys., Conference Series, 304, 012019 (2011).

  • (5) - IIJIMA (S.), YUDASAKA (M.), YAMADA (R.), BANDOW (S.), SUENAGA (K.), KOKAI (F.), TAKAHASHI (K.) -   Nano-aggregates of single-walled graphitic carbon nano-horns.  -  Chem. Phys. Lett., 309 (3-4), p. 165-170 (1999).

  • ...

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