Nanotoxicologie

Les études nanotoxicologiques visent à :

• améliorer les évaluations de risques et les analyses de cycle de vie (ACV) qui sont très difficiles à réaliser pour les produits intégrant des nanomatériaux, mais déjà sur le marché (ex. : textile intégrant du nano-argent) ;
• améliorer la gestion du risque, notamment par la production d'outils, de règlementations et de guides de bonnes pratiques ;
• déterminer si les nanomatériaux (ou certains d'entre eux) peuvent — et dans quelle mesure — constituer une menace pour l'environnement et pour les êtres humains, à court, moyen ou long terme.

Des nanoparticules existent dans l'univers depuis le big bang au moins. Il en existe sur terre depuis sa formation (4,54 milliards d'années). Mais depuis la révolution industrielle principalement, les activités humaines modifient leur nature, leurs quantités, leurs localisations, leur cycle et leurs interactions avec les systèmes naturels. La nanotoxicologie s'intéresse à leurs effets négatifs et aux moyens de les atténuer ou de s'en protéger[1].

Tous les nanomatériaux sont concernés, avec des risques variant selon la taille du produit ou du mélange étudié (…et selon la quantité, la structure, la surface spécifique et réactivité de surface, la toxicité chimique, une éventuelle radioactivité, les capacités d'agrégation, la réactivité, son comportement dans l'eau ou l'air, la présence éventuelle d'un surfactant ou d'un solvant, etc.).

En 2019, une étude a fait le point sur les sources et impacts connus de trois types de nanomatériaux :

1. Les nanoparticules naturelles (non directement issues d’actions humaines)[1] ;
2. Les nanomatériaux accessoires. Ce sont ceux qui sont involontairement produits lors d'activités humaines. Après les nanoparticules émises par le feu, les incendies d’origine humaine, l’agriculture et la production de charbon de bois, viennent — depuis la révolution industrielle — les activités minières, les carrières et la combustion du charbon puis du pétrole et de ses dérivés (carburants de véhicules notamment). Dans certaines régions du monde, ces nanoparticules « accessoires » rivalisent quantitativement avec les flux de nanomatériaux naturels ou les dépassent[1] ;
3. Les nanomatériaux manufacturés. Ils ne sont produits que plus récemment (50 ans environ). volontairement créés ou modifiés pour des applications industrielles, médicales, biocides ou autres, ils ne sont émis dans l’environnement qu’en très petite quantité (comparativement aux deux autres types de nanomatériaux) mais ces quantités suffisent à les rendre préoccupants, étant donné leurs propriétés (« car tous les nanomatériaux, quelle que soit leur origine, possèdent des propriétés chimiques et physiques distinctes dans toute la gamme de tailles, les différenciant clairement de leurs équivalents macroscopiques et nécessitant une étude minutieuse »)[1].

Trois voies d'entrée sont aujourd'hui approchées, in vivo et surtout in vitro :

1. L'inhalation (« Dans la majorité des situations rencontrées en milieu de travail, l’absorption pulmonaire potentielle serait au moins un ordre de grandeur plus importante que l’absorption cutanée[4] ») ;
2. L'ingestion (qui implique d'aussi étudier les interactions de nanoparticules avec le microbiote) ;
3. Le passage percutané (ou transcutané) après une mise en contact avec la peau.

Quand il étudie les flux de transfert et métaboliques, le toxicologue doit aussi appréhender les interactions synergiques éventuelles avec d'autres nanoparticules (Cf. effet cocktail) l'eau, des solvants, l'air, les microbes, qui peuvent modifier et éventuellement exacerber les phénomènes de bioaccumulation, bioturbation, etc.

En raison de la petite taille[5] (100 000 fois plus petit qu'une cellule humaine moyenne, 10 000 fois plus petit qu'une bactérie de taille moyenne, 150 fois plus petit qu'un virus, et pouvant interagir avec l'ADN car au moins deux fois plus petit que le diamètre d'une double hélice d'ADN) et de la grande surface fonctionnelle des nanomatériaux, ceux-ci ont des propriétés uniques par rapport à leurs homologues de plus grande taille[4]. Même s'ils sont réalisés à partir d'éléments réputés inertes comme l'or ou le platine, ils deviennent très actifs à l'échelle nanométrique. Certains de ces matériaux se comportent comme des gaz et passent très facilement au travers des muqueuses et de la peau et de toutes les barrières (y compris méninges protégeant le cerveau, et placenta).

Les nanotechnologies posent donc des problèmes nouveaux à la toxicologie et à l'écotoxicologie et au domaine de la sécurité alimentaire et sanitaire (les promoteurs des nanomatériaux annoncent des aliments plus beaux, plus frais, plus sains, plus fonctionnels ou des alicaments, éventuellement vendus dans des emballages qui pourraient être « améliorés » par des nanoadditifs[6]. Une insuffisante perception des risques par le personnel qui utilise des nanomatériaux, parfois sans le savoir peut aussi être un facteur de danger et d'aggravation des risques.

Par conséquent, le principe de précaution devrait conduire tout développement des nanomatériaux dans l’alimentation ainsi que toute élaboration d’une quelconque règlementation. Le droit suisse recommande d’incorporer explicitement le principe de précaution dans le domaine des denrées alimentaires.

Selon les études et données disponibles, de nombreux paramètres expliquent la toxicité des nanoparticules.

Ceux qui sont souvent cités ou ont été le mieux étudiés[4] sont :

Des plates-formes de partage d'information ont été créées, avec les producteurs ou des agences gouvernementales. L'Europe soutient des programmes de recherche divers. Un début de travail collaboratif est amorcé avec l'utilisation de wiki, en anglais[7].

Certains auteurs[8] proposent d'utiliser les méthodes de control banding (qui utilise une matrice fonction de la sévérité et de la probabilité/vraisemblance du risque) pour évaluer quantitativement les risques des NP, malgré l'importance des incertitudes.

Pour évaluer les risques et dangers, la nanotoxicologie nécessite d'avoir accès à des informations aujourd'hui lacunaires, dont :

• caractérisation des émissions de NP (évaluations quantitatives et qualitatives) ;
• données sur la cinétique de ces produits dans les milieux et organismes ;
• cadastres d'émissions ;
• exposition des personnes (travailleurs notamment, et enfants qui pourraient y être plus vulnérables) aux aérosols, par classes de fraction granulométrique ;
• etc.

L'homme et d'autres espèces vivantes sont notamment exposés à des nanoparticules ayant comme source des phénomènes d'usure mécanique (freins et pneus par exemple), et de combustion (incinération, pots d'échappement y compris pots catalytiques, centrales thermiques, certaines productions industrielles…).