Nanomatériau - Définition

Introduction

Un nanomatériau est un matériau (sous forme de poudre, aérosol ou quasi-gaz, suspension liquide, gel) possédant des propriétés particulières à cause de sa taille et structure nanométrique.

De nombreux matériaux font l'objet de recherche visant à les produire sous forme de nanoparticules (Métaux, céramiques, matériaux diélectriques, oxydes magnétiques, polymères divers, carbones, etc. ), seuls ou en formes ou structures composites.

Les nanomatériaux sont - au sens commun du terme - habituellement issue de la nanotechnologie, à la différence des nanoparticules qui peuvent être d'origine naturelle ou résulter de processus tels que le soudage, le fumage, le polissage, etc.

On parle de nanocomposites qui sont par exemple des matériaux dits nanostructurés (en surface ou en volume), ou nanorenforcés,

Fabrication

Deux approches existent, qui consistent à :

• dégrader de la matière en particules nanométriques
• assembler des atomes dans un « réacteur » ou autre système pour produire des nanoparticules

Risques

Les risques toxicologiques et écotoxicologiques sont liés à la taille très petite (100 000 fois plus petit qu'une cellule humaine moyenne) de ces matériaux, qui fait qu'ils se comportent comme des gaz et passent au travers des muqueuses et de la peau et de toutes les barrières (y compris méninges protégeant le cerveau, et placenta). Les risques sont donc potentiellement liés à

• l'inhalation
• l'ingestion
• le contact cutané et passage percutané

Le risque varie selon le nanomatériau considéré (selon la taille, la quantité, la structure, la surface spécifique et réactivité de surface, la toxicité chimique, une éventuelle radioactivité, les capacités d'agrégation, la réactivité, le comportement dans l'eau ou l'air, la présence éventuelle d'un surfactant ou d'un solvant, etc.).

Un même matériau présente donc une toxicité accrue lorsqu'il est à une dimension nanométrique.

Un des principaux risques identifiés concerne l'air inhalé. D'après certaines sources

• une particule de 1 nm ne peut pas atteindre les alvéoles pulmonaires ;
• une particule de 5 nm se dépose aléatoirement au niveau du nez et du pharynx, de la trachée et des bronches ou encore au niveau des alvéoles ;
• une particules de 20 nm se dépose dans plus de 50 % des cas au niveau alvéolaire.

Les nonoparticules insolubles présentent également des propriétés de translocation leur permettant de se déplacer dans l’organisme. Ces particules peuvent passer des poumons au sang, puis être distribuées dans l’ensemble de l'organisme. Ces particules intéressent également la pharmacologie pour leur capacité à atteindre le cerveau, à franchir les barrières intestinales, cellulaires et placentaires.

Un rapport IRSST (Ostiguy et al., 2006) regroupe dans le détail les connaissances toxicologiques répertoriées spécifiques aux nanoparticules.

Certains métaux (aluminium, lithium, magnésium, zirconium) ou des produits combustibles peuvent, à l'état de nanoparticules, former dans l'air des nuages explosifs. Ils doivent être entreposés sous atmosphère inerte (azote par exemple).

Les risques peuvent concerner des travailleurs québécois (plusieurs centaines de personnes exposées, au Québec, à des nanoparticules) ou encore des utilisateurs de produits finis.

Nanomatériaux actuellement étudiés ou exploités

Les plus souvent évoqués sont :

• Nanotubes de carbone ou de nitrure de bore
• Nanoparticules métalliques : sphères métalliques de taille nanométrique. Ces nano-objets peuvent être synthétisés par voie chimique (croissance) ou physique (jets moléculaires). Ex : Nanoargent désinfectant ou désodorisant dans les chaussettes et autres vêtements, ciment autonettoyant au dioxyde de titane ; crème solaire au dioxyde de titane, etc.
• Nanopoudres de céramique (silicates ou oxyde de titane) : obtenus en vaporisant des précurseurs métalliques et/ou organiques dans une flamme à très haute température. Ces nanopoudres ont des propriétés dans le traitement de surface de matériaux (durcissement), les matériaux bio-compatibles (implants osseux) et les polymères conducteurs notamment.
• Nanofibre, notamment de carbone : ces matériaux ont des propriétés qui intéressent le domaine de la conductivité électrique, de la résistance mécanique et des implants biocompatibles (muscles artificiels). Elles peuvent également servir à stocker efficacement l'hydrogène.
• Nanofeuille de verre : leur usage est envisagé dans le domaine des disques optiques. La densité d'informations pourrait être multipliée par 4 par ce procédé, mettant en œuvre le dépôt d'oxyde de cobalt sur la surface du disque. Des procédés mettant en œuvre du chrome, du zirconium et du cobalt laissent espérer des densités encore plus importantes.
• Nanofilm d'ADN : ces films ont des propriétés filtrantes, exploitables notamment dans le domaine environnemental.
• Nanocristal : par exemple, diamant artificiel ayant des propriétés électriques permettant de fabriquer de nouveaux microprocesseurs. Les cristaux naturels, comme l'opale ou le saphir sont soumis à des recherches. nanocristaux de semi-conducteurs fluorescents, etc.
• Nanocomposites : des matériaux composites ayant des propriétés de dureté et de résistance à l'usure.
• nanoproduits pour l'alimentation ; antiagglomérant pour sucre de table à la silice (avis réservé de l'AFSSA en France qui demande un étiquetage spécifique).

Autres nanomatériaux:

• fullerène
• nanopigments de dioxyde de titane