En moins de 40 ans les nanotechnologies ont trouvé de multiples applications dans des domaines très variés et elles ont permis d’incontestables progrès, dans l’électronique, les matériaux, la médecine… Nouveaux venus, ces nano-objets qui ont fait irruption dans notre vie de tous les jours restent mal connus quant à leurs propriétés ainsi que leurs possibles dangers et ils suscitent des questions utiles et d’indispensables débats sur leurs usage actuels et futurs.

« Nano » : quoi, comment ? 

Les nanotechnologies ont pour point commun l’échelle à laquelle elles s’appliquent: le nanomètre c’est à dire un milliardième de mètre (le préfixe nano vient du grec nanos qui signifie nain). C’est cinquante mille fois moins que l’épaisseur d’un cheveu… C’est aussi la distance entre deux atomes, ces particules élémentaires qui constituent la matière.

Le passage de la matière à des dimensions nanométriques fait apparaître des propriétés très  différentes de celles qu’elle peut avoir à l’échelle micro ou macroscopique. Avec les nanotechnologies il est possible d’élaborer des matériaux dont les caractéristiques fondamentales (réactivité chimique, résistance mécaniques, conductivité électrique, fluorescence …) peuvent être modifiées. Par exemple, l’or est totalement inactif à l’échelle micrométrique alors qu’il devient un excellent catalyseur de réactions chimiques quand il prend des dimensions nanométriques.

On définit les nano-objets comme des matériaux dont une, deux ou trois dimensions externes se situent à l’échelle nanométrique c’est-à-dire entre 1 et 100 nm. On répartit en trois catégories :

  • les nanoparticules dont les trois dimensions externes se situent à l’échelle nanométrique : fullerènes ; nanoparticules de latex, d’oxyde de zinc, de fer et de cérium, d’alumine, de dioxyde de titane, de carbonate de calcium…
  • les nanofibres, nanotubes, nanofilaments ou nanobâtonnets qui se rapportent à des nano-objets dont deux dimensions externes sont à l’échelle nanométrique et la troisième dimension significativement supérieure (de 500 à 10 000 nm) : nanotubes de carbone, nanofibres de polyester, nanotubes de bore, 
  • les nano-feuillets, nano-plats ou nano-plaquettes qui définissent des nano-objets dont une seule dimension externe se situe à l’échelle nanométrique et les deux autres dimensions sont significativement supérieures : nano-feuillets d’argile, nano-plaquettes de séléniure de cadmium, etc.

A l’échelle « macro » les nano-objets peuvent être utilisés sous forme de poudre, de suspension liquide, de gel, de film, d’aérosol. A l’échelle « micro » ils intégrés dans d’autres matériaux qu’ils renforcent ou qu’ils structurent (en surface ou en volume)

Des « nanos » et des hommes 

Michael Faraday est le premier à mentionner l’existence des nano-particules : en 1857 il comprend que la matière a de nouvelles propriétés pourvu qu’on en fasse des particules « extrêmement petites » en observant l’effet de la taille de nanoparticules d’or en suspension sur leur couleur.

A l’aube du XXème siècle, le noir de carbone, aussi appelé noir de fourneau et composé de particules de 10 à 500 nanomètres, a d’abord été utilisé comme pigment ou dans la fabrication des encres (ainsi que du papier carbone, des rubans de machines à écrire…) puis pour la fabrications de pneus dans lesquels il apporte la résistance mécanique que le caoutchouc n’aurait pas si on l’utilisait seul. 

Feynman est visionnaire dans un discours qu’il donnait à la Société américaine de physique le 29 décembre 1959. Il évoque un domaine de recherche alors inconnu : l’infiniment petit. En se basant sur la taille des atomes (1 dixième de nanomètre), il considère qu’il est possible de stocker de grandes quantités d’informations sur de très petites surfaces : « Pourquoi ne pourrions-nous pas écrire l’intégralité de l’Encyclopædia Britannica sur une tête d’épingle ? ». Son hypothèse, révolutionnaire à l’époque, a été abondamment vérifiée depuis (avec des circuit intégrés gravés à l’échelle de 10 nanomètres par exemple)

Le début de l’étude méthodique des matériaux infiniment petits coïncide avec le développement de techniques d’observation et d’interaction avec de la matière à une échelle atomique ou subatomique : 

  • le microscope à effet tunnel (1981) qui peut parcourir des surfaces conductrices ou semi-conductrices en utilisant un phénomène de la physique quantique, l’effet tunnel, pour déterminer la morphologie et la densité d’états électroniques des surfaces qu’il explore. 
  • le microscope à force atomique (1985), dérivé du microscope à effet tunnel, qui mesure les forces d’interactions entre la pointe du microscope et la surface explorée, grâce à quoi on peut visualiser les matériaux non conducteurs. 

Ces instruments combinés avec la photolithographie permettent d’observer, de manipuler et de créer des nano-structures ouvrant ainsi des voies nouvelles de recherche : les nanosciences et nanotechnologies.

Drexler, le prophète, publie en 1986 « Engines of Creation », dans lequel il délivre sa vision des immenses progrès que permet la développement des nanotechnologies avec lesquelles des lois physiques apparemment insurmontables peuvent être dépassées. Outre sa prédiction que la « manipulation moléculaire » permettra de créer et fabriquer des produits plus solides, plus efficaces, moins coûteux, Drexler a également prévu que de telles technologies peuvent aussi être destructrices pour la flore, la faune voire l’humanité. si elles ne sont pas complètement maîtrisées.

Aujourd’hui les nanosciences et les nanotechnologies sont des domaines de recherche à l’échelle mondiale. Avec plus de 5 000 chercheurs, la France y est très active et fait partie leaders du secteur derrière la Suisse, la Corée, l’Allemagne, et devant les États-Unis et le Japon.

« Nano » pour quoi faire ?

Les nanotechnologies ont un impact dans de nombreux domaines de la vie courante : alimentation, énergie, environnement, santé, sécurité, transports, etc. Sans faire un catalogue à la Prévert on en citera citera les principales applications :

-Automobile : matériaux renforcés et plus légers ; peintures extérieures avec effets de couleur, plus brillantes, anti-corrosion, anti-rayures, et anti-salissures ; additifs pour carburants améliorant leur combustion ; pneumatiques plus durables et recyclables…

-Aéronautique et spatial : capteurs pour l’optimisation des performances des moteurs ; détecteurs de glace sur les ailes d’avion…

-Électronique et télécommunications : mémoires à haute densité ; processeurs miniaturisés ; capteurs de lumière, informatique de poche ; ordinateurs et programmes ultra-rapides ; technologies sans fil ; écrans plats…

-Chimie et matériaux : pigments ; poudres céramiques ; inhibiteurs de corrosion ; charges dans les polymères ; catalyseurs ; textiles et revêtements antibactériens ou ultra-résistants…

-Construction : ciments autonettoyants et anti-pollutions, vitrages autonettoyants et anti-salissures ; peintures ; vernis ; colles ; mastics…

-Agroalimentaire : colorants, anti-agglomérants, émulsifiants ; emballages actifs prolongeant la date limite de conservation…

-Santé : médicaments et agents actifs ; surfaces adhésives médicales anti-allergènes; médicaments sur mesure ciblés sur des organes (ou des cellules) précis; matériaux bio-compatibles pour implants ; vaccins oraux ; imagerie médicale…

-Cosmétiques : crèmes solaires transparentes ; pâtes à dentifrice abrasives…

-Loisirs : fart à ski, raquettes et balles de tennis…

-Énergie : cellules photovoltaïques de nouvelle génération ; batteries à forte capacité de stockage ; entreposage d’hydrogène combustible ; fenêtres intelligentes ; matériaux isolants plus performants…

-Défense : détecteurs d’agents chimiques et biologiques ; systèmes de surveillance miniaturisés ; systèmes de guidage ultra-précis ; textiles légers et /ou auto « auto-cicatrisants

-Environnement et écologie : réduction d’émissions de monoxyde de carbone par catalyse ; désalinisation de l’eau de mer ; analyseurs chimiques spécifiques ; …

« Au total, les nanotechnologies adressent un marché mondial qui a dépassé 1000 milliards de dollars en 2015… »

…et elles ont maintenant leur place dans la production manufacturière moderne, menée par un nombre croissant de pays industrialisés, notamment l’Allemagne, l’Australie, le Canada, la Chine, les États-Unis, la France, le Japon et la République de Corée

Des risques à maîtriser et réglementer

Alors que les applications de ces objets et technologies lilliputiennes sont en pleines expansion et qu’ils ont envahit notre vie quotidienne, leurs usages présentent des risques

  • sanitaires pour le consommateur et pour les professionnels intervenant dans leur production, notamment par forte capacité pénétrante des nanoparticules dans les tissus cellulaires du fait de leur taille qui leur permet de franchir certaines barrières naturelles. Si tous les nanomatériaux ne sont pas dangereux, des incertitudes demeurent quant à leurs éventuels effets (inflammatoires, respiratoires, cardiovasculaires ou neurologiques) qui sont insuffisamment documentés ;
  • environnementaux, les nanoparticules peuvent aussi se disperser et persister dans l’environnement et nous n’en connaissons pas l’impact. Sous réserve qu’elles soient confirmées, des études en laboratoire indiquent que des micro-organismes, des invertébrés, et et es plantes sont susceptibles d’être affectés par l’exposition à certains nanomatériaux. 

Le Comité Scientifique des Risques Sanitaires Émergents et Nouveaux (CSRSEN), qui travaille au sein de la Commission européenne a mis en lumière l’insuffisance des méthodes existantes pour l’évaluation des risques pour la santé et l’environnement.

Aucune réglementation spécifique ne cadre actuellement la manipulation de nanomatériaux en France et en Europe. Ce sont les principes de protection de la santé qui sont applicables applicables, ainsi que les textes consacrés à la mise sur le marché des substances chimiques, des médicaments, des produits cosmétiques ou des aliments.

Ainsi depuis janvier 2013, fabricants, importateurs et distributeurs de nano-produits n’ont en France que l’obligation de déclarer l’identité, les quantités et les usages des nanomatériaux auprès de l’Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail (Anses).

Au niveau européen, les réglementations qui encadrent les nanomatériaux, dans les cosmétiques, dans les produits biocides ou dans l’alimentation sont jugées globalement insuffisantes par les associations de protection des consommateurs, de la santé, de l’environnement et des travailleurs .

Pour ce qui concerne l’information du consommateur, l’étiquetage « nano » est obligatoire en Europe pour trois catégories de produits. 

-Les cosmétiques, depuis juillet 2013 : e Règlement Cosmétiques exige que les fabricants mentionnent la présence des nanomatériaux dans la liste des ingrédients des cosmétiques : la règle d’étiquetage prévoit que le terme « nano » soit indiqué entre crochets, après le nom de l’ingrédient. Dans le cas du TiO2 par exemple : Titanium dioxyde [nano].

-Les biocides, depuis septembre 2013 : le Règlement Biocides exige aussi que l’étiquette indique la présence de nanomatériaux dans les produits biocides, avec le terme « nano » entre parenthèses, après le nom de l’ingrédient et « les risques spécifiques éventuels qui y sont liés » doivent être mentionnés.

-Les produits alimentaires, depuis décembre 2014 (théoriquement) : le Règlement INCO avait d’abord prévu l’obligation d’apposer sur l’étiquette la mention »nano » entre crochets, avant le nom de l’ingrédient concerné. Mais la pression des industriels du secteur pour un allègement de cette obligation a retardé l’entrée en vigueur de cette mesure. L’obstacle a été levé fin octobre 2015, avec le vote du Règlement Novel Foods. 

La mention [nano] commence donc à apparaître sur la composition des produits, mais bien qu’elle soit obligatoire depuis juillet 2013, elle est loin d’être généralisée.

A l’évidence la réglementation des nanotechnologies relève d’un processus politique et d’une gouvernance complexe. Cependant il est encore temps d’en poser des bases solides, étayées par des faits scientifiques avérés, et de renforcer l’information du citoyen. C’est à ce prix qu’elles auront un avenir autant technique, économique et sociétal ainsi que la confiance et de l’acceptation du public. La sécurité et la transparence en sont les conditions essentielles, et le défi est de taille si l’on considère la variété des produits et des applications. 

  • Xavier Drouet

D-Fi Initiative et Innovation