Nanomatériaux: enfin un indicateur de l’écotoxicité

Le 26 mai 2016 par Romain Loury
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Un indicateur qui a de l'avenir
Un indicateur qui a de l'avenir
Inrs

Des chercheurs toulousains ont mis en évidence un indicateur permettant de mieux mesurer la toxicité environnementale des nanomatériaux: la concentration surfacique. Selon leurs résultats, publiés dans la revue Nano Letters, cette mesure permettrait de définir un seuil au-delà duquel surviendraient des effets biologiques.

C’est l’un des principaux écueils à l’étude des nanomatériaux: il est très difficile de les quantifier, et donc d’évaluer leur effets toxicologiques, sur la santé comme sur l’environnement. «En tant que chercheurs, nous avons du mal à comparer les résultats: même pour les nanotubes de carbone par exemple, il est déjà difficile de comparer deux échantillons différents de façon satisfaisante», explique Emmanuel Flahaut, directeur de recherche CNRS au Centre interuniversitaire de recherche et d’ingénierie des matériaux (CIRIMAT, université Toulouse 3/CNRS[1]).

La quasi-totalité des études recourt à un critère utilisé en routine en chimie, la concentration massique, à savoir la masse du composé étudié par unité de volume (gramme/litre). Facile à mesurer, cet indicateur est peu adapté aux nanomatériaux: il ne reflète ni le nombre de particules, ni leur morphologie, ni leur surface. Or c’est par leur surface que ces particules interagissent avec leur environnement.

Net avantage à la concentration surfacique

Dans leur étude[2], Emmanuel Flahaut et ses collègues révèlent que la concentration surfacique, c’est-à-dire la quantité de surface des nanomatériaux par unité de volume, constitue un indicateur plus pertinent. Les chercheurs ont testé cet indicateur, exprimé en mètres carrés par litre, sur divers types de nanocarbones, à savoir du nanodiamant, du graphène et des nanotubes de carbone (bi-parois et multi-parois).

S’il est possible d’estimer la concentration surfacique par calcul, les chercheurs l’ont mesurée par la méthode de Brunauer-Emmett-Teller (BET): le nanomatériau est chauffé afin de nettoyer sa surface de toute contamination qui s’y serait nichée, puis mis en présence d’un gaz (le plus souvent du diazote, N2), qui va former une monocouche à la surface des nanoparticules. Celles-ci sont de nouveau chauffées: la quantité de gaz qui se désorbe permet d’estimer la surface de l’échantillon.

Comme modèle biologique, les chercheurs ont choisi les larves du crapaud xénope. Après incubation pendant 12 jours en présence de diverses concentrations de nanoparticules, ils ont étudié l’effet, inhibiteur, sur la croissance des larves.

Des trois indicateurs testés (concentration massique, nombre de particules et concentration surfacique), c’est ce dernier qui est le mieux corrélé à l’effet biologique, tandis que la concentration massique obtient de piètres résultats. Selon les chercheurs, ces résultats suggèrent même la possibilité de définir un seuil de concentration surfacique, au-delà duquel un effet biologique pourrait être attendu.

L’effet marginal de la morphologie

Les chercheurs observent une uniformisation des effets biologiques pour chacun des quatre nanomatériaux étudiés: à concentration surfacique similaire, l’effet des nanotubes de carbone est équivalent à celui du nanodiamant et du graphène. Et ce bien que leur morphologie soit très différente, monodimensionnelle pour les premiers, zéro- et bidimensionnelle pour les seconds. «Dans ces conditions expérimentales, la morphologie des particules ne semble pas avoir tant d’importance que cela, comparativement à leur quantité de surface», explique Emmanuel Flahaut, contacté par le JDLE.

Prochaines étapes pour les chercheurs, «vérifier si la concentration surfacique peut être généralisée» à d’autres types de nanomatériaux, à base de carbone ou non, comme le nanoargent et le nanodioxyde de titane (nano-TiO2). Au-delà de l’écotoxicologie, l’équipe songe à évaluer ce critère par des tests cellulaires, pour la santé humaine. Ces résultats pourraient intéresser l’Institut national de l’environnement industriel et des risques (Ineris) et l’Institut national de la santé et de la recherche médicale (Inserm), à la recherche d’indicateurs fiables sur les nanos.



[1] CNRS: Centre national de la recherche scientifique; INPT: Institut national polytechnique de Toulouse

[2] Menés dans le cadre du projet européen de recherche Graphene Flagship, ces travaux ont été conduits en collaboration avec une autre équipe toulousaine, celle de Laury Gauthier du laboratoire ECOLAB (université de Toulouse 3, CNRS, INPT), spécialisée en écotoxicologie.

 



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