Nanotubes de carbone : propriétés, toxicologie

Nanotubes de carbone

par Marie-Thérèse Giorgio
25 février 2024 | 0 commentaire

Un nanomatériau peut être produit par différents procédés: les nanotubes de carbone peuvent être fabriqués de 4 manières différentes, ce qui peut impliquer diverses propriétés physicochimiques: taille, forme, composition…et donc différentes propriétés toxicologiques. Les nanotubes de carbone à parois multiples sont les nanomatériaux les plus en vogue et les plus commercialisés. On constate des analogies entre les nanotubes de carbone et l’amiante. Expérimentalement, les nanotubes de carbone provoquent des mésothéliomes.

Fabrication des nanomatériaux
Propriétés des nanotubes de carbone
Principaux débouchés industriels à l’étude pour les nanotubes
Toxicologie des nanotubes
Analogie nanotubes de carbone et amiante
Nanotubes de carbone : valeur limite d’exposition au poste de travail

Les dangers pour la santé des nanotubes de carbone eux mêmes ou de leurs dérivés n’ont pas été beaucoup étudiés.
Les dérivés des nanotubes ont généralement des propriétés très différentes, en fonction du type et du nombre de groupements ajoutés.

Pour mieux visualiser les nanotubes de carbone : regarder la vidéo :Zoom interne dans un nanotube de carbone

Fabrication des nanomatériaux

Les nanotubes de carbone sont fabriqués à haute température par décomposition catalytique en phase gazeuse d’hydrocarbures de faible masse moléculaire, ou de monoxyde de carbone sous haute pression.

Le diamètre extérieur du tube plurifeuillet est d’environ 10 à 15 nm, pour un diamètre interne de 5 nm et une longueur de quelques dizaines de micromètres.
Leur surface spécifique peut dépasser les 1 000 m2/g mais l‘agglomération réduit cette valeur à quelques centaines de m2/g: ce qui demeure élevé.

Le diamètre des tubes dépend du nombre de feuillets ( termes français)

Nanotube monofeuillet, NTU
Nanotube à 2 feuillets, NTD
Nanotube avec plus de 2 feuillets, NTP

Propriétés des nanotubes de carbone

Les nanotubes s’agrègent spontanément par centaines, y compris dans l’eau.
Ils répondent à la définition des fibres.

L’OMS définit une fibre par:

Une longueur supérieure à 5 µm.
Un diamètre inférieur à 3 µm.
Un rapport longueur/diamètre supérieur à 3.

Les nanotubes présentent une conductivité électrique hors pair et une résistance mécanique importante.

Principaux débouchés industriels à l’étude pour les nanotubes

La microélectronique.
Le stockage de l’énergie.
Les composites.
La nanofiltration.
Les usages médicaux.

Toxicologie des nanotubes

Les nanotubes de carbone ont des propriétés mécaniques uniques car très légers mais plus solides que l’acier…
On distingue plusieurs types de nanotubes ( termes anglais ):

à paroi simple SWCNT, single Walled carbon nanotubes : ils comportent une seule couche de cylindres de graphène (
à double paroi DWCNT : ils comportent deux couches de cylindres de graphène
à paroi multiple MWCNT, multi walled carbon nanotubes : ils comportent plusieurs couches de cylindres de graphène .
ce sont des nanotubes de carbone à parois multiples : ce sont les produits de nanotechnologie les plus en vogue et les plus commercialisés.

Chez l’animal, les MWCNT provoquent des inflammations dans les poumons et des effets semblables à ceux de l’amiante : des rats en laboratoire ont développé un mésothéliome.

Expérimentalement, les tubes de nanotubes de carbone provoquent des pathologies semblables à l’amiante

Les nanotubes ont fait l’objet d’études toxicologiques de portée limitée, les caractéristiques des tubes étudiées sont rarement précisées.

Des effets pulmonaires ont été recherchés chez l’animal
- Les effets observés pourraient résulter d’une surcharge des macrophages dont la capacité d’épuration serait dépassée:
- Cette saturation surviendrait à partir de 1 mg par gramme de poumon, dose plus forte que celle utilisée pour les nanotubes.
Certains auteurs ont montré une biopersistance à 2 mois de ces particules et une capacité à engendrer une inflammation ainsi qu’une fibrose.

Les nanotubes de carbone, tout comme les fullérènes sont insuffisamment étudiés sur le plan toxicologique.

Actuellement, le caractère insoluble de ces particules, leur capacité à pénétrer à l’intérieur des cellules, à provoquer une cytotoxicité, et enfin leur forme de fibre sont des éléments qui doivent inciter à la prudence.

Analogie nanotubes de carbone et amiante

Les fibres longues présentent un potentiel inflammatoire et d’écotoxicité plus important que les fibres courtes. La rétention des fibres dans la plèvre déclenche une inflammation et comme les fibres ne peuvent pas être éliminées du poumon, la lésion s’aggrave et peut donner lieu à un mésothéliome.
Les MWCNT, nanotubes de carbone à parois multiples peuvent être pathogènes parce qu’ils sont :

assez fins pour passer par les voies aériennes supérieures et pénétrer dans les zones où l’oxygène se diffuse dans la circulation sanguine
assez longs pour commencer à abîmer les poumons parce qu’ils brisent les défenses naturelles situées dans les poumons
durables dans le mesure où ils restent collés pendant une longue période sans se dissoudre ou sans être brisés par l’organisme ( biopersistance).

Ces caractéristiques : longueur, diamètre, biopersistance, constituent ce que l’on appelle le paradigme de la fibre.
La fabrication de ces MWCNT s’effectuent suivant diverses méthodes.

Selon le NIOSH, les travailleurs peuvent avoir une atteinte respiratoire s’ils sont exposés pendant toute leur vie professionnelle aux limites supérieures des mesures de particules aériennes de type nanotube de carbone.

Sur le site Nanosmile : Analogie entre les nanotubes de carbone et l’amiante.

Nanotubes de carbone : valeur limite d’exposition au poste de travail

La SUVA, caisse nationale suisse d’assurance, donne une valeur indicative pour les nanotubes de carbone. :

suva-valeurs-limites-d_exposition-aux-postes-de-travail-2016

Valeur indicative d’exposition pour les nanotubes et nanofibres de carbone (longueur supérieure à 5 µm, diamètre inférieur à 3 µm, rapport entre longueur et diamètre supérieur à 3:1: 0,01 fibre/ml. Cette valeur limite est la même que pour les fibres d’amiante pouvant pénétrer dans les poumons.

Certaines s informations figurant dans cet article sont extraites du document » Les nanomatériaux sur le lieu de travail : quels enjeux pour la santé des travailleurs » ETUI, European Trade Union Institute

Les nanotubes de carbone sont-ils la nouvelle amiante ?