Risques associés aux Nanoparticules synthétiques dans un cadre de santé et de sécurité du travail

La production des nanomatériaux fait partie de la prochaine révolution industrielle et médicale car la science ne cesse de démontrer l’utilité des nanotechnologies. Mais en face de ces propriétés bénéfiques apparaissent de nouveaux risques pour la santé de l’homme. On assiste à une augmentation constante de la production de nanoparticules synthétiques alors que les impacts sur la santé et l’environnement n’ont pas tous été évalués. Le nombre d’articles publiés à propos des effets toxiques des nanoparticules a augmenté de façon exponentielle entre 2001 et 2011 mais en 2012, on disposait encore de très peu d’études épidémiologiques des nanoparticules en milieu de travail. Beaucoup d’incertitudes subsistent à propos des nanoparticules alors que les produits commerciaux qui incorporent des nanoparticules prolifèrent. L‘institut québecquois IRSST, après avoir réalisé une revue exhaustive des articles scientifiques publiés entre 2001 et 2011, vient de produire un rapport qui dresse une liste détaillée des risques associés aux nanoparticules synthétiques dans un cadre de santé et de sécurité du travail.

Définition des nanomatériaux synthétiques
Facteurs de risques et effets associés aux nanoparticules 

Définition des nanomatériaux synthétiques

Légalement, les nanomatériaux synthétiques sont définis comme des substances chimiques par la législation REACH ( Regulation (EC) N° 1907/2006

A ce jour il n’existe pas de définition claire des nanomatériaux, pas de consensus mondial et donc aucune réglementation internationale n’est en vigueur.

La principale source d’incertitude dans l’évaluation des caractéristiques des nanoparticules c’est leur comportement et leur sort environnemental et la deuxième source d’incertitude, ce sont les caractéristiques générales ( intrinsèques ) des nanomatériaux.
Il y a 20 ans, le concept de toxicité des nanoparticules était principalement lié à leur taille mais aujourd’hui ce concept s’est complexifié et fait appel à d’autres mécanismes toxicologiques, parfois par des mécanismes indirects. Cette complexification proviendrait entre autres de la biopersistance des nanoparticules dans les poumons.
Par ailleurs selon le Safe Work Australia, les résultats obtenus à partir des nombreuses expériences in vitro ne sont pas suffisants pour gérer les risques des NPS, nanoparticules synthétiques sur un lieu de travail.

Facteurs de risques et effets associés aux nanoparticules

L’IRSST liste 34 facteurs de risques et effets associés aux nanoparticules.
Certains facteurs de danger sont directement liés aux différentes caractéristiques et propriétés des nanoparticules ( propriétés intrinsèques, propriétés d’interface, propriétés de mobilités) et d’autres sont liés à la façon dont les nanoparticules peuvent entrer en contact avec les travailleurs et ainsi avoir des répercussions sur la santé.

Propriétés intrinsèques aux nanoparticules

La taille des nanoparticules est le paramètre le plus étudié, car elle a un effet significatif sur leurs propriétés physiques, chimiques et biologiques.
De par leur taille, les nanoparticules ont la capacité de passer à travers ou de modifier les membranes cellulaires pour interagir avec les composants intracellulaires.
Plusieurs moyens sont disponibles pour définir la taille des nanoparticules : la taille primaire mesurée par MET ( microscope électronique à transmission), la taille moyenne, la distribution de taille.

Il semble également indispensable de caractériser la forme de la nanoparticule, en plus de sa taille.

L‘aire surfacique résulte de la combinaison de la taille et de la forme de la nanoparticule et peut être considérée comme un facteur de risque.

Ces 3 facteurs : taille, forme et aire surfacique ont des influences sur les propriétés physiques des nanoparticules : propriétés thermiques, mécaniques, catalytiques, optiques, radiatives, magnétiques, etc

Ainsi selon la conductibilité électrique ou thermique des NPS, l’enceinte dans laquelle les matériaux sont produits devra s’assurer de la bonne isolation des travailleurs par rapport à ces nanoparticules.

La fibrosité des particules peut être considérée comme présentant un risque. Des rapports démontrent la dangerosité de particules fibreuses comme par exemple l’amiante. Cette caractéristique s’applique actuellement à la production de nanotubes de carbone.
Asbestos mechanisms of toxicity workshop

Propriétés d’interface des nanoparticules synthétiques, NPS

Les nanoparticules synthétiques qui présentent un risque peuvent être examinées selon leur potentiel d’interactions avec d’autres objets : avec d’autres NPS, avec des cellules dont la membrane est également chargée, etc

Parmi ces propriétés d’interface, on retrouve

  • la charge des NPS,
  • mais également la distribution des sites chimiques sur la surface des NPS.

Connaître la chimie de surface des nanoparticules synthétiques peut aider à comprendre leur mécanisme d’action et d’interactions avec d’autres structures.

La réactivité chimiques des NPS c’est à dire leur potentiel redox correspond au potentiel des NPS à générer des espèces réactives de de l’oxygène, issues de ce potentiel d’oxydo-réduction. Ce mécanisme pourrait expliquer la toxicité cellulaire ou les réactions inflammatoires qu’induisent les NPS.

La dégradation des NPS est un élément de risque : en effet, les produits de dégradations issus des réactions entre les NPS et leurs cibles peuvent présenter un potentiel toxique.

Une particule non toxique peut par exemple libérer des ions très toxiques tels que des ions cadmiums quand elle se dégrade.

Propriétés de mobilité

Le comportement des NPS dans différents milieux dépend de leurs propriétés physiques, chimiques et de leurs propriétés d’interface.
En fonction de leur comportement en milieu liquide, les NPS peuvent ou non s’agglomérer.

Il est important de connaître la propension des NPS à former des poussières ou des aérosols pour adapter les systèmes de ventilation d’une usine de production de nanoparticules. Les systèmes de ventilation ou d’extraction doivent utiliser des filtres HEPA ( High efficiency Particulate filters)

Il faut connaître le comportement des NPS pour déterminer leur voie d’entrée et tenter de réduire les voies d’exposition.

Comment les NPS peuvent-elles entrer en contact avec les travailleurs ?

Facteurs d’exposition environnementale
Plusieurs conditions doivent être prises en compte dans les mesures d’exposition :

  • l‘humidité de la pièce car elle peut influer sur la production d’aérosol de NPS,
  • la température car elle agit sur la mobilité des nanoparticules,
  • la lumière : les nanoparticules de Ti02, par exemple, peuvent être activées par les rayonnements UV,
  • la présence d’autres nanoparticules dans l’environnement, ce sont les particules de fond qui vont pouvoir s’agglomérer avec les NPS et donc modifier leur mobilité ( ce qui doit être considéré comme un élément de risque) : par exemple la présence de particules de diesel dans l’air que nous respirons,ou de  particules émises lors d’opérations d’usinage, etc
  • la voie de pénétration dans l’organisme : les organes atteints ne sont pas les mêmes si les nanoparticules sont inhalées, ingérées, ou en contact avec la peau et les yeux.

Des nanoparticules qui sont inhalées se retrouvent dans les poumons mais peuvent également gagner le cerveau grâce au nerf olfactif. Les nanoparticules synthétiques qui passent la barrière de la peau peuvent se retrouver dans la circulation sanguine.

Lorsque les NPS sont fabriquées, elles peuvent également être contaminées par d’autres toxiques, ce qui peut influencer leur toxicité. La SCENIHR recommande donc de mesurer la pureté des NPS.
Risk assessment of products of nanotechnologies

Facteurs humains ou facteurs reliés à la tâche

Comme pour tout autre produit toxique, il est est recommandé de doser la dose d’exposition des travailleurs . En effet, en plus des facteurs environnementaux, interviennent les facteurs liés à la tâche : type de tâche ( fabrication, conditionnement, entreposage, nettoyage, etc), durée de la tâche, fréquence à laquelle elle est accomplie, etc

Effets des NPS, nanoparticules synthétiques

Effets physiologiques
Les nanoparticules synthétiques ont des effets inflammatoires : le principal défi en toxicologie va consister à définir l’importance de l’inflammation que les NPS provoquent, sachant que cette réaction n’est pas spécifique
Les NPS peuvent également migrer d’un organe à l’autre, d’un système à l’autre par l’intermédiaire de vaisseaux sanguins mais également de nerfs.
Il faut parvenir à estimer les propriétés toxicocinétiques et toxicodynamiques des NPS car pour protéger les travailleurs au contact desnanoparticules, il faut comprendre comment ces nanoparticules entrent, circulent, sont métabolisées puis excrétées par l’ensemble du corps humain mais aussi par différents organes.

L’OCDE recommande cette approche ADME : absorption, distribution, métabolisme, excrétion.

Safety of manufactured materials

Effets toxiques spécifiques à la cellule
De nombreuses recherches sont conduites pour mesurer :

  • la viabilité de la cellule après contact avec des NPS,
  • la pénétration des nanoparticules dans les cellules ( en quelle quantité, par quels moyens),
  • les effets intracellulaires des NPS.

Des tests de génotoxicité s’avèrent indispensables pour évaluer la toxicologie des NPS.
La cancérogénicité et la mutagénicité des NPS sont également signalés par plusieurs auteurs de rapports

Autres effets néfastes des naoparticules synthétiques
A côté des interactions directes entre les NPS et le corps humain, l‘explosivité, la combustibilité et l‘inflammabilité des NPS peuvent mettre en danger la sécurité des travailleurs.

 

Ce rapport de l’IRSST qui réalise une synthèse des publications internationales parues entre 2001 et 2011 liste les facteurs de risques et les effets associés aux nanoparticules, mais également les nombreux liens entre ces différents facteurs de risque : la taille de la NPS par exemple influence sa toxicité cellulaire, la composition chimique de la NPS influence sa viabilité, etc…mais beaucoup de relations entre les éléments de risque n’ont pas encore été étudiés à ce jour, par exemple la mobilité et les effets toxiques physiologiques. Il existe un système très complexe de dépendance de tous ces facteurs entre eux et les effets, ce qui rend également très compliquée la gestion des risques associés aux NPS. On manque par exemple d’études d’exposition alors que ce sont ces études qui se rapprochent le plus de la réalité de terrain à laquelle sont soumis les travailleurs. La mise sur le marché des nanoparticules a précédé les études toxocologiques et les préventeurs sont actuellement extrêmement démunis face aux risques que représentent les nanoparticules pour la santé. Ce travail réalisé par l’IRSST pourrait servir de base au développement d’un outil d’aide à la décision destinés aux producteurs de nanoparticules synthétiques et aux intervenants en prévention au travail.



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