Mesurer les nanoparticules dans l’environnement

par Paul Tossa - SPS n°301, juillet 2012

De façon schématique, la « carte d’identité » d’une famille de nanoparticules comprend a minima leur dénombrement, leurs propriétés morphologiques (distribution en taille, forme des particules élémentaires et des agrégats, surface spécifique), leurs propriétés chimiques (composition) et leurs propriétés physico-chimiques (charge de surface). Ces différents paramètres conditionnent la toxicité des nanoparticules et donc les mesures environnementales et sanitaires à mettre en place.

Détection des nanoparticules dans l’air

Le premier défi de la détection des nanoparticules dans l’air est de distinguer au sein d’un aérosol ambiant les nanoparticules manufacturées des autres particules, qu’elles soient naturelles ou anthropiques. La mesure de la concentration par unité de volume d’air (c’est-à-dire en mg/m3 ou µg/m3) constitue la norme pour la mesure des expositions environnementales (professionnelles ou non) aux agents chimiques sous forme particulaire, exception faite des fibres pour lesquelles la concentration en nombre par unité de volume d’air est retenue. Au regard des connaissances scientifiques, il semble de plus en plus manifeste que, pour les nanomatériaux constitués de substances insolubles ou faiblement solubles, l’exposition ne peut être évaluée par les deux seuls indicateurs que sont la masse et la composition chimique [1]. Mais définir de quelle manière elle doit l’être reste un objectif ambitieux car la liste des paramètres est longue et le nombre de nanoparticules étudiées est encore limité. Néanmoins, d’après [2], il apparaît que : (i) mesurer la concentration en nombre soit une mesure adéquate lorsque le paramètre « surface » ne conditionne pas en priorité la toxicité ; (ii) mesurer la concentration en surface (c’est-à-dire en µm2/m3) soit une mesure appropriée dans de nombreuses circonstances ; (iii) mesurer la concentration en masse (c’est-à-dire en mg/m3) reste une mesure utile pour certaines situations, dans la mesure où une sélection par taille de particules est réalisée.

Ceci montre la complexité du choix du paramètre à prendre en compte lorsqu’on veut mesurer les nanoparticules dans l’air. Une fois le choix des paramètres fait, la deuxième difficulté tient à la caractérisation des nanoparticules à partir des techniques existantes. Ces techniques, actuellement uniquement utilisées pour la détection des nanoparticules en milieu professionnel, ne permettent pas de mesurer, pour une technique donnée, plusieurs paramètres à la fois (concentration volumique, concentration massique, surface volumique...etc.) et manquent généralement de spécificité [3].

Détection des nanoparticules dans les eaux et les sols

Les principaux objectifs sont d’identifier les nanoparticules (déterminer leur origine naturelle ou manufacturée) et de caractériser leurs propriétés morphologiques, chimiques et physico-chimiques. Un ensemble de techniques analytiques est disponible pour accéder à ces propriétés. À l’échelle du laboratoire de synthèse ou de l’unité de production, la caractérisation de ces propriétés ne pose généralement aucun problème. Les nanoparticules sont, à l’évidence, disponibles en quantité toujours suffisante. Néanmoins, les techniques disponibles ne sont pas polyvalentes, sont très coûteuses et demandent un fort niveau de compétence aux utilisateurs. Le panorama est différent, et nettement moins optimiste, dès que l’on s’intéresse à des prélèvements d’eaux ou de sols en milieu naturel. Plusieurs difficultés majeures sont à surmonter : la présence de nombreuses nanoparticules naturelles dans ces milieux, les faibles niveaux de contamination qui peuvent condamner certaines techniques, le prélèvement et l’isolation de manière quantitative de la fraction nanoparticulaire dans les eaux et les sols.

Malgré ces difficultés, des techniques existent (certaines très vieilles sont arrivées à maturité) et permettent de déterminer (avec des limites) des paramètres tels que la taille, la forme, la charge de surface, la composition chimique, etc. Comme pour les mesures dans l’air, ces techniques permettent de déterminer les paramètres de façon isolée ou au mieux à la fois les deux paramètres que sont la taille et la forme.

Références

[1] Oberdorster G., Stone V., Donaldson K. Toxicology of nanoparticles : a historitical perspectives. Nanotoxicology 2007 ; 1, 2-25.
[2] Maynard A.D., Aitken R. Assessing exposure to airbone nanomaterials : current abilities and future requirements. Nanotoxicology 2007 ; 1, 26-41.
[3] INRS – Hygiène et sécurité du travail – 1er trimestre 2012. ND 2355 – 26 – 12.

Mis en ligne le 15 février 2013
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