La fabrication de nanoparticules représente l'une des frontières les plus dynamiques de l'innovation industrielle, permettant de progresser dans les domaines de l'électronique, de la médecine, du stockage de l'énergie et de la science des matériaux. À mesure que la production passe de la synthèse de laboratoire aux volumes commerciaux, les défis environnementaux et de sécurité inhérents à la manipulation des matières à l'échelle nanométrique exigent une surveillance réglementaire rigoureuse et des protocoles opérationnels robustes.

Comprendre les nanoparticules et leurs risques

Qu'est-ce que les nanoparticules?

Les nanoparticules sont définies comme des particules d'au moins une dimension entre 1 et 100 nanomètres. À cette échelle, les matériaux présentent des propriétés physiques, chimiques et biologiques uniques qui diffèrent sensiblement de leurs homologues en vrac. Les rapports surface-volume élevés, la réactivité accrue, les effets quantiques et la solubilité altérée sont parmi les caractéristiques qui permettent de nouvelles applications, mais aussi d'introduire des dangers inconnus.

Voies d'exposition et effets sur la santé

Les particules peuvent se déposer profondément dans la région alvéolaire des poumons, transloquer à travers la barrière alvéolaire-capillaire, et entrer dans le sang, atteignant le cerveau, le foie, le cœur et d'autres organes. Les études épidémiologiques dans les milieux professionnels ont lié l'exposition chronique aux nanotubes de carbone à la fibrose pulmonaire, à la formation de granulomes et à l'inflammation.

L'ingestion peut se produire par transfert de la main à la bouche ou par des aliments et de l'eau contaminés. La petite taille permet également aux nanoparticules d'échapper aux mécanismes naturels de clairance, ce qui entraîne une accumulation à long terme dans les tissus.

Risques environnementaux et écotoxicité

Dans les écosystèmes aquatiques, on sait que les nanoparticules d'argent libèrent des ions d'argent toxiques, endommagent les algues, les daphnies et les poissons. Les nanoparticules de dioxyde de titane peuvent produire des espèces d'oxygène réactif sous la lumière UV, affectant les organismes aquatiques. Les microorganismes du sol et les vers de terre ont montré une sensibilité aux nanoparticules d'oxyde de zinc et d'oxyde de cuivre.

Règlement environnemental sur la fabrication des nanoparticules

Les gouvernements et les organismes de réglementation du monde entier ont réagi à la croissance des nanotechnologies en adaptant les cadres existants et en élaborant des règles spécifiques pour les nanomatériaux, dont les principaux objectifs sont de limiter les émissions, de prescrire des pratiques de gestion des déchets, d'exiger une surveillance de l'environnement et de faire respecter les exigences en matière de divulgation.

États-Unis: EPA et TSCA

En 2015, dans le cadre de la réforme de la TSCA, l'EPA a commencé à traiter certains nanomatériaux comme des substances chimiques nouvelles, à moins qu'ils ne soient déjà inscrits sur l'inventaire de la TSCA. Les fabricants doivent soumettre des avis de préfabrication (NMP) pour de nouveaux nanomatériaux, fournissant des données sur les propriétés physico-chimiques, le devenir environnemental, l'écotoxicité et l'exposition des travailleurs. L'EPA a publié des règles d'utilisation nouvelles importantes (SNUR) pour certains nanomatériaux, y compris les nanotubes de carbone multi-murés et certains oxydes de métaux, exigeant un examen de 90 jours avant la production ou l'importation.

Union européenne: REACH et ECHA

L'Agence européenne des produits chimiques (ECHA) supervise les nanomatériaux en vertu du règlement REACH (enregistrement, évaluation, autorisation et restriction des substances chimiques). À partir de 2020, les fabricants et les importateurs doivent enregistrer explicitement les nanoformes de substances, avec des exigences spécifiques en matière de données concernant la distribution de la taille des particules, la forme, la chimie de surface et les paramètres toxicologiques. La Commission européenne a également adopté une recommandation pour la définition d'un nanomatériau (2011/696/UE), et l'ECHA a publié des directives sur la façon d'évaluer l'exposition et les risques pour les nanomatériaux sur le lieu de travail.

En vertu du règlement de l'UE sur la classification, l'étiquetage et l'emballage (CLP), les nanoformes doivent être classées et étiquetées pour les dangers, et les fiches de données de sécurité (DSS) doivent refléter des informations spécifiques aux nano-organismes.

Autres cadres internationaux

Le Ministère de l'économie, du commerce et de l'industrie (MÉTI) a publié des directives techniques pour la gestion environnementale des nanomatériaux. Le Système national de notification et d'évaluation des produits chimiques industriels (NICSAN) a exigé une notification préalable à la mise en marché pour les variantes de nanomatériaux des produits chimiques inscrits. L'Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE) a élaboré une série de programmes d'essais pour la sécurité des nanomatériaux manufacturés, qui fournissent des directives harmonisées pour les essais des propriétés physicochimiques, du devenir environnemental et de l'écotoxicité.

Organismes et normes de réglementation clés

Au-delà des organismes environnementaux primaires, les organismes de sécurité des travailleurs et les organismes de normalisation jouent un rôle crucial dans la fixation des limites d'exposition admissibles, des protocoles de surveillance et des lignes directrices techniques.

Administration de la sécurité et de la santé au travail (OSHA)

L'OSHA recommande aux employeurs d'appliquer les limites d'exposition existantes pour le matériel en vrac comme point de départ (p. ex., pour le noir de carbone, le dioxyde de titane) tout en reconnaissant que les nanoformes peuvent être plus dangereuses. L'organisme fait également référence aux limites d'exposition recommandées par l'Institut national de la sécurité et de la santé au travail (NIOSH) pour les nanotubes de carbone (1 μg/m3 comme carbone élémentaire) et le dioxyde de titane (0,3 mg/m3 pour les ultrafines, y compris les nanodimensions).

Institut national de la sécurité et de la santé au travail (NIOSH)

NIOSH a été un chef de file dans le développement de limites d'exposition professionnelle (LEO) pour les nanomatériaux. Leurs bulletins d'intelligence actuels fournissent des évaluations des risques et des contrôles recommandés pour les nanotubes de carbone, le dioxyde de titane et les nanoparticules argent. NIOSH publie également les meilleures pratiques pour la manipulation sécuritaire et recommande -hiérarchie des contrôles. approches: élimination, substitution, contrôles techniques, contrôles administratifs et EPI.

Normes internationales: ISO/TC 229 et ASTM E56

Le Comité technique 229 de l'Organisation internationale de normalisation (ISO/TC 229) a publié des dizaines de normes relatives aux nanotechnologies, y compris la terminologie, la caractérisation, la toxicologie et la sécurité au travail (par exemple, ISO/TR 12885:2018 pour les pratiques de santé et de sécurité).

Protocoles de sécurité pour la protection des travailleurs

Un programme de sécurité complet pour la fabrication de nanoparticules doit mettre en œuvre une approche multicouche en utilisant la hiérarchie des contrôles. Les sections suivantes détaillent les mesures d'ingénierie, d'administration et de protection personnelle.

Contrôles techniques

Les contrôles techniques sont les moyens les plus efficaces de réduire l'exposition.

  • Processus fermés – Les réacteurs, les fraiseuses et les sécheuses à vaporisateurs doivent être entièrement fermés et actionnés sous pression négative pour empêcher la libération de nanoparticules.
  • Aération des gaz d'échappement locaux [ – Les hottes, les boîtes à gants et les hottes de captage devraient être équipées de filtres à haute efficacité à air particulaire (HEPA) capables de piéger les nanoparticules. Les systèmes de ventilation doivent être régulièrement testés et certifiés.
  • Isolation et automatisation[ – Si possible, utilisez des dispositifs de télémanipulation ou des systèmes robotiques pour séparer les travailleurs du contact direct avec les poudres et les suspensions.
  • Méthodes humides – Lorsque les poudres sèches ne peuvent être évitées, le mouillage ou le traitement du lisier réduit la production de poussières dans l'air.

Contrôles administratifs

Les mesures administratives complètent les systèmes d'ingénierie et comprennent:

  • Procédures opérationnelles normalisées – Protocoles écrits pour la réception, la manipulation, le transfert, le stockage et l'élimination des nanomatériaux. Les PNE devraient être revues et mises à jour régulièrement en fonction de nouvelles données sur les dangers.
  • Contrôle d'accès[ – Limiter les zones où les nanomatériaux sont manipulés uniquement au personnel autorisé.
  • Surveillance médicale – Établir des évaluations de base de la santé et une surveillance médicale périodique pour les travailleurs, y compris des tests de fonction pulmonaire et, le cas échéant, des biomarqueurs d'exposition.
  • Entretien ménager – Utiliser le nettoyage sous vide HEPA pour éviter la remise en suspension. Éviter le balayage à sec. Contenant et jetant correctement les lingettes, vêtements et filtres contaminés.

Équipement de protection individuelle (EPI)

Lorsque les contrôles techniques et administratifs sont insuffisants, l'EPI constitue une barrière finale.

  • Protection respiratoire[ – Au minimum, utiliser des respirateurs à faces filtrantes N95 ou N100. Pour les matériaux à plus haut risque (p. ex. nanotubes de carbone), utiliser des respirateurs à demi-face ou à face complète avec filtres P100. Les respirateurs à air purifiant (PAPR) offrent des facteurs de protection plus élevés pour les tâches de longue durée.
  • Vêtements protecteurs – Couvertures jetables (Tyvek ou similaire) avec poignets et capots élastiques. Les tissus doivent avoir une faible pénétration des particules et être antistatiques si des solvants inflammables sont présents.
  • Glamour – Choisir des gants en fonction des données de perméation. Les gants de nitrile sont fréquents, mais pour les solvants agressifs ou les nanomatériaux à haut risque, envisager des gants de film stratifiés (p. ex., le bouclier argenté).
  • Protection des yeux – Lunettes de sécurité avec évents indirects ou bouclier à face pleine pour empêcher les éclaboussures ou les contacts de particules dans l'air avec les yeux.

Formation et suivi

Tout le personnel qui entre dans les zones de traitement des nanoparticules doit recevoir une formation documentée qui couvre les dangers propres aux nanomatériaux utilisés, l'utilisation appropriée des contrôles techniques, le don et la dot corrects des EPI, les procédures d'intervention d'urgence et les protocoles de traitement des déchets.

La surveillance continue de l'air à l'aide d'instruments de lecture directe (p. ex. compteurs de particules de condensation, dimensionneurs de particules de mobilité à balayage) fournit des commentaires en temps réel sur les rejets potentiels.

Interventions d'urgence et gestion des déchets

Même avec des contrôles robustes, des déversements, des fuites et des pannes d'équipement peuvent se produire. Un plan d'intervention d'urgence soigneusement conçu et un programme de gestion des déchets certifié sont indispensables.

Réponse aux déversements

Les déversements impliquant des nanopoudres ou des suspensions sèches nécessitent un confinement immédiat.

  • Évacuation et isolement de la zone.
  • Containment – Utiliser des tampons absorbants ou de la vermiculite pour les liquides; pour les poudres sèches, placer doucement un chiffon humide sur le déversement afin de minimiser l'aérosolisation.
  • Nettoyez – Utilisez un vide HEPA désigné pour les déversements de nanomatériaux. N'utilisez pas de vide standard avec des filtres non HEPA. Recueillez tous les matériaux de nettoyage dans des contenants scellés et étiquetés.
  • Décontamination – Essuyer les surfaces avec des chiffons humides; le personnel concerné devrait se doucher et changer de vêtements.

Les trousses de déversement contenant du HEPA-vacuum, des absorbants, des EPI jetables et des sacs scellables devraient être situées à des points stratégiques de l'installation.

Traitement et élimination des déchets

Les déchets de nanomatériaux comprennent les matières premières non utilisées, les EPI contaminés, les filtres utilisés, les résidus de procédés et les désaffectations des produits.

  • Caractérisation – Déterminer si les déchets présentent des caractéristiques dangereuses (toxiques, corrosives, réactives, ignifuges).De nombreuses nanoformes qui ne sont pas classées comme dangereuses peuvent encore devoir être gérées comme telles en fonction de leurs propriétés.
  • Emballage – Utiliser des contenants étanches scellés avec des étiquettes appropriées (y compris le code des déchets et une mention indiquant que les déchets contiennent des nanomatériaux).
  • Storage – Entreposez dans une zone dédiée avec un confinement secondaire, loin des matériaux incompatibles, et avec un accès limité.
  • Transport et élimination[ – Contrat avec un transporteur de déchets dangereux et une installation d'élimination agréée. L'incinération à haute température peut détruire de nombreux nanomatériaux organiques; la mise en décharge n'est pas recommandée en raison du potentiel de lessivage.

Les stratégies de réduction des déchets, telles que l'optimisation des rendements de réaction et la réutilisation des solvants de procédé, devraient être intégrées dans les processus de fabrication.

Conclusion : La voie à suivre pour une fabrication sûre et durable de nanoparticules

L'évolution rapide de la nanotechnologie exige des cadres réglementaires et de sécurité tout aussi dynamiques. Aujourd'hui, les fabricants doivent se pencher sur un ensemble de règlements nationaux et internationaux tout en mettant en oeuvre des contrôles techniques de pointe, une formation rigoureuse et des plans de gestion des déchets complets. À mesure que la compréhension scientifique de la toxicologie nanomatérielle s'approfondira, les limites d'exposition admissibles deviendront probablement plus strictes et les exigences en matière de surveillance environnementale s'élargiront.