Benoît Hervé-Bazin et Collectif, "Les nanoparticules : Un enjeu majeur pour la santé au travail ?"

Généralités sur les particules ultra-fines

1. Définition d'un aérosol ultra-fin
O. Witschger

Les effets sur la santé des particules inhalées dépendent de nombreux facteurs physiques et chimiques. L'un des facteurs physiques les plus importants, avec la concentration dans l'air, est la taille des particules, car elle détermine le site de dépôt dans les voies respiratoires et, au-delà, conditionne la façon dont les particules interagissent avec le système biologique.

Pour désigner les particules ultra-fines, la majorité des publications adopte comme gamme de taille celle comprise entre environ 1 nm et environ 100 nm. Dans le domaine des nanotechnologies, on parle également de «nanoparticules élaborées» (engineered nanoparticles) ou plus simplement de «nanoparticules» pour définir les particules volontairement élaborées par opposition à celles qui sont produites comme dérivé d'un processus (émissions secondaires). Deux exemples bien connus sont le soudage et la combustion. Les particules de ces émissions secondaires sont plutôt désignées par «particules ultra-fines» (voir chapitre 3, point 3 sur les différentes catégories de PUF en milieux professionnels). Lors de leur fabrication ou manipulation, les nanoparticules peuvent se trouver en suspension dans un gaz ou dans un liquide (par exemple sous la forme d'une suspension colloïdale) ; on les trouve également incluses dans une matrice solide ou de type sol-gel. Du point de vue de la santé, la limite de 100 nm est arbitraire : elle ne constitue pas une frontière entre ce qui serait moins nuisible (au-delà de 100 nm) et ce qui le serait davantage (en deçà de 100 nm), d'autant que, dans certains environnements, des agglomérats ou agrégats de PUF (ou nanoparticules) solides se forment pour atteindre des dimensions de plus de 100 nm. C'est le cas des fumées de soudage pour les émissions secondaires ; on retrouve également des agglomérats composés de particules pouvant être inférieures à 100 nm dans les procédés de fabrica­tion de poudres dites «ultra-fines».

On emploie aussi le terme de «particule nanostructurée» pour désigner les agglomérats ou agrégats. Ce terme désigne (ISO, 2006) une particule avec des caractéristiques structurelles inférieures à 100 nm qui peuvent influencer ses propriétés physiques, chimiques et/ou biologiques. Ces particules nanostructurées peuvent être de dimension sensiblement supérieure à 100 nm. Ainsi, un agglomérat de nanoparticules de diamètre 700 nm pourrait être considéré comme une particule nanostructurée ; de même, un agglomérat de PUF de dimension 400 nm prélevé dans une fumée de soudage ou de découpe laser est considéré comme une particule nanostructurée.

S'il n'existe pas, semble-t-il, de définition universelle, il y a consensus pour désigner par «agglomérat» un groupe de particules liées par des forces relativement faibles, notam­ment les forces de Van der Waals, des forces électrostatiques ou des forces développées par les tensions de surface (Friedlander, 2000). Lorsque les particules sont reliées entre elles par des ponts (visualisables par exemple en microscopie électronique) et qu'il devient difficile de discerner la forme exacte des particules primaires, on parle «d'agrégat». Bien que les termes «agrégat» et «agglomérat» soient fréquemment utilisés de manière interchangeable, l'agrégat désigne plutôt un groupe de particules qu'il est difficile d'individualiser ; on utilise parfois le terme «agglomérats durs». Dans la suite de l'ouvrage, ces deux termes sont employés de manière interchangeable, sauf mention contraire explicite.

Pour décrire les formes non sphériques, parfois complexes, des agglomérats ou agrégats, il est nécessaire de faire appel à la notion de dimension fractale. Ainsi, pour caractériser la morphologie d'une structure agglomérée, on fait souvent appel à un paramètre (Df) qui lie une longueur caractéristique de cette structure à la taille moyenne des particules primaires qui la composent, ainsi qu'à leur nombre. Un agglomérat compact est caractérisé par un Df tendant vers 3, tandis qu'un agglomérat plus ouvert (de type «chaîne») est caractérisé par un Df inférieur ou égal à 2 (voir chapitre 2, point 1).

Benoît Hervé-Bazin, chargé de mission auprès de la direction scientifique de l'Institut national de recherche et de sécurité, a dirigé et coordonné l'écriture de cet " Avis d'experts ", réalisé à l'initiative de l'INRS, en regroupant la participation d'experts de différents horizons : Bice Fubini, professeur de chimie à l'université de Turin ; François Gensdarmes, spécialiste des aérosols à l'IRSN ; Marie-Claude Jaurand, directeur de recherche à l'INSERM ; Ghislaine Lacroix, toxicologue à l'INERIS ; Dominique Lison, professeur de toxicologie à l'université catholique de Louvain ; Dominique Thomas, spécialiste en filtration des aérosols à l'université de Nancy et des experts de l'INRS : Stéphane Binet, Dominique Lafon, Annie Laudet et Frédérique Roos (toxicologues) ; Denis Bémer et Olivier Witschger (spécialistes des aérosols) ; Denis Ambroise et Nicole Massin (épidémiologistes) ; Bruno Courtois et Benoît Hervé-Bazin (ingénieurs chimistes).