Une nanoparticule est selon la norme ISO 80004-1 un nano-objet dont les trois dimensions externes sont à l'échelle nanométrique, c'est-à-dire une particule dont le diamètre nominal est inférieur à environ. D'autres définitions évoquent un assemblage d'atomes dont au moins une des dimensions se situe à l'échelle nanométrique (ce qui correspond au « nano-objet » tel que défini par la norme ISO précitée) ou insistent sur leurs propriétés nouvelles (dues au confinement quantique et à leur surface spécifique) qui n'apparaissent que pour des tailles de moins d'une centaine de nanomètres.
Des nanoparticules (naturelles ou artificielles) circulent dans l'environnement, notamment via l'air et l'eau (eaux usées notammentGrazyna Bystrzejewska-Piotrowska, Jerzy Golimowski, Pawel L. Urban, Nanoparticles: Their potential toxicity, waste and environmental management (Review Article), Waste Management, , , septembre 2009, , (Résumé)). Certaines peuvent causer des problèmes inflammatoires pulmonaires plus vifs que les PM10 et les PM2.5Oberdörster G, Ferin J et Lehnert BE, Correlation between particle size, in vivo particle persistence, and lung injury, Environmental health perspectives, 1994, 102 (Suppl. 5), 173. et sont fortement suspectées d'avoir des effets négatifs sur l'environnementB. Nowack, The behavior and effects of nanoparticles in the environment, Environmental Pollution, , , avril 2009, (Résumé) et sur la santé quand elles sont inhalées ou qu'elles pénètrent le corps via la peau, l'eau ou l'alimentation ; (source : Ostiguy , ).
Pour les aspects « pollution de l'air » de ce sujet, voir l'article sur les PMO.1 intitulé Particule ultrafine.
Éléments de définition Une nanoparticule a ISO, 2004, Occupational ultrafine aerosol exposure characterization and assessment. Draft technical report number 6. ISO/TC146/SC2?WG1 Particle size selective sampling and analysis (workplace air quality).
Pour la (2004), Nanoparticules : risques et mesures de preventions , , sur irsst.qc.ca.
On peut également classer les nanoparticules/nano-objets selon leur taille dans chacune des trois dimensions : les fullerènes, particules ont leurs trois dimensions dans le domaine nanométrique (point) ; les nanotubes, dendrimères, nanofils, fibres et fibrilles ont deux dimensions nanométriques (ligne) ; les films minces n'ont qu'une dimension nanométrique (plan).
Échelles de taille Du point de vue dimensionnel, les nanoparticules/nano-objets se situent entre la matière dite macroscopique et l'échelle atomique ou moléculaire. Leur taille est donc bien inférieure à celle d'une cellule humaine.
Enjeux économiques et éthiques, risques sanitaires et environnementaux La diffusion rapide et la commercialisation des nanoparticules soulèvent de grands espoirs économiques et techniques, mais aussi des questions nouvelles sur les risques émergeant pour la sécuritéRoger Lenglet, Nanotoxiques. Une enquête., Actes Sud, Paris, 2014 ., la santé et l'environnement, dans un contexte de connaissances scientifiques encore très lacunairesAfsset (2008). Évaluation des risques liés aux nanomatériaux pour la population générale et pour l’environnement. Rapport d’expertise collective. Saisine no 2008/005. 2010Claude Ostiguy (IRSST), Brigitte Roberge (IRSST), Luc Ménard (CSST), Charles-Anica Endo (Nano-Québec), Guide de bonnes pratiques favorisant la gestion des risques reliés aux nanoparticules de synthèse, Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail (IRSST), Québec, Canada, 2008 (version imprimée) , 73 . Publication évaluée par des pairs..
En tant qu'altéragènes physiques ou chimiques, ce sont des polluants potentiels de tous les milieux (airQuadros M.E., Marr L.C., Environmental and human health risks of aerosolized silver nanoparticles, J. Air Waste Manag. Assoc., 2010, 60 : 770-81 et eau, mais aussi solCamille Larue et Marie Carrière, Les nanoparticules dans l’écosystème sol, période : février à août 2010, CEA/ADEME – IRAMIS/SIS2M/LSDRM – Gif-sur-Yvette. et réseau trophique, via la bioaccumulation), que ce soit seuls, en groupe ou en synergie avec d'autres polluants. Elles sont souvent beaucoup plus toxiques et écotoxiques que leurs homologues de taille supérieure. Et elles pénètrent facilement les organismes microbiens, fongiques, végétaux et animaux. Certaines nanoparticules, en contact avec l'air, sont en outre une source de risques d’incendie ou d'explosion.
En raison de caractéristiques nouvelles (caractères physico-chimie-chimique liés à leur taille, surface spécifique, surface d'échange, point de charge nulle, potentiel zeta)Stone V, Nowack B, Baun A , Nanomaterials for environmental studies: classification, reference material issues, and strategies for physico-chemical characterisation, Sci. Total Environ., 2010, 408, 1745-1754., les modèles utilisés pour les particules et microparticules ne fonctionnent plus.
Or, en 2009, selon le NanoTech Projectwww.nanotechproject.org, de consommation courante contenaient déjà des nanoparticules, contre 54 en 2005 (+ % en quatre ans), avec une production mondiale de plusieurs millions de tonnes de nanoparticulesGottschalk F, Sonderer T, Scholz W , Modeled environmental concentrations of engineered nanomaterials (TiO2, ZnO, Ag, CNT, fullerenes) for different regions, Environ. Sci. Technol., 2009, 43 : 9216-9222., et une écotoxicité encore presque inconnue. On les trouve déjà dans les eaux uséesBrar SK, Verma M, Tyagi RD , Engineered nanoparticles in wastewater and wastewater sludge - evidence and impacts, Waste Manag., 2010, 30 : 504-520..
L'utilisation de nanoparticules ( d'oxyde de cérium) chez l'homme ou l'animal comme moyen de limiter la perméabilité de l'intestin à certains radionucléidesColon J, Hsieh N, Ferguson A , Cerium oxide nanoparticles protect gastrointestinal epithelium from radiation-induced damage by reduction of reactive oxygen species and upregulation of superoxide dismutase 2, Nanomedicine, 2010, 6 : 698-705., ou la « nanoremédiation »Dong D, Li P, Li X , Photocatalytic degradation of phenanthrene and pyrene on soil surfaces in the presence of nanometer rutile TiO2 under UV-irradiation, Chem. Eng. J., 2010, 158 : 378-383.Ma X, Anand D, Zhang X , Carbon nanotube-textured sand for controlling bioavailability of contaminated sediments, Nano Res., 2010, 3 : 412-422NanoTech Project utilise ce terme pour décrire des sites pollués où l'on utilise des nanoparticules pour les dépolluer elle-même, qui se développe en Amérique du Nord, utilise de fortes doses de NP pour dépolluer les sols.
Dans certains cas, elles sont volontairement introduites dans l'organisme humain (produit de contraste, avec par l'exemple de l'oxyde de fer nanoparticulaire (Ultrasmall superparamagnetic iron oxide), approuvé par la FDAJesse L. Winer, Charles Y. Liu, Michael L.J. Apuzzo, The Use of Nanoparticles as Contrast Media in Neuroimaging: A Statement on Toxicity, World Neurosurgery, disponible en ligne, 7 novembre 2011, (Résumé)).
La recherche commence à aborder ces questions. Gottschalk (2009) ont modélisé la contamination potentielle des eaux et sols européens (jusqu'à 0,003 ng/L pour les fullerènes et 21 ng/l pour les NP-TiO2 dans les eaux de surface). Le sol, de manière préoccupante peut aussi accumuler des NP (89 μg/kg en NP-TiO2 par an vers 2008/2009, sachant que ce modèle ne tient compte que de l'usure et du recyclage classique des nanoproduits, et non des disséminations accidentelles ou volontaires de NP dans l'environnement). Dans les eaux douces, et in vitro, au gré de processus physicochimiques complexes, des nanoparticules peuvent s’agréger et se déposerPetosa AR, Jaisi DP, Quevedo IR , Aggregation and deposition of engineered nanomaterials in aquatic environments: role of physicochemical interactions, Environ. Sci. Technol., 2010 ; 44 : 6532-6549. Le nano-argent s'avère toxique pour l'embryon du poisson-zèbreBai W, Zhang S, Tian W , Toxicity of zinc oxide nanoparticles to zebrafish embryo: a physicochemical study of toxicity mechanism, J. Nanopart. Res., 2010, 12 : 1645-1654 et on a montré que le dioxyde de titane nanoparticulaire peut interférer avec les algues en augmentant leur capacité à absorber le cadmium toxiqueHartmann N.B., Von der Kammer F., Hofmann , Algal testing of titanium dioxide nanoparticles - testing considerations, inhibitory effects and modification of cadmium bioavailability, Toxicology, 2010, 269 : 190-197.. On a démontré des effets génotoxiques et cytotoxiques de nanoparticules d'argent pour les cellules d'une espèce-modèle de poisson (jugée représentative des risques génotoxiques pour de nombreuses espèces, dont de grand mammifères tel que les baleinesWise JP Sr, Wise SS, Goodale BC, Shaffiey F, Kraus S, Walter RB, Medaka (Oryzias latipes) as a sentinel species for aquatic animals: Medaka cells exhibit a similar genotoxic response as North Atlantic right whale cells, Comp. Biochem. Physiol. C. Toxicol. Pharmacol., mars 2009, 149(2):210-4. Epub 5 octobre 2008 ( Résumé)), sur la base d'études in vitro sur des lignées cellulaires de poisson (Oryzias latipes)Wise JP Sr, Goodale BC, Wise SS , Silver nanospheres are cytotoxic and genotoxic to fish cells, Aquat. Toxicol., 2010, 97 : 34-41 ( Résumé) exposées à des nanosphères d'argent de de diamètre (qui ont notamment induit des aberrations chromosomiques et des aneuploïdies. Les impacts sur l'écosystème sol (dont sur la biomasse en bactéries et vers de terreUnrine JM, Hunyadi SE, Tsyusko OV, Rao W, Shoults-Wilson WA, Bertsch PM (2010), Evidence for bioavailability of Au nanoparticles from soil and biodistribution within earthworms (Eisenia fetida), Environ. Sci. Technol., 44:8308-8313 ) et l'utilisation possible de cette microfaune pour la remédiation de sol est évoquée par le CEA et l'adème en 2010Camille Larue et Marie Carrière, Les nanoparticules dans l’écosystème sol, CEA/ADEMEP, période : février à août 2010 ; IRAMIS/SIS2M/LSDRM – Gif-sur-Yvette. L'Anses - Bulletin de veille scientifique - Santé / Environnement / Travail, mars 2011 qui font état des avancées permises par Cornelis et son équipe qui ont mis au point une méthode de détermination de la rétention/mobilité de nanoparticules d'argent (NP-AgMarambio-Jones C., Hoek E., A review of the antibacterial effects of silver nanomaterials and potential implications for human health and the environment, J. Nanopart. Res., 2010, 12, 1531-1551.) et d’oxyde de cérium(IV) (NP-CeO2, additif toxique commun des carburants diesel) dans les solsCornelis G, Kirby JK, Beak D, Chittleborough D, McLaughlin MJ., A method for determination of retention of silver and cerium oxide manufactured nanoparticles in soils, Environ. Chem., 2010, 7 : 298-308, ce qui permettra de mieux évaluer les risques de recontamination de l'air et de contamination de l'eau, et de mieux évaluer leur biodisponibilité pour les organismes vivants (microbes, champignons, végétaux et animaux).Dans le sol, on a aussi montré que des nanoparticules pouvaient interférer avec la mycrorhyzationDubchak S, Ogar A, Mietelski JW , Influence of silver and titanium nanoparticles on arbuscular mycorrhiza colonization and accumulation of radiocaesium in Helianthus annuus, Span. J. Agric. Res., 2010, 8 : S103-S108., en facilitant la bioaccumulation de Césium radioactif, ce qui pourrait être intéressant pour dépolluer un sol, avec le risque de faciliter des transferts de radionucléides dans la chaine alimentaire.Des effets sur le microbiote sont mis en évidence pour le nano-argentHänsch M, Emmerling C., Effects of silver nanoparticles on the microbiota and enzyme activity in soil, J. Plant Nutr. Soil Sci., 2010, 173 : 554-558. dans le sol.