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Nanotechnologies : applications et risques

Le développement des nanotechnologies pourrait générer l’emploi direct de plus de 2 millions de personnes d'ici deux ans. Toutefois, elles suscitent également des inquiétudes. Manipuler la matière à l’échelle moléculaire et interférer avec le monde du vivant soulève des questions éthiques et sanitaires qui devront être prises en considération par les pouvoirs publics et les acteurs concernés.

La fabrication des nanostructures et les domaines d'application

Pour fabriquer des nanocomposants, deux voies sont possibles : la voie descendante et la voie ascendante. La voie descendante consiste à réduire le plus possible la taille d'un matériau, d'un composant. C'est la voie suivie par la microélectronique depuis 30 ans. Toujours activement exploitée, elle se heurte de plus en plus à des limites techniques et économiques en descendant vers l'échelle nanométrique. La voie ascendante consiste, quant à elle, à assembler la matière, atome par atome, pour construire des molécules que l'on intègre ensuite dans des systèmes plus grands, afin d'obtenir les propriétés ou les fonctions désirées.
Aujourd'hui, certains microcomposants et microsystèmes voient progressivement leurs dimensions diminuer et se rapprocher de l'échelle du nanomètre suivant la voie descendante, devenant ainsi des nanocomposants et des nanosystèmes. Parallèlement, les scientifiques réfléchissent à la mise au point de nouvelles méthodes d'assemblage atome par atome, molécule par molécule, qui ouvrent la voie à la démarche ascendante : ces méthodes, inspirées du monde de la chimie et de la biologie, consistent à construire des nanosystèmes à partir des éléments de base que sont les atomes.
Cette démarche nécessite l'invention d'instruments d’observation et de fabrication adaptés, mais aussi de comprendre comment fonctionnent des systèmes aussi petits. En effet, les objets nanométriques possèdent souvent des propriétés chimiques, électriques, magnétiques différentes de celles des objets, de même composition, mais de taille macro ou microscopiques (comme la flexibilité, la résistance, l’adhésion ou la répulsion), et très recherchées par les industriels. Les lois de la physique classique ne permettent pas d’expliquer leur comportement et l'on doit alors faire appel aux lois de la physique quantique pour comprendre et identifier ces nouvelles propriétés.

Les nanotechnologies se décomposent en trois secteurs principaux :
- La nanoélectronique, qui s’inscrit dans le prolongement de la microélectronique, plus particulièrement pour les ordinateurs, mais à des échelles nettement plus petites.
- La nanobiotechnologie, qui combine l’ingénierie nanométrique et la biologie pour manipuler des organismes vivants ou construire des matériaux inspirés des systèmes moléculaires biologiques.
- Les nanomatériaux, qui supposent de contrôler précisément, aux dimensions nanométriques, la morphologie de substances ou particules en vue de construire des matériaux nanostructurés. Les nanomatériaux constituent les "briques de base" des produits manufacturés et l’ensemble des secteurs économiques bénéficient de leur mise au point et de leur inclusion dans les processus de fabrication.
Ils peuvent se définir comme des matériaux composés ou constitués de nano-objets qui confèrent à ces matériaux des propriétés améliorées ou spécifiques de la dimension nanométrique. Ils se présentent sous forme de particules libres ou fixées, de fibres ou de tubes, de cristaux ou de lamelles, ou encore de porosités et connaissent un développement industriel remarquable dans le domaine des nanotubes de carbone.

Les domaines d'application des nanotechnologies sont principalement les technologies de l’information (possibilités de stockage accrues des nanomatériaux), la santé (implants bioactifs, nouveaux outils de diagnostic médical, traitement ciblé de cellules malades...), les écotechnologies (détection et neutralisation de micro-organismes et de pesticides par exemple), les technologies de l’énergie (économies d’énergie améliorées dans le transport). Le principal défi à relever pour l'avenir est d'étendre les méthodes de nanofabrication à la grande production de l'industrie.

À ce jour, les nanotechnologies et nanomatériaux ne constituent ni un secteur ni une branche au sens de la comptabilité nationale. Ils échappent aux statistiques du commerce extérieur, et ne sont représentés dans aucune nomenclature d’activité et de produit française, européenne, ou internationale.

Le positionnement de la France dans le domaine des nanotechnologies

L'effort financier de la France dans le domaine des nanotechnologies place le pays au 2ème rang européen derrière l'Allemagne. La France se classe au 5ème rang mondial en terme de nombre de publications dans le domaine des nanosciences. Les États-Unis sont actuellement leader en matière d'investissement dans ce domaine, ainsi qu'en terme de production scientifique et de valorisation de la recherche.

Entre 2001 et 2005, plus d'un milliard d'euros de fonds publics ont été investis en France pour développer la recherche dans le secteur des nanosciences et des nanotechnologies. Pour l’année 2007, l’effort public est de l’ordre de 280 millions d’euros. Un quart du budget relève du ministère en charge de la recherche, un quart du CEA et un tiers du CNRS. Les 20% restants relèvent principalement du ministère de l’économie, de l’industrie et de l’emploi, et pour moins de 5% de l’Inserm et d’Oséo-Anvar.

Le 1er avril 2009, le ministère de l'économie, de l'industrie et de l'emploi a annoncé que l’ensemble des partenaires du programme de recherche et développement Nano2012 avaient signé la convention cadre précisant les objectifs de ce programme, ainsi que les engagements réciproques de chacun des partenaires.

Le programme représente des dépenses de R&D de 2,3 milliards d’euros sur une durée de cinq ans. Il est soutenu par l’État et les collectivités territoriales à hauteur de 457 millions d’euros, dont 340 millions d’euros pour STMicroelectronics, chef de file du projet. L’aide publique, autorisée par la Commission européenne le 28 janvier 2009, a bénéficié également au Laboratoire d’électronique et de technologies de l’information du Commissariat à l’Energie atomique (CEA-LETI), ainsi qu’à de nombreux autres organismes de recherche et acteurs industriels.

Au-delà de l’avance technologique que ce programme doit générer pour l’ensemble de la filière de la nanoélectronique, au cœur du pôle de compétitivité "Minalogic", il doit induire des retombées économiques importantes, notamment par la création d’emplois directs supplémentaires chez les partenaires et d’emplois indirects dans l’ensemble du tissu économique régional.
Le ministère de l'Enseignement supérieur et de la Recherche, a présenté le 6 mai 2009 Nano-INNOV, le Plan "Nanotechs", visant à mettre en place une stratégie d'innovation dans les nanotechnologies. Ce plan repose notamment sur la création de centres d'intégration des nanotechnologies à Grenoble, Saclay et Toulouse, où la recherche fondamentale travaillera avec les entreprises pour mettre au point des technologies, déposer des brevets, créer des produits. Dès 2009 et dans le cadre du plan de relance, 70 millions d'euros seront consacrés à ce plan. Ils seront répartis comme suit :
> 46 millions pour la construction d'un centre d'intégration sur le site de Saclay sous la maîtrise d'ouvrage du CEA. Cette construction sera accélérée du fait de la réutilisation du concept et de l'architecture du bâtiment "Digiteo labs" pour les nouveaux bâtiments. Les travaux commenceront avant la fin de l'année 2009 ;
> 7 millions pour des financements complémentaires d'équipements technologiques dans le cadre du programme RTB (réseau technologique de base), confié à l'Agence nationale de la recherche ;
> 17 millions pour des appels à projets technologiques ajoutés à la programmation 2009 de l'Agence nationale de la recherche.

Parallèlement à cet effort financier, les pouvoirs publics ont impulsé la mise en oeuvre de structures de recherche adéquates.
En 1999, le Réseau de recherche en Micro et NanoTechnologies (RMNT) est créé afin de financer des projets de recherche menés en partenariat entre des laboratoires académiques et des entreprises dans les domaines des micro et nanotechnologies.
En 2003, le Réseau national de grandes centrales de technologies pour la Recherche technologique de base (RTB) est mis en place. Son objectif est de permettre à la recherche publique française de faire face aux enjeux des micro-nanotechnologies et nanosciences pour les années à venir en disposant d’une infrastructure propre à fournir les technologies nécessaires à la réalisation des projets de recherche et de développement des laboratoires.

Actuellement au nombre de sept, ces grandes centrales constituent un premier cercle d’acteurs compétitifs au niveau mondial. Il s'agit de plateformes technologiques (salles blanches, équipements, instrumentation et autres moyens lourds) qui associent recherche fondamentale et appliquée en partenariat avec le CNRS, le CEA et les universités.

En 2005, le Réseau national de recherche en nanosciences et nanotechnologies (R3N) succède au RMNT. Il associe les laboratoires publics, les PME innovantes et les centres de recherche privés des grandes entreprises. L'ANR, l'Agence nationale pour la recherche, est créée. Elle soutient plusieurs programmes dans le domaine des nanosciences et des nanotechnologies, notamment le Pnano, programme national en nanosciences et nanotechnologies. Le Pnano subventionne des projets de recherche fondamentale et appliquée (nanocomposants, micro-nanosystèmes, nanobiotechnologies, nanomatériaux, instrumentation et métrologie, modélisation et simulation). Un volet est dédié à l'impact et aux risques des nanotechnologies pour la santé et l'environnement, ainsi qu'aux aspects éthiques et sociétaux.

En 2005, la France lance également les "pôles de compétitivité" afin de faciliter le transfert technologique. Parmi ceux-ci, Minalogic à Grenoble est le pôle de référence dans le secteur des nanotechnologies. Il constitue un espace majeur d'innovation et de compétences spécialisées dans la création, la mise au point et la production de biens et services autour de solutions miniaturisées intelligentes pour l'industrie.
Le pôle dispose de l'une des plus fortes concentrations de scientifiques et d'entreprises au monde et les résultats de son activité intéressent tous les secteurs industriels : de l'automatisation des processus industriels à l'électronique de grande consommation en passant par les systèmes d'optimisation de la consommation d'énergie, la chaîne de l'image ou le monde de la connectivité et de la mobilité. Il associe des grands groupes et des PME, centres de recherche et de formation, État et collectivités territoriales.

Enfin en 2007, trois Réseaux thématiques de recherche avancée (RTRA) sont créés dans le domaine des nanosciences et nanotechnologies. Il s’agit de fondations de coopération scientifique qui rassemblent des laboratoires au niveau territorial. Le Triangle de la physique à Orsay est l’un de ces trois RTRA, son infrastructure bénéficie de très grands instruments de recherche comme l’accélérateur de particules "synchrotron Soleil".

Au niveau européen, le 7 juin 2005, la Commission a adopté un plan d’action pour l’Europe définissant des mesures pour la mise en oeuvre immédiate d’une stratégie de nanosciences et nanotechnologies "sûre, intégrée et responsable" sur la période 2005-2009.
Le 7ème PCRD, Programme cadre de recherche et de développement, portant sur la période 2007-2013, fixe comme objectif concernant les nanosciences et les nanotechnologies d'améliorer la compétitivité de l'industrie européenne mais également d'assurer la transition d'une industrie de ressources vers une industrie de connaissances. En termes d'activités, la priorité est donnée à l'élaboration interdisciplinaire de nouveaux produits et matériaux mais également de nouveaux procédés et techniques.
Le budget alloué à ce secteur s'élève à près de 3,5 milliards d'euros. La France se situe au second rang en terme de subventions obtenues de la Commission européenne et devrait bénéficier en moyenne de 10% de la dotation globale, soit environ 50 millions d’euros par an, ce qui équivaut au budget de l’ANR dans le domaine des nanosciences et nanotechnologies.

L'effort public en recherche et développement dans le domaine des nanotechnologies est conséquent en France et en Europe. On note cependant que, dans les pays leaders (États-Unis, Japon), l'investissement public se double d'un soutien privé également très important. À titre d’exemple, en 2004, la part de l’investissement privé dans le domaine des nanosciences et nanotechnologies s’élevait à 1,7 milliard d’euros pour les États-Unis contre 580 millions d’euros pour l’Europe. À l'inverse, la part de l’investissement public s’élevait à plus d’1,2 milliard d’euros pour les États-Unis, et à près d’1,4 milliard d’euros pour l’Europe.

La France et l'Europe apparaissent globalement bien placées dans le domaine de la production scientifique sur le thème des nanotechnologies mais rencontrent des difficultés dans la capacité à convertir leurs travaux en produits et en valeur (conversion des connaissances en dépôts de brevets et en création d'entreprises innovantes). Les 2/3 des brevets dans ce secteur sont détenus par l’Asie (Chine, Japon et Corée du sud), distançant nettement les États-Unis et l’Europe. L’Allemagne totalise les 2/3 des brevets européens devant la France et le Royaume-Uni. Les déposants sont principalement des industriels à hauteur de 70% et plus particulièrement des entreprises multinationales.

Un développement qui suscite des interrogations

L'émergence des nanotechnologies suscite de nombreuses interrogations concernant les aspects sanitaires et éthiques, la gestion des risques industriels ou encore le principe de précaution.
Aujourd’hui, au niveau mondial, on trouve des nanoparticules dans plus de 550 produits de consommation courante, sans étiquetage particulier : crèmes solaires, cosmétiques, produits d’entretien, farts de skis, textiles, carburants, peintures, pneus, encre pour imprimantes et même certains aliments. Les substances les plus couramment utilisées sont l’oxyde de titane et l’oxyde de silice pour les crèmes corporelles ou encore la silice colloïdale dans la composition du chocolat en poudre pour éviter la formation de grumeaux.

Ces dernières années, les pouvoirs publics ont saisi à plusieurs reprises les organismes compétents afin d'établir un état des lieux sur la situation actuelle en matière d'évaluation des risques et de recommandations à formuler.
Ainsi, le CPP, Comité de la prévention et de la précaution, a été chargé en 2004 d'examiner les conséquences sanitaires éventuelles de la production et de la dissémination de nanoparticules manufacturées et d'identifier les moyens existants pour organiser la vigilance collective et appréhender les risques.
Il ressort de son analyse que les nanoparticules, du fait de leur petite taille, peuvent entraîner une réaction biologique et présentent un danger pour l'homme si celui-ci y est exposé par inhalation, ingestion ou passage transcutané. Le CPP recommande notamment de recenser les nanoparticules issues des nanotechnologies, ainsi que les filières de production, de développer des outils métrologiques adaptés aux caractéristiques des nanoparticules pour mesurer le niveau d'exposition en environnement professionnel, de mener des travaux afin de mieux évaluer les risques et les dangers chez l'homme et pour l'écosystème, d'adopter des mesures de précaution.

L'Afsset, Agence française de sécurité sanitaire de l'environnement et du travail, a été saisie en 2006 afin de réaliser une synthèse des connaissances scientifiques et techniques disponibles concernant les caractéristiques toxicologiques et les effets biologiques et sanitaires des nanomatériaux. Elle est également en charge de l'identification des domaines d'utilisation des nanomatériaux, du recueil des données relatives à l'exposition de la population et des travailleurs, et de l'impact sanitaire.
L’Afsset considère que des dangers potentiels pour l’homme et l’environnement liés à l’exposition aux nanomatériaux manufacturés ont été indentifiés. L’exposition peut avoir lieu par voie cutanée, par ingestion ou plus fréquemment, par inhalation.

Les dangers identifiés reposent sur : la toxicité des nanomatériaux (effets notamment pulmonaires, cutanés, oculaires, vasculaires, digestifs…), le danger d’explosion, et sur les données actuellement disponibles en matière d’écotoxicité.
L'Afsset formule plusieurs recommandations, notamment, la surveillance des nanomatériaux par une structure indépendante, la prise en compte de leur spécificité par l’Union européenne dans le cadre de la réglementation REACH, l’élaboration d’un registre international, publiquement accessible, des nanomatériaux commercialisés ou en voie de l’être et des produits susceptibles d’en contenir. Elle recommande également la mise en oeuvre de bonnes pratiques à appliquer sur les sites de production, notamment l'application des règles générales de prévention du risque chimique et professionnel définies par le Code du travail.

Au niveau mondial, en 2005, si 10 milliards de dollars ont été consacrés à la recherche et au développement dans le domaine des nanosciences et des nanotechnologies, seulement 40 millions de dollars l'ont été à des fins de recherche sur les effets secondaires éventuels. En d’autres termes, 0,4% seulement des dépenses au niveau mondial ont été consacrées à la recherche sur les risques. Par ailleurs, une évaluation de 2006 effectuée par le PEN "Project on Emerging Nanotechnologies" indique que l'Europe investit près de deux fois plus que les États-Unis dans la recherche pour la prévention des risques.

Comme toute avancée scientifique et technologique majeure, les nanotechnologies sont porteuses d'espoirs et d'inquiétudes. Le Conseil économique et social, dans un avis de juillet 2008, insiste sur la nécessité pour les acteurs concernés d'apporter des réponses scientifiques aux craintes qui s'expriment dans le débat public, d'appliquer le principe de précaution et de développer l'information du public, pour permettre un développement "raisonné et responsable" de cette "nouvelle vague technologique prometteuse".

Le 23 février 2009, en application des engagements du Grenelle de l'environnement, les ministères concernés par les nanotechnologies ont saisi la Commission nationale du débat public pour conduire un débat national sur les risques et les conditions de développement et de régulation des nanotechnologies. L'objectif était, à partir d'une analyse bénéfices/risques des différentes applications, d'éclairer les grandes orientations de l'action de l'État. La Commission a remis son rapport au Gouvernement au terme de la période du débat.

A ce jour, plus d’un millier de produits de notre vie courante contiendraient des nano-matériaux. Pour autant, leurs usages, ainsi que leurs profils de risques, du fait du caractère émergent de cette technologie, demeurent encore peu connus.
C'est pourquoi depuis le 1er janvier 2013, l’ensemble des fabricants, distributeurs ou importateurs doivent déclarer les usages de substances à l’état nanoparticulaire, ainsi que les quantités annuelles produites, importées et distribuées sur le territoire français.
Un site dédié a été ouvert, www.r-nano.fr, pour réaliser cette première déclaration relative à l’année 2012. Ce dispositif devrait permettre également de collecter des informations sur leurs propriétés toxicologiques et écotoxicologiques, afin de guider les travaux de recherche et d’expertise sur les risques éventuels et les mesures de prévention à adopter. De premières informations seront mises à la disposition du public d’ici la fin de l’année 2013.

(Source : CEDEF - 14 février 2013)

Ressources bibliographiques

- Avis du 10 janvier 2013 modifiant l'avis aux entreprises produisant, distribuant et important des substances à l'état nanoparticulaire et aux laboratoires publics et privés de recherche en application de l'arrêté du 6 août 2012 relatif au contenu et aux conditions de présentation de la déclaration annuelle des substances à l'état nanoparticulaire. - JORF du 10-01-2013.

- Avis du 1er janvier 2013 aux entreprises produisant, distribuant et important des substances à l'état nanoparticulaire et aux laboratoires publics et privés de recherche en application de l'arrêté du 6 août 2012 relatif au contenu et aux conditions de présentation de la déclaration annuelle des substances à l'état nanoparticulaire. - JORF du 01-01-2013.

- La déclaration des nanomatériaux devient obligatoire - Rubrique en ligne sur le site du Ministère de l'Ecologie, du Développement durable et de l'Energie.
- Déclaration annuelle des nanoparticules obligatoire à partir de 2013 - Actualité en ligne sur le site pme.service-public.fr.
- Décret n° 2012-232 du 17 février 2012 relatif à la déclaration annuelle des substances à l'état nanoparticulaire pris en application de l'article L. 523-4 du code de l'environnement.