Évaluation des risques induits par l'incinération de nanocomposites à matrices polymères émergents

Le développement de nouveaux produits plastiques à base de nanoparticules soulève la question de leur relargage durant leur cycle de vie. En effet, leur potentielle émission lors de processus d’incinération combinée à leur potentielle toxicité peut présenter des problèmes de santé publique qu’il est nécessaire d’étudier.

Contexte, enjeux et objectifs

Les matières plastiques sont utilisées dans de multiples applications de notre vie quotidienne et une quantité considérable de plastiques et composites se retrouve par conséquent dans les flux de déchets solides (jusqu’à 15 % du flux selon les pays considérés). De nouvelles solutions consistant à adjoindre des nanoparticules (Al2O3, TiO2, SiO2, …) dans ces matériaux polymères apparaissent par ailleurs de façon croissante pour améliorer certaines de leurs propriétés (mécaniques, effet barrière, comportement au feu…), alors qu’il n’y a à ce jour aucun marquage spécifique permettant d’identifier la présence de ce type de substances dans les produits.

De nombreuses questions se posent donc quant aux risques associés, qu’ils soient liés à l’émission de ces nanoparticules lors du processus d’incinération ou à la toxicité de ces substances. Différents projets auxquels le LNE a contribué ces dernières années se sont intéressés à la première partie du sujet (NANOFEU, INNANODEP et NANOEMI). Un banc instrumenté, basé sur la mise en œuvre d’un cône calorimètre à atmosphère contrôlée couplé à différents moyens de mesures (FTIR pour les gaz, DLPI et SMPS pour les particules), a ainsi pu être développé au LNE pour simuler le processus d’incinération à l’échelle laboratoire et caractériser les gaz et particules émis. Sa validation métrologique poussée a surtout permis d’assurer que les mesures en temps réel et les prélèvements réalisés pour caractérisation ultérieure au moyen des techniques disponibles sur la plateforme CARMEN du LNE permettaient d’obtenir des résultats fiables et représentatifs de la réalité.

Le projet NANOTOX’IN s’intéresse pour sa part à l’évaluation de la toxicité des nanoparticules émises lors de l’incinération d’une matrice EVA largement utilisée dans l’industrie de la câblerie et à l’impact de la dégradation thermique sur une éventuelle modification de cette toxicité. Différentes nanoparticules sont prises en compte (Alumine Al2O3,  Boehmite AlO(OH), Silice SiO2) avec des morphologies et des états de surface variés afin de mettre en évidence une corrélation entre les paramètres de ces substances et la toxicité observée. Une étape de caractérisation poussée des nanoparticules, avant leur introduction dans les matrices polymères mais également dans les suies, une fois l’incinération réalisée, et dans le milieu de culture dans lequel les essais de toxicité sont réalisés, est un préalable indispensable pour obtenir des données représentatives et pouvoir ainsi déterminer les paramètres qui gouvernent les effets observés.

Le LNE intervient dans ce projet en mettant à disposition de ses partenaires son expertise et ses moyens pour dégrader thermiquement les différentes formulations investiguées, prélever de façon représentative les particules émises et les caractériser selon l’ensemble de leurs paramètres pertinents tels que décrit dans le document ISO/TR 13014 (taille, distribution de tailles, forme, structure cristalline, charge de surface, surface spécifique, …). La mise en œuvre de plusieurs techniques complémentaires (MEB, AFM, DLS) pour déterminer la taille et la distribution de tailles des particules contribue à fiabiliser les résultats obtenus et les protocoles de référence développés dans le cadre du projet NANOMET seront adaptés au cas de ces matrices très complexes que sont les suies et les milieux de culture nécessaire à la réalisation des essais de toxicité.

Impacts scientifiques et industriels

  • Protocoles de mesure pour la caractérisation de nanoparticules dans des milieux biologiques de culture
  • Données permettant de proposer des corrélations entre toxicité observée et caractéristiques physico-chimique des nanoparticules

Partenaires

Armines (Ecole des Mines d’Alès et Ecole des Mines de Saint-Etienne)

Projets associés

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