Prédire les accidents avec les nanomatériaux

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While the risks from the use of artificial nanomaterials have been well studied,
While the risks from the use of artificial nanomaterials have been well studied, no project has yet addressed the unintended release of these substances in the event of an accident in the production factory or during transport. (Photo: pixabay)

Des chercheuses et chercheurs ont estimé pour la première fois la future probabilité de libération de nanomatériaux due à un accident. Ils se sont appuyés pour cela sur des modèles de l’industrie nucléaire. Pour l’évaluation des risques, les résultats doivent à présent être associés à des informations sur la dangerosité du matériau.

Chaque année, plus de deux millions de tonnes de nanomatériaux sont produits et utilisés pour les biens de consommation les plus divers. Depuis ces deux dernières décennies, des inquiétudes ont été exprimées à plusieurs reprises quant aux effets nocifs sur l’homme et l’environnement de ces produits chimiques comprenant des particules de seulement 1 à 100 nanomètres (un millionième de millimètre). De nombreuses études ont également analysé les risques liés à l’utilisation de nanomatériaux artificiels, mais aucun projet ne s’était encore penché sur la libération involontaire de ces substances lors d’une avarie dans l’usine de production ou lors du transport.

«Pour la première fois, nous avons estimé pour les dix à trente ans à venir la probabilité d’accidents n’importe où dans le monde dans lesquels sont impliqués des nanomatériaux artificiels», déclare Ralf Kägi, responsable du laboratoire des particules à l’Institut de recherche sur l’eau Eawag. Dans le cadre d’un projet de l’UE, l’étude a été coordonnée par le Natural Environment Research Council (NERC) britannique et menée en grande partie par l’entreprise suisse ETSS et l’Eawag. Les chercheuses et chercheurs viennent de publier leurs résultats dans la revue «Nature Nanotechnology». Ils concluent que durant les dix années à venir, les petits accidents entraînant une libération de nanomatériaux limitée à quelques kilos seront relativement fréquents; les chercheuses et chercheurs estiment le nombre annuel de tels incidents à deux ou trois. Selon leurs estimations, les accidents graves lors desquels dix mille à cent mille fois plus de matériau finit dans l’environnement sont plus rares. La probabilité qu’un tel accident se produise dans les dix prochaines années est évaluée à sept pour cent et à entre dix et vingt pour cent dans les trente prochaines années.

Une situation complexe en termes de données

«Fondamentalement, nos modèles s’appuient sur les calculs utilisés pour l’industrie nucléaire», déclare Fadri Gottschalk de ETSS. Il existe pour les centrales nucléaires une méthodologie complète pour l’élaboration de ce qu’on appelle les analyses probabilistes de risques. «Toutefois, les données pour les nanomatériaux sont beaucoup plus complexes que pour les centrales nucléaires», précise le spécialiste. Tandis que l’industrie nucléaire se concentre notamment sur un spectre limité d’événements susceptibles de provoquer un accident, on ne sait pas ce qui peut mal tourner avec les nanomatériaux. Les auteurs de l’étude n’ont donc pas mené de réflexions techniques sur les causes d’accidents mais projeté dans l’avenir la libération involontaire de nanomatériaux artificiels du passé.

La banque de données française ARIA, dans laquelle sont documentés des accidents chimiques du monde entier, a servi de base. «Malheureusement, il n’est pas rapporté dans celle-ci si des nanomatériaux étaient impliqués», déclare R. Kägi. Les chercheuses et chercheurs ont utilisé deux méthodes distinctes pour reconstruire le nombre d’accidents survenus par le passé avec des nanomatériaux. Dans un premier modèle, ils ont supposé que la part de nanomatériaux artificiels libérés correspond à la part de marché de ces substances, laquelle s’élève actuellement à 0,5 pour cent de l’ensemble du marché des produits chimiques. Ils ont par conséquent supposé qu’en moyenne 0,5 pour cent des accidents enregistrés dans la banque de données ARIA sont liés à la libération de nanomatériaux artificiels. En combinant ces données avec les modèles informatiques développés, l’équipe de chercheurs a pu estimer la probabilité de futurs nano-accidents.

Explosion de poussière dans une usine de traitement

Dans un second modèle, R. Kägi a sélectionné mille accidents chimiques dans la banque de données ARIA et les a analysés avec précision. Pour douze incidents, il a supposé une libération de nanomatériaux. Une explosion de poussière a, par exemple, eu lieu dans une usine de traitement des débris de zircon et de titane. Le nuage de particules en feu s’est propagé aux bidons ouverts de zircon et de titane, provoquant une seconde explosion et un incendie. Des nanoparticules de zircon et de titane ont sans doute été projetées par l’incendie dans l’environnement. Lors d’un autre accident, un incendie s’est déclaré dans l’installation de filtration d’une fabrique de poudre de métal. Celui-ci a très probablement libéré des nanoparticules de cobalt et de magnésium.

Le chercheur de l’Eawag a présenté les rapports d’accident à un collège de onze chimistes experts qui ont classifié les incidents en fonction de la probabilité de libération de nanomatériaux. Indépendamment du premier modèle, la société ETSS s’est servie de cette classification pour calculer les pronostics de fréquence des accidents dans les dix à trente prochaines années. Les résultats des calculs des deux modèles se recoupaient. «C’est pourquoi nous pensons avoir réalisé des prévisions réalistes sur les futurs accidents avec des nanomatériaux», déclare R. Kägi, «en dépit des énormes incertitudes auxquelles nous étions confrontés.»

Des bases pour les assurances

L’intérêt principal de l’étude est qu’elle permet de quantifier les incertitudes, explique le chercheur: «Les assurances n’ont plus besoin de se fier à leur intuition pour pronostiquer de telles accidents, elles peuvent désormais calculer avec ces chiffres et développer des scénarios.» Dans une prochaine étape, les évaluations de probabilité seront couplées aux informations sur la dangerosité du matériau libéré afin d’établir des analyses de risques. Ce n’est qu’ensuite qu’il sera possible de quantifier le potentiel de risque pour les personnes et pour la société.

Les nanomatériaux produits actuellement à grande échelle sont le dioxyde de silicium et le dioxyde de titane - des substances classifiées comme inoffensives. Comparé à cela, les quantités produites de matériaux exotiques plus nocifs sont faibles. Et R. Kägi est convaincu que les effets des futurs accidents avec des nanomatériaux ne s’étendront pas sur des centaines, voire des milliers, de kilomètres comme lors d’une catastrophe nucléaire. «Ce sera très probablement un problème local contre lequel il faudra protéger surtout la population à proximité.»

Gottschalk, F.; Debray, B.; Klaessig, F.; Park, B.; Lacome, J.-M.; Vignes, A.; Portillo, V. P.; Vázquez-Campos, S.; Hendren, C. O.; Lofts, S.; Harrison, S.; Svendsen, C.; Kaegi, R. (2023) Predicting accidental release of engineered nanomaterials to the environment, Nature Nanotechnology , doi: 10.1038/s41565’022 -01290-2 , Institutional Repository