Recherche et innovation

NanoDeTox - Toxicité des déchets d’incinération de nanocomposites non recyclables

statut du projet | En cours
Détails de la manifestation
Date de début : Janvier 1
Date de fin : Juillet 3
Appel à projets de recherche : IMPACTS - Impacts des interactions entre polluants sur l'homme et son environnement
Année de l’appel à projets : 2021
Programme de la stratégie de Recherche : Gestion durable des sols, sites pollués et stockage du CO2
Programme de la stratégie de Recherche : Préservation et amélioration de la qualité de l'air
Programme de la stratégie de Recherche : Evaluation des impacts environnementaux et sanitaires
Organisme coordinateur : ARMINES - C2MA et CIS
Partenaires : LNE
Zone d’implantation
des porteurs du projet :
Loire
Yvelines
Gard
Ce projet de recherche se propose d’étudier l’ensemble des sous-produits issus de l’incinération de nanocomposites, c’est-à-dire les suies et mâchefers. L’objectif est d’évaluer la toxicité des différents sous-produits, et ainsi de formuler des recommandations aux industriels à appliquer dès la conception du produit.

Ce projet de recherche fait suite à un premier projet financé par l’ADEME, Nano Tox’In (2016-2018),qui a  étudié la toxicité des sous-produits présents dans les suies générés lors de l’incinération de nanocomposites. Le projet Nano Tox’In a permis de mettre en exergue que la toxicité des suies étaient principalement dues aux produits de dégradation de la matrice polymère. Au vu de ces résultats, il est apparu nécessaire d’étudier l’ensemble des sous-produits issus de l’incinération (suies et mâchefers). Une étude préliminaire a permis d’identifier que les mâchefers issues de l’incinération de nanocomposites constituent le déchet le plus préoccupant en terme d’impact sanitaire car ils représentent un réservoir important de nanoparticules initialement introduites dans la matrice polymère.

La toxicité des mâchefers semble principalement pilotée par la toxicité intrinsèque des nanoparticules, pour cette famille de nanocomposite testée. Ce résultat souligne l’intérêt crucial d’une caractérisation physico-chimique exhaustive du devenir des nanoparticules initiales dans les mâchefers afin d’identifier les transformations chimiques, physiques et morphologiques au cours du procédé d’incinération qui peuvent in fine moduler considérablement le danger du mâchefer obtenu après dégradation thermique. Cette caractérisation est primordiale pour des industriels souhaitant inclure dans la démarche environnementale du safer-by-design, c’est-à-dire minimiser l’exposition ou l’écotoxicité des nanomatériaux dès la conception du produit, en tenant compte de l‘ensemble du cycle de vie.

Au regard de ces premiers résultats tout à fait originaux, et en considérant l’incinération comme la stratégie la plus répandue pour la gestion de la fin de vie des nanocomposites non recyclables, le projet NANODetox propose une étude interdisciplinaire originale permettant :
- d’étudier la répartition des nanoparticules, issues des nanocomposites non recyclables, au sein des sous-produits d’incinération (i.e. suies et mâchefers). Cette première étape permettra d’identifier les déchets à étudier prioritairement pour la suite de notre étude.
- d’évaluer les transformations physiques, chimiques et morphologiques des nanoparticules au cours du procédé d’incinération dans les sous-produits les plus pertinents au regard de la première étape (i.e. suies et/ou mâchefers). Cette seconde étape consistera notamment à une caractérisation physico-chimique exhaustive des nanoparticules dans les mâchefers et/ou les suies, en se conformant aux préconisations de l’ISO TC 229 pour les études de nanotoxicologie (i.e. détermination de la taille, morphologie, composition chimique et impuretés, etc…)
- d’évaluer le danger des différents sous-produits d’incinération (i.e. suies et mâchefers) par rapport à la toxicité des nanoparticules initiales non incinérées d’une part, et de la dégradation thermique de la matrice polymère hôte dépourvue de nanoparticule (matériau contrôle) d’autre part. Ainsi, le profil toxicologique de ces différents matériaux sera évalué in vitro sur une lignée de macrophages à travers la détermination de paramètres inflammatoires (dosage de cytokine comme le TNF-alpha), de marqueur de cytotoxicité (comme le relargage de l’enzyme LDH), la génération de stress oxydatif (production d’espèce réactive de l’oxygène à court et long terme) ainsi que sur la génotoxicité.

L’ensemble du programme vise à appliquer une démarche éprouvée lors du projet Nano Tox’In et tend à développer une méthodologie générique permettant l’évaluation du devenir et la répartition des nanodéchets ainsi que de leur mélange quelle que soit la source (variabilité des natures de nanoparticules ou variabilité des matrices). Les travaux seront réalisés sur des matériaux présentant un intérêt industriel et dont la formulation précise fera l’objet de la première tâche de ce programme. Afin d’assurer la maîtrise de la chimie des matériaux incinérés, ceux-ci seront élaborés spécifiquement pour ce programme par un partenaire académique (ARMINES). Au vu des essais réalisés permettant d’évaluer l’influence de la nature des nano-objets ainsi que celle de la matrice sur les émissions de nanoparticules, via les aérosols ou les cendres résiduelles, ceci permettrait de proposer une solution alternative présentant des émissions moins dangereuses grâce à une formulation « safer by design » de nanocomposite.

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