Les nanotechnologies révolutionnent de manière profonde de nombreux domaines. La santé est sans doute un de ceux qui vont bénéficier largement de l'apport des nanosciences. Alors que les traitements se font à l'heure actuelle de manière macroscopique, la nanomédecine ouvre la voie à des traitements ciblés et personnalisés. Ce domaine est très présent à Houston qui accueille, face à face, l'université où sont nées les nanotechnologies en 1985 et qui reste le leader mondial en science des matériaux, Rice University, et le plus grand centre médical du monde, le Texas Medical Center.

Le Methodist Hospital au coeur du Texas Medical Center

Le Texas Medical Center de Houston a été créé en 1945, suite à la mise en place de la fondation M.D. Anderson en 1937. Ce riche industriel texan avait en effet remarqué qu'à sa mort, une grande partie de sa fortune reviendrait à l'état et il était décidé à ce que cela n'arrive pas. Il avait en réaction mis en place une fondation pour financer des projets dans les sciences médicales qui reçu 19 millions de dollars à son décès en 1939.

Les fonds permirent d'acheter un terrain au sein de Houston dédié uniquement à la construction d'hôpitaux et de centre médicaux. Aujourd'hui, 49 institutions liées aux sciences médicales se sont implantées sur le site. Près de 100.000 personnes - dont plus de 20.000 cliniciens et chercheurs - y travaillent chaque jour et 6 millions de patients y sont soignés annuellement. Les hôpitaux disposent aussi de centres de recherche qui brassent plus de 6 milliards de dollars de dépenses en recherche médicale chaque année.

Parmi les institutions de recherche phares du Medical Center se trouvent le MD Anderson Cancer Center [1], le Brown Institute for Molecular Medicine [2] ou encore le Methodist Hospital Research Institute (TMHRI) [3,4]. Dirigé par le Prof Mauro Ferrari, ce dernier s'est installé dans des locaux flambants neufs il y a quelques mois. Plus de 40.000 m2 dédiés à la recherche médicale et à l'enseignement sur les techniques de pointe. Parmi les équipes constituées, un groupe de chercheurs travaille sur l'application des nanotechnologies à la détection et aux traitements des maladies, notamment du cancer.

Les travaux en nanomédecine au TMHRI

Les processus biologiques assurant la vie se produisent à l'échelle des molécules, c'est-à-dire à l'échelle nanométrique. Les nanoobjets présentent alors l'avantage, par leur taille, de pouvoir interagir directement avec les processus biologiques à l'intérieur des cellules vivantes. Pour assurer cette interaction, il faut choisir les matériaux en fonction de leur taille, de leur composition, de leur forme ou encore de leurs propriétés. Pour obtenir les outils adéquats, le travail des chercheurs est semblable à l'assemblage d'un jeu de légo : trouver un matériau qui va servir de moyen de transport et y accrocher divers molécules. Certaines qui permettent de cibler des cellules données, cancéreuses par exemple. D'autres qui, sous l'effet d'une excitation extérieure, vont devenir luminescentes pour fournir une image des tissus. D'autres encore qui serviront de médicament et viendront traiter la cellule en question ou alors qui viendront la détruire.

L'équipe Nanomédecine du Méthodist travaille sur un concept de structure à "plusieurs étapes" (multistage) [5]. Les chercheurs ont développé des nanoparticules de silicium poreux dont la taille est de l'ordre de quelques centaines de nanomètres. Ce matériau présente les avantages de pouvoir être produit facilement en grande quantité, d'être biodégradable via des processus différents en fonction de sa taille et de sa forme et d'être biocompatible. Ces nanoparticules en forme de coupelle, de disques, de sphères ou de bâtonnets servent de vecteur. Au sein de leurs pores peuvent être ajoutées d'autres nanoparticules plus petites comme des nanosphères d'or fonctionnalisées pour l'imagerie ou le traitement.

Les nanoparticules de silicium poreux s'intègrent dans les membranes des cellules. Les cellules ainsi chargées ne voient pas leur activité modifiée et peuvent ainsi continuer leur évolution et même endurer une mitose. Une fois intégrées, les nanoparticules qui ont été transportées au sein des particules de silicium poreux peuvent être libérées directement dans la cellule ciblée. La difficulté des traitements repose ainsi sur la possibilité de franchir les différentes barrières naturelles à toutes les échelles (organe, tissu, cellule) afin d'apporter au bon endroit l'élément qui va interagir avec le processus moléculaire défaillant. La technique multistage permet d'atteindre le niveau ultime : les réactions internes à la cellule. A la clé de ces processus, différents traitements sont possibles. Cibler les cellules cancéreuses pour provoquer leur autodestruction. Cibler des organes comme la rate pour provoquer une réaction vaccinale. Délivrer des antibiotiques ou des antalgiques de manières extrêmement précise afin de réduire les doses.

Les nanomatériaux peuvent aussi servir d'échafaudages pour améliorer la régénération des tissus, surtout des os dans le cas de fractures actuellement non réductibles et nécessitant l'amputation. Une autre voie de recherche concerne le développement de systèmes permettant de délivrer de manière contrôlée dans le temps des médicaments à travers des nanocanaux. Ces travaux pourraient permettre de créer des glandes artificielles et d'améliorer aussi les traitements dans le cadre de la chronothérapie.

Il reste encore à étudier la potentielle toxicité pour l'organisme de ces nanoparticules en fonction des dosages utilisés et de leur évolution dans le corps. Mais, même si ces travaux en sont encore au stade expérimental, ils témoignent du potentiel des nanotechnologies dans leur application aux sciences médicales.

Des possibilités de financement et de collaboration

Ce potentiel s'exprime par l'importance des financements aujourd'hui déployés notamment pour les recherches sur le traitement du cancer pour lequel les nanotechnologies présentent une réelle avancée. Au Texas, la recherche sur le cancer fait l'objet d'une attention particulière avec le développement du Cancer Prevention and Research Institute of Texas (CPRIT) [6]. Ce programme, approuvé par référendum en 2007, autorise l'état du Texas à financer la recherche de pointe sur le traitement du cancer à hauteur de 3 milliards de dollars sur 10 ans. L'équipe de nanomédecine du Methodist Hospital en a déjà bénéficié.

Par ailleurs, afin de développer ses activités de recherche par des collaborations, le Methodist Hospital a mis en place récemment la Methodist Academy, un programme permettant de financer la mobilité des étudiants et des chercheurs pour que ces derniers viennent effectuer des séjours au sein des équipes de recherche du TMHRI [7].

SOURCE: Vincent Reillon - Visite de l'équipe Nanomédecine du TMHRI, Houston - 29-30 août 2011

Les «nanomatériaux» sont des matériaux dont les constituants principaux ont des dimensions comprises entre 1 et 100 milliardièmes de mètre : telle est la teneur de la recommandation adoptée récemment par la Commission européenne.

Cette dernière estime que cela marque un progrès important dans la protection des citoyens, puisqu'il s'agit de "définir clairement les matériaux qui doivent recevoir une attention particulière dans le cadre d'une réglementation spécifique."

Les nanomatériaux sont déjà utilisés dans des centaines d'applications et de produits de consommation, depuis les pâtes dentifrices jusqu'aux batteries, aux peintures et aux vêtements. Le développement de ces substances novatrices, qui présentent aussi un potentiel prometteur dans des domaines tels que la médecine, la protection de l'environnement et le rendement énergétique, représente un enjeu important pour la compétitivité européenne.

Étant donné, toutefois, que des incertitudes demeurent sur les risques qu'ils posent, il est nécessaire de disposer d'une définition claire pour s'assurer que toutes les règles de sécurité chimique appropriées sont appliquées. La définition sera utile à toutes les parties prenantes, et notamment aux associations professionnelles, car elle apporte de la cohérence dans un contexte où les divers secteurs utilisent aujourd'hui toute une série de définitions différentes. La définition sera revue en 2014 à la lumière des progrès techniques et scientifiques.

« Je suis heureux de pouvoir dire que l'UE est la première à proposer une désignation universelle des nanomatériaux qui devra être utilisée à toutes fins de réglementation. Nous présentons une définition solide fondée sur des avis scientifiques et les conclusions d'une vaste consultation. Les entreprises ont besoin, dans cet important secteur économique, d'un cadre réglementaire clair et cohérent, et les consommateurs ont droit à une information précise sur ces substances. Notre démarche est un grand pas en avant dans la prise en charge d'éventuels risques pour l'environnement et la santé publique, qui vise aussi à faire en sorte que cette nouvelle technologie réalise pleinement son potentiel » a déclaré Janez Potocnik, membre de la Commission chargé de l'environnement.

La recommandation concrétise en outre la promesse faite en 2009 au Parlement européen de formuler une définition unique applicable sans distinction dans tous les actes législatifs en rapport avec les nanomatériaux.

La définition adoptée se fonde sur une démarche prenant en compte les dimensions des particules constitutives des matériaux, plutôt que des considérations de risque ou de danger. Elle décrit le nanomatériau comme «un matériau naturel, formé accidentellement ou manufacturé contenant des particules libres, sous forme d'agrégat ou sous forme d'agglomérat, dont au moins 50 % des particules, dans la répartition numérique par taille, présentent une ou plusieurs dimensions externes se situant entre 1 nm et 100 nm».

Cette définition se fonde sur des avis scientifiques du Comité scientifique des risques sanitaires émergents et nouveaux (CSRSEN/SCENIHR) et du Centre commun de recherche (CCR). Le projet de définition a fait l'objet d'une consultation publique.

Enerzine

Des chercheurs du CNRS et de l'Université de Bordeaux, en collaboration avec une équipe chinoise du Beijing National Laboratory for Molecular Sciences ont réalisé le premier piston moléculaire capable de s'auto-assembler. Ces recherches représentent une avancée technologique importante dans la conception de moteurs moléculaires. Un tel piston pourrait, par exemple, servir à fabriquer des muscles artificiels ou à créer des polymères à la rigidité contrôlable. Ces résultats ont été  publiés le 4 mars 2011 dans la revue Science.

Les organismes vivants ont largement recours à des moteurs moléculaires pour remplir certaines de leurs fonctions vitales comme stocker l'énergie, permettre le transport cellulaire ou même se propulser dans le cas des bactéries. Les agencements moléculaires de ces moteurs étant extrêmement complexes, les scientifiques cherchent à créer leurs propres versions, plus simples. Le moteur développé par l'équipe internationale emmenée par Ivan Huc , chercheur CNRS au sein de l'Unité « Chimie et biologie des membranes et des nanoobjets » (CNRS/Université de Bordeaux), est un « piston moléculaire ». Comme un véritable piston, il est constitué d'un axe sur lequel glisse une pièce mobile, à la différence près que l'axe et la pièce ne mesurent que quelques nanomètres de long.

Plus précisément, l'axe est formé d'une molécule longiligne, tandis que la pièce mobile est une molécule en forme d'hélice (toutes deux sont des dérivés de molécules organiques spécialement synthétisés pour l'occasion). Comment le mouvement de la molécule hélicoïdale est-il possible le long de l'axe ? C'est l'acidité du milieu dans lequel baigne le moteur moléculaire qui contrôle l'avancée de l'hélice sur l'axe : en augmentant l'acidité, on pousse l'hélice vers une extrémité de l'axe, car elle possède alors une affinité pour cette portion de la molécule filiforme ; en réduisant l'acidité, on inverse le processus et l'hélice fait machine arrière. Ce dispositif offre un avantage essentiel par rapport aux pistons moléculaires déjà existants : l'auto-assemblage. Dans les versions précédentes, qui prennent la forme d'un anneau glissant sur une tige, la pièce mobile passe mécaniquement à travers l'axe avec une extrême difficulté. A l'inverse, le nouveau piston se construit tout seul : les chercheurs ont conçu la molécule hélicoïdale spécifiquement pour qu'elle vienne s'enrouler spontanément autour de l'axe, tout en conservant une certaine liberté de mouvement ensuite pour ses déplacements latéraux.

En permettant une fabrication à grande échelle du piston moléculaire, cette faculté d'auto-assemblage laisse espérer voir fleurir rapidement des applications. Les domaines concernés sont variés : biophysique, électronique, chimie... En greffant bout à bout plusieurs pistons, on pourrait, par exemple, réaliser une version simplifiée d'un muscle artificiel, capable de se contracter sur commande. Une surface hérissée de pistons moléculaires deviendrait, à loisir, un conducteur ou un isolant électrique. Dernière idée : on peut imaginer une version grand format de l'axe sur lequel glisseraient plusieurs hélices, ce qui fournirait un polymère à la rigidité mécanique ajustable. On le voit, les possibilités de ce nouveau piston moléculaire sont (presque) infinies.

CNRS

Une équipe de chercheurs menée par Pr. Thomas Webster à Brown University, Providence (RI) [1,2] a mis au point un patch composé de nanotubes de carbone favorisant la régénération des cellules du coeur détruites après un infarctus, faute d'apport en oxygène. Lors d'expériences in vivo, le tissu cardiaque s'est montré six fois plus dense en présence du nanopatch conducteur qu'en son absence [3], ce qui confirme l'efficacité du patch. Fait de chaînes minuscules d'atomes de carbone repliées sur elles-mêmes pour former des nanofibres, il conduit l'électricité et imite la surface rugueuse des tissus naturels. Les chercheurs ont observé que plus la concentration de nanotubes était élevée, plus la régénération des cellules cardiaques était efficace.

Selon l'American Heart Association, un tiers des femmes et un cinquième des hommes qui ont subi un infarctus du myocarde en auront un autre dans un délai de six ans. En 2009, des chercheurs suédois, français et américains [4] ont constaté, grâce au dosage du carbone 14, qu'à l'âge de 50 ans, 55% des cellules cardiaques datent de la naissance et 45% ont été générées par la suite. Ces résultats témoignent du faible taux de régénération des cellules cardiaques, d'où l'intérêt de développer une méthode qui accélère leur multiplication après un infarctus.

Le nanopatch et la destruction des cellules du coeur lors d'un infarctus

Au cours d'un infarctus, une partie du myocarde est privée d'oxygène, ce qui entraîne la douleur puis la mort de cellules cardiaques musculaires et nerveuses privées d'oxygène et nécessaire au bon fonctionnement du coeur. Après l'infarctus, le tissu ne peut pas se régénérer de lui-même, le rythme cardiaque est donc perturbé et affaiblit, on parle alors d'insuffisance cardiaque. De nombreuses études sont en cours afin de trouver des moyens de régénérer ou de réparer ces tissus endommagés. Plusieurs méthodes se basent sur l'injection de cellules souches prélevées sur le patient dans le coeur endommagé pour qu'elles s'y multiplient et différencient.

T. Webster affirme que les recherches menées à Brown University sont porteuses d'espoir car le patch a la spécificité d'aider trois types de cellules à se régénérer : les cellules musculaires ou cardiomyocytes qui font battre le coeur, les cellules nerveuses qui les aident à se contracter et les cellules endothéliales qui tapissent les vaisseaux sanguins à proximité du coeur. Les conclusions ont montré que le patch de nanotubes de carbone est semblable au tissu cardiaque naturel, ce qui accélère la régénération de ces trois types de cellules qui fonctionnent de façon interdépendante.

Perspectives de recherche

L'équipe de T. Webster essaie maintenant d'améliorer les nanomatériaux du patch afin de créer un patch qui imiterait au plus près les tissus naturels. La conductivité du nanopatch est aussi étudiée, le but étant qu'il ait la même conductivité que le tissu cardiaque. La prochaine étape sera de faciliter l'application du patch, maille d'environ 22 mm de long et d'une épaisseur de 15micro-m [3], sur le système cardiaque en évitant l'opération chirurgicale.

Bien sûr, des tests chez les animaux précéderont l'application de ce patch aux patients victimes d'un infarctus. Contrairement à d'autres matériaux utilisés en génie tissulaire, le patch de nanotubes de carbone aurait l'avantage de ne pas se dégrader dans le corps.

SOURCES:

	Source :			- [1] D. A. Stout, B.Basu, T. J. Webster, "Poly(lactic-co-glycolic acid): Carbon nanofiber composites for myocardial tissue engineering applications", Acta Biomaterialia, Disponible en ligne Mai 2011 - [2] Lien pour l'article "A Nanotube Patch to Help Heal the Heart" sur le site du MIT - http://www.technologyreview.com/biomedicine/37610/?p1=MstRcnt - [3] Lien pour l'article "Researchers create nanopatch for the heart" sur le site de Brown University - http://news.brown.edu/pressreleases/2011/05/nanopatch - [4] O.Bergmann, R. D. Bhardwaj, S. Bernard, S. Zdunek, F. Barnabé-Heider, S.Walsh, J.Zupicich, K. Alkass, B. A. Buchholz, H. Druid, S. Jovinge and Jonas Frisén. "Evidence for Cardiomyocyte Renewal in Humans", Science, 2009; 324 (5923).
	Rédacteur :			Johanna Ferrand, deputy-sdv.at@ambascience-usa.org

"Science News is on the air right now. This is "The Promise of Tomorrow", where people and industry keep up with the business of emerging and nanotechnologies." Voici l'introduction de l'émission de radio "The Promise of Tomorrow" enregistrée et diffusée chaque dimanche par Colonel Mason depuis Dallas, Texas [1]. L'émission est dédiée à l'actualité des nanotechnologies et autres technologies émergentes et aux répercussions des découvertes dans tous les domaines - énergie, matériaux, santé, défense, climat - aussi bien sur les aspects de recherche et développement que de politique ou de gestion. L'atout du programme : il est disponible en ligne et utilisable gratuitement !

L'origine du programme

Colonel Mason a eu une longue carrière dans le journalisme d'investigation. En 1999, il se sent fatigué du rythme et de ses conditions de travail parfois risquées. Il décide alors de se tourner vers le journalisme scientifique avec une spécialisation particulière sur un domaine alors en plein boom : les nanotechnologies. En effet, en 1996, le Prix Nobel de Chimie a été attribué à Richard Smalley, Harrold Kroto et Robert Curl pour leur découverte des fullerènes de carbone à la Rice University de Houston, Texas. En 1999, les discussions vont bon train à la Maison Blanche pour lancer un programme fédéral de financement du domaine connu actuellement sous le nom de National Nanotechnology Initiative (NNI).

Mason se plonge dans le domaine et le Texas est sans doute un endroit de choix. Il sera l'auteur de deux documentaires biographiques, l'un sur Jack Kilby de Texas Instruments, Prix Nobel de Physique 2000 pour l'invention du circuit intégré en 1959, et l'autre sur Richard Smalley. Il est aussi à l'origine de l'organisation à Dallas de NanoTX USA, une conférence internationale en nanotechnologies, tenue en 2006, 2007 et 2008 [2]. L'évènement, complexe à organiser, couteux à produire et demandant un investissement personnel important ne sera par la suite pas renouvelé.

C'est fin 2007 que Mason va commencer à porter son travail sur les ondes avec "The Promise of Tomorrow", une émission hebdomadaire. Pour celle-ci, Mason travaille avec un réseau d'une trentaine d'informateurs, le ScienceNews Radio Network. Des chercheurs ou autres, répartis aux quatre coins de la planète, qui fournissent à Mason les dernières nouvelles. Mason sélectionne ensuite les thématiques qu'il souhaite aborder dans l'émission du dimanche. Le programme qui était à l'origine une exclusivité de la radio "KMNY 1360 A.M. Dallas" est devenu non commercial et non exclusif en janvier 2010. Il peut être ainsi utilisé par les radios publiques notamment. Mason compte aujourd'hui 150 membres dans son réseau de diffusion. L'émission peut aussi être directement consultée en ligne [1].

Quelques exemples de sujets

Parmi les épisodes phares du programme figure une série de quatre émissions produite entre le 20 septembre et le 11 octobre 2009 sur la question du changement climatique. Cette série explore la nature du changement climatique, discute son origine et étudie les solutions possibles. L'émission avait ensuite suivi de près les discussions lors du sommet de Copenhague en décembre 2009. "Comme la situation n'a pas beaucoup évolué depuis, cette série est toujours d'actualité", commente Mason.

Plus récemment, Mason a reçu dans son émission des chercheurs participants à la conférence IEEE Nano 2011 qui se tiendra cette année à Portland, Oregon [3]. Le 23 mai, le Prof. Alexander Balandin de l'University of California a discuté de ses découvertes concernant l'utilisation du graphène pour améliorer le refroidissement des circuits dans les ordinateurs. Le 13 juin, Micheal Kelly de l'University of Cambridge, Angleterre, affirmait que les tentatives utilisant les nanomatériaux pour remplacer les composants de silicium des circuits électroniques ne seront jamais couronnées de succès. Un point de vue controversé [4]. Ces deux chercheurs présenteront leurs travaux lors de la conférence, pour laquelle Mason oeuvre comme responsable des relations presse.

Les efforts du journaliste et la qualité de son travail ont été reconnus et récompensés le 5 mars 2011 par l'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Cette organisation lui a remis l' "IEEE-USA Award for Distinguished Literary Contributions Furthering Public Understanding of the Profession".

Source:

	Pour en savoir plus, contacts :			- [1] Le site internet de l'émission de radio "The Promise of Tomorrow" : http://www.promiseoftomorrow.biz/index.php?content=home - [2] Le site internet des conférences NanoTX USA : http://www.nanotx.biz/ - [3] Le site internet de la conférence IEEE Nano 2011 qui se tiendra du 15 au 18 août 2011 à Portland, Oregon : http://ieeenano2011.org/ - [4] TechConnect World Conference 2011 - Nanoélectronique : la miniaturisation du nouvel interrupteur vaine ?, BE Etats-Unis 251, V. Reillon, 17/06/2011 - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/67049.htm
	Source :			Entretien avec Colonel Mason, 24/06/2011
	Rédacteur :			Vincent Reillon, deputy-phys.mst@consulfrance-houston.org

Les nanoparticules, de part leur taille et leur réactivité, pourraient être amenées à poser des problèmes pour la santé et l'environnement. De nombreux travaux portent à l'heure actuelle sur la toxicité intrinsèque potentielle de ces composés (nanoparticules métalliques ou argileuses, nanotubes de carbone, etc.). Le risque posé étant fonction de la toxicité intrinsèque des matériaux et de leur exposition, le seul moyen d'utiliser les nanomatériaux de manière responsable consiste pour le moment à éliminer l'exposition des organismes et de l'environnement aux nanomatériaux.

De nouveaux matériaux nanocomposites apparaissent de manière continue sur le marché. Ces derniers sont formés d'une matrice classique (ciment, polymères, etc.) renforcée par l'ajout de nanoparticules afin de donner au composé final de meilleures propriétés : résistance, conductivité, propriétés optiques, etc. L'utilisation de nanoparticules peut aussi entraîner une réduction du coût énergétique de fabrication, prolonger la durée de vie des matériaux ou encore faciliter leur recyclage.

Par exemple, les travaux d'Andrew Whelton de l'University of South Alabama concernant les canalisations d'eau et les emballages alimentaires. Ces derniers sont maintenant constitués de nanocomposites à base de polymères et de nanoparticules d'argiles - Polymer Clay NanoComposite - qui renforcent le matériau, évitent la combustion et préviennent les échanges de gaz. La libération potentielle de ces nanoparticules dans l'eau ou la nourriture n'a pas encore été étudiée de manière approfondie et il n'existe que peu de données pour statuer sur la sûreté de ces nanocomposites. Pour Whelton, il y a urgence étant donné qu'une grande partie des canalisations d'eau doivent être remplacées aux Etats-Unis dans les prochaines années.

Les nanoparticules sont normalement piégées dans la matrice. L'environnement et les conditions d'utilisation ou de traitement en fin de vie de ces nanocomposites - abrasion mécanique, lavage, diffusion dans la matrice, combustion, etc. - peuvent éventuellement entraîner la libération de nanoparticules. Une session de la conférence Nanotech 2011 a permis de présenter différents travaux réalisés sur cette question.

La dégradation par abrasion

François Tardif, responsable du Laboratoire nanoChimie et sécurité des Nanomatériaux (LCSN) au Commissariat à l'Energie Atomique, étudie la libération des nanoparticules par abrasion mécanique. Il utilisait un processus standardisé, l'abrasion Taber, pour analyser les conséquences d'une abrasion mécanique sur des crèmes solaires, des peintures ou encore des tissus contenant des nanoparticules d'argent. Il était assez rare de détecter des nanoparticules libérées. Etaient-elles bien accrochées ou la méthode d'abrasion était-elle mal adaptée ? Pour tester la seconde hypothèse, Tardif a modifié l'appareil afin d'augmenter les forces de frictions.

Ses travaux sont parvenus à mettre en évidence que des particules d'une taille proche de 200 nm déposées sur une surface peuvent être libérées lorsque l'on applique une force de friction suffisante. Cependant, étant donné leur taille, ces dernières se trouvent généralement accrochées à la surface par des forces électrostatiques de Van der Waals. Elles ne peuvent ainsi pas être libérées. L'appareil standard ne fourni pas les micro-chocs d'intensité suffisante pour parvenir à arracher les particules de la surface. Cette situation montre qu'il est difficile de libérer des nanoparticules même lorsqu'elles sont simplement déposées sur une surface. Cela pose notamment le problème de savoir si une surface, une paillasse de laboratoire par exemple, est propre puisqu'il est difficile de récolter les éventuelles nanoparticules qui s'y trouveraient.

La dégradation photochimique

Tinh Nguyen du National Institute for Standards and Technology (NIST) travaille sur les nanocomposites ayant comme matrice des polymères. Ces derniers sont photosensibles et se désagrègent lorsqu'ils sont exposés aux ultra-violets. Or, les polymères sont une matrice de choix, par exemple pour les matériaux composants les pales des éoliennes. Nguyen dispose d'une chambre de rayonnement qui permet d'exposer les nanocomposites à une intensité d'UV correspondant à 22 soleils, ou encore 40 années d'ensoleillement en Floride, afin de simuler le vieillissement de ses matériaux.

Dans l'étude qu'il a présentée, Nguyen analyse le vieillissement d'une matrice de polymères contenant des nanotubes de carbone à multifeuillets. Au final, après 43 jours d'exposition intense, le matériau à perdu 1% de sa masse. Sa surface laisse apparaître de nombreux nanotubes, normalement inclus dans la matrice de polymères. Cependant, Nguyen n'a mesuré aucune libération de ces nanotubes. Il semble qu'au fur et à mesure que la matrice de polymères se dégrade, les nanotubes sont découverts. Comme ils sont longs, seule leur extrêmité se trouve ainsi exposée. Ils forment alors un film protecteur qui vient prévenir une dégradation plus avant de la matrice, stoppant ainsi le processus. Par contre, exposés ainsi, ils peuvent être plus vulnérables à une abrasion mécanique. Une telle situation illustre la complexité du problème à traiter. Les dégradations peuvent être diverses et combinées mais les chercheurs doivent s'employer à les étudier séparément.

Pour essayer de résoudre ce paradoxe Wendel Wohlleben de BASF a présenté ses travaux sur l'effet combiné de plusieurs dégradations - utilisation normale, forte abrasion mécanique et érosion naturelle - sur différents matériaux [1]. Les résultats qu'il obtient montrent que l'utilisation normale des nanocomposites ne conduit à aucune libération de nanoparticules. L'érosion naturelle des composites contenants des nanoparticules de silice ne rejette rien non plus. Pour ce qui est des nanotubes de carbone, Wohlleben arrive aux mêmes conclusions que Nguyen. La forte abrasion mécanique entraîne la mise à nue des nanotubes de carbone mais il semble qu'ils restent intégrés à la matrice à au moins plus de 95%. Cette technique entraîne plutôt la création de microparticules dans lesquelles les nanomatériaux sont toujours inclus.

La dégradation par combustion

Charles Motzkus du Laboratoire National de Métrologie et d'Essais (LNE) et Dominique Fleury de l'Institut National de l'EnviRonnemnet Industriel et des riSques (INERIS) travaillent sur la possibilité de libération de nanoparticules par combustion des nanocomposites. Cette question est essentielle étant donné que de nombreux matériaux sont valorisés en fin de vie par combustion dans le but de produire de l'énergie. La combustion modifie les propriétés chimiques et physiques des composés et peut conduire à des résultats très divers en fonction de la nature des comburants.

Motzkus a montré que des nanoparticules sont libérées lors de la combustion mais que tous les paramètres - nature des nanoparticules, nature de la matrice, mode de combustion - entrent en jeu dans le processus. Il poursuit donc ses travaux afin de pouvoir isoler plus précisément l'influence de ces différents paramètres. Fleury de son côté observe la libération de nanotubes de carbone lors de la combustion des nanocomposites en contenant. Cependant, il n'a pas réussi à mettre en évidence de manière claire l'origine de ces nanotubes. S'agit-il de nanotubes libérés ou de nanotubes se formant lors de la combustion ? Il semble par ailleurs qu'une partie des nanotubes soit aussi détruite. Les expériences de Fleury sont pour le moment qualitatives et, pour répondre à ces interrogations, d'autres travaux sont nécessaires.

Le rôle des agences fédérales

Les agences fédérales suivent ces questions de près. Treye Thomas travaille pour la Consumer Product Safety Commission (CPSC) [2]. Cette agence a été créée en 1973 en lien avec la Food and Drug Adminstration (FDA) par le Consumer Product Safety Act. La CPSC a pour but de réguler un vaste éventail de produits : jouets, appareils électriques, matériaux de construction domestiques, etc. Depuis quelques années, ses capacités n'ont cessé de progresser. Elle dispose de nouveaux laboratoires afin de pouvoir tester les produits dont elle est en charge. Elle ne délivre pas d'autorisation de mise sur le marché mais réalise des contrôles a posteriori. Les industriels ont donc la responsabilité de s'assurer que les produits qu'ils produisent sont sûrs.

En 2005, la CPSC avait énoncé que ses lignes de conduite étaient efficaces pour prendre en compte les nanomatériaux. Depuis l'agence a rejoint le programme fédéral National Nanotechnology Initiative et poursuit des travaux de recherche sur la sureté des nanomatériaux en collaboration avec la FDA et le National Insitute for Occupationnal Safety and Health (NIOSH). La question qui se pose pour l'agence est de savoir quels sont les produits qui contiennent réellement des nanoparticules parmi ceux qui l'annoncent. Ces travaux ont ainsi pour but de s'assurer que les produits sont correctement étiquetés et que le consommateur est bien informé.

SOURCES:

Les bactéries ne cessent d’interagir les unes avec les autres. Par exemple, en libérant des molécules qui agissent comme des signaux sur les bactéries voisines. Ou encore, en entrant en contact grâce à un pilus, un tube protéique très fin qui permet le passage d’ADN. Mais le mode de communication que viennent de découvrir Sigal Ben-Yehuda et Gyanendra Dubey, de l’université hébraïque de Jérusalem, est très différent : il s’agit de larges tubes membranaires capables de véhiculer non seulement de l’ADN, mais aussi de grosses protéines. Une découverte qui, si elle est confirmée par d’autres équipes, constituerait une forme de communication totalement nouvelle.

« C’était accidentel », raconte Sigal Ben-Yehuda. En scrutant des bactéries Bacillus subtilis placées sur son microscope à fluorescence, la chercheuse fait une observation surprenante : certaines bactéries, modifiées génétiquement pour exprimer une protéine fluorescente nommée GFP, semblent transmettre leur brillance à leurs voisines, qui, elles, ne possèdent pas le gène de la GFP.

Intriguée, elle met au point une série d’expériences destinées à comprendre ce phénomène. Elle constate que des bactéries fixées sur des supports solides construisent entre elles des nanotubes capables de transférer de grosses protéines comme la GFP, ainsi que de l’ADN. Qui plus est, ce type d’échange a lieu même entre bactéries d’espèces différentes, par exemple Bacillus subtilis et Staphylococcus aureus. Les images en microscopie électronique montrent de multiples connexions tubulaires entre bactéries voisines, de 30 à 130 nanomètres de large et d’environ un micromètre de long. Des connexions à l’intérieur desquelles on peut même détecter des molécules de GFP préalablement marquées.

La chercheuse s’interroge : ces tunnels peuvent-ils véhiculer des protéines de résistance aux antibiotiques ? Avec Gyanendra Dubey, elle cultive deux lignées bactériennes, l’une résistante à l’antibiotique chloramphenicol, l’autre à la lyncomycine. Mises en présence des deux antibiotiques, les deux lignées survivent si elles sont cultivées ensemble, alors que séparément, elles s’éteignent. C’est la preuve qu’elles se transmettent l’une l’autre des molécules leur permettant de résister de façon transitoire. Pour Philippe Noirot, spécialiste de génétique microbienne à l’Institut national de la recherche agronomique : « Si ce phénomène est aussi général que les auteurs le suggèrent, il expliquerait des résistances aux antibiotiques observées chez des bactéries qui n’ont pourtant pas le matériel génétique nécessaire. C’est une découverte stimulante. »

La Recherche

Les scientifiques de l'Empa, le Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche, ont encore une fois renforcé l'efficacité de la conversion énergétique des cellules solaires flexibles en cuivre, indium, gallium et sélénium (également connu sous le nom de CIGS) avec un nouveau record du monde à la clé.

Avec une efficacité de 18,7 %, ce nouveau taux constitue une amélioration significative par rapport au record précédent ( 17,6 % ) établi par la même équipe, en juin 2010. Les mesures ont été certifiées de manière indépendante par l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire à Fribourg, en Allemagne. Pour rendre l'électricité solaire accessible à grande échelle, des scientifiques et ingénieurs du monde entier tentent depuis longtemps de développer une cellule solaire à faible coût, qui devra à la fois être très efficace et très facile à fabriquer (cadence élevée).

L'équipe de l'Empa, dirigée par Ayodhya N. Tiwari, ont réalisé une avancée majeure. "Le nouveau taux record de 18,7 % pour les cellules solaires flexibles CIGS rattrape pratiquement l'« écart d'efficacité » détenu par les cellules solaires à base de silicium polycristallin (Si) ou les cellules en couches minces CIGS sur substrat en verre", a indiqué le professeur Tiwari. Il est convaincu que "les cellules solaires CIGS flexibles et légéres qui possèdent une efficacité comparable aux 'meilleures' auront un excellent potentiel pour apporter un changement de paradigme et permettre de produire une électricité à faible coût dans un proche avenir."

L'un des avantages majeurs pour ces cellules solaires flexibles CIGS à haut rendement demeure sa fabrication à faible coût, grâce au procédé "Roll to Roll", similaire à la presse à rouleau. De plus, ces modules solaires légers et flexibles offrent des économies financières supplémentaires en termes de transport, d'installation, de structure pour les modules, etc. Dans l'ensemble, les nouvelles cellules CIGS sur polymère présentent de nombreux avantages pour des applications comme les façades, les centrales solaires et même l'électronique portable.

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