dossier rédigé par le Dr Marc-Edouard Colin, vétérinaire
Nanoparticules : sans pesticides ou avec…
Très simplement, qu’est-ce qu’une nanoparticule (NP) ?
Une nanoparticule est une particule dont au moins une dimension est inférieure à 100 nanomètres (nm). Pour mémoire, la plupart des virus icosaédriques ont un diamètre variant entre 20 et 80 nm et pour les bactéries, une dimension de 1000 nm et plus.
Plus précisément, les recommandations de la Commission européenne du 10 juin 2022, entendent par « nanomatériau » un matériau naturel, formé accidentellement ou manufacturé, constitué de particules solides qui sont présentes soit individuellement, soit en tant que particules constitutives identifiables dans des agrégats ou des agglomérats, 50 % au moins de ces particules dans la répartition numérique par taille, répondant au moins à l’une des conditions suivantes :
- a) une ou plusieurs dimensions externes de la particule se situent dans la fourchette de 1 nm à 100 nm;
- b) la particule présente une forme allongée, telle que celle d’un bâtonnet, d’une fibre ou d’un tube, deux dimensions externes étant inférieures à 1 nm et l’autre dimension supérieure à 100 nm;
- c) la particule présente une forme de plaque, une dimension externe étant inférieure à 1 nm et les autres supérieures à 100 nm.
La CE ajoute que la surface de toutes les sous-unités ne doit pas être inférieure à 6 m2 pour un volume de 1cm3, ce qui est contradictoire avec l’énoncé précédent. Cela signifierait que :
– soit la taille des particules est de 100 microns
– soit que des nanoparticules de 100 nm seraient diluées dans un volume de 1000 cm3.
Dans les deux cas, on s’interroge sur le fondement de cet ajout.
Les NPs ont peuvent se présenter sous forme d’un liquide ou de solides à géométries diverses, alors dénommés nanomatériaux (voir figure 1).
.
a – Nanomatériaux
Les natures des particules solides constituantes des nanomatériaux sont très variées. Une des plus connue est le dioxyde de titane (TiO2), très largement utilisée.
D’autres métaux sont réduits en nanoparticules élémentaires (dites encore « particules primaires »), comme l’argent et l’or (Donovan et al, 2016), et encore Si, Zn, Se, Cu, Ce …, le dioxyde de silicium (SiO2) semblant promis à un grand développement.
Certaines formes spatiales du carbone sont synthétisées en nanoparticules tubulaires ou sphériques creuses (fullérènes). Le nanodiamant en est une forme sphérique particulière de 4 ou 5 nm de diamètre (Osawa, 2008, voir figure 2).
Figure 2 : Nanoparticules de diamant octaédriques (Osawa, 2008)
b – Nanoparticules polymériques
Les NPs polymériques, sont principalement des sphères ou des capsules sphériques. Pour ces dernières l’enveloppe polymérique (ou matrice) renferme la ou les molécules d’intérêt.
Les principaux polymères « bio(?)dégradables » utilisés en nano-médecine sont le polylactide (PLA), polyglycolide (PGA), le poly(lactide-co-glycolide (PLGA), le poly-cyanoacrylate d’alkyle (PACA), le poly-acide aminé (PAA). L’extérieur de l’enveloppe est stabilisé fréquemment par du propylène glycol (PEG). Plusieurs avancées technologiques leur ont conféré une meilleure efficacité de pénétration et de ciblage (ou adressage). Ainsi la troisième génération est constituée d’une surface, stabilisée par le PEG, sur laquelle sont fixés des vitamines, des hydrates de carbone, des peptides, des anticorps, etc.
Comme le précisent Nicolas et Couvreur (2017), « ces systèmes sont capables de reconnaître sélectivement des antigènes ou des récepteurs qui sont surexprimés à la surface de cellules-cibles via une interaction de type clé/serrure ». Le contenu de la nanocapsule est ainsi délivré dans le cytoplasme de la cellule cible en échappant aux mécanismes humoraux de détoxication. Quant aux constituants de la nanocapsule, ils devraient être dégradés dans la cellule mais dans ce cas, cela ne signifie pas obligatoirement absence de toxicité.
c – Nanocapsules de polyamide
Ce polymère, proche du nylon est utilisé depuis une trentaine d’années sous forme de microcapsules. En 2015, des nanocapsules sont proposées par Esmaeili et al pour délivrer de l’ Aloe Vera.
d – Nanoparticules de silicate
Dans la nature, la matière organique peut se présenter sous forme de NPs. C’est le cas de certaines argiles kaolins qui forment des nanofeuillets de silicate (sépiolite), et des nanotubules (halloysite) par enroulement des feuillets. Formes spatiales qui présentent un intérêt grandissant pour remplacer le TiO2 (Liu et al 2024 et figure 3).
Figure 3 : Trois types de modifications d’un nanotube d’halloysite (argile) – non sélective – face interne – face externe (Liu et al 2024).
e – Nanoparticules lipidiques
Les NPs lipidiques sont sphériques, d’un diamètre compris entre 10 et 100nm. Elles possèdent un noyau lipidique et une surface externe composée de molécules lipophiles et de surfactants. Cette technique est largement utilisée, entre autres, dans les médicaments anti-cancéreux et les vaccins (Khan et al 2019). Pourtant elles sont ignorées dans l’avis de l’ANSES « Saisine 2024-AUTO-0038 ».
Qualités recherchées
a – Rapport surface/volume et capacités dispersives
Du point de vue physique, l’avantage revendiqué est le rapport volume/surface, donc une exceptionnelle dispersion et ainsi une augmentation des probabilités d’adhésion des NPs sur les surfaces (voir figure 4).
Figure 4 : Schéma théorique de la fragmentation d’un cube de 1 cm d’arête (Bencsik, 2017).
En appliquant ce schéma aux nanoparticules comprises entre 10 et 100 nm, on constate que la surface développée est très largement supérieure à celle d’un cube de 1 cm d’arête (voir tableau).
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Divisions d’un cube de 1 cm d’arête |
|
| dimension |
volume de la sous-unité |
nombre de sous-unités |
surface totale |
| de l’arête |
en nm3 |
dans 1 cm3 |
des sous-unités |
| 1cm |
1 cm3 ou 1 1021 nm3 |
1 |
6 cm2 |
| 100 nm |
1 000 000 nm3 |
1 1015 |
6 000 m2 |
| 25 nm |
15 625 nm3 |
64 1015 |
20 160 m2 |
| 10 nm |
1 000 nm3 |
1 1018 |
60 000 m2 |
| 1 cm = 10 000 000 nm |
|
|
b – Stabilité de la formulation physico-chimique
Les NPs servent de vecteur et de protection à un composé chimique pour éviter toute dégradation du principe actif avant atteinte de la cible. Elles peuvent l’adsorber sur leurs surfaces, les incorporer dans la face interne (« inner surface ») ou externe (« outer surface ») de leur paroi ou encore les inclure à l’intérieur d’un volume (« non selective ») (voir figure 3).
c – Efficacité
Grâce à cette stabilité, les mécanismes de détoxication sont inopérants ce qui fait que les NPs pénètrent sans altérations dans la cellule dans un but favorable comme la thérapie anti-cancéreuse ou défavorablement s’il s’agit d’effets non-intentionnels de pesticide.
De plus, le nombre de liaisons avec la cible est très largement supérieur à celui obtenu par un soluté traditionnel diluant une même masse de substance active.
Un calcul purement théorique, d’efficacité d’un insecticide en propose une illustration. On dénombre environ un million de neurones dans un cerveau d’insecte et plus d’un milliard de synapses. Si une nanoparticule bloque une synapse à elle seule et s’il suffit d’inhiber 10% de ses synapses pour neutraliser un individu, alors un cm3 de nanoparticules de 10 nm, véhiculant un neurotoxique synaptique, pourraient éliminer 10 milliards d’insectes (cf tableau) !
Présence dans l’alimentation, les cosmétiques et la pharmacie
Comme la liste des produits est très longue, seuls les principaux usages sont cités à savoir :
* les anti bactériens : nano -argent, -oxyde de zinc.
* les additifs alimentaires : nano –oxyde de titane (E171), -oxyde de fer (E172), -dioxyde de silicium (E551) etc.
* les vecteurs de molécules thérapeutiques.
* les particules à propriétés physiques particulières : nanotubes de carbone, -oxyde de zirconium dans les prothèses et l’imagerie médicale, -oxyde zinc et -dioxyde de silicium en protection contre les UV.
Présence dans les formulations phytosanitaires
Les NPs sont présentes dans certaines formulations pesticides sous forme d’amas et/ou de particules élémentaires et sont visibles en microscopie électronique à balayage (voir figure 5). Il est important de distinguer l’origine de ces NPs :
- soit elles sont issues des formulations intentionnellement développées en nanoparticules,
- soit de formulations dispersées sous forme particulaire de taille variable, dont une partie est inférieure à 100 nm. Malheureusement, seules ces dernières formulations sont analysées dans l’avis de l’ANSES « Saisine 2024-AUTO-0038 ».
Figure 5 : Vue en microscopie électronique à balayage de formulations phytosanitaires du commerce américain, utilisant la Nanotechnology-Based Pesticides. Certaines formulations sont un mélange de particules inférieures à un micron, dont des nanoparticules, alors que d’autres sont, en totalité, des nanoparticules
A Optimate CS, gamma-cyhalothrine insecticide – B Warrior avec technologie Zéon , lambda cyhalothrine insecticide – C Natria, pyrethrin et soufre insecticide – D Rovral 4F, iprodione fongicid – E Tourismo, flubendiamine et buprofézine Insecticid – F Protocol, propineb fongicide – G Bravo Weatherstick, cholorothalonil fongicide – H Intrepid 2F, méthofennozid insecticide – I et J Bayer Advanced all-in-one, mélange de 4 herbicides – K Tempo Sc ultra, cyfluthrine insecticide – L Safari 20 SG, trisulfuron herbicide (Hooven et al 2019).
Toxicités
Déjà en 2009, l’EFSA constatait qu’« il est généralement impossible d’extrapoler une toxicité potentielle des nanoparticules à partir des données sur des solutions ou des suspensions de taille macro/microscopiques », ce qui souligne l’intérêt de connaître la forme physique des produits phytosanitaires proposés à l’homologation.
1- Toxicité humaine d’après Benczik (2017)
Pénétration
Les NPs pénètrent l’organisme par les voies aériennes, la peau, le tractus digestif.
Par voie respiratoire, les particules les plus fines atteignent les compartiments alvéolaires où ils induisent une inflammation. Les NPs peuvent franchir la barrière pulmonaire pour atteindre le système circulatoire et s’accumuler dans des organes ciblés ou non. Les cavités nasales sont aussi des lieux de pénétration non négligeables du fait de leur proximité avec le cerveau.
La voie cutanée concerne les expositions professionnelles aussi bien que celles des consommateurs de produits cosmétiques, crèmes solaires, par exemple.
La voie digestive est sollicitée à partir de deux sources principales : relargage à partir des emballages alimentaires
et/ou directement à partir de l’alimentation (nourriture ou boissons) où elles sont présentes et classées comme additifs.
Un cas particulier : l’atteinte du cerveau
Le cerveau est atteint par les différentes voies citées. Les NPs peuvent s’y accumuler et éventuellement participer à l’accélération de processus neuro-dégénératifs.
Figure 6 : Schémas des lésions cellulaires et cérébrales (tiré de Bencsik, 2017)
Elimination ou accumulation ?
En ce qui concerne la voie rénale, les NPs supérieures à 5,5 nm et non biodégradables, n’y sont pas éliminées car leur taille ne leur permet pas de franchir les pores des glomérules (Poon et al 2019). Au niveau des tubules, les NPs porteurs d’une charge électrique positive subissent des interactions électrostatiques avec les membranes cellulaires, ce qui facilite leur pénétration et leur séquestration intra-cellulaire (Huang et al 2024).
L’élimination par voie hépato-biliaire est conditionnée par le franchissement de deux barrières cellulaires pouvant bloquer les NPs (cellules de Kuppfer et cellules de l’endothélium des capillaires sanguins sinusoïdes). S’il y a franchissement, les NPs sont éliminées dans les fécès (Poon et al 2019), sinon ils restent séquestrés.
2 – Toxicité pour les Invertébrés terrestres
Quels aspects particuliers des intoxications sont imputables à la forme nanoparticulaire ?
a) La maîtrise de la vitesse de relargage de la substance active à partir des NPs est une des propriétés les plus recherchées avec ses conséquences positives ou négatives. Par exemple une longue durée de diffusion est recherchée dans la lutte contre des parasites ou des ravageurs. En ce sens, le SiO2 fait l’objet de nombreuses recherches dans le domaine phytosanitaire. Toutefois, il présente une toxicité, même sans être porteur d’une quelconque substance active. Selon Thabet et al 2021, les NPs de SiO2 réduisent les populations de ravageurs mais aussi celles de leurs prédateurs à haute concentration de NPs.
Les NPs sont préférentiellement utilisées comme véhicules de substances actives grâce à leur excellente diffusion dans toutes les parties de la plante à partir de la surface des feuilles. Wang Q et al (2025) montrent cette systémie dans les théiers avec des NPs de SiO2 enfermant un insecticide néonicotinoïde (l’acétamipride). Ces NPs mésoporeuses (taille des pores entre 2 et 50nm) régulent aussi la durée de diffusion de la substance active en fonction de la taille des pores et permettent aussi la fixation de diverses molécules sur leur surface, par exemple pour améliorer la dispersion dans l’eau (Huo et al 2025 ; Wang Q et al 2025).
b) La formulation de pesticide en nanoparticules porteuses d’une charge électrique soumet celles-ci à la loi d’attraction de Coulomb lorsqu’elles sont à proximité d’une surface porteuse d’une charge opposée. La charge de la nanoparticule provient directement de sa synthèse ou bien de son passage dans le système de pulvérisation. Sachant que la charge électrique moyenne d’une abeille butineuse est de 50 picoCoulomb en moyenne (Colin et al 1991), celle-ci est suffisante pour attirer une NP à une distance de plusieurs mètres (voir Hooven et al 2019).
c) Le passage à travers la cuticule de l’insecte jusqu’à l’hémolymphe a été démontré pour un peptide naturel couplé avec un nanodiamant. Ainsi introduite dans l’hémolymphe, la Neb-coloostatin provoque des lésions ovariennes et des troubles de l’immunité à long terme à tous les stades de développement du ver de farine (Nowicki et al 2021).
d) La présence de nanoparticules d’oxyde de plomb et d’oxyde de cadmium dans l’intestin des abeilles se traduit par la rupture de la membrane péritrophique, dont la fonction principale est d’isoler les cellules épithéliales des microrganismes de la flore digestive (Dabour et al 2019).
En conclusion de ce chapitre, l’affirmation de L’EFSA de 2009, alertant sur la toxicité particulière des NPs pour toutes espèces animales étudiées, est donc toujours d’actualité en 2025.
Pollution environnementale
La pollution environnementale est réelle et encore mal connue. Liu et al en 2014, lançaient déjà une alerte sur l’augmentation des risques de pollution liés à l’intensification de leurs usages : « les doses de substance active, les caractéristiques des surfaces et la persistance des NPs sont des facteurs déterminants des effets biologiques délétères ».
La diffusion peut se faire
– par l’air : soit en NPs isolées, soit après adhésion à des particules plus grosses surtout si elles sont porteuses d’une charge électrique
– par l’eau : par exemple, plus de 85% des NPs de TiO2 sont évacuées par les eaux usées aux USA. Les NPs rendues dispersibles dans l’eau comme certaines de SiO2, sont encore plus problématiques. De plus elles touchent plus intensément la faune aquatique (voir synthèse de Nthunya et al 2025).
– par le sol : après enfouissement de semences protégées par des enrobages sous forme de NPs, contre les ravageurs du sol. D’autres NPs sont conçues pour migrer dans la plante via le xylème afin de la protéger durablement, comme cela a été démontré pour des NPs-acétamipride dans les cultures de thé (Wang Q et al 2025). Du point de vue agronomique, cette technique est prometteuse et risque de s’étendre loin de ces cultures, même si l’écueil de la persistance des Nps dans les sols, qu’ils soient d’origine agricole ou industrielle, n’est toujours pas évité.
Qu’en est-il de l’eau de consommation ?
a) L’eau potable peut-elle être polluée par des NPs ?
A propos des eaux de surface aux USA, Abbott Chalew et al (2013) rapportent que les concentrations de NPs peuvent aller jusqu’à 24,5 µg/L pour le TiO2, 10 pour l’Ag et 74 pour le ZnO. Les auteurs mentionnaient aussi que ces concentrations ne feront qu’augmenter au fil des années en corrélation avec le nombre de leurs utilisations. L’eau potable peut donc être polluée par les NPs, en l’absence de tout traitement efficace.
b) Les NPs pour capter les métaux lourds
Des NPs comme les oxydes de Cu, Fe, Zn, Mn, Ti, Si … sont utilisés pour adsorber les métaux lourds présents dans l’eau potable (Cr, As, Pb) dans une première étape, la seconde consistant à agglomérer les NPs en milieu liquide ou à les adsorber sur des matières organiques de façon à faciliter leur extraction. Les divers procédés physiques de séparation-filtration ont une efficacité de plus de 90% d’élimination des NPs. Reste le devenir de ces filtrats ou de ces boues d’épuration qui seraient sources de pollution pour les sols, si elles y étaient épandues (Liu et al 2014).
c) Les NPs pour éliminer les NPs
Pour ce faire, des NPs sont volontairement ajoutées dans certains processus de purification. Le principe général est le même que précédemment, sauf que le but est d’agglomérer d’autres NPs. Par exemple des nanomatériaux composites silicate-Fe3O4 permettent la formation d’aggrégats en présence de NPs de TiO2.
Figure 7 : Formation d’aggrégats par fixation de NPs de TiO2 sur des NPs composites et réciproquement (tiré de Yu et al 2022)
Perspectives d’avenir
Les remarquables performances des nanoparticules en biologie et dans de nombreuses industries, continueront de faire l’objet d’applications dans des domaines très variés, y compris dans la protection des cultures et l’alimentation. Comme l’avait souligné l’avis de l’EFSA de 2009, l’estimation du rapport bénéfice/risque avant les utilisations potentielles doit être repensée en fonction des extraordinaires propriétés de diffusion au sein même des organismes vivants ainsi que dans l’environnement. Autrement dit le rapport bénéfice/risque est à considérer à deux niveaux : l’individu pris isolément et une population libre dans son environnement.
Avant toute discussion, la première exigence est de posséder les outils pour la détection et la reconnaissance des NPs aussi bien à l’échelle d’une cellule que d’un organisme, végétal ou animal, aussi bien sur un support organique que minéral. D’ailleurs les évaluateurs commencent à en prendre conscience.
Après validation de la technique d’identification appropriée pour chaque NP, il restera encore à édicter des mesures de protection de l’alimentation et de l’environnement ou à limiter les usages des NPs au seul niveau individuel.
Il y a 500 ans, Rabelais écrivait « science sans conscience n’est que ruine de l’âme » … depuis la science a certes fait des progrès considérables, mais … !
Références citées
–Abbott Chalew TE et al (2013) Evaluating nanoparticle breakthrough during drinking water treatment. Environ Health Perspect 121:1161–1166; http:// dx.doi.org/10.1289/ehp.1306574Avis EFSA (2009) Potential risks arising from nanoscience and nanotechnologies on food and feed safety. The EFSA Journal 958, 1-39
-Avis ANSES (2024) « Saisine 2024-AUTO-0038 ». Analyse des résultats d’une étude exploratoire visant à mesurer la présence de nanoparticules dans des produits phytopharmaceutiques et des produits biocides
-Bencsyk A (2017) Nanoparticules et risque sanitaire Quelles modalités d’entrée dans le cerveau et quels effets ? DU Médecine Environnementale 2016 – 2017
-Colin ME et al (1991) Measurement of electric charges carried by bees : evidence of biological variations Journal of Bioelectricity 10, 17-32
-Dabour K et al (2019) Cellular alterations in midgut cells of honey bee workers (Apis millefera L.) exposed to sublethal concentrations of CdO or PbO nanoparticles or their binary mixture Science of the Total Environment 651, 1356–1367 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.09.311
-Donovan AR et al. (2016). Single particle ICP-MS characterization of titanium dioxide, silver and goldnanoparticles during drinking water treatment. Chemosphere, vol 144: p148-153.
-Hooven L et al (2019) Potential risk to pollinators from nanotechnology-based pesticides molecules 2019, 24, 4458; doi:10.3390/molecules24244458
-Esmaeili A et Ebrahimzadeh M (2015) Preparation of polyamide nanocapsules of Aloe vera L. delivery with in vivo studies AAPS PharmSciTech 16, 2, doi: 10.1208/s12249-014-0203-y
-Huang Y et al (2024) Charge barriers in the kidney elimination of engineered nanoparticles PNAS 121. 23 e2403131121
-Huo H et al (2025) Controllable synthesis of hollow porous SiO2 nanoparticles with tunable pore sizes and their pesticide release kinetic studies ACS Omega10, 27250−27261
-Khan I, Saeed, K et Khan I (2017). Nanoparticles: Properties, applications and toxicities. Arabian J of Chemistry, 12, 908–931. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2017.05.011
-Liu M et al (2024) Micropatterning of biologically derived surfaces with functional
clay nanotubes, Sc Technof Adv Materials, 25:1, 2327276, DOI: 10.1080/14686996.2024.2327276.
-Liu Y et al (2014) Nanoparticles in wastewaters: hazards, fate and remediation Powder Technology, vol. 255. pp. 249-156. ISSN 0032-5910
-Nicolas J et Couvreur P (2017) Les nanoparticules polymères pour
la délivrance de principes actifs anticancéreux Médecine/Sciences 33 : 11-7
-Nowicky P et (2021) Disruption of insect immunity using analogs of the pleiotropic insect peptide hormone Neb‐colloostatin: a nanotech approach for pest control IINature, Sc Reports doi.org/10.1038/s41598-021-87878-5.
-Nthunya L et al (2025) Unseen threats in aquatic and terrestrial ecosystems: nanoparticle persistence, transport and toxicity in natural environments Chemosphere 382 (2025) 144470 doi.org/10.1016/j.chemosphere.2025.144470
-Osawa E (2008) Monodisperse single nanodiamond particulates Pure Appl Chem 80, 1365–1379
-Poon W et al (2019) Elimination pathways of nanoparticles ACS Nano, 13, 5785−5798 DOI: 0.1021/acsnano.9b01383
-Thabet A et al (2021) Silica nanoparticles as pesticide against insects of different feeding types and their non‐target attraction of predators Nature Sc Reports 11:14484 | https://doi.org/10.1038/s41598-021-93518-9
-Wang Q et al (2025) Optimizing the size of mesoporous silica nano-delivery system enhances the absorption, transport, and retention of pesticides in tea plants Industrial Crops & Products 227 20789 doi.org/10.1016/j.indcrop.2025.120789
-Yu C et al (2022) Occurrence and removal of engineered nanoparticles in drinking water treatment and wastewater treatment processes: A review Environ. Eng. Res.; 27(5): 210339 pISSN 1226-1025 https://doi.org/10.4491/eer.2021.339
dossier rédigé par le Dr Marc-Edouard Colin, vétérinaire
Nanoparticules : sans pesticides ou avec…
Très simplement, qu’est-ce qu’une nanoparticule (NP) ?
Une nanoparticule est une particule dont au moins une dimension est inférieure à 100 nanomètres (nm). Pour mémoire, la plupart des virus icosaédriques ont un diamètre variant entre 20 et 80 nm et pour les bactéries, une dimension de 1000 nm et plus.
Plus précisément, les recommandations de la Commission européenne du 10 juin 2022, entendent par « nanomatériau » un matériau naturel, formé accidentellement ou manufacturé, constitué de particules solides qui sont présentes soit individuellement, soit en tant que particules constitutives identifiables dans des agrégats ou des agglomérats, 50 % au moins de ces particules dans la répartition numérique par taille, répondant au moins à l’une des conditions suivantes :
La CE ajoute que la surface de toutes les sous-unités ne doit pas être inférieure à 6 m2 pour un volume de 1cm3, ce qui est contradictoire avec l’énoncé précédent. Cela signifierait que :
– soit la taille des particules est de 100 microns
– soit que des nanoparticules de 100 nm seraient diluées dans un volume de 1000 cm3.
Dans les deux cas, on s’interroge sur le fondement de cet ajout.
Les NPs ont peuvent se présenter sous forme d’un liquide ou de solides à géométries diverses, alors dénommés nanomatériaux (voir figure 1).
a – Nanomatériaux
Les natures des particules solides constituantes des nanomatériaux sont très variées. Une des plus connue est le dioxyde de titane (TiO2), très largement utilisée.
D’autres métaux sont réduits en nanoparticules élémentaires (dites encore « particules primaires »), comme l’argent et l’or (Donovan et al, 2016), et encore Si, Zn, Se, Cu, Ce …, le dioxyde de silicium (SiO2) semblant promis à un grand développement.
Certaines formes spatiales du carbone sont synthétisées en nanoparticules tubulaires ou sphériques creuses (fullérènes). Le nanodiamant en est une forme sphérique particulière de 4 ou 5 nm de diamètre (Osawa, 2008, voir figure 2).
Figure 2 : Nanoparticules de diamant octaédriques (Osawa, 2008)
b – Nanoparticules polymériques
Les NPs polymériques, sont principalement des sphères ou des capsules sphériques. Pour ces dernières l’enveloppe polymérique (ou matrice) renferme la ou les molécules d’intérêt.
Les principaux polymères « bio(?)dégradables » utilisés en nano-médecine sont le polylactide (PLA), polyglycolide (PGA), le poly(lactide-co-glycolide (PLGA), le poly-cyanoacrylate d’alkyle (PACA), le poly-acide aminé (PAA). L’extérieur de l’enveloppe est stabilisé fréquemment par du propylène glycol (PEG). Plusieurs avancées technologiques leur ont conféré une meilleure efficacité de pénétration et de ciblage (ou adressage). Ainsi la troisième génération est constituée d’une surface, stabilisée par le PEG, sur laquelle sont fixés des vitamines, des hydrates de carbone, des peptides, des anticorps, etc.
Comme le précisent Nicolas et Couvreur (2017), « ces systèmes sont capables de reconnaître sélectivement des antigènes ou des récepteurs qui sont surexprimés à la surface de cellules-cibles via une interaction de type clé/serrure ». Le contenu de la nanocapsule est ainsi délivré dans le cytoplasme de la cellule cible en échappant aux mécanismes humoraux de détoxication. Quant aux constituants de la nanocapsule, ils devraient être dégradés dans la cellule mais dans ce cas, cela ne signifie pas obligatoirement absence de toxicité.
c – Nanocapsules de polyamide
Ce polymère, proche du nylon est utilisé depuis une trentaine d’années sous forme de microcapsules. En 2015, des nanocapsules sont proposées par Esmaeili et al pour délivrer de l’ Aloe Vera.
d – Nanoparticules de silicate
Dans la nature, la matière organique peut se présenter sous forme de NPs. C’est le cas de certaines argiles kaolins qui forment des nanofeuillets de silicate (sépiolite), et des nanotubules (halloysite) par enroulement des feuillets. Formes spatiales qui présentent un intérêt grandissant pour remplacer le TiO2 (Liu et al 2024 et figure 3).
Figure 3 : Trois types de modifications d’un nanotube d’halloysite (argile) – non sélective – face interne – face externe (Liu et al 2024).
e – Nanoparticules lipidiques
Les NPs lipidiques sont sphériques, d’un diamètre compris entre 10 et 100nm. Elles possèdent un noyau lipidique et une surface externe composée de molécules lipophiles et de surfactants. Cette technique est largement utilisée, entre autres, dans les médicaments anti-cancéreux et les vaccins (Khan et al 2019). Pourtant elles sont ignorées dans l’avis de l’ANSES « Saisine 2024-AUTO-0038 ».
Qualités recherchées
a – Rapport surface/volume et capacités dispersives
Du point de vue physique, l’avantage revendiqué est le rapport volume/surface, donc une exceptionnelle dispersion et ainsi une augmentation des probabilités d’adhésion des NPs sur les surfaces (voir figure 4).
Figure 4 : Schéma théorique de la fragmentation d’un cube de 1 cm d’arête (Bencsik, 2017).
En appliquant ce schéma aux nanoparticules comprises entre 10 et 100 nm, on constate que la surface développée est très largement supérieure à celle d’un cube de 1 cm d’arête (voir tableau).
b – Stabilité de la formulation physico-chimique
Les NPs servent de vecteur et de protection à un composé chimique pour éviter toute dégradation du principe actif avant atteinte de la cible. Elles peuvent l’adsorber sur leurs surfaces, les incorporer dans la face interne (« inner surface ») ou externe (« outer surface ») de leur paroi ou encore les inclure à l’intérieur d’un volume (« non selective ») (voir figure 3).
c – Efficacité
Grâce à cette stabilité, les mécanismes de détoxication sont inopérants ce qui fait que les NPs pénètrent sans altérations dans la cellule dans un but favorable comme la thérapie anti-cancéreuse ou défavorablement s’il s’agit d’effets non-intentionnels de pesticide.
De plus, le nombre de liaisons avec la cible est très largement supérieur à celui obtenu par un soluté traditionnel diluant une même masse de substance active.
Un calcul purement théorique, d’efficacité d’un insecticide en propose une illustration. On dénombre environ un million de neurones dans un cerveau d’insecte et plus d’un milliard de synapses. Si une nanoparticule bloque une synapse à elle seule et s’il suffit d’inhiber 10% de ses synapses pour neutraliser un individu, alors un cm3 de nanoparticules de 10 nm, véhiculant un neurotoxique synaptique, pourraient éliminer 10 milliards d’insectes (cf tableau) !
Présence dans l’alimentation, les cosmétiques et la pharmacie
Comme la liste des produits est très longue, seuls les principaux usages sont cités à savoir :
* les anti bactériens : nano -argent, -oxyde de zinc.
* les additifs alimentaires : nano –oxyde de titane (E171), -oxyde de fer (E172), -dioxyde de silicium (E551) etc.
* les vecteurs de molécules thérapeutiques.
* les particules à propriétés physiques particulières : nanotubes de carbone, -oxyde de zirconium dans les prothèses et l’imagerie médicale, -oxyde zinc et -dioxyde de silicium en protection contre les UV.
Présence dans les formulations phytosanitaires
Les NPs sont présentes dans certaines formulations pesticides sous forme d’amas et/ou de particules élémentaires et sont visibles en microscopie électronique à balayage (voir figure 5). Il est important de distinguer l’origine de ces NPs :
Figure 5 : Vue en microscopie électronique à balayage de formulations phytosanitaires du commerce américain, utilisant la Nanotechnology-Based Pesticides. Certaines formulations sont un mélange de particules inférieures à un micron, dont des nanoparticules, alors que d’autres sont, en totalité, des nanoparticules
A Optimate CS, gamma-cyhalothrine insecticide – B Warrior avec technologie Zéon , lambda cyhalothrine insecticide – C Natria, pyrethrin et soufre insecticide – D Rovral 4F, iprodione fongicid – E Tourismo, flubendiamine et buprofézine Insecticid – F Protocol, propineb fongicide – G Bravo Weatherstick, cholorothalonil fongicide – H Intrepid 2F, méthofennozid insecticide – I et J Bayer Advanced all-in-one, mélange de 4 herbicides – K Tempo Sc ultra, cyfluthrine insecticide – L Safari 20 SG, trisulfuron herbicide (Hooven et al 2019).
Toxicités
Déjà en 2009, l’EFSA constatait qu’« il est généralement impossible d’extrapoler une toxicité potentielle des nanoparticules à partir des données sur des solutions ou des suspensions de taille macro/microscopiques », ce qui souligne l’intérêt de connaître la forme physique des produits phytosanitaires proposés à l’homologation.
1- Toxicité humaine d’après Benczik (2017)
Pénétration
Les NPs pénètrent l’organisme par les voies aériennes, la peau, le tractus digestif.
Par voie respiratoire, les particules les plus fines atteignent les compartiments alvéolaires où ils induisent une inflammation. Les NPs peuvent franchir la barrière pulmonaire pour atteindre le système circulatoire et s’accumuler dans des organes ciblés ou non. Les cavités nasales sont aussi des lieux de pénétration non négligeables du fait de leur proximité avec le cerveau.
La voie cutanée concerne les expositions professionnelles aussi bien que celles des consommateurs de produits cosmétiques, crèmes solaires, par exemple.
La voie digestive est sollicitée à partir de deux sources principales : relargage à partir des emballages alimentaires et/ou directement à partir de l’alimentation (nourriture ou boissons) où elles sont présentes et classées comme additifs.
Un cas particulier : l’atteinte du cerveau
Le cerveau est atteint par les différentes voies citées. Les NPs peuvent s’y accumuler et éventuellement participer à l’accélération de processus neuro-dégénératifs.
Figure 6 : Schémas des lésions cellulaires et cérébrales (tiré de Bencsik, 2017)
Elimination ou accumulation ?
En ce qui concerne la voie rénale, les NPs supérieures à 5,5 nm et non biodégradables, n’y sont pas éliminées car leur taille ne leur permet pas de franchir les pores des glomérules (Poon et al 2019). Au niveau des tubules, les NPs porteurs d’une charge électrique positive subissent des interactions électrostatiques avec les membranes cellulaires, ce qui facilite leur pénétration et leur séquestration intra-cellulaire (Huang et al 2024).
L’élimination par voie hépato-biliaire est conditionnée par le franchissement de deux barrières cellulaires pouvant bloquer les NPs (cellules de Kuppfer et cellules de l’endothélium des capillaires sanguins sinusoïdes). S’il y a franchissement, les NPs sont éliminées dans les fécès (Poon et al 2019), sinon ils restent séquestrés.
2 – Toxicité pour les Invertébrés terrestres
Quels aspects particuliers des intoxications sont imputables à la forme nanoparticulaire ?
a) La maîtrise de la vitesse de relargage de la substance active à partir des NPs est une des propriétés les plus recherchées avec ses conséquences positives ou négatives. Par exemple une longue durée de diffusion est recherchée dans la lutte contre des parasites ou des ravageurs. En ce sens, le SiO2 fait l’objet de nombreuses recherches dans le domaine phytosanitaire. Toutefois, il présente une toxicité, même sans être porteur d’une quelconque substance active. Selon Thabet et al 2021, les NPs de SiO2 réduisent les populations de ravageurs mais aussi celles de leurs prédateurs à haute concentration de NPs.
Les NPs sont préférentiellement utilisées comme véhicules de substances actives grâce à leur excellente diffusion dans toutes les parties de la plante à partir de la surface des feuilles. Wang Q et al (2025) montrent cette systémie dans les théiers avec des NPs de SiO2 enfermant un insecticide néonicotinoïde (l’acétamipride). Ces NPs mésoporeuses (taille des pores entre 2 et 50nm) régulent aussi la durée de diffusion de la substance active en fonction de la taille des pores et permettent aussi la fixation de diverses molécules sur leur surface, par exemple pour améliorer la dispersion dans l’eau (Huo et al 2025 ; Wang Q et al 2025).
b) La formulation de pesticide en nanoparticules porteuses d’une charge électrique soumet celles-ci à la loi d’attraction de Coulomb lorsqu’elles sont à proximité d’une surface porteuse d’une charge opposée. La charge de la nanoparticule provient directement de sa synthèse ou bien de son passage dans le système de pulvérisation. Sachant que la charge électrique moyenne d’une abeille butineuse est de 50 picoCoulomb en moyenne (Colin et al 1991), celle-ci est suffisante pour attirer une NP à une distance de plusieurs mètres (voir Hooven et al 2019).
c) Le passage à travers la cuticule de l’insecte jusqu’à l’hémolymphe a été démontré pour un peptide naturel couplé avec un nanodiamant. Ainsi introduite dans l’hémolymphe, la Neb-coloostatin provoque des lésions ovariennes et des troubles de l’immunité à long terme à tous les stades de développement du ver de farine (Nowicki et al 2021).
d) La présence de nanoparticules d’oxyde de plomb et d’oxyde de cadmium dans l’intestin des abeilles se traduit par la rupture de la membrane péritrophique, dont la fonction principale est d’isoler les cellules épithéliales des microrganismes de la flore digestive (Dabour et al 2019).
En conclusion de ce chapitre, l’affirmation de L’EFSA de 2009, alertant sur la toxicité particulière des NPs pour toutes espèces animales étudiées, est donc toujours d’actualité en 2025.
Pollution environnementale
La pollution environnementale est réelle et encore mal connue. Liu et al en 2014, lançaient déjà une alerte sur l’augmentation des risques de pollution liés à l’intensification de leurs usages : « les doses de substance active, les caractéristiques des surfaces et la persistance des NPs sont des facteurs déterminants des effets biologiques délétères ».
La diffusion peut se faire
– par l’air : soit en NPs isolées, soit après adhésion à des particules plus grosses surtout si elles sont porteuses d’une charge électrique
– par l’eau : par exemple, plus de 85% des NPs de TiO2 sont évacuées par les eaux usées aux USA. Les NPs rendues dispersibles dans l’eau comme certaines de SiO2, sont encore plus problématiques. De plus elles touchent plus intensément la faune aquatique (voir synthèse de Nthunya et al 2025).
– par le sol : après enfouissement de semences protégées par des enrobages sous forme de NPs, contre les ravageurs du sol. D’autres NPs sont conçues pour migrer dans la plante via le xylème afin de la protéger durablement, comme cela a été démontré pour des NPs-acétamipride dans les cultures de thé (Wang Q et al 2025). Du point de vue agronomique, cette technique est prometteuse et risque de s’étendre loin de ces cultures, même si l’écueil de la persistance des Nps dans les sols, qu’ils soient d’origine agricole ou industrielle, n’est toujours pas évité.
Qu’en est-il de l’eau de consommation ?
a) L’eau potable peut-elle être polluée par des NPs ?
A propos des eaux de surface aux USA, Abbott Chalew et al (2013) rapportent que les concentrations de NPs peuvent aller jusqu’à 24,5 µg/L pour le TiO2, 10 pour l’Ag et 74 pour le ZnO. Les auteurs mentionnaient aussi que ces concentrations ne feront qu’augmenter au fil des années en corrélation avec le nombre de leurs utilisations. L’eau potable peut donc être polluée par les NPs, en l’absence de tout traitement efficace.
b) Les NPs pour capter les métaux lourds
Des NPs comme les oxydes de Cu, Fe, Zn, Mn, Ti, Si … sont utilisés pour adsorber les métaux lourds présents dans l’eau potable (Cr, As, Pb) dans une première étape, la seconde consistant à agglomérer les NPs en milieu liquide ou à les adsorber sur des matières organiques de façon à faciliter leur extraction. Les divers procédés physiques de séparation-filtration ont une efficacité de plus de 90% d’élimination des NPs. Reste le devenir de ces filtrats ou de ces boues d’épuration qui seraient sources de pollution pour les sols, si elles y étaient épandues (Liu et al 2014).
c) Les NPs pour éliminer les NPs
Pour ce faire, des NPs sont volontairement ajoutées dans certains processus de purification. Le principe général est le même que précédemment, sauf que le but est d’agglomérer d’autres NPs. Par exemple des nanomatériaux composites silicate-Fe3O4 permettent la formation d’aggrégats en présence de NPs de TiO2.
Figure 7 : Formation d’aggrégats par fixation de NPs de TiO2 sur des NPs composites et réciproquement (tiré de Yu et al 2022)
Perspectives d’avenir
Les remarquables performances des nanoparticules en biologie et dans de nombreuses industries, continueront de faire l’objet d’applications dans des domaines très variés, y compris dans la protection des cultures et l’alimentation. Comme l’avait souligné l’avis de l’EFSA de 2009, l’estimation du rapport bénéfice/risque avant les utilisations potentielles doit être repensée en fonction des extraordinaires propriétés de diffusion au sein même des organismes vivants ainsi que dans l’environnement. Autrement dit le rapport bénéfice/risque est à considérer à deux niveaux : l’individu pris isolément et une population libre dans son environnement.
Avant toute discussion, la première exigence est de posséder les outils pour la détection et la reconnaissance des NPs aussi bien à l’échelle d’une cellule que d’un organisme, végétal ou animal, aussi bien sur un support organique que minéral. D’ailleurs les évaluateurs commencent à en prendre conscience.
Après validation de la technique d’identification appropriée pour chaque NP, il restera encore à édicter des mesures de protection de l’alimentation et de l’environnement ou à limiter les usages des NPs au seul niveau individuel.
Il y a 500 ans, Rabelais écrivait « science sans conscience n’est que ruine de l’âme » … depuis la science a certes fait des progrès considérables, mais … !
Références citées
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-Avis ANSES (2024) « Saisine 2024-AUTO-0038 ». Analyse des résultats d’une étude exploratoire visant à mesurer la présence de nanoparticules dans des produits phytopharmaceutiques et des produits biocides
-Bencsyk A (2017) Nanoparticules et risque sanitaire Quelles modalités d’entrée dans le cerveau et quels effets ? DU Médecine Environnementale 2016 – 2017
-Colin ME et al (1991) Measurement of electric charges carried by bees : evidence of biological variations Journal of Bioelectricity 10, 17-32
-Dabour K et al (2019) Cellular alterations in midgut cells of honey bee workers (Apis millefera L.) exposed to sublethal concentrations of CdO or PbO nanoparticles or their binary mixture Science of the Total Environment 651, 1356–1367 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.09.311
-Donovan AR et al. (2016). Single particle ICP-MS characterization of titanium dioxide, silver and goldnanoparticles during drinking water treatment. Chemosphere, vol 144: p148-153.
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