Le graphène est-il sûr?

Dübendorf, St. Gallen und Thun, 07.02.2019 - Le graphène est considéré comme l'un des matériaux les plus intéressants et les plus polyvalents de notre époque. Les possibilités d'application inspirent la recherche et l'industrie. Mais les produits contenant du graphène sont-ils également sans danger pour l'homme et l'environnement ? Cette question a fait l'objet d'une étude approfondie dans le cadre du projet phare européen sur le graphène, avec la participation de chercheurs de l'Empa.

Le graphène, une seule couche d'atomes de carbone disposés hexagonalement, est considéré comme le matériau miracle de l'avenir : flexible, transparent, extrêmement robuste, peut assumer différentes propriétés électriques et de la conductivité thermique la plus élevée de tous les matériaux connus. Cela le rend extrêmement intéressant pour d'innombrables applications possibles. L'Europe l'a également reconnu : Le vaste programme de recherche "Graphene Flagship" existe depuis cinq ans et est consacré à ce matériau. Il s'agit de la plus grande initiative de recherche que l'Europe ait lancée à ce jour, ce qui montre l'énorme importance du graphène.

Les effets biologiques au microscope

Mais malgré toute cette euphorie : Comme pour toute nouvelle technologie, les inconvénients potentiels doivent être pris en compte très tôt. Dans le passé, ces enquêtes étaient souvent menées trop tard. Par exemple, l'amiante, autrefois apprécié pour ses propriétés ignifuges, a été utilisé au début du 20e siècle pour fabriquer de nombreux produits, mais les risques pour la santé n'ont été découverts que progressivement. En 1970, les fibres d'amiante ont été officiellement classées cancérigènes.

Une partie importante du vaisseau amiral du graphène est donc consacrée à la question : Les matériaux à base de graphène sont-ils sans danger pour l'homme et l'environnement ? A ce jour, de nombreuses études ont été réalisées dans le cadre du navire amiral. Des chercheurs de l'Empa du laboratoire d'interactions particules-biologie ont étudié par exemple comment l'oxyde de graphène affecte le poumon humain, le tractus gastro-intestinal ou la barrière placentaire.

Un article de synthèse complet a été publié à mi-parcours du projet phare sur le graphène, qui relie les données produites dans le cadre du grand projet de recherche international à d'autres études publiées et montre ainsi l'état actuel des connaissances en matière de sécurité des matériaux à base de graphène. Des partenaires de 15 universités et instituts de recherche européens, dont les chercheurs de l'Empa Peter Wick et Tina Bürki, ont participé à cette étude.

L'article donne un aperçu du moment où des parties de matériaux à base de graphène peuvent pénétrer dans l'environnement ou dans le corps humain pendant leur cycle de vie : pendant la production, l'utilisation, le vieillissement ou dans le processus d'élimination ou de recyclage. La majorité des études évaluées ont été consacrées à la question de l'interaction des matériaux à base de graphène avec le corps humain. Il s'agit notamment des différentes façons dont les substances peuvent pénétrer dans l'organisme, par exemple par inhalation, ingestion ou contact cutané, ainsi que de la distribution et de l'interaction avec des organes importants tels que le système nerveux central, les poumons, la peau, le système immunitaire, le système cardiovasculaire, le tractus gastro-intestinal et les organes reproducteurs.

Les effets possibles du graphène sur d'autres organismes et sur l'environnement ne sont pas moins importants. Il s'agit notamment des bactéries, des algues, des plantes, des champignons, des invertébrés et des vertébrés de divers écosystèmes.

La structure détermine l'activité

C'est frappant : Toutes les études n'aboutissent pas au même résultat. Mais cela n'est pas nécessairement dû au fait que la qualité des études individuelles est médiocre : "Le défi est que tous les graphènes ne sont pas identiques", explique Peter Wick, responsable du laboratoire d'interactions particules-biologie de l'Empa. Les matériaux à base de graphène peuvent se composer d'une ou de plusieurs couches, la largeur et la longueur de la couche peuvent varier, et le rapport des atomes de carbone aux atomes d'oxygène peut également varier.

En fonction de la combinaison de ces trois paramètres, non seulement les propriétés des matériaux sont complètement différentes, mais les effets sur l'homme et l'environnement sont également très variables. Cela rend les déclarations simples et généralement valides presque impossibles. "Notre objectif est donc de créer un modèle détaillé pour une relation entre la structure et certaines propriétés ", dit Wick. Une caractérisation minutieuse des matériaux étudiés est donc primordiale. A l'avenir, des algorithmes d'auto-apprentissage pourraient aider à générer un modèle à partir des données afin de prédire les effets biologiques d'une certaine structure de graphène.

Cependant, un modèle aussi complet reste un rêve d'avenir. "Nous nous considérons ici comme une sorte d'aide au lancement pour déterminer la sécurité des matériaux et des produits à base de graphène ", explique Wick. "Bien qu'il y ait de plus en plus d'études et donc d'indications sur la façon dont les matériaux à base de graphène affectent les systèmes vivants, il y a encore des lacunes dans nos connaissances. Ces lacunes doivent être comblées avant que nous puissions faire une prédiction claire sur la façon dont un matériau à base de graphène ayant certaines propriétés affectera les systèmes biologiques." L'objectif est de créer un nouveau standard pour les autorités, la recherche et l'industrie afin que le matériau miracle qu'est le graphène puisse également être utilisé en toute sécurité.

Graphene Flagship

Le programme phare sur le graphène est la plus grande initiative de recherche de l'UE à ce jour et, selon la Commission européenne, "la plus grande distinction de l'histoire pour l'excellence de la recherche". Doté d'un budget d'un milliard d'euros, le programme Graphene Flagship a pour mission de faire passer le graphène du domaine des laboratoires universitaires à la société européenne dans dix ans - générant ainsi de la croissance économique, de nouveaux emplois et de nouvelles opportunités pour les Européens en tant qu'investisseurs et employés. Avec le programme Graphene Flagship, l'Europe a lancé une nouvelle forme d'initiative de recherche commune et coordonnée d'une ampleur sans précédent. Graphene Flagship réunit un consortium académico-industriel visant une percée en matière d'innovation technologique. L'effort de recherche couvrira l'ensemble de la chaîne de valeur, de la production des matériaux à l'intégration des composants et des systèmes, et visera un certain nombre d'objectifs spécifiques qui exploitent les propriétés uniques du graphène.

https://graphene-flagship.eu/

Adresse pour l'envoi de questions

Informations

Dr. Peter Wick
Head of Particles-Biology Interactions Lab
Tél: +41 58 765 76 84
peter.wick@empa.ch

Dr. Tina Bürki
Particles-Biology Interactions
Tél. +41 58 765 76 96
tina.buerki@empa.ch
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