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La toxicité du graphène pour la santé

Le graphène a été découvert relativement récemment. Si tout le monde s’accorde sur ses propriétés incroyables et les possibilités qu’il apporte notamment à l’industrie , de plus en plus d’études visent également à évaluer la toxicité du graphène sur la santé humaine.

Cette question suscite un intérêt croissant, y compris de la part du grand public, notamment depuis la crise sanitaire de 2020-2021, lorsque des masques chirurgicaux à base de graphène ont été introduits puis retirés du marché compte tenu de leur risque potentiel pour la santé.

Pour en savoir plus, Carbon Waters, une jeune société française spécialisée dans le développement et la production de lignes d’additifs hautes performances, s’est penchée sur les résultats de plusieurs études sur la sécurité du graphène, dont celles réalisées par une équipe multidisciplinaire du Graphene Flagship (the Health and Environment Work Package) et des partenaires indépendants comme la National University of Singapour, la Royal Society of Chimestry et le Grapheme Council (Royaume-Uni) ainsi que le Laboratoire d’immunologie du CNRS (Strasbourg, France). La plupart des études mentionnées ci-dessus ont été réalisées sur l’oxyde de graphène (GO), via une modélisation et des tests in vitro et in vivo. Voici l’essentiel de la synthèse initiée par Carbon Waters.

Sous le vocable graphème se logent plusieurs matériaux. « Tout d’abord, il est important de mentionner que le terme « graphène » est généralement utilisé pour décrire tous les matériaux nanocarbonés 2D. Il s’agit cependant d’une famille de matériaux dont les composants diffèrent par leur épaisseur (nombre de couches), leur qualité, leur stabilité et leur pureté.

Cette famille comprend également les graphènes plus ou moins oxydés comme les oxydes de graphène (GO) et les oxydes de graphène réduits (rGO). Ces différences sont une conséquence directe du processus de production. De plus, ils sont disponibles sous diverses formes : en poudre, pré-dispersés dans des produits liquides, sous forme de pâte, en mélange maître ou en film sur plaque métallique, etc.

L’existence de différentes formes de graphène a conduit à des résultats différents concernant sa sécurité. En effet, d’une étude à l’autre, les scientifiques ont basé leurs recherches sur tel ou tel type de graphène .

« Prenons par exemple l’étude de la National University of Singapour (Cytotoxicity Survey of Commercial graphene materials from Worldwide, 2022) réalisée sur trente-six types de graphène disponibles sur le marché.

Antonio H. Castro Neto, du Centre for Advanced 2D Materials, de cette université, souligne que « la toxicité du graphène, outre sa dose, n’est pas due au graphène lui-même, mais aux impuretés qui sont un sous-produit du traitement industriel du graphène.

Notre étude suggère que plus de 35 % des produits à base de graphène contiennent du graphène hautement défectueux ; nous avons observé la présence d’impuretés organiques et/ou inorganiques dans presque tous les échantillons. Nos résultats amènent à conclure que la cytotoxicité d’un produit ne peut être liée à aucune caractéristique du graphène seul, mais qu’elle est déterminée par les contaminants présents.

Par ailleurs, des études montrent que le facteur d’exposition (forme, durée, quantité) a un impact direct sur les risques sanitaires du graphène.

Pour la Royal Society of Chemistry (RCS) et le Graphene Council, si le graphène est intégré dans une matrice, il ne présente pas plus de risque pour la santé et la sécurité que tout autre matériau. Selon le RCS, « une fois qu’un nanomatériau (dont le graphène) a été incorporé dans un produit, il est quasiment impossible de libérer les particules de graphène du matériau hôte ».

Ces affirmations concordent également avec l’étude Graphene Flagship, dont les équipes ont modélisé les effets de l’exposition à des composites chargés de graphène sur les poumons. Ils ont découvert qu’une exposition continue au graphène sur de longues périodes n’induisait pas de réponse immunitaire significative. Cela implique que le graphène présent dans ces composites n’aurait aucun impact négatif sur la santé , même en cas d’exposition à long terme.

Des études ont également été menées sur l’effet du graphène seul, c’est à dire non incorporé dans une matrice. Un laboratoire indépendant de l’Université de Strasbourg ( Degradation of Single-Layer and Few-Layer Graphene by Neutrophil Myeloperoxidase , 2018) a démontré via des tests in vitro qu’en cas d’inhalation ou d’absorption de particules de graphène libres, certaines cellules humaines (lymphocytes, présent dans le système immunitaire) détruit naturellement le graphène. Le graphène utilisé dans cette étude est un graphène non oxydé à faible nombre de couches (FLG).

Outre les risques liés à la manipulation ou à l’utilisation d’un produit contenant du graphène, il faut également considérer les risques liés à sa fin de vie. Les principales études sur le sujet ont modélisé la fin de cycle de vie d’un matériau dopé au graphène suite à une abrasion .

Selon l’équipe multidisciplinaire Graphene Flagship et ses partenaires (Hazard assessment of abraded thermoplastic composites reinforced with reduced graphene oxide,, 2022) dont le laboratoire suisse EMPA, « les particules à base de graphène libérées par les composites polymères après abrasion induisent des effets négligeables sur la santé. Les résultats actuels montrent un impact négligeable des composites PA6 renforcés par rGO sur tous les modèles testés, ce qui suggère un risque probablement faible pour la santé humaine dans des conditions d’exposition aigüe.

Au final, les différentes études réalisées sur le sujet s’accordent toutes sur le fait que le type de graphène, sa qualité, le degré de concentration et le niveau d’exposition ont des impacts différents. Ils montrent cependant que le graphène ne présente qu’un faible risque dans des conditions normales de manipulation et d’exposition. Ce risque est moindre si le graphène est intégré dans un autre matériau ou objet, contrairement au graphène sous forme de poudre, qui, en raison de sa forte volatilité, augmente la probabilité d’inhalation .
https://www.carbon-waters.com