Le graphène a été découvert il y a relativement peu de temps. Si tout le monde s’accorde sur ses incroyables propriétés et les possibilités qu’il apporte à l’industrie notamment, 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, en particulier depuis la crise sanitaire de 2020-2021, lors de laquelle des masques chirurgicaux à base de graphène avaient été introduits, puis retirés du marché au vu de leur risque potentiel sur la santé.
Dans cet article, Carbon Waters présente les résultats de plusieurs études portant sur l’innocuité du graphène, menées par :
- Une équipe multidisciplinaire du Graphene Flagship (the Health and Environment Work Package) et des partenaires indépendants
- L’Université Nationale de Singapour (National University of Singapore)
- La Royal Society of Chemistry et le Graphene Council
- Le Laboratoire de Strasbourg – CNRS Immunology
Il n’existe pas un mais plusieurs graphènes
Tout d’abord, il est important de mentionner que le terme « graphène » est utilisé de façon générale pour qualifier tous les matériaux nano-carbonés 2D. Pourtant, il s’agit d’une famille de matériaux dont les composants diffèrent par leur épaisseur (nombre de couches), leur qualité, leur stabilité et leur pureté.
Cette famille inclut également des graphènes plus ou moins oxydés tels que des oxydes de graphène (GO) et des oxydes de graphène réduits (rGO). Ces différences découlent directement du procédé de production.
De plus, ils sont disponibles sous plusieurs formes : en poudre, pré-dispersés dans des produits liquides, sous forme de pâte, en masterbatch ou en film sur plaque de métal, etc.
Source : the Graphene Flagship
La plupart des études sus-mentionnées ont été menées sur de l’oxyde de graphène (GO), via des modélisations et des tests in vitro et in vivo.
Études sur la cytotoxicité du graphène :
les principaux résultat
Des résultats qui diffèrent d’un graphène à un autre et selon sa qualité
L’existence de diverses formes de graphène donne lieu à des résultats différents au sujet de l’innocuité du graphène. En effet, d’une étude à une autre, les scientifiques ont basé leurs recherches sur tel ou tel type de graphène.
Prenons par exemple l’étude de l’Université de Singapour (Cytotoxicity survey of commercial graphene materials from worldwide, 2022) réalisée sur 36 types de graphène disponibles sur le marché.
Antonio H. Castro Neto, indique que « la toxicité du graphène n’est pas due au graphène lui-même mais aux impuretés, qui sont un sous-produit du traitement industriel du graphène ».
Il ajoute même : « 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 nous 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. »
Le niveau d’exposition et la concentration ont aussi un rôle sur la toxicité du graphène
Les études démontrent que le facteur d’exposition (forme, durée, quantité) a un impact direct avec les risques du graphène sur la santé.
Pour la Royal Society of Chemistry (RCS) et le Graphene Council si le graphène est intégré au sein d’une matrice, il ne présente pas plus de risques pour la santé et la sécurité qu’un autre matériau. Selon la RCS, « une fois qu’un nanomatériau (y compris le graphène) a été incorporé dans un produit, il est pratiquement impossible de libérer les particules de graphène du matériau hôte ».
De plus en plus de matériaux sont enrichis en graphène, comme les batteries, pour ses incroyables propriétés
Pour en revenir aux masques chirurgicaux, un test réalisé par le laboratoire canadien NanoSafe sur des équipements de la marque ZenGuard a démontré que le graphène restait au sein des masques lors de l’inhalation. Des résultats qui corrèlent les allégations du Graphene Council et de la RCS.
Ces affirmations vont également dans le sens de l’étude réalisée par le Graphene Flagship dont les équipes ont modélisé les effets d’une exposition à des composites chargés en graphène sur les poumons. Elles ont constaté 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 pas d’impact négatif sur la santé, y compris en cas d’exposition à long terme.
D’après leurs travaux de recherche (Safety Assessment of Graphene-Based Materials: Focus on Human Health and the Environment, 2018), l’inhalation et l’absorption épidermique semblent être les moyens les plus probables d’exposition involontaire, en particulier dans l’environnement de travail lors de la manipulation des produits à base de graphène. Sous forme de poudres volatiles (nanopoudres), le graphène présente un risque d’inhalation plus élevé.
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 que, dans le cas où des particules de graphène libres seraient inhalées ou absorbées, certaines cellules humaines (les lymphocytes, présentes dans le système immunitaire) détruisaient naturellement le graphène.
Le graphène utilisé pour cette étude est un graphène non oxydé avec un faible nombre de couches (FLG).
Produits à base de graphène et fin du cycle de vie : y a-t-il un danger pour la santé ?
En plus des risques liés à la manipulation ou à l’utilisation d’un produit contenant du graphène, il faut aussi s’intéresser à ceux induits par sa fin de vie. Les principales études sur le sujet ont modélisé la fin du cycle de vie d’un matériau dopé en graphène suite à son abrasion.
D’après l’équipe multidisciplinaire du Graphène Flagship et de ses partenaires (Hazard assessment of abraded thermoplastic composites reinforced with reduced graphene oxide, 2022) dont le laboratoire suisse EMPA, « les particules contenant du graphène libérées par les composites polymères après abrasion ont des effets minimes sur la santé. Les résultats montrent un impact négligeable des composites PA6 renforcés par de l’oxyde de graphène réduit (rGO) sur tous les modèles testés, ce qui suggère un risque probablement faible pour la santé humaine dans des conditions d’exposition aiguë. »
Carbon Waters conduit également une analyse des résidus de dégradation par abrasion et au feu d’un polymère de type epoxy enrichi en Graph’Up, sa gamme d’additifs de performance, dans le cadre du projet européen Macramé. Menée avec le laboratoire EMPA et les autres partenaires du projet, cette étude permettra d’évaluer la cytotoxicité et l’écotoxicité des additifs de performance à base de graphène Carbon Waters. Les résultats seront annoncés dans les prochains mois.
Que faut-il retenir des études sur l’innocuité du graphène ?
Si le graphène a démontré ses incroyables propriétés au cours du temps, il est essentiel de s’intéresser aux risques qu’il peut présenter pour la santé.
Les diverses études menées sur le sujet s’accordent pour annoncer que le type de graphène, sa qualité, le degré de concentration et le niveau d’exposition entrainent des impacts différents. Cependant, elles démontrent 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 au sein d’un autre matériau ou objet, à la différence des graphènes sous forme de poudre, qui, de par leur haute volatilité, augmentent la probabilité d’inhalation.
À l’heure où de nombreuses substances sont dans la ligne de mire des réglementations car jugées toxiques, les additifs à base de graphène se placent donc comme d’excellents candidats pour les substituer de façon durable.
Carbon Waters, entreprise spécialisée dans la production d’additifs de performance à base de graphène FLG (Few-Layer Graphene), propose des solutions pré-dispersées, sans risque d’inhalation lors de la manipulation.