ISO/TR 12885:2008
(Main)Nanotechnologies — Health and safety practices in occupational settings relevant to nanotechnologies
Nanotechnologies — Health and safety practices in occupational settings relevant to nanotechnologies
ISO/TR 12885:2008 describes health and safety practices in occupational settings relevant to nanotechnologies. ISO/TR 12885:2008 focuses on the occupational manufacture and use of engineered nanomaterials. It does not address health and safety issues or practices associated with nanomaterials generated by natural processes, hot processes and other standard operations which unintentionally generate nanomaterials, or potential consumer exposures or uses, though some of the information in ISO/TR 12885:2008 might be relevant to those areas. Use of the information in ISO/TR 12885:2008 could help companies, researchers, workers and other people to prevent adverse health and safety consequences during the production, handling, use and disposal of manufactured nanomaterials. This advice is broadly applicable across a range of nanomaterials and applications.
Nanotechnologies — Pratiques de sécurité dans les arrangements professionnels relatifs aux nanotechnologies
L'ISO/TR 12885:2008 décrit des pratiques en matière de santé et de sécurité au travail en rapport avec les nanotechnologies. L'ISO/TR 12885:2008 est axé sur la fabrication et l'utilisation professionnelles des nanomatériaux manufacturés. Il ne traite pas de questions ou de pratiques de santé et de sécurité associées à des nanomatériaux générés par les processus naturels, les processus à chaud et d'autres opérations qui, de façon habituelle, génèrent involontairement des nanomatériaux, ou les expositions ou utilisations potentielles du consommateur, même si certaines des informations contenues dans l'ISO/TR 12885:2008 pourraient être appropriées à ces secteurs. L'utilisation des informations contenues dans l'ISO/TR 12885:2008 pourrait aider les entreprises, les chercheurs, les travailleurs et d'autres personnes à prévenir les conséquences néfastes pour la santé et la sécurité au cours de la production, de la manipulation, de l'utilisation et de la mise au rebut des nanomatériaux manufacturés. Ces recommandations sont applicables à une vaste gamme de nanomatériaux et d'applications.
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TECHNICAL ISO/TR
REPORT 12885
First edition
2008-10-01
Nanotechnologies — Health and safety
practices in occupational settings
relevant to nanotechnologies
Nanotechnologies — Pratiques de sécurité dans les arrangements
professionnels relatifs aux nanotechnologies
Reference number
ISO/TR 12885:2008(E)
©
ISO 2008
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ISO/TR 12885:2008(E)
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Published in Switzerland
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ISO/TR 12885:2008(E)
Contents
Foreword .vi
1. Introduction.1
2. Scope.2
Bibliography .2
3. Nanomaterials: description and manufacturing .3
3.1. Engineered nanomaterials .3
3.1.1. Carbon containing nanomaterials.3
3.1.2. Oxides .4
3.1.3. Metals .5
3.1.4. Quantum dots.5
3.1.5. Organic polymeric nanomaterials.5
3.1.6. Bio-inspired nanomaterials.6
3.2. Production processes.6
3.2.1. Typical production processes .6
3.2.2. Aerosol generation methods .7
3.2.3. Vapor deposition methods.7
3.2.4. Colloidal/self-assembly methods .7
3.2.5. Electrodeposition.7
3.2.6. Electro-spinning.7
3.2.7. Attrition methods .7
Bibliography.8
4. Hazard characterization.9
4.1. Health effects .9
4.1.1. Basic principles and uncertainties.10
4.1.2. Potential relevance of health effects information about incidental or naturally-occurring
nanoparticles and nanofibers.10
4.1.3. Relationship between toxicity and surface area, surface chemistry, and particle number .11
4.1.4. Inflammatory response to nanoparticles.11
4.1.5. Animal and cell-culture studies.12
4.1.6. Observations from epidemiological studies involving fine and nanoscale particles.15
4.2. Physical hazards .15
4.2.1. Fire (exothermic events).15
4.2.2. Safety considerations in manufacturing nanomaterials.16
Bibliography.16
5. Exposure assessment to nanomaterials.23
5.1. Introduction.23
5.2. Scientific framework for assessing exposure to nanomaterials.23
5.2.1. Routes of exposure.23
5.2.2. Metric for assessing exposure to airborne nanomaterials.24
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5.3. Review of methods for characterizing exposure to nanoparticles.26
5.3.1. General .26
5.3.2. Mass concentration.28
5.3.3. Number concentration .29
5.3.4. Surface area concentration .30
5.3.5. Nanoparticle size distribution measurement .31
5.3.6. Sample collection for material characterization .32
5.3.7. Measurement of high length : width aspect ratio particles of nanomaterials .33
5.3.8. Sampling strategy issues .34
5.4. Dermal exposure assessment.35
5.4.1. Sampling .35
5.4.2. Sample characterization .36
5.5. Dose (internal exposure) assessment.36
5.6. Discussion.37
Bibliography .37
6. Risk assessment in occupational settings .41
6.1. Introduction and scope .41
6.2. Risk assessment for nanomaterials .41
6.2.1. Quantitative and qualitative risk assessment .42
6.2.2. Hazard identification .42
6.2.3. Exposure-response assessment .43
6.2.4. Exposure assessment .45
6.2.5. Risk characterization .45
6.3. Conclusions .46
Bibliography .46
7. Control methodologies .47
7.1. Introduction .47
7.2. Implication of risk assessment in regard to control methodologies .48
7.2.1. Strategies for control .48
7.3. Examination of control methodologies .50
7.3.1. Exposure prevention.50
7.3.2. Control strategies.51
7.3.3. Eliminating the hazards through effective design.51
7.3.4. Substitution of raw materials, products, processes and equipment.51
7.3.5. Engineering control techniques .52
7.3.6. Administrative means for the control of workplace exposures .59
7.3.7. Evaluating the work environment.63
7.3.8. Personal protective equipment (PPE) .64
7.4. Health surveillance .69
7.5. Product stewardship .70
Bibliography .70
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ISO/TR 12885:2008(E)
56
Appendix 7.1. Assigned protection factors (APFs) for respirators (from USACHPPM 55-011-1106).
A comparison of past and present APFs.76
Appendix 7.2. Advantages and disadvantages of different types of Air-Purifying Particulate
59
Respirators - using information from the U. S. NIOSH Respirator Selection Logic. .77
Annex A. Symbols and abbreviated terms .77
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v
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ISO/TR 12885:2008(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
In exceptional circumstances, when a technical committee has collected data of a different kind from that
which is normally published as an International Standard (“state of the art”, for example), it may decide by a
simple majority vote of its participating members to publish a Technical Report. A Technical Report is entirely
informative in nature and does not have to be reviewed until the data it provides are considered to be no
longer valid or useful.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO/TR 12885 was prepared by Technical Committee ISO/TC 229, Nanotechnologies.
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 12885:2008(E)
1. Introduction
The field of nanotechnologies is advancing rapidly and is expected to impact virtually every facet of global
industry and society. International standardization on nanotechnologies should contribute to realizing the
potential of this technology for the betterment and sustainability of our world through economic development,
improving the quality of life, and for improving and protecting public health and the environment. One can
expect many new engineered nanomaterials coming to the market place and work place. The introduction of
these new materials into the workplace raises questions concerning occupational safety and health that
should be addressed, as appropriate, by international standards. While such standards are being developed, it
is important, through this Technical Report, to assemble and make available to users, useful knowledge on
occupational safety and health practices in the context of nanotechnologies.
i
Nanotechnology involves materials at the nanoscale. As a working definition, the “nanoscale” means size
-9
range from approximately 1 nm to 100 nm. A nanometer is 1 x 10 m or one millionth of a millimeter. It is
difficult to fully appreciate these remarkably small scales. To give a sense of this scale, a human hair is of the
order of 10,000 to 100,000 nm, a single red blood cell has a diameter of around 5,000 nm, viruses typically
have a maximum dimension of 10 to 100 nm and a DNA molecule has a diameter of around 2 nm. The term
“nanotechnology” can be misleading since it is not a single technology or scientific discipline. Rather it is a
multidisciplinary grouping of physical, chemical, biological, engineering, and electronic processes, materials,
applications and concepts in which the defining characteristic is one of size.
The distinctive and often unique properties which are observed with nanomaterials offer the promise of broad
advances for a wide range of technologies in fields as diverse as computers, biomedicine, and energy. At this
early stage the potential applications of nanomaterials seem to be limited only by the imagination. Articles
appear daily in the scientific and popular press and on a host of websites dedicated to the field. New
companies, often spin outs from university research departments, are being formed and are finding no
shortage of investors willing to back their ideas and products. New materials are being discovered or
produced and astonishing claims are being made concerning their properties, behaviors and applications. As
of June, 2007, over 400 nano-enabled new products are listed in an inventory of products already utilizing
nanotechnology compiled by the Woodrow Wilson Center's Project on Emerging Nanotechnologies
(www.nanotechproject.org/inventories/consumer/). Another list of products can also be found on U. S.
National Nanotechnology Initiative web-site at www.nano.gov/html/facts/appsprod.html. While much of the
current “hype” is highly speculative, there is no doubt that worldwide, governments and major industrial
companies are committing significant resources for research into the development of nanometer scale
processes, materials and products.
Ordinary materials such as carbon or silicon, when reduced to the nanoscale, often exhibit novel and
unexpected characteristics such as extraordinary strength, chemical reactivity, electrical conductivity, or other
characteristics that the same material does not possess at the micro or macro-scale. A huge range of
nanomaterials have already been produced including nanotubes, nanowires, fullerene derivatives (bucky
balls).
th th
A few engineered nanomaterials were developed already in the 19 and 20 centuries, at a time when the
word “nanotechnology” was unknown. Among such nanomaterials are zeolites, catalyst supports such as
MgCl , pigments and active fillers such as carbon black and synthetic amorphous silica. Market size of these
2
commodity materials is well above the billion US dollars or million tons threshold.
Nanotechnologies are gaining in new commercial application. Nanomaterials are currently being used in
electronic, magnetic and optoelectronic, biomedical, pharmaceutical, cosmetic, energy, catalytic and materials
applications. Areas producing the greatest revenue for nanomaterials are chemical-mechanical polishing,
magnetic recording tapes, sunscreens, automotive catalyst supports, electro-conductive coatings and optical
fibers.
i
Please note, that definitions used throughout this Technical Report are based on draft definitions developed by ISO TC
229 WG1 and might become obsolete if draft definitions change.
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ISO/TR 12885:2008(E)
The occupational health and safety effects of new nanomaterials are mostly unknown. This can be attributed
to the relatively recent development of the nanotechnology sector and, as a result, the lack of available
information on human exposures and working conditions. As a consequence our abilities to accurately predict
the impact of some nanomaterials exposures on worker health are limited at this time. In particular our abilities
to measure nanoparticles in the workplace (or more generally) are limited by current technologies.
Nanotechnology presents us with new challenges as the properties of nanomaterials now depend on size and
shape as much as the more conventional factors of chemical structure and composition. Measuring these
additional attributes will be necessary to accurately assess nanomaterials in the workplace. In addition, the
capability of the human body to recognize and appropriately respond to most nanomaterials is essentially
unknown at the moment. On the other hand, in the case of some nanostructured materials, such as carbon
black and synthetic amorphous silica, toxicologic and epidemiologic data are available.
There are many gaps in current science about identifying, characterizing, and evaluating potential
occupational exposures in the nanotechnology context. These gaps in our knowledge will best be addressed
at a multidisciplinary level. Occupational health practitioners and scientists and practitioners in the toxicology
field including medical scientists and environmental scientists have vital roles to play in safeguarding health in
this fast-moving field. Collaborative studies - ideally with international coordination - are essential in order to
provide the critical information required within a reasonable time frame.
2. Scope
This Technical Report describes health and safety practices in occupational settings relevant to
nanotechnologies. The initial outline was prepared using U. S. NIOSH's Approaches to Safe Nanotechnology:
1
An Information Exchange with NIOSH. This Technical Report focuses on the occupational manufacture and
use of engineered nanomaterials. It does not address health and safety issues or practices associated with
nanomaterials generated by natural processes, hot processes and other standard operations which
unintentionally generate nanomaterials, or potential consumer exposures or uses, though some of the
information in this Technical Report might be relevant to those areas. For more general information on the
environment, health and safety of nanotechnologies, the reader can refer to other existing well documented
2-7
reviews. Use of the information in this Technical Report could help companies, researchers, workers and
other people to prevent adverse health and safety consequences during the production, handling, use and
disposal of manufactured nanomaterials. This advice is broadly applicable across a range of nanomaterials
and applications.
This Technical Report is based on current information about nanotechnologies, including characterization,
health effects, exposure assessments, and control practices. The authors of the Technical Report have
attempted to remain current with the use of terms and their definitions. However, definitions in this field are
evolving and some terms have not yet undergone ISO consensus review. Therefore, the terms are intended to
be used solely for the purpose of this Technical Report and not to be considered formal definitions beyond this
Technical Report. It is expected that this Technical Report will be revised and updated and new safety
standards will be developed as our knowledge increases and experience is gained in the course of
technological advance.
Bibliography
[1] U. S. NIOSH, Approaches to Safe Nanotechnology: An Information Exchange with NIOSH, 2006. Available
online at: http://www.cdc.gov/niosh/topics/nanotech/safenano/. (Accessed on July 23, 2007).
[2] Royal Society/Royal Academy, Nanoscience and nanotechnologies: Opportunities and uncertainties, 2004.
[3] U. S. NIOSH, Strategic plan for NIOSH nanotechnology research filling the knowledge gaps, 2005.
Available on line at http://www.cdc.gov/niosh/topics/nanotech/strat_planINTRO.html. (Accessed on July 23,
2007).
[4] ILSI, Principles for characterizing the potential human health effects from exposure to nanomaterials:
Elements of a screening strategy, 2005.
[5] SCENIHR, Opinion on the appropriateness of existing methodologies to assess the potential risks
associated with engineered and adventitious products of nanotechnologies, 2007.
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ISO/TR 12885:2008(E)
[6] U. S. EPA, Nanotechnology white paper, 2007. Available at http://www.epa.gov/OSA/nanotech.htm.
(Accessed on July 23, 2007).
[7] U. S. NIOSH, Progress toward safe nanotechnology in the workplace, NIOSH Publication No. 2007-123,
2007. Available on line at http://www.cdc.gov/niosh/docs/2007-123/. (Accessed on July 23, 2007).
3. Nanomaterials: description and manufacturing
3.1. Engineered nanomaterials
Engineered nanomaterials are designed with specific properties in mind. Engineered nanomaterials
encompass nano-objects and nanostructured materials. The former are defined as materials with one
(nanoplate), two (nanorod) or three external dimensions (nanoparticle) in the nanoscale (i.e. between
approximately 1 and 100 nm). Examples of nanostructured materials are nanocomposites composed of
nano-objects embedded in a solid matrix or nano-objects bonded together in simple random assemblies as in
1
aggregates and agglomerates or ordered as in crystals of fullerenes or carbon nanotubes. Discussion in this
Technical Report will focus primarily on nano-objects and their simple assemblies.
Relatively simple nanomaterials presently in use or under active development can be classified in terms of
dimensionality and the primary chemical composition. However, even simple nanomaterials are often coated
and have complex chemical and physical structure. Any attempt to classify nanomaterials is highly artificial
with many materials falling into several classification categories. Thus, the following description is for
organizational purposes only.
Quantum dots and fullerenes are confined to the three-dimensional nanoscale domain. Nanotubes,
nanowires, nanofibers and nanofibrils have at least two nanoscale dimensions, while nanoscale surface
coatings, thin films and layers have at least one nanoscale dimension. In the following subsections,
nanomaterials are described according to the primary (or core) chemical composition of nano-objects: carbon
containing nanomaterials (e.g. fullerenes, carbon nanotubes); oxides nanomaterials (e.g. TiO and ZnO);
2
metal nanomaterials (e.g. Au); semiconductor nanomaterials (e.g. quantum dots); organic polymeric
nanomaterials (e.g. dendrimers); and bio-inspired nanomaterials (e.g. capsid nanoparticles). Within these
classes, different nanomaterials are listed in the order of decreasing necessary number of dimensions in
nanoscale from 3D particles to fibers to layers.
3.1.1. Carbon containing nanomaterials
3.1.1.1. Fullerenes
Fullerenes are chemical entities which can be envisioned as spherical cages built from carbon atoms
chemically bonded to three nearest neighbors. The best known example is a soccer-ball shaped C fullerene.
60
Fullerene molecules can contain from 28 to more than 100 carbon atoms with some experimental studies
2
reporting molecules containing up to 1 500 atoms with 8.2 nm diameter. Existence of even larger fullerene
3
molecules has been postulated from theoretical considerations. Multi-shell fullerene-like nanoparticles
4
referred to as carbon nano-onions, can range in size between 4 and 36 nm. Fullerenes are actively
investigated for a wide range of potential applications including: lithium-ion batteries, solar cells, fuel cells,
oxygen and methane storage materials, additives to plastics, oil and rubber, and cancer and AIDS treatments.
3.1.1.2. Carbon black
Carbon black consists of partially amorphous material, organized into spherical or near-spherical particles
fused together to give aggregates, weakly interacting to form agglomerates, usually further organized into
5
macroscopic pellets. Fu
...
RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 12885
Première édition
2008-10-01
Nanotechnologies — Pratiques de
sécurité dans les arrangements
professionnels relatifs aux
nanotechnologies
Nanotechnologies — Health and safety practices in occupational
settings relevant to nanotechnologies
Numéro de référence
ISO/TR 12885:2008(F)
©
ISO 2008
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ISO/TR 12885:2008(F)
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Publié en Suisse
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ISO/TR 12885:2008(F)
Sommaire Page
Avant-propos . v
1 Introduction . 1
2 Domaine d'application . 2
Bibliographie . 3
3 Nanomatériaux: description et fabrication . 3
3.1 Nanomatériaux manufacturés . 3
3.1.1 Nanomatériaux contenant du carbone . 4
3.1.2 Oxydes . 5
3.1.3 Métaux . 5
3.1.4 Points quantiques . 6
3.1.5 Nanomatériaux polymères organiques . 6
3.1.6 Nanomatériaux bio-inspirés . 6
3.2 Procédés de production . 7
3.2.1 Procédés classiques de production . 7
3.2.2 Méthodes par génération d'aérosol . 7
3.2.3 Méthodes de dépôt en phase vapeur . 8
3.2.4 Méthodes colloïdales/auto-assemblage . 8
3.2.5 Electrodéposition . 8
3.2.6 Electrofilage . 8
3.2.7 Méthodes d'attrition . 8
Bibliographie . 9
4 Caractérisation des dangers . 10
4.1 Effets sur la santé . 10
4.1.1 Principes de base et incertitudes . 11
4.1.2 Pertinence potentielle des informations relatives aux effets sur la santé des
nanoparticules et des nanofibres, incidentes ou naturelles . 11
4.1.3 Relation entre toxicité et surface, chimie de surface et nombre de particules . 12
4.1.4 Réaction inflammatoire aux nanoparticules . 12
4.1.5 Études sur l'animal et sur des cultures cellulaires . 13
4.1.6 Observations issues d'études épidémiologiques impliquant des particules fines et des
nanoparticules . 16
4.2 Dangers physiques . 17
4.2.1 Incendie (événements exothermiques) . 17
4.2.2 Considérations de sécurité dans la fabrication des nanomatériaux . 17
Bibliographie . 18
5 Évaluation de l'exposition aux nanomatériaux . 25
5.1 Introduction . 25
5.2 Cadre scientifique pour l'évaluation de l'exposition aux nanomatériaux . 25
5.2.1 Voies d'exposition . 25
5.2.2 Métrique pour l'évaluation de l'exposition aux nanomatériaux en suspension dans l'air . 26
5.3 Revue des méthodes permettant de caractériser l'exposition aux nanoparticules . 28
5.3.1 Généralités . 28
5.3.2 Concentration massique. 31
5.3.3 Concentration numérique . 32
5.3.4 Concentration surfacique . 32
5.3.5 Mesurage de la distribution granulométrique des nanoparticules . 33
5.3.6 Collecte d'échantillons pour la caractérisation du matériau . 36
5.3.7 Mesure de particules de nanomatériaux ayant un facteur de forme longueur:largeur élevé . 36
5.3.8 Questions relatives à la stratégie de prélèvement . 38
5.4 Évaluation de l'exposition cutanée . 39
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ISO/TR 12885:2008(F)
5.4.1 Échantillonnage .39
5.4.2 Caractérisation de l'échantillon .40
5.5 Évaluation de la dose (exposition interne) .40
5.6 Discussion .40
Bibliographie .41
6 Évaluation du risque dans les milieux professionnels .45
6.1 Introduction et domaine d'application .45
6.2 Évaluation du risque des nanomatériaux .45
6.2.1 Évaluation quantitative et qualitative du risque .46
6.2.2 Identification des dangers .46
6.2.3 Évaluation de la relation exposition-réponse .47
6.2.4 Évaluation de l'exposition .49
6.2.5 Caractérisation du risque .50
6.3 Conclusions .50
Bibliographie .50
7 Méthodologies de contrôle .52
7.1 Introduction .52
7.2 Implication de l'évaluation du risque en ce qui concerne les méthodologies de contrôle .53
7.2.1 Stratégies de contrôle .53
7.3 Examen des méthodologies de contrôle .55
7.3.1 Prévention des expositions .55
7.3.2 Stratégies de contrôle .56
7.3.3 Suppression des dangers par une conception efficace .56
7.3.4 Substitution de matières premières, de produits, de procédés et d'équipements .57
7.3.5 Mesures d'ingénierie .58
7.3.6 Moyens administratifs de contrôle des expositions sur les lieux de travail .66
7.3.7 Évaluation de l'environnement de travail .71
7.3.8 Équipement de protection individuelle (PPE) .72
7.4 Surveillance médicale .78
7.5 Gestion des produits .79
Bibliographie .79
Annexe 7.1. Facteurs de protection caractéristiques (APF) des appareils de protection
56
respiratoire (d'après l'USACHPPM 55-011-1106) - Comparaison des APF passés et
présents. .85
Annexe 7.2. Avantages et inconvénients de différents types d'appareils de protection respiratoire
contre les particules à épuration d'air - sur la base des informations fournies dans le
59
document "Respirator Selection Logic" du NIOSH aux Etats-Unis. .86
Annexe A. Symboles et abréviations .87
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ISO/TR 12885:2008(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
Exceptionnellement, lorsqu'un comité technique a réuni des données de nature différente de celles qui sont
normalement publiées comme Normes internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur l'état
de la technique par exemple), il peut décider, à la majorité simple de ses membres, de publier un Rapport
technique. Les Rapports techniques sont de nature purement informative et ne doivent pas nécessairement
être révisés avant que les données fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO/TR 12885 a été élaboré par le comité technique ISO/TC 229, Nanotechnologies.
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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 12885:2008(F)
Nanotechnologies — Pratiques de sécurité dans les
arrangements professionnels relatifs aux nanotechnologies
1 Introduction
Le domaine des nanotechnologies est en progression rapide et il est censé avoir globalement un impact sur
pratiquement chaque aspect de l'industrie et de la société. Il convient que la normalisation internationale
relative aux nanotechnologies contribue au développement des possibilités de cette technologie pour
l'amélioration et la durabilité de notre monde par le développement économique, en améliorant la qualité de
vie, et pour l'amélioration et la protection de la santé publique et de l'environnement. On peut s'attendre à ce
que de nombreux nanomatériaux manufacturés arrivent sur le marché et sur le lieu de travail. L'introduction
de ces nouveaux matériaux sur les lieux de travail soulève des questions concernant la sécurité et la santé au
travail qu'il convient de traiter, le cas échéant, par des normes internationales. En attendant que de telles
normes soient établies, il est important, par ce Rapport technique, de réunir et de mettre à la disposition des
utilisateurs les connaissances utiles concernant les pratiques de sécurité et d'hygiène au travail dans le
domaine des nanotechnologies.
La nanotechnologie met en œuvre des matériaux à l'échelle nanométrique. Comme définition de travaili
«échelle nanométrique» signifie une échelle de dimension allant approximativement de 1 nm à 100 nm. Un
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nanomètre est 1 x 10 m ou un millionième d'un millimètre. Il est difficile d'apprécier pleinement ces échelles
remarquablement petites. Pour donner un sens à cette échelle, un cheveu humain est de l'ordre de
10 000 nm à 100 000 nm, un globule rouge a un diamètre d'environ 5 000 nm, les virus ont typiquement une
dimension maximale de 10 nm à 100 nm et une molécule DNA a un diamètre d’environ 2 nm. Le terme
«nanotechnologie» peut être trompeur, car il ne s'agit pas d'une seule technologie ou d'une seule discipline
scientifique. Il s'agit plutôt d'un regroupement multidisciplinaire de processus, de matériaux et de concepts de
physique, de chimie, de biologie, d'ingénierie et d'électronique dans lesquels la caractéristique déterminante
est celle de la taille.
Les propriétés particulières et souvent uniques observées avec les nanomatériaux font anticiper des
avancées majeures dans un large éventail de technologies, dans des domaines aussi divers que les
ordinateurs, la biomédecine et l'énergie. Au stade précoce où nous en sommes, les applications potentielles
des nanomatériaux ne semblent limitées que par notre imagination. Des articles paraissent quotidiennement
dans la presse scientifique et grand public et sur un grand nombre de sites web consacrés à ce domaine. De
nouvelles entreprises, souvent issues de départements de recherche universitaire, se créent et ne manquent
pas d'investisseurs qui veulent soutenir leurs idées et leurs produits. De nouveaux matériaux sont découverts
ou produits, pour lesquels on fait des annonces étonnantes concernant leurs propriétés, leurs comportements
et leurs applications. Depuis juin 2007, plus de 400 nouveaux produits nano-améliorés ont été recensés dans
un inventaire des produits utilisant déjà la nanotechnologie, mis à jour par le Woodrow Wilson Center's
Project on Emerging Nanotechnologies (projet du Centre Woodrow Wilson sur les Nanotechnologies
émergentes) (www.nanotechproject.org/inventories/consumer/). Une autre liste de produits peut également
être consultée sur le site web de la National Nanotechnology Initiative aux Etats-Unis à
l'adresse www.nano.gov/html/facts/appsprod.html. Bien que cet «engouement» actuel soit en grande partie
fortement spéculatif, il ne fait aucun doute que, dans le monde entier, les gouvernements et les grandes
entreprises industrielles engagent des ressources considérables pour la recherche dans le développement de
procédés, de matériaux et de produits à l'échelle nanométrique.
Des matériaux ordinaires tels que le carbone ou le silicium, une fois réduits à l'échelle nanométrique,
présentent souvent des caractéristiques nouvelles et inattendues telles que des degrés exceptionnels de
i
Noter que les définitions utilisées tout au long du présent Rapport technique sont fondées sur le projet de définitions
élaboré par l'ISO TC 229 GT1 et pourraient devenir obsolètes si le projet de définitions évolue.
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résistance, de réactivité chimique, de conductivité électrique ou bien d'autres caractéristiques que le même
matériau ne possède pas à l'échelle micrométrique ou macrométrique. Une énorme gamme de
nanomatériaux a déjà été produite comprenant, notamment, les nanotubes, les nanofils, les dérivés du
fullerène (buckyballs ou boules bucky).
ème ème
Un petit nombre de nanomatériaux manufacturés ont déjà été développés aux 19 et 20 siècles, à une
époque où le mot «nanotechnologie» était inconnu. Parmi ces nanomatériaux, citons les zéolites, les supports
de catalyseurs tels que MgCl , les pigments et les charges actives telles que le noir de carbone et la silice
2
amorphe synthétique. La taille du marché de ces matériaux de base dépasse largement le seuil du milliard de
dollars américains ou le million de tonnes.
Les nanotechnologies gagnent de nouvelles applications commerciales. Les nanomatériaux sont actuellement
utilisés dans des applications électroniques, magnétiques et optoélectroniques, biomédicales,
pharmaceutiques, cosmétiques, énergétiques, catalytiques et dans des applications dans le domaine des
matériaux. Les secteurs produisant le plus grand revenu pour des nanomatériaux sont le polissage
mécanochimique, les bandes d'enregistrement magnétique, les écrans solaires, les supports catalytiques
dans l'automobile, les revêtements conducteurs électriques et les fibres optiques.
Les effets sur la santé et la sécurité au travail des nouveaux nanomatériaux sont pour la plupart inconnus.
Cela peut être attribué au caractère relativement récent du développement du secteur des nanotechnologies
et, en conséquence, au manque d'informations disponibles sur les expositions humaines et les conditions de
travail. Par conséquent, notre capacité à prévoir exactement l'impact sur la santé des travailleurs de
l'exposition à certains nanomatériaux est actuellement limitée. En particulier, nos aptitudes à mesurer les
nanoparticules sur les lieux de travail (ou plus généralement) sont limitées par les technologies actuelles. La
nanotechnologie nous confronte à de nouveaux défis, car les propriétés des nanomatériaux dépendent
maintenant autant de la taille et de la forme que des facteurs plus conventionnels que sont les structures et
compositions chimiques. Il sera nécessaire de mesurer ces caractéristiques supplémentaires afin d'évaluer de
façon précise les nanomatériaux sur les lieux de travail. De plus, la capacité du corps humain à reconnaître et
à réagir de façon appropriée à la plupart des nanomatériaux est fondamentalement inconnue à l'heure
actuelle. En revanche, dans le cas de certains matériaux nanostructurés, tels que le noir de carbone et la
silice amorphe synthétique, des données toxicologiques et épidémiologiques sont disponibles.
La science actuelle présente un grand nombre de lacunes quant à l'identification, la caractérisation et
l'évaluation des expositions potentielles sur les lieux de travail dans le contexte des nanotechnologies. C’est à
un niveau pluridisciplinaire que ces lacunes de connaissances seront le mieux traitées. Les praticiens et les
scientifiques de la santé au travail, ainsi que les praticiens dans le domaine de la toxicologie, y compris les
scientifiques dans les domaines de la médecine et de l'environnement, ont un rôle vital à jouer pour préserver
la santé dans ce domaine qui évolue si vite. Des études en collaboration - idéalement avec une coordination
internationale - sont essentielles pour obtenir les informations critiques requises dans un délai raisonnable.
2 Domaine d'application
Le présent Rapport technique décrit des pratiques en matière de santé et de sécurité au travail en rapport
avec les nanotechnologies. Les grandes lignes initiales ont été établies sur la base du document "Approaches
1
to Safe Nanotechnology: An Information Exchange with NIOSH" publié par le NIOSH aux Etats-Unis. Le
présent Rapport technique est axé sur la fabrication et l'utilisation professionnelles des nanomatériaux
manufacturés. Il ne traite pas de questions ou de pratiques de santé et de sécurité associées à des
nanomatériaux générés par les processus naturels, les processus à chaud et d'autres opérations qui, de
façon habituelle, génèrent involontairement des nanomatériaux, ou les expositions ou utilisations potentielles
du consommateur, même si certaines des informations contenues dans le présent Rapport technique
pourraient être appropriées à ces secteurs. Pour des informations plus générales sur l'environnement, la
santé et la sécurité des nanotechnologies, le lecteur peut se référer à d'autres revues existantes bien
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documentées. L'utilisation des informations contenues dans le présent Rapport technique pourrait aider les
entreprises, les chercheurs, les travailleurs et d'autres personnes à prévenir les conséquences néfastes pour
la santé et la sécurité au cours de la production, de la manipulation, de l'utilisation et de la mise au rebut des
nanomatériaux manufacturés. Ces recommandations sont applicables à une vaste gamme de nanomatériaux
et d'applications.
Le présent Rapport technique est fondé sur les informations actuelles relatives aux nanotechnologies, y
compris la caractérisation, les effets sur la santé, les évaluations de l'exposition et les pratiques de
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prévention. Les auteurs du Rapport technique ont tenté de se tenir à jour quant à l'utilisation des termes et de
leurs définitions. Cependant, les définitions dans ce domaine évoluent et certains termes n'ont pas encore
subi la revue de consensus de l'ISO. Par conséquent, les termes sont censés être utilisés seulement pour les
besoins du présent Rapport technique et ne pas être considérés comme étant des définitions formelles
au-delà du présent Rapport technique. Le présent Rapport technique est censé être révisé et mis à jour et de
nouvelles normes relatives à la sécurité seront élaborées à mesure que nos connaissances augmenteront et
que l'expérience sera acquise au fil des avancées technologiques.
Bibliographie
[1] U. S. NIOSH, Approaches to Safe Nanotechnology: An Information Exchange with NIOSH, 2006. Available
online at: http://www.cdc.gov/niosh/topics/nanotech/safenano/. (Accessed on July 23, 2007).
[2] Royal Society/Royal Academy, Nanoscience and nanotechnologies: Opportunities and uncertainties, 2004.
[3] U. S. NIOSH, Strategic plan for NIOSH nanotechnology research filling the knowledge gaps, 2005.
Available on line at http://www.cdc.gov/niosh/topics/nanotech/strat_planINTRO.html. (Accessed on July 23,
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[4] ILSI, Principles for characterizing the potential human health effects from exposure to nanomaterials:
Elements of a screening strategy, 2005.
[5] SCENIHR, Opinion on the appropriateness of existing methodologies to assess the potential risks
associated with engineered and adventitious products of nanotechnologies, 2007.
[6] U. S. EPA, Nanotechnology white paper, 2007. Available at http://www.epa.gov/OSA/nanotech.htm.
(Accessed on July 23, 2007).
[7] U. S. NIOSH, Progress toward safe nanotechnology in the workplace, NIOSH Publication No. 2007-123,
2007. Available on line at http://www.cdc.gov/niosh/docs/2007-123/. (Accessed on July 23, 2007).
3 Nanomatériaux: description et fabrication
3.1 Nanomatériaux manufacturés
Les nanomatériaux manufacturés sont conçus en ayant à l'esprit des propriétés spécifiques. Les
nanomatériaux manufacturés comprennent les nano-objets et les matériaux nanostructurés. Les premiers
sont définis comme étant des matériaux avec une seule (nanoplaque), deux (nanotige) ou trois dimensions
extérieures (nanoparticule) dans l'échelle nanométrique (à savoir entre approximativement 1 nm et 100 nm).
Des exemples de matériaux nanostructurés sont les nanocomposites composés de nano-objets intégrés dans
une matrice pleine ou de nano-objets liés ensemble dans des ensembles aléatoires simples tels que les
1
agrégats et les agglomérats ou ordonnés tels que les cristaux de fullerènes ou les nanotubes de carbone.
Dans le présent Rapport technique, la discussion se focalisera principalement sur les nano-objets et leurs
ensembles simples.
Les nanomatériaux relativement simples actuellement utilisés ou en cours de développement actif peuvent
être classés en termes de dimensionnalité et de composition chimique élémentaire. Cependant, même les
nanomatériaux simples ont souvent un revêtement de surface et ont une structure chimique et physique
complexe. Toute tentative de classer les nanomatériaux est fortement artificielle, de nombreux matériaux
s'inscrivant dans plusieurs catégories de classification. Par conséquent, la description ci-après est donnée
uniquement pour des raisons d'organisation.
Les points quantiques et les fullerènes ont leurs trois dimensions à l'échelle nanométrique. Les nanotubes, les
nanofils, les nanofibres et les nanofibrilles ont au moins deux dimensions à l'échelle nanométrique, alors que
les revêtements de surface, les couches minces et les couches à l'échelle nanométrique ont au moins une
dimension à l'échelle nanométrique. Dans les sous-paragraphes ci-après, les nanomatériaux sont décrits
selon la composition chimique principale (ou centrale) des nano-objets: les nanomatériaux contenant du
carbone (par exemple fulle
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.