Fibre minérale

La fusion puis le fibrage de divers minéraux permet de produire des fibres (notamment utilisables pour produire des textiles spéciaux) ou des laines minérales plus ou moins denses et stables.
Il existe deux types de fibres minérales : celles qui sont directement issues de roches (exemples : amiante, wollastonite, sépiolite) et celles qui sont artificiellement produites à partir de minéraux (on parle alors de fibres minérales synthétiques (exemples : fibre de verre ou laine de verre produites à partir de la silice, laine de roche, fibre céramique réfractaire, fibre d'alumine)[1]. Les minéraux recherchés pour produire des fibres le sont pour leurs qualités d'inertie chimique et/ou thermique, parfois pour leurs propriétés optiques ou piézoélectriques mais d'abord pour leurs propriétés vitrifiantes.

La plupart de ces fibres, quand elles sont fines et si elles sont inhalées, sont susceptibles de poser de graves problèmes de santé. Elles sont également irritantes si elles pénètrent dans la peau ou les yeux.

Rappel : on parle de fibre pour toute « particule allongée dont la longueur est au moins trois fois supérieure au diamètre ».

Définitions

Les fibres minérales n'ont pas de définition très précise.
Le terme « particule minérale allongée » (PMA) s’applique à toute particule minérale ayant un rapport d'allongement supérieur à 3 (L/D > 3), sans tenir compte de son origine (asbestiforme ou non asbestiforme)[2].
Les études se sont focalisées sur les PMA pouvant être inhalées (D < 3 μm) mais des travaux récents questionnent aussi le risque d'ingestion.

Dans un rapport de 2015 l'ANSES a retenu les définitions suivantes :

  • Dans l’air, les fibres quantifiées dans la mesure des niveaux d’empoussièrement sont celles ayant une longueur minimale de 5 μm, un diamètre maximal de 3 μm, et un rapport d’allongement supérieur à 3 (L > 5 μm ; D < 3 μm et L/D > 3).
    Ces dimensions font référence à la définition par l’Organisation mondiale de la santé (OMS) d’une fibre susceptible d’être inhalée[2].
  • Dans les matériaux, les dimensionnels à prendre en compte pour qualifier la présence de fibres d’amiante n'ont jamais été fixés par une légisaltion mais la norme NF X 43-050 spécifie que les fibres recherchées au microscopie électronique à transmission analytique (META) sont des objets morphologiquement caractérisés par un rapport d’allongement supérieur à 3.
  • Un "fragment de clivage" est une particule minérale fibreuse issues de la fragmentation d’amphiboles non asbestiformes, et ayant les dimensions d’une fibre [2].

Typologie

En 2012, plus de 70 variétés de fibres minérales artificielles sont disponibles sur le marché[3]. Les plus connues sont :

Toxicologie, écotoxicologie

Toutes les fibres minérales sont considérées comme potentiellement dangereuses ou dangereuses de manière avérée pour la santé qu'elles soient naturelles[4] ou synthétiques[5]. Selon l'INRS, la plupart de ces fibres (même autres que l'amiante) peuvent pénétrer dans l'organisme (via inhalation en général) et provoquer de graves atteintes à la santé[6]. De telles fibres peuvent être perdues dans l'air ou dans l'eau à la suite du vieillissement de matériaux isolants ou autres produits contenant des fibres minérales (non biodégradables)[7].
« Les données permettant de juger de leur toxicité sont encore souvent incomplètes » ; selon l'INRS, « En l’absence d’information suffisante, la prudence doit l’emporter »[6].

La toxicité de ces fibres est intrinsèque (matériaux toxique ou forme toxique comme pour l'amiante) ou exacerbée par des additifs (liants…), et varie selon la durée de rétention dans les poumons (biopersistance), leur forme, leur dimension, et leur capacité à migrer dans l'organisme (importante dans le cas des nanofibres). Elle se manifeste notamment lors de la dégradation physique des produits ou lors de l'élimination de ces produits en fin de vie, via les filières de gestion et traitement des déchets[8].

Elles peuvent causer des allergies cutanées ou respiratoires graves[6].
Les fibres les plus longes et les plus fines sont plus dangereuses notamment si inférieures à 3,5 μm, car cette petite taille facilite l'inhalation profonde et la persistance dans le poumon, avec risque de fibrose pulmonaire ou de migration vers d'autres organes. La fonction pulmonaire se dégrade alors avec une insuffisance respiratoire et de possibles plaques pleurales, cancers (du poumon et de la plèvre surtout)[6],[9].
Si des fibres pénètrent les cellules, leur présence peut perturber la division cellulaire et induire des mutations génétiques[6].

Pour l'INRS (2011), les FCR (fibres céramiques réfractaires) constituées de silicates d'aluminium sont classées comme cancérogène avéré par l'Union européenne (valeur limite d'exposition : à 0,1 fibre/cm3 en moyenne sur 8 heures.
L'INRS considère que ces fibres sont « potentiellement aussi dangereuses que l'amiante. Les mesures de prévention, en particulier lors des opérations de retrait, doivent donc être similaires. La mesure prioritaire est le remplacement de ces fibres par des matériaux moins dangereux (laines d'isolation à hautes températures) ou le recours à des procédés évitant de les utiliser ».

Règlementation

Outre de nombreux textes concernant l'amiante, il existe une directive de l'Union européenne relative aux substances dangereuses classant les fibres céramiques parmi les agents irritants ou cancérogènes possibles.

Les laines minérales sont cependant non classées cancérogènes. Et elles ne sont plus classées irritantes pour la peau.

Usages

Les fibres céramiques réfractaires, les fibres minérales et plus récemment les fibres de carbone sont utilisées dans un très grand nombre de domaines d'activité. Certaines remplacent l'amiante contre le feu, ou en isolation thermique et acoustique. Les fibres minérales (non-biodégradables) ont de nombreux usages, par exemple comme matériau de filtration, charge ou support du culture hydroponique. On en trouve dans de nombreux matériaux composites[10] qu'elles viennent renforcer[11].

Détection et analyse

Les fibres minérales sont observables au microscope optique (en lumière polarisée) ou au microscope électronique à partir d'échantillons de matériaux, d'air (filtrat, dépôt) ou d'eau (filtrat, dépôt)[12].

Alternatives

Des fibres d'origine végétale ou animale peuvent être utilisées, éventuellement traitées contre le feu ou « rendues relativement imputrescible » (exemples : lin ou chanvre ; minéralisé par rouissage). Dans le domaine des isolants, des mousses (exemple : mousse polyuréthane) sont souvent substituées aux fibres, plus isolantes à épaisseur identique, mais plus coûteuses et posant parfois d'autres problèmes environnementaux[13].

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

Bibliographie

Références
  1. Mineralinfo ; site français sur l'industrie minérale plate-forme d'informations sectorielles
  2. Anses (2015) " Effets sanitaires et identification des fragments de clivage d’amphiboles issus des matériaux de carrière" ; décembre 2015, Ed. scientifiques de l'Anses
  3. [ORS Rhône-Alpes, L'habitat et l'air intérieur
  4. (en) ATSDR (Agency for Toxic Substances and Disease Registry) (2002), Technical Briefing paper: Health effects from exposure to fibrous glass, rock woll, or slag wool ; Atlanta, Georgia, États-Unis
  5. (en) ATSDR. 2004. Agency for Toxic Substances and Disease Registry: Toxicological profile for Synthetic vitreous fibers. Atlanta, Georgia, États-Unis.
  6. INRS, Fibres autres que l'amiante, prudence
  7. Antoine H. (2002), Évaluation de la capacité d'émission des fibres par des matériaux isolants vieillis artificiellement: Application aux laines minérales artificielles.
  8. (en) Bishop K., Ring S.J., Zoltai T., Manos C.G., Ahrens V.D. et Lisk D.J. (1985), Identification of asbestos and glass fibers in municipal sewage sludges. Bull Environ Contam Toxicol 34 (3): 301-308.
  9. (en) Baan R.A. et Grosse Y. (2004), Man-made mineral (vitreous) fibres: evaluations of cancer hazards by the IARC Monographs Programme. Mutat. Res. 553 (1-2): 43-58
  10. Bahlouli N. (2008), Cours Matériaux Composites, université de Strasbourg, Institut professionnel des sciences et techniques
  11. Balay C. (2005), Fibres naturelles de renfort pour matériaux composites, Techniques de l'ingénieur, réf. AM 5130
  12. Boullanger C. et Martinon L. (2007), LEPI: Étude comparative de deux méthodes d'analyse des niveaux de Fibres Minérales Artificielles dans l'air: Microscopie Optique à Lumière Polarisée et Microscopie Électronique à Balayage
  13. (en) BING (2008), Federation of European rigid polyurethane foam association (www.bing.org)
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