Particule ultrafine

Les particules ultra-fines, ultrafines[1], PUF (ou UFP pour ultrafine particles en anglais) ou encore PM0,1[2] sont des particules de taille nanométrique (moins de 0,1 μm ou 100 nm de diamètre) ; si petites qu’elles se comportent comme des gaz[3].
Elles ont des origines naturelles (incendies de forêt, volcanisme, érosion éolienne, etc.) et anthropiques (échappement des moteurs et chaudières, raffineries, usure de pneus, peintures, freins et autres sources mécaniques, soudure et autres systèmes fonctionnant à haute température, etc.).

Les PUF contribuent très peu à la masse globale des polluants de l'air, mais elles sont dominantes en nombre de particules[4] et leur rôle est majeur dans les effets des pics de pollution et de la pollution chronique, en raison de leur quantité, de leur surface spécifique et de leur capacité à pénétrer profondément dans le poumon puis à traverser la barrière pulmonaire. Dans le domaine de la santé environnementale, c’est une catégorie majeure de polluant, en termes d'exposition respiratoire à la pollution, et d’effets sur la santé[5].

Bien plus petites que les classes de particules réglementées (PM10 et PM2,5), et bien qu’elles soient suspectées d’avoir des effets graves sur la santé (car bien plus agressives à masse égale que les classes de particules plus importantes), elles ne sont pas encore réglementées[6].

Pour les aspects généraux, techniques et technologiques du sujet, voir les articles Nanoparticule et Nanotechnologie ; cet article traite des PM0,1 et nanoparticules uniquement sous l'angle polluants ou composants de l’air.

Classification

La microscopie électronique, la cristallographie et d’autres moyens permettent aux scientifiques d'observer la morphologie des particules ultrafines[7]. Ce groupe de particule est souvent subdivisé en sous-classes :

  • particules ultrafines à base de carbone, organométalliques ou à base d’atomes métalliques (éventuellement radioactifs) ;
  • particules classées selon leurs propriétés magnétiques.

Des bases de données ont été proposées ou sont en cours de création pour l'évaluation de l'exposition professionnelle aux particules nanométriques[8].

Évaluation qualitative et quantitative (comptage)

Les ultrafines aéroportées peuvent être quantifiées à l'aide d'un compteur de particules dit « compteur de noyaux de condensation ou CNC ; les particules y sont mélangées avec de la vapeur d'alcool puis refroidies ; la vapeur se condense autour d'elles, facilitant leur comptage par un scanner spécial[9]).

Sources des PM0,1 trouvées dans l'air

Les particules fines trouvées dans l'air, les poumons et les organismes vivants ont pour partie des origines naturelles et pour partie une origine anthropique.

Origines naturelles

La lave volcanique bouillante, la pulvérisation des embruns (marins essentiellement), les fumées de feux de brousse et de forêt en sont des sources communes de PUF naturelles.

Origines humaines

Des nanoparticules sont aussi — et de plus en plus — intentionnellement fabriquées pour une vaste gamme d'applications dont avec des métaux toxiques ou ayant des propriétés magnétiques particulières.

Une grande quantité de PUF sont des sous-produits de combustion (de produits pétroliers et gaziers ou de la biomasse-énergie). Une étude récente (2014) sur la qualité de l'air a montré que les émissions de particules ultrafines dangereuses provenant des décollages et des atterrissages de l'aéroport international de Los Angeles étaient plus importantes qu’on ne l’avait estimé auparavant[10].

D'autres sources sont l'usure mécanique de pièces mobiles (ex. : usure d’engrenages, de freins de véhicules, de pneus et de la route), ainsi que les sous-produits du fonctionnement d'équipements tels que pistolet à peinture, imprimante à toner, pots d'échappement de véhicules ou de moteurs fixes[11],[12].

L’air intérieur n'est pas épargné, avec — outre la pénétration d’air extérieur contaminé — une multitude de sources dont la combustion du gaz de ville sur la gazinière, la cuisson des aliments (notamment cuits au four, à la poêle, en grillade), les imprimantes laser, les télécopieurs, les photocopieurs[13], le peeling des agrumes, la cuisine, la fumée de tabac, les fissures des conduites de cheminées, les aspirateurs[9].

Des PUF présentant des caractéristiques similaires à celles du gaz ou de liquides sont utilisées dans certaines poudres ou lubrifiants[14].

Exposition, risques et effets sur la santé

L'exposition axu PM0,1 se fait essentiellement par l'inhalation mais les mêmes particules ou d'autres de même taille peuvent aussi être absorbées via la boisson et la nourriture.

En raison de leur taille minuscule, les PUF sont respirables. À la différence des PM10 et PM2,5 inhalées, elles ne se déposent qu'en partie dans les poumons, ce qui fait qu'en même temps que l'oxygène de l'air, elles pénètrent dans le réseau sanguin et de là dans la lymphe et potentiellement dans tous les organes du corps. Elles peuvent en outre subir une « interstitialisation » dans les tissus pulmonaire, avec des effets éventuels, qui peuvent être immédiats[6].

L'exposition aux PUF, même quand leurs composants ne sont pas très toxiques, peut causer un stress oxydant[15] avec libération de médiateur inflammatoire, pouvant aussi induire des troubles ou maladies cardiaques, pulmonaires avec d'autres effets systémiques[16],[17],[18],[19].
Nombre de ces PUF ne sont pas biodégradables ni métabolisables, posant alors des problèmes de biopersistance notamment quand ils sont volontairement injectés dans le réseau sanguin (ex. : adjuvant immunologique, ou produits de contraste en imagerie médicale[20]). Cette biopersistance et un métabolisme encore mal connu des nanoparticules pose la question de possibles phénomènes de bioconcentration, dans l'environnement, dans le réseau trophique et dans la chaine alimentaire (nourriture animale, alimentation humaine).

Les mécanismes précis des effets sur la santé restent à préciser, mais leur existence n'est plus discutée ; en particulier un effet d'augmentation de la pression artérielle semble en cause (dès l’enfance selon des mesures faites chez les écoliers) et aussi que les molécules les petites particules induisent les plus grands effets[Quoi ?][21].

Diverses sources d'exposition potentielle aux PUF sont identifiées, dont certaines activités professionnelles utilisant des nanoparticules ou en produisant lors de processus de fabrication ou de destruction de produit ou sous-produit[22], certains environnements industriels, portuaires, aéroportuaires, routiers, des métiers comme celui de pompier[6],[23]. L’exposition à de l'air extérieur contaminé (par les moteurs Diesel notamment) et à d'autres émissions de sous-produits est aussi une source de risque[24].

Toxicologie

Pour mieux évaluer et quantifier l'exposition et le risque associé, des études in vivo et in vitro ont été entreprises pour divers types et catégories de PUF, utilisant une variété de modèles animaux (dont la souris, le rat et le poisson)[25]. Ces études visent à établir des « profils toxicologiques » par type et taille de particule nécessaires à l'évaluation des risques, à la gestion des risques et à la réglementation et à la législation potentielle[26],[27],[28]. Il est probable que des « effets cocktails » existent aussi : entre PUF, mais aussi entre PUF et d’autres polluants ou allergènes inhalés, bus ou ingérés.

Quand les particules sont inhalées sous forme de singulet (plutôt que de nano ou micro-agrégats) elles sont problement plus toxiques (car leur surface spécifique est maximale) notamment quand elles contiennent des métaux toxiques[29].

Directement, ou après un temps de dépôt dans les alvéoles pulmonaires les PUF semblent pouvoir échapper « en grande partie » à la surveillance par les macrophages alvéolaires, et avoir accès à l'interstitium pulmonaire, où leurs effets sont encore mal connus[29].

Certaines PUF sont potentiellement des perturbateurs endocriniens.

Des études épidémiologiques récentes ont montré que certaines personnes vulnérables (enfants, personnes âgées) ou déjà fragilisées (allergiques, malades) sont plus sensibles que les autres aux PUF (de l'air urbain notamment), avec alors des effets sur la santé exacerbés. C’est particulièrement le cas de personnes âgées souffrant déjà de maladies respiratoires et cardiovasculaires[29].
L’exposition de la femme enceinte pourrait aussi poser problème pour le fœtus, la barrière placentaire ne filtrant pas les nanoparticules apportées par le sang maternel[30], car chez la souris de laboratoire l’exposition maternelle augmente le risques de problèmes de développement du fœtus[30].

Des effets aux faibles doses (inhalées) sont démontrés pour les particules ultrafines carbonées ; une inflammation pulmonaire légère apparait chez les rongeurs dès six heures d'exposition à de faibles doses[29]. Chez l’animal de laboratoire, la vieillesse de l’individu ou un état de « sensibilisation » peuvent « considérablement augmenter la sensibilité aux effets inflammatoires des particules ultrafines, et il semble que l'organisme âgé présente un risque plus élevé d'atteinte pulmonaire induite par un stress oxydatif par ces particules, par rapport aux organismes jeunes »[29].

En outre, les effets de particules ultrafines peuvent être considérablement aggravés par un co-polluant gazeux comme l'ozone troposphérique[29] (qui est un polluant en progression presque partout dans le monde).

Écotoxicologie

Très peu d’études semblent avoir porté sur les effets écosystémiques des PUF, mais de nombreuses études toxicologiques ont clairement montré qu’elles ont des effets inflammatoires et de stress oxdatifs chez divers animaux de laboratoires (rats, souris et poissons notamment), ce qui laisse penser qu’elles peuvent avoir des effets écosystémiques (immédiats et différés) également.

Législation

Avec le développement rapide des nanotechnologies l’attention des chercheurs et du législateur s’est portée sur l'évaluation des effets de l’exposition aux nanoparticules[31]. Des législations apparaissent peu à peu, dont pour encadrer l’industrie des nanotechnologies et la recherche, mais après que de nombreux nanoproduits (dont certains chimiquement très actifs, comme les nanocatalylseurs) aient déjà été introduits dans de nombreux produits mis sur le marché ou fabriqués par l’industrie et des laboratoires de recherche pour leurs propres besoins. Certains de ces nanoproduits sont inexistants dans la nature (ex. : nanotubes de carbone).

L’évaluation des risques est compliquée par le fait qu’aux échelles nanométriques l’observation directe est difficile et que les effets physicochimiques et biologique des particules obéissent à des lois physiques qui ne sont pas les mêmes qu’aux échelles du visible.

Les seuils et protocoles d’évaluation, ou les moyens d'appliquer le principe de précaution à ce domaine ou de mieux gérer les risques pour la santé publique sont eux-mêmes encore débattus[32],[33],[34],[35].

Le , l'EPA a annoncé ne pas encore vouloir réguler la recherche et imposer le suivi des PUF dans l’air respiré[36], mais a lancé l’élaboration d’une Stratégie de recherche sur les nanomatériaux, ouverte à un examen externe indépendant à partir du (revue du panel le )[37]. Face aux lobbies industriels et de la recherche qui présentent souvent les nanoparticules comme une source potentielle de progrès dans de nombreux domaines médicaux et technologiques, il existe un débat, encore en cours, sur la manière dont les autorités (Union européenne y compris) devraient ou non réglementer les PUF[38].

Références
  1. Particules ultra-fines et santé au travail, sur le site de l'INRS
  2. Aloui, R., Magne, F., Devouassoux, G., Deverchere, J., Ritter, P., Bentaher, A. et Pacheco, Y. (2016). Effets des particules fines sur les cellules épithéliales bronchiques. Revue des Maladies Respiratoires, 33(9), 767-774.
  3. S. Iijima (1985). "Electron Microscopy of Small Particles". Journal of Electron Microscopy. 34 (4): 249.
  4. Morawska J., Moore M.R. et Ristovski Z., Health impacts of ultrafine particles, Canberra, Commonwealth of Australia, 2004, lire en ligne (consulté le 02/09/2016)
  5. T. Osunsanya et al. (2001). Acute Respiratory Effects of Particles: Mass or Number?. Occupational & Environmental Medicine. 58: 154–159. doi:10.1136/oem.58.3.154.
  6. Howard V (2009). Statement of Evidence: Particulate Emissions and Health (An Bord Plenala, on Proposed Ringaskiddy Waste-to-Energy Facility) [PDF], Durham Environment Watch (consulté le 2011-04-26)
  7. Attoui, M. B. (2016). Les nanoparticules dans l'air, génération, détection et granulométrie. 2268-3798.
  8. Audignon-Durand S, El Yamani M, Conte V, Palmer G et Brochard P (2016), Ev@ lutil: une base de données pour l’évaluation des expositions professionnelles aux fibres et aux particules nanométriques [PDF], INVs.
  9. J.D. Spengler (2000). Indoor Air Quality Handbook. (ISBN 978-0-07-150175-0).
  10. Weikel D et Barboza T (2014), Planes' exhaust could be harming communities up to 10 miles from LAX, Los Angeles Times, 29 mai 2014
  11. B. Collins (3 August 2007). HP Hits Back in Printer Health Scare Row. PC Pro. consulté le 2009-05-15
  12. M. Benjamin, RT for Decision Makers in Respiratory Care. RT Magazine, novembre 2007 (consulté le 2009-05-15)
  13. Desmond C (2016) Risques toxiques respiratoires et utilisation professionnelle de photocopieurs (Doctoral dissertation).
  14. Nanotechnology : Ultrafine Particle Research, Environmental Protection Agency, 26 février 2008 (consulté le 2009-05-15)
  15. Romieu I et al. (2008). Air Pollution, Oxidative Stress and Dietary Supplementation: A Review. European Respiratory Journal, 31 (1): 179–97. doi:10.1183/09031936.00128106. PMID 18166596.
  16. Brook R.D et al. (2010). AHA Scientific Statement: Particulate Matter Air Pollution and Cardiovascular Disease. Circulation. 121: 2331–2378. doi:10.1161/CIR.0b013e3181dbece1. PMID 20458016.
  17. Card J et al. (2008). Pulmonary Applications and Toxicity of Engineered Nanoparticles. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 295 (3): L400. doi:10.1152/ajplung.00041.2008. PMC 2536798, PMID 18641236.
  18. Calderón-Garcidueñas L et al. (2008). Long-Term Air Pollution Exposure is Associated with Neuroinflammation, an Altered Innate Immune Response, Disruption of the Blood-Brain Barrier, Ultrafine Particulate Deposition, and Accumulation of Amyloid Β-42 and Α-Synuclein in Children and Young Adults. Toxicologic Pathology. 36 (2): 289–310. DOI:10.1177/0192623307313011. PMID 18349428.
  19. Jacobs L (octobre 2010). Subclinical responses in healthy cyclists briefly exposed to traffic-related air pollution. Environmental Health. 9 (64). doi:10.1186/1476-069X-9-64. PMC 2984475 Freely accessible. PMID 20973949.
  20. Gherardi R.K (2016), « Biopersistance et distribution systémique des nanoparticules injectées par voie intra-musculaire: quelle incidence sur la tolérance à long terme des adjuvants aluminiques ? ». Morphologie, 100(330), 165 (réwumé)
  21. Pieters, N ; Koppen, G ; Van Poppel, M ; De Prins, S ; Cox, B ; Dons, E ; Nelen, V ; Int Panis, L ; Plusquin, M ; Schoeters, G et Nawrot, TS (2015), Blood Pressure and Same-Day Exposure to Air Pollution at School: Associations with Nano-Sized to Coarse PM in Children, Environmental Health Perspectives, 123, 737–42. doi:10.1289/ehp.1408121. PMC 4492263 Open access, PMID 25756964, mars 2005.
  22. Vinches, L. et Hallé, S. (2016), Les particules ultrafines en milieu de travail : une exposition insuffisamment maitrisée, Bulletin de veille scientifique-Anses, 30, 22-24.
  23. A. Seaton (2006), Nanotechnology and the Occupational Physician, Occupational Medicine, 56 (5): 312–6. doi:10.1093/occmed/kql053. PMID 16868129.
  24. I. Krivoshto ; Richards, JR ; Albertson, TE et Derlet, RW (2008), The Toxicity of Diesel Exhaust: Implications for Primary Care, Journal of the American Board of Family Medicine, 21 (1), 55–62, DOI:10.3122/jabfm.2008.01.070139, PMID 18178703.
  25. Sayes C et al. (2007), Assessing Toxicity of Fine and Nanoparticles: Comparing in Vitro Measurements to in Vivo Pulmonary Toxicity Profiles, Toxicological Sciences, 97 (1): 163–80. doi:10.1093/toxsci/kfm018, PMID 17301066.
  26. Dreher K (2004), Health and Environmental Impact of Nanotechnology: Toxicological Assessment of Manufactured Nanoparticles, Toxicological Sciences, 77 (1): 3–5. doi:10.1093/toxsci/kfh041. PMID 14756123
  27. Nel A et al. (2006), Toxic Potential of Materials at the Nanolevel. Science. 311 (5761): 622–7. DOI:10.1126/science.1114397. PMID 16456071.
  28. Notter et Dominic (septembre 2015), Life cycle impact assessment modeling for particulate matter: A new approach based on physico-chemical particle properties, Environment International, 82, 10–20. doi:10.1016/j.envint.2015.05.002
  29. Oberdörster, G. (2000), Pulmonary effects of inhaled ultrafine particles, International archives of occupational and environmental health, 74 (1), 1-8 (résumé)
  30. Valentino S., Tarrade A. et Chavatte-Palmer P., « Exposition aux gaz d'échappement diesel durant la gestation : quelles conséquences sur le développement fœto-placentaire ? Apport des modèles animaux », DOI:10.4267/2042/61628, 20 octobre 2016
  31. Nadadur S.S. et al. (2007), The Complexities of Air Pollution Regulation: the Need for an Integrated Research and Regulatory Perspective, Toxicological Sciences, 100 (2): 318–27. doi:10.1093/toxsci/kfm170. PMID 17609539.
  32. W.G. Kreyling, M. Semmler-Behnke et W. Möller (2006), Ultrafine particle-lung interactions: does size matter?, Journal of Aerosol Medicine, 19 (1), 74–83. doi:10.1089/jam.2006.19.74, PMID 16551218.
  33. M. Geiser et al. (2005), Ultrafine Particles Cross Cellular Membranes by Nonphagocytic Mechanisms in Lungs and in Cultured Cells, Environmental Health Perspectives, 113 (11): 1555–1560. doi:10.1289/ehp.8006. PMC 1310918 Freely accessible. PMID 16263511
  34. O. Günter et al. (2005), Nanotoxicology: An Emerging Discipline Evolving from Studies of Ultrafine Particles. Environmental Health Perspectives. 113: 823–839. doi:10.1289/ehp.7339. PMC 1257642 Freely accessible. PMID 16002369.
  35. S. Radoslav et al. (2003). Micellar Nanocontainers Distribute to Defined Cytoplasmic Organelles. Science. 300 (5619): 615–618. DOI:10.1126/science.1078192. PMID 12714738.
  36. How Ultrafine Particles In Air Pollution May Cause Heart Disease. Science Daily. 22 janvier 2008. Consulté le 2009-05-15
  37. K. Teichman (1er février 2008), Notice of Availability of the Nanomaterial Research Strategy External Review Draft and Expert Peer Review Meeting [PDF], Federal Register, 73 (30), 8309. Archivé à partir de l'original [PDF] le .
  38. J.B. Skjaerseth et J. Wettestad (2 mars 2007), Is EU Enlargement Bad for Environmental Policy? Confronting Gloomy Expectations with Evidence [PDF], International Environmental Agreements, Fridtjof Nansen Institute (consulté le 2008-03-19).

Voir aussi

Bibliographie

Articles connexes

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