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(Nano)particules de dioxyde de titane (nano TiO₂)

Par MD - Dernier ajout juin 2017

Cette fiche a vocation à être complétée et mise à jour avec l'aide des adhérents et veilleurs de l'Avicenn. Vous pouvez vous aussi contribuer à l'améliorer en nous envoyant vos remarques à l'adresse redaction(at)veillenanos.fr.

Sommaire :

Quelle quantité sur le marché ?

En 2014, entre 10 000 à 100 000 tonnes de nanoparticules de dioxyde de titane ont été déclarées comme ayant été produites et/ou importées en France en 20131 dans le cadre de la déclaration obligatoire.
Le flou est grand : plus ou moins 90 000 tonnes, cette fourchette illustre le poids accordé par les pouvoirs publics au secret industriel et commercial qui empêche aujourd'hui d'avoir une bonne appréhension des quantités et usages de ces particules, malgré les demandes d'information de plus en plus pressantes de la part d'un nombre croissant d'acteurs.
Dans le rapport de 2016, la seule indication désormais disponible est la limite inférieure du tonnage : 1000 tonnes, sans mention de tonnage plafond.

Quelles propriétés ?

Le dioxyde de titane est utilisé depuis longtemps à l'échelle non nanométrique comme pigment blanc (associé à d'autres colorants, il peut donc également être utilisé pour décliner une palette de couleurs), dans de nombreux produits (peintures, aliments, dentifrices, médicaments, maquillage, etc.).
Dans les peintures par exemple, les particules de dioxyde de titane dit "pigmentaire" sont souvent majoritairement comprises entre 200 et 350 nm pour obtenir une couleur blanche intense. Au dessus de 350 nm, la texture n'est plus uniforme, mais "granuleuse".
Avec les progrès des techniques et outils de métrologie, les scientifiques ont toutefois mis en évidence le fait que des nanoparticules sont contenues dans le dioxyde de titane pigmentaire (notamment celui utilisé dans l'additif alimentaire E 171)2, sans qu'elles aient été nécessairement intentionnellement produites à cette échelle par les fabricants.
Des questions sont donc apparues depuis quelques temps sur l'innocuité de ces particules contenues dans de nombreux produits alimentaires3.

Depuis une quinzaine d’années, on a découvert qu’à l'échelle nanométrique, des propriétés nouvelles apparaissent, les nanoparticules de TiO₂ peuvent donc être utilisées par l'industrie notamment :
  •  comme agent brillant : les nanoparticules de TiO₂ peuvent être utilisée pour donner de l'éclat à des produits (aliments, médicaments, maquillage, etc.), ...
  •  comme barrière anti-UV, dans des crèmes solaires, des emballages alimentaires, des vêtements, ...
  •  comme antibactérien, dans des déodorants, des brosses à dents, des textiles, ...
  •  comme revêtement auto-nettoyant : à moins de 200 nm de diamètre, les particules de TiO₂ entraînent l'oydation (décomposition) des polluants organiques par photocatalyse (sous l'effet de la lumière) ; déposées sur des surfaces rendues hydrophiles, elles en permettent donc l'auto-nettoyage
  •  comme retardateur de flammes dans certains textiles
  •  comme revêtement offrant une meilleure résistance aux rayures

Quels produits ?

Les nanoparticules de dioxyde de titane TiO₂ sont utilisées dans de nombreux secteurs et produits4 :
  • dans le secteur médical et pharmaceutique : dans les médicaments comme colorant (Cl77891), dans des vaccins comme excipient
  • dans le secteur alimentaire :
    • dans les aliments, boissons et emballages, comme colorants (E171)
    • dans les emballages (cartonnés, plastiques) et films plastiques, comme barrière anti-UV ou comme antibactérien
  • dans le secteur cosmétique :
    • dans le maquillage (mascara, vernis à ongles, fards à paupières, fonds de teint, rouges à lèvres, crèmes de soin, les colorations et décolorations capillaires) ou le dentifrice (Cl77891) comme colorant
    • dans les crèmes solaires comme barrière anti-UV
    • dans les déodorants comme antibactérien
    • dans les petits équipements de soin, comme antibactérien : brosses à cheveux, rasoirs électriques, brosses à dents, sèche-cheveux, fers à friser, etc.
  • dans le secteur textile, comme antibactérien (pour les blouses de personnel médical, des tissus utilisés en bloc opératoire), comme retardateur de flamme (combinaisons de pompiers) et également comme barrière anti-UV dans des vêtements (pour des T-shirts de plage par exemple)
  • dans les encres comme colorant (dans les imprimantes de type toner par exemples), les peintures, lasures et vernis comme colorant (pour obtenir une teinte nacrée5 notamment), comme antibactérien, agent auto-nettoyant ou agent de meilleure résistance aux UV et aux rayures
  • dans le secteur automobile, dans les pots catalytiques comme agent dépolluant
  • dans les domaines de la construction et des voiries : revêtements intérieurs ou extérieurs des bâtiments et matériaux (béton, ciments, murs, aciers, pierres, vitres, carrelages, bitumes et routes)
  • dans l'ameublement et des équipements intérieurs (appareils purificateurs d'air) comme dépolluant
  • dans des unités d'extraction sur les champs pétrolifères comme dépolluant
  • ...

Une grande variété de nanoparticules de TiO2

Il y a une grande variété de type de nanoparticules de TiO₂, avec notamment des différences de forme cristalline (anatase / rutile), de distribution en taille, de morphologie et d'enrobage : TiO2-rutile-anatase
Lien vers: https://staff.aist.go.jp/nomura-k/english/itscgallary-e.htm

  • dans l'alimentaire (E171), les dentifrices et les médicaments, elles sont très majoritairement sous forme anatase (parfois associée à la forme rutile en très petite proportion) et sans enrobage
  • dans les crèmes solaires (Cl 77891) elles sont sous forme rutile (ou mélange anatase / rutile) et enrobées d'une couche de silice ou d'alumine afin d'empêcher la formation de radicaux libres (qui provoquent le vieillissement cutané). Problème : le chlore des piscines peut dégrader ce revêtement, or au contact de l’eau et sous l’effet de la lumière, le nanoTiO2 peut alors libérer des radicaux libres, responsables du vieillissement de la peau et de l’apparition de cancers6.
  • dans les peintures et les ciments (CI Pigment White 6), elles sont principalement sous forme anatase (ou mélange anatase / rutile) et sans enrobage (pour permettre la réaction de photocatalyse visant à détruire les salissures / polluants)
  • pour les utilisations antibactériennes, le TiO₂ n'est pas enrobé
Anses-Plusieurs-nanoTiO2
Lien vers: http://www.anses.fr
Source : ANSES

Quels risques ?

Des nanoparticules de dioxyde de titane utilisées sont relarguées dans l'environnement, avec des conséquences indésirables pour les écosystèmes et les humains (les travailleurs exposés mais aussi les consommateurs et le grand public).

Au vu des effets délétères susceptibles d'être entraînés par le nanoTiO2, l’Agence française de sécurité sanitaire (ANSES) a préconisé en 2014 un classement des nanoparticules de dioxyde de titane comme substances dangereuses afin que soient mises en place des mesures de restriction d’usage voire d’interdiction de l'utilisation de certaines applications grand public.

⇒ Voir plus de détails sur notre fiche spécifiquement dédiée aux risques des nanoparticules de dioxyde de titane.

"Si c'est blanc, ce n'est pas nano" ? Pas si simple...

Sous le seuil des 200 nm, les particules de dioxyde de titane perdent progressivement leur aspect blanc pour devenir de plus en plus transparentes au fur et à mesure qu'elles diminuent en taille.

Nano-TiO2-blanc-vs-transparent
Lien vers: http://www.koboproductsinc.com/downloads/kobo-tio2dispersions.pdf Elles continuent également à absorber les ultra-violets sous ce seuil, c'est pourquoi les marques de cosmétiques les utilisent pour rendre les crèmes solaires à la fois plus efficaces, transparentes tout en étant moins visqueuses et visibles. Les photos de gauche permettent de visualiser le degradé du blanc au transparent sur deux types de peaux en fonction de la dispersion des particules primaires.

Plus la proportion de particules de dioxyde de titane de petite taille est importante, plus le produit devient transparent.
Pour autant, cela ne signifie pas que du dioxyde de titane blanc ne contienne pas de nanoparticules, c'est-à-dire des particules dont l'une des dimensions est inférieure à 100 nm, malgré les allégations de fabricants de TiO₂ inquiets de voir le colorant blanc associé à un nanomatériau7, 8 (et être alors soumis à l'obligation de déclaration auprès de l'agence nationale de sécurité sanitaire en France voire à une obligation d'étiquetage en fonction des secteurs).


Source : Kobo

Ainsi, dans le domaine alimentaire, le dioxyde de titane utilisé comme colorant (E171) est composé de particules primaires d’une grande variété de tailles pouvant aller de 40 à 300 nm, avec un diamètre moyen proche de 100 nm.
La littérature scientifique antérieure à 2015 évoquait une proportion comprise entre 10 à 40 % de particules de E171 présentant au moins une dimension inférieure à 100 nm2.
En 2017, plusieurs rapports ont établi que la proportion de particules de dioxyde de titane inférieures à 100nm pouvait être supérieure à 50% dans le E171 :
  • des tests réalisées par le laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE) sur des produits alimentaires en ont trouvé jusqu'à 100% (dans des bonbons Têtes Brûlées, avant le retrait de cet additif par le fabricant Verquin)9 et d'autres produits !
  • des tests réalisés par le CEA pour le CTCPA ont montré la présence d'agglomérats nanostructurés dans le E171, avec une distribution centrée sur 90 nm après un échantillonnage manuel sur 59 particules, et 59% des particules de titane ayant une taille inférieure à 100nm10 .

En tout état de cause, une partie des particules de dioxyde de titane ingérées passe dans le sang via les intestins (c'est maintenant attesté sur des humains)11 et entraîne chez le rat des problèmes immunitaires et même des lésions précancéreuses au niveau du côlon12.

En savoir plus

LIRE AUSSI sur notre site :
Nos fiches :
Nos articles :
- INTERNATIONAL : Nanoparticules dans les laits pour bébés vendus aux USA - et ailleurs ? , veillenanos.fr, 17 mai 2016

Ailleurs sur le web :
En anglais :

NOTES et REFERENCES

1 - Cf. Le bilan 2014 de la déclaration des "substances à l’état nanoparticulaire", veillenanos.fr, 12 novembre 2014

2 - Voir notamment les références cités par Bettini S et Houdeau E, Exposition orale aux nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) : du franchissement de l’épithélium buccal et intestinal au devenir et aux effets dans l’organisme, Biologie aujourd'hui, septembre 2014 :
A consulter également :

3 - Voir nos articles :

4 - Voir notamment :

5 - Pfaff, G. and P. Reynders, Angle-Dependent Optical Effects Deriving from Submicron Structures of Films and Pigments. Chemical Reviews, 1999. 99(7): p. 1963-1982 et Braun, J.H., A. Baidins, and R.E. Marganski, TiO2 pigment technology: a review. Progress in Organic Coatings, 1992. 20(2): p. 105-138 (citées par Le Trequesser Q, Synthèse de nanoparticules de dioxyde de titane de morphologies contrôlées : localisation, quantification et aspects toxicologiques de la cellule à l'organisme pluricellulaire, thèse, Material chemistry, Université de Bordeaux, 2014)

6 - En 2012, des chercheurs de Cincinnati aux Etats-Unis ont montré que le chlore des piscines peut dégrader le revêtement d’hydroxyde d’aluminium qui entoure les nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) intégrées dans certaines crèmes solaires (ici la Neutrogena SPF 30). Au contact de l’eau et sous l’effet de la lumière, le cœur du nanomatériau, le nanoTiO2 peut alors libérer des radicaux libres, responsables du vieillissement de la peau et de l’apparition de cancers.
Cf. Depletion of the protective aluminum hydroxide coating in TiO2-based sunscreens by swimming pool water ingredients, Chemical Engineering Journal, 191 : 95–103, Mai 2012

7 - Additional information regarding titanium dioxide and E171 - communiqué du Titanium Dioxide Manufacturers Association (TDMA), 23 mars 2015

8 - Statement in response to recent articles regarding removal of food grade TiO2 from food formulations - , communiqué du International Association of Color Manufacturers (IACM), 25 mars 015 (NB : aux USA, ce que l'on nomme "food grade TiO2" correspond au dixoyde de titane alimentaire que l'on désigne sous l'appellation additif alimentaire E171 en Europe)

9 - Cf. http://veillenanos.fr/...RpLneApe201611

10 - Cf. Marina - Panorama des techniques de caractérisation des nanomatériaux, Guinot C et Lacoste C, CTCPA / CEA, janvier 2017

11 - Pharmaceutical/food grade titanium dioxide particles are absorbed into the bloodstream of human volunteers, Pele et al., Particle and Fibre Toxicology, 12:26, septembre 2015

12 - Cf. http://veillenanos.fr/...CpInra20170120

Fiche initialement mise en ligne en mars 2015
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