Risques associés aux nanoparticules de dioxyde de titane (TiO₂)
Risques associés aux nanoparticules de dioxyde de titane (TiO₂)
Par l'équipe Avicenn - Dernière modification mars 2021
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Une publication récente a établi la présence de nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) dans le foie et la rate de 15 humains (et non plus seulement sur des rats de laboratoire). Dans la moitié des cas, les niveaux étaient supérieurs à celui jugé sans danger pour le foie1.
Des présomptions de risques très fortes pour le dioxyde de titane (même non nano)
Même non nano, le TiO2 inhalé est possiblement cancérigène
En 2006 le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) avait classé le dioxyde de titane (TiO₂) comme cancérigène possible pour l'homme (classe 2 B)2 - et ce, toutes tailles confondues : l'échelle nanométrique est donc concernée mais pas plus ni moins que le TiO2 non nanométrique. Les études qui ont été considérées pour cette classification portaient sur le TiO₂ sous forme de poudre avec la présomption de risques par inhalation qui concernent d'abord les travailleurs potentiellement exposés.
Treize ans plus tard, au terme d'un long bras de fer entre les industriels et les autorités sanitaires françaises et européennes, la classification du TiO2 comme cancérogène de catégorie 2 par inhalation a été adoptée par la Commission européenne le 4 octobre 2019 et publiée en février 20203. En cause : la rétention (biopersistance) dans les poumons et la faible solubilité du dioxyde de titane.
La classification du TiO2 entrera en vigueur à compter du 1er octobre 2021. Lorsqu’il est utilisé sous la forme d’une poudre contenant 1 % ou plus de particules d’un diamètre aérodynamique inférieur ou égal à 10 μm, il sera nécessaire d’informer les utilisateurs des mesures de précaution qui doivent être prises pour réduire autant que possible le risque pour la santé humaine, par exemple avec la mention suivante sur les mélanges liquides : "Attention ! Des gouttelettes respirables dangereuses peuvent se former lors de la pulvérisation. Ne pas respirer les aérosols ni les brouillards".
L'Association professionnelle des fabricants de dioxyde de titane (TDMA) a annoncé que le 13 mai 2020, certains de ses membres ont introduit, devant le Tribunal de l'Union européenne, un recours contre la classification harmonisée du TiO2, dont ils demandent l'annulation4. La décision du Tribunal ne devrait pas être rendue avant deux à trois ans, soit après l'entrée en vigueur de la classification le 1er octobre 2021. En attendant, la TDMA indique qu'elle et ses membres "s'efforceront de trouver un moyen de mettre en œuvre le règlement à partir de cette date, malgré les incertitudes de la classification".
A l'échelle nano, les risques pourraient être encore plus grands
Depuis plusieurs années, les publications scientifiques sur les risques associés aux nanoparticules de dioxyde de titane s'accumulent5.
En mai 2014, l'Agence française de sécurité sanitaire (ANSES) avait donc préconisé un classement des nanoparticules de dioxyde de titane (et autres) 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 public6.
Cette préconisation a été reprise dans l'action n°72 du 3ème plan national Santé Environnement (PNSE 3) (2015-2019) fin 2014 et dans l'action 1.13 du Plan Santé au travail (PST 3) (2016-2019).
Nous ignorons à ce stade quelle(s) déclinaison(s) la DGT a donné, ou non, à cette action. Des demandes ont-elles été déposées ou sont-elles en préparation ?
L'impact de la forme cristalline sur la toxicité du dioxyde de titane reste à affiner, mais il semblerait qu'à surface égale les formes anatases induisent moins d'inflammation que les formes rutiles et que la réponse inflammatoire et de phase aiguë est plus importante et plus persistante pour les tubes de TiO27.
En 2018, le Haut Conseil de la Santé publique (HCSP) a appelé à protéger les travailleurs et les populations à proximité des sites industriels produisant ou manipulant du nano-TiO2, et publié différentes préconisations pratiques à destination des pouvoirs publics et des industriels9.
Dans un rapport de décembre 2020 rendu public en mars 2021, l'Anses a dévoilé ses préconisations de valeurs limites d’exposition professionnelle (VLEP) pour renforcer la prévention des risques pour les travailleurs exposés aux nanoparticules de TiO2 par inhalation : VLEP-8h de 0,80 µg/m3 et VLCT-15 min pragmatique de 4 µg/m3.
Les risques pour l'environnement sont également inquiétants
L'évaluation des risques associés au dioxyde de titane (y compris ses nanoformes), prévue dans le cadre de REACH, devait être réalisée par l'ANSES depuis 2012-2013, mais elle a été entravée par le refus des industriels de communiquer les données nécessaires à cette évaluation. Le dioxyde de titane est donc toujours en cours d’évaluation. Des informations complémentaires (au regard des informations disponibles dans le dossier d’enregistrement) vont être demandées aux industriels mettant sur le marché ou fabriquant du dioxyde de titane sur le marché européen. Cette demande d’informations complémentaires doit être validée au niveau européen selon la procédure en vigueur, dans un prochain comité des Etats membres courant 2021.
- Dans l'alimentation
L'additif alimentaire E171 est constitué de particules de TiO2 (dont une partie sous forme nano). Il a été suspendu en France à partir de début 2020. Il reste autorisé au niveau européen par l'EFSA, mais de nouvelles études sont en cours pour évaluer son impact notamment sur le système reproducteur
→ Voir plus de détails ici.
De nombreuses publications font état d'effets délétères sur la santé liés à l'ingestion de nanoparticules de TiO2 : risques pour le foie, les ovaires et les testicules chez les humains, problèmes immunitaires et lésions précancéreuses au niveau du côlon chez le rat, perturbations du microbiote intestinal, inflammations et altérations de la barrière intestinale chez les animaux comme chez les humains, effets néfastes pour la descendance chez les rongeurs...
- Dans les cosmétiques
L'innocuité des nanoparticules de dioxyde de titane dans les cosmétiques n'est pas aussi établie que ce que l'on a pu croire pendant longtemps11 et plusieurs associations demandent l'interdiction du TiO2 dans les produits cosmétiques susceptibles d'être ingérés (dentifrices, baumes et rouges à lèvres notamment).
Dans les crèmes solaires et produits de beauté, les nanoparticules de TiO₂ (Cl 77891) ont été évaluées par le Comité scientifique pour la sécurité des consommateurs (CSSC), qui a approuvé leur utilisation comme anti-UV, avec une autorisation d'une concentration maximale de 25% (les applications sous forme de spray ne sont pas autorisées)12 ; la forme nano des particules de dioxyde de titane est inscrite depuis août 2016 à l'annexe VI du Règlement Cosmétiques 13. Elle sont utilisées principalement sous forme rutile (ou mélange anatase / rutile) et souvent enrobées d'une couche de silice ou d'alumine afin d'empêcher la formation de radicaux libres (qui provoquent le vieillissement cutané).
Mais plusieurs problèmes ont été relevés :
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 cancers14
des recherches en Espagne et en France ainsi estimé que les quantités de nanoparticules de dioxyde de titane relarguées en été sur des plages de Méditerranée et montré une augmentation significative de la concentration en peroxyde d'hydrogène, une molécule toxique pour le phytoplancton qui constitue la nourriture de base des animaux marins15
des dermatologues des Hôpitaux Bichat et Rothschild ont, pour la première fois, observé au Synchrotron soleil la présence de nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) le long de follicules pileux d’une patiente atteinte d’alopécie frontale fibrosante (chute de cheveux en haut du front) qui utilise quotidiennement, depuis 15 ans, des écrans solaires contenant du TiO216.
des chercheurs en République tchèque ont testé une crème solaire contenant des nanoparticules de dioxyde de titane et établi qu'elle ne permet PAS de prévenir le cancer de la peau (bien qu'elle empêche la peau de rougir, elle ne la protège pas du stress oxydatif provoqué par les UV !)17
En mars 2019, du fait de ces risques et incertitudes autour de l'innocuité des nanoparticules de dioxyde de titane, Cosmébio a recommandé18 à ses adhérents de supprimer le dioxyde de titane de leurs produits ou à le remplacer par une alternative lorsque celle-ci existe.
Les effets potentiellement indésirables des nanoparticules de dioxyde de titane dans les crèmes solaires continuent de faire l'objet d'études19 et de controverses20.
Un article publié le 28 janvier 2019 dans Nature Nanotechnology montre que les nanoparticules de dioxyde de titane, de silice et d'or peuvent induire des modifications de l'endothélium et donc une fuite de cellules tumorales, à l'origine de métastases. Selon Frédéric Lagarce, professeur de biopharmacie et praticien hospitalier à Angers, "ce qui est intéressant / original c'est de montrer un risque potentiel des nanotechnologies dans le traitement des tumeurs alors que ces technologies sont souvent présentées comme la réponse pour améliorer les performances des anticancéreux. Il faudrait maintenant vérifier si ces modifications endothéliales sont aussi retrouvées avec les nanoparticules polymères ou lipidiques, beaucoup plus utilisées pour encapsuler des actifs et cibler les tumeurs. Si cela était malheureusement le cas, toute la stratégie des nanomédecine (très orientée cancer) serait remise en cause".
En savoir plus ici.
- Dans les peintures et le bâtiment
Des recherches récentes ont montré que l'efficacité des peintures comportant des nanoparticules de TiO2 n'est pas optimale et que la balance bénéfices / risques n'est pas concluante21.
Le projet « Release_NanoTox » (financement ANSES 2015-2018) a tenté d'apporter des connaissances nouvelles concernant l’impact potentiel des nano-objets issus de matériaux nanocomposites sous contrainte d’usage, sur les fonctions cérébrales. Les équipes scientifiques ont développé un banc expérimental permettant de réaliser une exposition réaliste à partir de nanoparticules de TiO2 issues du ponçage de matériaux nanoadditivés. Le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB) et le LNE (Plateforme MONA) ont participé à la phase de caractérisation aéraulique de ce banc et à la caractérisation physico-chimique des nano-objets émis dans la chambre d’exposition. Puis l’ANSES et le laboratoire CarMeN ont été impliqués pour les phases d’exposition par inhalation et d’analyse in vivo des altérations morphofonctionnelles cérébrales des souris au cours de l’exposition. Les résultats sont en cours d’exploitation22.
Un projet de recherche européen intitulé NanoHouse mené entre 2010 et 2013 avait observé le cycle de vie de nanoparticules de dioxyde de titane contenues dans les peintures et revêtements utilisés en intérieur et à l'extérieur des habitations. Les travaux ont évalué le taux de relargage des nanoparticules de 1 à 2% seulement - et sous forme d'agglomérats23. Mais d'autres études sont beaucoup moins rassurantes : une étude de l'INERIS et de l'université de Compiègne publiée début 2015 a montré qu'un nanorevêtement de dioxyde de titane existant dans le commerce, une fois appliqué sur une façade de bâtiment, peut se détériorer sous l'effet du soleil et de la pluie ; ce faisant, il entraîne le relargage de particules de titane dans l'air en quelques mois - et qui plus est, sous forme de particules libres (plus dangereuses que lorsqu'elles sont agglomérées entre elles ou avec des résidus d'autres matériaux)24, il convient donc dans ces conditions de minimiser le recours aux nanorevêtements.
Source : Emission of titanium dioxide nanoparticles from building materials to the environment by wear and weather, Shandilya, N et al., Environmental Science & Technology, 49(4): 2163-2170, 2015
Outre la toxicité et l'écotoxicité associées aux nanoparticules de TiO2 en elles-mêmes, se pose la question de la production et de la toxicité des composés issus de la réaction photocatalytique : des chercheurs ont constaté que la décomposition de composés organiques volatiles (COV) par des nanoparticules de TiO2 incorporées dans des revêtements ou peintures n'est pas complète et qu'elle génère d'autres molécules nocives (acétone, acétaldéhyde, formaldéhyde notamment)25.
Quelle surveillance environnementale ?
En juin 2020, le Haut conseil de la santé publique (HCSP) a publié un rapport concernant la surveillance métrologique dans l’environnement des nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) finalisé en octobre 201926. Pour le HCSP, il est envisageable de réaliser des mesures de taux de concentrations de nanoparticules de TiO2 dans l’air autour des sites industriels. En l'absence de méthode unique opérationnelle permettant de mesurer simultanément le nombre / la masse des particules et de réaliser l’analyse chimique du TiO2 nanoparticulaire, le HCSP considère que différentes approches et méthodes de mesure doivent être considérées, en fonction des spécificités de chaque situation.
Depuis 2019, l'usine Tronox (ex-Cristal) dans le Haut-Rhin est tenue de réaliser une surveillance environnementale des incidences de ses émissions de particules de dioxyde de titane incluant les formes nanométriques, à raison de deux campagnes de mesure chaque année27. En octobre 2020, la DREAL du Haut-Rhin a indiqué à Avicenn28 qu'aucune particule nanométrique isolée de TiO2 n'avait été détectée lors de la dernière campagne aux résultats connus à l'époque (juin 2019) ; deux types d'éléments ont été observés : une petite minorité d'agglomérats de taille supérieure à 250 nm composés de nanoparticules et une grande majorité de sphéroïdes de plus de 100 nm pour certaines de plus de 400 nm. Les concentrations 2019 étaient en baisse par rapport aux campagnes exploratoires effectuées en 2013, 2016 et 2018 ; celles de février 2020 dans des niveaux proches de la limite de quantification. Les résultats des campagnes ultérieures de l'été 2020 n'étaient pas encore disponibles.
Des restrictions en Suisse
En 2008, le Grand Conseil de la République et canton de Genève a déconseillé l'utilisation du TiO2 nanoparticulaire sur les chantiers de l'Etat ainsi que dans les constructions des entreprises privées29. Il s'est basé notamment sur l'étude réalisée par le Service cantonal de toxicologie industrielle et de protection contre les pollutions intérieures qui considèrait "irresponsable d'utiliser un tel produit avant même de rechercher les dangers connus et d'évaluer leurs risques", déplorait "l'emploi prématuré de ces produits en Italie, en France et en Belgique" et souhaitait "que ces imprudences ne soient pas répétées sur le territoire de notre Canton"30.
Les larges agglomérats ne doivent pas être considérés comme nécessairement moins toxiques que les petits agglomérats
Début 2020 ont été publiés les résultats de recherches menées en Belgique montrant que les grands agglomérats de nanoparticules de TiO2 ne semblent pas moins actifs que les petits agglomérats31.
En savoir plus
Quelques ressources sur les risques associés aux nanoparticules de dioxyde de titane (nanoTiO₂) :
Nicolle-Mir L, Revue des données toxicologiques sur les nanoparticules de dioxyde de titane, Environnement, risques et santé, 13, 180-181, 2014 (synthèse en français de l'article listé ci-dessous)
TiO2 genotoxicity: an update of the results published over the last six years, Carrière M, Arnal ME, Douki T, Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis, 15 mai 2020 : cette revue de la littérature scientifique, réalisée par des chercheur·es du CEA, montre que les particules de dioxyde de titane (TiO2), de taille nanométrique et microscopique, entraînent des dommages de l'ADN sur divers types de cellules, pulmonaires et intestinales, même à des doses faibles et réalistes.
Effects of Titanium Dioxide Nanoparticles Exposure on Human Health—a Review, Baranowska-Wójcik E et al., Biological Trace Element Research, 1–12, 2019 : "TiO2 NPs can induce inflammation due to oxidative stress. They can also have a genotoxic effect leading to, among others, apoptosis or chromosomal instability. (...) Regular supply of TiO2 NPs at small doses can affect the intestinal mucosa, the brain, the heart and other internal organs, which can lead to an increased risk of developing many diseases, tumours or progress of existing cancer processes."
NanoEHS, la base de données répertoriant les publications scientifiques sur les risques en nanotechnologies, mise à jour par the International Council on Nanotechnology (ICON) ne semble plus fonctionner (2016)
15 - En 2014, des chercheurs espagnols ont ainsi estimé que l'activité touristique sur une plage de Méditerranée durant une journée d'été peut relarguer de l'ordre de 4 kg de nanoparticules de dioxyde de titane dans l'eau, et aboutir à une augmentation de 270 nM/jour de la concentration en peroxyde d'hydrogène (une molécule au potentiel toxique, notamment pour le phytoplancton qui constitue la nourriture de base des animaux marins). Cf. Écrans UV nanos : un danger pour la vie marine, L'Observatoire des Cosmétiques, 5 septembre 2014
En 2017, des chercheurs du CEREGE en France ont de leur côté mesuré la concentration en titane dans l'eau de trois plages de Marseille et ont estimé à 54 kilos par jour le poids de TiO2 relargué dans les deux mois d'été pour une petite plage. Voir :
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