Danger pour la santé : particules ultrafines & nanoparticules

Comment se forment réellement les particules fines et les particules ultrafines ?

Les particules fines, en particulier les particules ultrafines, n'existent pas à l'état naturel. Elles se forment par frottement, processus de combustion et réactions chimiques, lorsque le dioxyde d'azote réagit pour former des particules fines secondaires. Il se peut donc qu'une mesure des gaz d'échappement montre une valeur de particules fines discrète, alors que des particules fines secondaires se forment avec un certain décalage dans le temps.

Grâce à des processus de combustion toujours plus performants, on observe une tendance à produire davantage de particules fines plus petites, voire de particules ultrafines, au détriment de la réduction des particules grossières. 

« Les injecteurs directs à haute pression produisent ainsi nettement plus de particules fines (particules ultrafines) que les moteurs conventionnels, car le carburant est déjà décomposé en particules très fines avant la combustion. Cela pose ainsi les bases de l'émission de particules ultrafines », explique Frank Hoferecht, expert en particules fines chez ETE EmTechEngineering GmbH – la première spin-off du DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH.

Il ne faut pas non plus négliger les particules fines produites par l'abrasion des pneus et des freins lors de l'utilisation des véhicules. « C'est également le cas pour les véhicules électriques modernes », ajoute Frank Hoferecht.

Particules fines, particules ultrafines, nanoparticules : quelles différences ?

Toutes les particules fines ne se valent pas. Il convient d'y regarder de plus près. La quantité de particules fines est généralement mesurée en µg/m³ (microgrammes par mètre cube). Cela occulte le fait que les particules d'une taille de 10 µm (PM10) – également appelées particules fines grossières – et les PM1 présentent un rapport de volume d'environ 1 : 1 000. Une particule PM10 pèse ainsi, à densité égale, environ 1 000 fois plus qu'une particule PM1. Pour les PM0,1 (particules ultrafines), le facteur est même de 1 : 1 000 000 par rapport aux PM10. Pour une particule PM10, il y a donc un million de particules PM0,1 (particules ultrafines) pour une même quantité en µg/m³.

Il en résulte une possible mauvaise interprétation : généralement, la valeur mesurée pour les particules fines PM10 inclut également toutes les particules plus petites (donc aussi PM2,5, PM1 et même les particules ultrafines). Dans la pratique, plusieurs problèmes se posent cependant :

1. Il n'est pas possible de faire des déclarations différenciées sur les différentes particules. Si, par exemple, le nombre de particules PM10 a diminué, il peut malgré tout y avoir nettement plus de particules fines dans l'air. C'est pourquoi, outre les PM2,5, les PM1 devraient également être mesurées séparément. Il est en outre recommandé de procéder à un comptage du nombre de particules et pas uniquement à une simple indication de masse. Cela ne fait certes aucune différence pour les scientifiques, mais cela rend l'effet plus compréhensible pour les profanes.

1. Les capteurs actuels mesurent certes selon le principe que toutes les particules fines plus petites sont également comptabilisées, mais, pour des raisons techniques, ils ne peuvent pas détecter entièrement les particules les plus petites. C'est particulièrement le cas des appareils de mesure bon marché. Selon la fiche technique des fabricants, seuls 10 % au maximum des petites particules sont souvent détectés.

1. Il n'est donc pas possible d'affirmer de manière générale que les filtres réduisent la proportion de particules fines, sans mener des études séparées sur les particules grossières, les particules fines (PM2,5) et les particules ultrafines (PM1 ; PM0,1 et en dessous). 

Quel est le degré de dangerosité des nanoparticules ?

Plus de 95 % de la surface pulmonaire est constituée d'un tissu alvéolaire fin. Ce tissu délicat des alvéoles pulmonaires permet l'échange efficace d'oxygène et de dioxyde de carbone avec le sang. Il constitue en outre une barrière tissulaire de seulement 1 micromètre d'épaisseur, qui empêche les particules plus grosses de pénétrer. Les particules plus petites, comme les nanoparticules de moins de 20 nanomètres, parviennent néanmoins à la traverser et peuvent se répartir dans l'organisme bien mieux que les microparticules plus grosses. Plus les particules sont petites, plus elles sont réactives. Cela s'explique par le rapport entre la surface et le volume. Via la circulation sanguine, les particules atteignent tous les organes tels que les ganglions lymphatiques, la rate, la moelle osseuse, le placenta, le foie, les reins, le cœur ou même le cerveau. Lorsque nous inhalons des particules ultrafines et des nanoparticules, celles-ci pénètrent profondément dans le corps et peuvent y provoquer des effets sur la santé.

Tandis que les matériaux biodégradables se diluent en se mélangeant aux fluides corporels et se dissolvent avec le temps, les matériaux biopersistants s'installent durablement dans les tissus et les cellules. Cela devient dangereux lorsque ces nanoparticules biopersistantes contiennent des métaux de transition et/ou leurs oxydes, par exemple du zinc, du cadmium, du cuivre ou de l'argent. Ces ions métalliques sont libérés dans l'organisme et peuvent, dans certaines circonstances, développer un effet toxique. Outre la taille et la composition, la forme des nanoparticules est également déterminante pour leur effet. Ainsi, les particules fibreuses se caractérisent par des propriétés aérodynamiques qui leur permettent de pénétrer encore plus profondément dans les poumons et de s'y déposer plus efficacement que des particules sphériques de même masse. Les nanoparticules fibreuses apparaissent par exemple dans l'amiante ou les nanotubes de carbone.

Grâce à ce que l'on appelle l'endocytose, un processus de transport cellulaire, les nanoparticules métalliques franchissent la membrane cellulaire et accèdent ainsi à chaque cellule du corps. À un pH compris entre 4 et 5, même les oxydes métalliques peu solubles se dissolvent bien. Lorsque ces substances se dissolvent à l'intérieur de la cellule, il se forme des concentrations de métaux auxquelles la cellule peut difficilement faire face. La cellule réagit alors par des réactions de stress et d'inflammation, la mort cellulaire pouvant également en être une conséquence possible.

Effets possibles & risques sanitaires liés aux nanoparticules

Les nanoparticules ne sont souvent pas reconnues par les cellules épuratrices naturelles du système immunitaire, les macrophages. Les particules ultrafines parviennent ainsi à traverser les membranes et les muqueuses. Elles peuvent ainsi s'accumuler sur le tissu pulmonaire ou passer des poumons dans le sang. Les nanoparticules déposées peuvent déclencher aussi bien des effets aigus, comme des troubles du rythme cardiaque, que des effets à long terme sur les poumons.

Effets possibles des nanoparticules sur la santé :

• maladies pulmonaires chroniques & probabilité accrue de tumeurs pulmonaires
• augmentation des marqueurs inflammatoires dans le sang
• tendance accrue à la coagulation sanguine
• risque accru de troubles du rythme cardiaque et d'infarctus
• allergies & eczémas (par ex. rhume des foins, augmentation des anticorps IgE contre les allergènes courants)
• réactions inflammatoires locales (modifications fibrosantes/cicatricielles au niveau pulmonaire)

De grandes études de population montrent que les effets des particules ultrafines et des nanoparticules se manifestent particulièrement chez les enfants, chez qui l'on observe davantage d'infections respiratoires.

Comment les particules fines se déposent-elles ?

Les particules fines ont tendance à s'agglomérer, c'est-à-dire à s'accumuler. Cela s'explique par les interactions de van der Waals, qui font que les particules s'attirent au niveau moléculaire. Les particules fines ont ainsi tendance à se lier entre elles. Les particules ultrafines et les particules fines s'accrochent facilement à des poussières de composition similaire. Les amas (agglomérats) qui se forment ainsi au fil du temps deviennent à un moment si lourds qu'ils retombent au sol. Une forte humidité de l'air ou la pluie peuvent encore accélérer cet effet.

Lorsque les grosses particules (poussière et poussière grossière) sont retirées de l'air, il reste les particules fines et ultrafines. En raison de leur taille et des forces de van der Waals plus faibles entre ces particules, celles-ci se rencontrent beaucoup plus rarement et adhèrent donc moins souvent entre elles. Au fil des années, la poussière et la poussière grossière ont été filtrées de l'air grâce à des techniques de filtration toujours plus performantes dans les systèmes d'échappement des véhicules. Il ne reste alors que les poussières fines et ultrafines, dont la présence ne peut pas être réduite par la technique de filtration.

« Selon les études les plus récentes, les particules fines plus petites et les particules ultrafines restent très longtemps, parfois indéfiniment, en suspension dans l'air, car elles ne retombent pas au sol », explique Hoferecht d'ETE EmTechEngineering GmbH. Il existe donc un danger lié aux très petites particules fines, qui reste jusqu'à présent sous-estimé. 

Les études les plus récentes démontrent que les particules fines particulièrement petites sont beaucoup plus nocives que les grosses particules fines, car elles pénètrent, via les alvéoles, dans la circulation sanguine et même dans les cellules humaines. Elles peuvent y provoquer des réactions inflammatoires susceptibles d'entraîner un cancer. La fréquence des maladies et la mortalité, en particulier dans les grandes villes et les agglomérations, augmentent de manière dramatique ¹.

Nanoparticules & polluants issus des imprimantes laser et des photocopieurs

Les nanoparticules telles que les particules ultrafines ne sont pas uniquement émises par les gaz d'échappement de la circulation routière. Les appareils techniques tels que les imprimantes laser et les photocopieurs constituent une autre source de polluants atmosphériques. On estime qu'à travers le monde, plus d'un milliard d'imprimantes laser et de photocopieurs émettent sans filtration un mélange de particules fines, de nanoparticules et de polluants, polluant ainsi l'air respiré par les humains et les animaux. Les émissions contiennent des nanoparticules métalliques ainsi que des nanoparticules de carbone issues des toners, qui pénètrent dans le corps à chaque respiration. Dans les poumons, le sang ainsi que dans tous les organes et cellules atteints, les nanoparticules peuvent se déposer et déclencher un stress oxydatif néfaste pour les cellules, des inflammations, voire des effets génotoxiques.

Symptômes typiques d'une exposition aux nanoparticules due aux imprimantes laser

Avez-vous souvent affaire à des imprimantes laser, des fax/photocopieurs ou des poussières de toner – par exemple au bureau ou sur votre lieu de travail à domicile ? Dans ce cas, vous devriez être attentif aux effets possibles. Observez votre santé ainsi que votre bien-être à proximité de ces appareils. Les symptômes suivants apparaissent-ils fréquemment ?

• symptômes de rhume tels qu'éternuements, nez qui coule, toux, maux de gorge, asthme ou bronchite chronique (BPCO)
• yeux rouges, qui démangent, qui brûlent
  rougeurs cutanées, démangeaisons, pustules, notamment sur les zones découvertes comme le visage, le décolleté ou les mains
• maux de tête ou douleurs de l'appareil locomoteur, en particulier au niveau musculaire
• inflammations de la vessie ou de la prostate
• troubles de la concentration, de la mémoire et de la recherche des mots
• épuisement, burnout ou dépressions

Constatez-vous ces symptômes régulièrement au contact des appareils, et s'atténuent-ils, par exemple, lorsque vous êtes en vacances et donc loin de ces appareils ? Les symptômes s'intensifient-ils également lorsque les appareils fonctionnent davantage ou lorsqu'on aère moins ? Dans ce cas, le toner ou les émissions des appareils peuvent être à l'origine de vos troubles.

Comment réduire les effets des imprimantes laser & photocopieurs ?

• Préférez une imprimante à jet d'encre (encre, plutôt que toner)
• Utilisez toujours un filtre pour les imprimantes laser (systèmes d'impression à base de toner).
• Installez si possible les imprimantes laser et les photocopieurs dans des pièces séparées. Idéalement, cette pièce devrait disposer de sa propre arrivée et évacuation d'air, non couplée à la climatisation centrale.
• Vérifiez la qualité de l'air avec un appareil de mesure de l'air comme l'air-Q.

Conseil : nano-Control, la fondation internationale pour un air intérieur sain, conseille les entreprises, écoles, crèches, administrations et organisations. La fondation présente ainsi des mesures concrètes et des développements permettant une impression sûre.

Détecter les particules fines de manière fiable avec l'appareil de mesure de l'air air-Q

L'analyseur d'air air-Q peut détecter des particules fines de différentes tailles. Grâce à des capteurs sensibles, l'appareil de mesure de l'air détecte en temps réel les trois différentes tailles PM₁, PM₂,₅ et PM₁₀. Lorsque la valeur des particules fines ou les valeurs limites d'autres polluants atmosphériques sont dépassées, l'air-Q déclenche une alarme. Grâce à son système de feux tricolores intuitif, les voyants LED vous indiquent si et comment la qualité de l'air évolue. Les tableaux et graphiques du navigateur web ou de notre air-Q Web App retracent en détail l'évolution des valeurs mesurées.