Danger pour la santé : poussières ultrafines et nanoparticules

Comment se forment les particules fines et ultrafines ?

Les particules fines, en particulier les poussières ultrafines, n'existent pas dans la nature. Les particules fines sont produites par frottement, par des processus de combustion et par des réactions chimiques lorsque le dioxyde d'azote réagit pour former des particules fines secondaires. Il se peut donc que la valeur des particules fines d'une mesure des gaz d'échappement soit discrète, mais que des particules fines secondaires se forment avec un certain décalage.

Grâce à des processus de combustion de plus en plus performants, on tend à produire des particules fines ou ultrafines plus petites au profit d'une réduction des particules fines plus grossières. 

"Ainsi, les moteurs à injection directe haute pression produisent nettement plus de particules fines (ultrafines) que les moteurs conventionnels ne le faisaient auparavant, car le carburant est déjà décomposé en particules très fines avant la combustion. On pose ainsi une base pour l'émission de poussières ultrafines", explique Frank Hoferecht, expert en particules fines de la société ETE EmTechEngineering GmbH - la première spin-off du DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH.

Il ne faut pas négliger les particules fines produites par l'abrasion des pneus et des freins pendant l'utilisation des véhicules. "C'est également le cas des véhicules électriques modernes", ajoute Frank Hoferecht.

particules fines, poussières ultrafines, nanoparticules : Quelles sont les 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 omet le fait que les particules d'une taille de 10 µm (PM10) - également appelées particules fines grossières - et les PM1 présentent un rapport volumétrique d'environ 1 : 1 000. Une particule PM10 pèse donc, à densité égale, environ 1.000 fois plus qu'une particule PM1. Pour les PM0,1 (poussières 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 (poussières ultrafines) pour la même quantité de µg/m³.

Il en résulte une erreur d'interprétation potentielle : normalement, la valeur mesurée pour les particules fines PM10 comprend également toutes les particules plus petites (donc également PM2,5, PM1 et même les particules ultrafines). Dans la pratique, il y a toutefois plusieurs problèmes :

1. Il n'est pas possible de tirer des conclusions différenciées sur les différentes particules. Si, par exemple, le nombre de particules PM10 a été réduit, il peut néanmoins y avoir beaucoup plus de particules fines dans l'air. C'est pourquoi, outre les PM2,5, les PM1 devraient être mesurées séparément. En outre, il est recommandé de procéder à un relevé du nombre de particules et pas seulement à une simple indication de la masse. Cela ne fait certes pas de différence pour les scientifiques, mais cela permet de clarifier l'effet pour les non-initiés.

2. Les capteurs actuels mesurent certes selon le principe que toutes les petites particules fines sont également comptées, mais ils ne peuvent pas, pour des raisons techniques, détecter complètement les plus petites particules. C'est précisément le cas des appareils de mesure bon marché. Souvent, selon la fiche technique du fabricant, seuls 10 % au maximum des particules les plus petites sont détectées.

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

Quel est le danger des nanoparticules ?

Plus de 95 pour cent de la surface des poumons est constituée d'un fin tissu alvéolaire. Le tissu délicat des alvéoles pulmonaires permet un échange efficace de l'oxygène et du dioxyde de carbone avec le sang. Il constitue également une barrière tissulaire d'une épaisseur d'un micromètre seulement, qui empêche les particules plus grosses de pénétrer. Les particules plus petites, comme les nanoparticules de moins de 20 nanomètres, passent malgré tout à travers et peuvent se répartir dans l'organisme beaucoup plus facilement que les microparticules plus grandes. Plus les particules sont petites, plus elles sont réactives. Cela est dû au rapport entre la surface et le volume. Par la circulation sanguine, les particules atteignent tous les organes comme les ganglions lymphatiques, la rate, la moelle osseuse, le placenta, le foie, les reins, le cœur ou même le cerveau. Si nous respirons des poussières ultrafines et des nanoparticules, celles-ci pénètrent profondément dans le corps et peuvent y provoquer des effets sur la santé.

Alors que les matériaux biodégradables se diluent et se dissolvent avec le temps lorsqu'ils sont mélangés aux fluides corporels, les matériaux biorésistants se fixent dans les tissus et les cellules. Cela devient dangereux lorsque ces nanoparticules biorésistantes 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, avoir un effet toxique (poison). 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 les particules sphériques de même masse. Les nanoparticules de type fibreux sont présentes 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 contenant des métaux traversent la membrane cellulaire et ont ainsi accès à chaque cellule du corps. À un pH de 4 à 5, même les oxydes métalliques peu solubles sont facilement solubles. Si les substances se dissolvent à l'intérieur de la cellule, il en résulte des concentrations de métaux que la cellule ne peut guère repousser. La cellule réagit par des réactions de stress et d'inflammation, et la mort cellulaire peut également en être une conséquence possible.

Effets possibles & risques sanitaires imminents des nanoparticules

Les nanoparticules ne sont souvent pas reconnues par les cellules nettoyeuses naturelles du système immunitaire, les macrophages. Les particules ultrafines parviennent ainsi à traverser les membranes et les muqueuses. Elles peuvent ainsi s'accumuler sur les tissus pulmonaires ou passer dans le sang via les poumons. Les nanopoussières déposées peuvent provoquer des effets aigus, comme des troubles du rythme cardiaque, mais aussi des effets à long terme sur les poumons.

Effets potentiels des nanoparticules sur la santé :

• maladies pulmonaires chroniques & probabilité accrue de tumeurs pulmonaires
• Augmentation des marqueurs d'inflammation dans le sang
• tendance accrue à la coagulation du sang
• risque accru de troubles du rythme cardiaque et d'infarctus du myocarde
• Allergies & eczéma (par ex. rhume des foins, augmentation des anticorps IgE contre des allergènes courants)
• réactions inflammatoires locales (modifications fibrosantes/cicatrisantes dans les poumons)

De grandes études sur la population montrent que les effets des poussières ultrafines et des nanoparticules sont particulièrement visibles chez les enfants, chez qui les infections respiratoires sont plus fréquentes.

Comment les particules fines sont-elles éliminées ?

Les particules fines ont tendance à s'agglomérer, c'est-à-dire à s'accumuler. Cela est dû aux interactions de Van der Waals, qui font que les particules s'attirent au niveau moléculaire. C'est pourquoi les particules fines ont tendance à se lier entre elles. Les poussières ultrafines et les particules fines se fixent facilement sur des poussières de matière similaire. Les accumulations ainsi formées au fil du temps (agglomérats) finissent par être si lourdes qu'elles tombent au sol. Ce phénomène peut encore être accéléré par une forte humidité de l'air ou par la pluie.

Lorsque de grosses particules (poussière et poussière grossière) sont éliminées de l'air, il reste des particules de particules fines et ultrafine. En raison de leur taille et des forces de Van der Waals plus faibles de ces particules, celles-ci se rencontrent beaucoup moins souvent et adhèrent donc moins souvent les unes aux autres. Au fil des années, la poussière et les grosses particules ont été éliminées de l'air par des techniques de filtrage de plus en plus performantes dans les systèmes d'échappement des véhicules. Il reste les particules fines et ultrafines, dont la présence ne peut pas être réduite par la technique de filtrage.

"Selon les études les plus récentes, les petites particules de particules fines et les poussières ultrafines restent très longtemps en suspension dans l'air, parfois indéfiniment, car elles ne tombent pas au sol", argumente Hoferecht de la société ETE EmTechEngineering GmbH. Il y a donc un danger lié aux très petites particules de particules fines qui a été sous-estimé jusqu'à présent. 

Des études récentes ont démontré que les petites particules de particules fines sont beaucoup plus nocives que les grandes, car elles pénètrent dans la circulation sanguine et dans les cellules humaines via les alvéoles. 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 et substances nocives provenant des imprimantes laser et des photocopieuses

Les nanoparticules telles que les poussières ultrafines ne sont pas seulement libérées dans l'air par les gaz d'échappement du trafic. Les appareils techniques tels que les imprimantes laser et les photocopieuses sont une autre source de polluants atmosphériques. On estime que plus d'un milliard d'imprimantes laser et de photocopieuses dans le monde émettent un mélange de particules fines, de nanoparticules et de substances nocives sans être filtrées, polluant ainsi l'air respiré par les hommes et les animaux. Les émissions contiennent des particules métalliques et des nanoparticules de carbone provenant des toners, qui pénètrent dans l'organisme à chaque respiration. Les nanoparticules peuvent se déposer dans les poumons, le sang ainsi que dans tous les organes et cellules atteints et provoquer un stress oxydatif nuisible aux cellules, des inflammations ou même des effets génotoxiques.

Symptômes typiques d'une exposition à des nanoparticules provenant d'imprimantes laser

Vous utilisez souvent des imprimantes laser, des télécopieurs/photocopieurs ou des poussières de toner, par exemple au bureau ou sur votre lieu de travail à domicile ? Vous devriez alors être attentif aux effets possibles. Observez votre santé et votre bien-être à proximité de ces appareils. Les symptômes suivants apparaissent-ils fréquemment ?

• Symptômes du rhume tels que les éternuements, le rhume, la toux, les maux de gorge, l'asthme ou la bronchite chronique (BPCO)
• Yeux rouges, qui démangent, qui brûlent
  Rougeurs de la peau, démangeaisons, pustules, surtout dans les zones non habillées comme le visage, le décolleté ou les mains
• Maux de tête ou douleurs dans l'appareil locomoteur, en particulier dans les muscles
• Inflammation de la vessie ou de la prostate
• Troubles de la concentration, de la mémoire et de la recherche de mots
• Épuisement, burnout ou dépression

Constatez-vous régulièrement les symptômes au contact des appareils et les troubles s'atténuent-ils lorsque vous êtes par exemple en vacances et donc loin des appareils ? Les symptômes s'aggravent-ils lorsque les appareils fonctionnent davantage ou que l'on aère moins ? Le toner ou les émissions des appareils peuvent alors être à l'origine de vos symptômes.

Comment réduire l'impact des imprimantes laser et des photocopieuses ?

• Imprimez plutôt avec 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).
• Dans la mesure du possible, placez les imprimantes laser et les photocopieuses dans des pièces séparées. Idéalement, cette pièce devrait disposer de sa propre arrivée et évacuation d'air, qui ne soit pas couplée à la climatisation centrale pour l'arrivée et l'évacuation d'air.
• Vérifiez la qualité de l'air à l'aide d'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, les écoles, les crèches, les autorités et les organisations. Dans ce cadre, la fondation présente des mesures et des développements concrets permettant d'imprimer en toute sécurité.

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 les particules fines de différentes tailles de particules. Avec l'analyseur d'air sensible, vous détectez en temps réel les trois tailles différentes PM₁, PM₂,₅ et PM₁₀ grâce à des capteurs. Si la valeur des particules fines ou les valeurs limites d'autres polluants atmosphériques sont dépassées, l'air-Q émet une alarme. Grâce au système de feux de signalisation intuitif, vous pouvez voir si et comment la qualité de l'air évolue grâce aux voyants lumineux. L'évolution détaillée des valeurs mesurées est affichée dans les tableaux et les graphiques du navigateur web ou dans notre air-Q Web App.