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Le dioxyde de titane (TiO2)

 

Messages clés

  • le dioxyde de titane (TiO2), qui existe sous forme micrométrique et nanométrique, entre dans la composition d’une grande variété de produits tels que des peintures, des cosmétiques, des crèmes solaires mais aussi des médicaments, dentifrices, confiseries et plus généralement comme colorant alimentaire. 

 

  • Trois formes cristallines de dioxyde de titane (TiO2) existent : la forme rutile qui est la plus abondante, l’anatase et la brookite. Elles se distinguent par un motif cristallin différent, cependant les propriétés optiques du TiO2 sont indépendantes de la forme cristalline.  

 

  • En 2006, le Centre International de Recherche sur le Cancer (CIRC) a classé le dioxyde de titane TiO2  dans le groupe des substances « cancérogènes possibles chez l’homme « ( groupe 2B).

 

  • En 2011, le National Institute for Occupational Safety and Health (« Institut national pour la sécurité et la santé au travail »), NIOSH, a recommandé une VLEP (valeurs limites d’exposition professionnelle) de 0,3 mg/m3 pour la fraction ultrafine (< 100 nm) d’un aérosol de TiO2 (10 heures par jour, 40 heures par semaine) avec un risque augmenté de cancer de 1/1000 et de 2,4 mg/m3 pour la fraction alvéolaire. En France, il n’existe pas de valeur limite d’exposition mais l’INRS en 2016 propose de suivre celle du NIOSH.
 
  •  Les recommandations de l’Agence nationale de sécurité du médicament (ANSM) formulées en 2011 sont de ne pas utiliser sur peau lésée (suite à un coup de soleil ou autres lésions) les produits cosmétiques contenant les nanomatériaux de TiO2 et de ne pas utiliser les produits contenant ces nanomatériaux en « sprays » aérosol ou en poudre sur le visage mais également quand les produits précités sont utilisés dans des locaux fermés. L’étiquetage des nanomatériaux dans les divers produits cosmétiques a été rendu obligatoire à partir du 11 juillet 2013. 
 
  • En 2016 l'Agence nationale de sécurité sanitaire de l'alimentation, de l'environnement et du travail (Anses) a soumis à l’Agence européenne des produits chimiques (ECHA) une proposition de classification du dioxyde de titane en tant que substance cancérogène par inhalation de catégorie 1B. En 2017, la commission de l’ECHA n’a pas retenu cette proposition mais a conclu que le TiO2 remplit les critères pour être classé comme soupçonné de causer le cancer (catégorie 2, par l’inhalation) (ECHA, 2017).

 

 

Le dioxyde de titane de formule chimique (TiO2) (CAS-N° 13463-67-7) est l’oxyde naturel du Titane (Ti), le 9ème élément chimique le plus abondant de la croûte terrestre devant l’hydrogène et derrière le magnésium. Le TiO2 est donc une substance inorganique, de masse moléculaire 79,88 g/mol. Il existe principalement sous 3 formes cristallines, le rutile, l’anatase et la brookite, qui se distinguent par un motif cristallin différent, un système quadratique pour le rutile et l’anatase et un système cristallin orthorhombique pour la brookite. C’est un composé inerte extrait pour environ 5% à partir du minerai rutile, minerai peu abondant.

La principale réserve mondiale de Ti (95%) est surtout représentée par l’ilménite (TiFeO3), présente dans des sables ou des roches dures d’Afrique du sud, d’Australie ou au Canada (Sahu et al. 2006). Le TiO2 absorbe les ultraviolets (UV) et 96% de la lumière est réfléchie, ce qui lui confère sa couleur blanche et son utilité comme écran solaire. A noter que pour ses propriétés blanchissantes et opacifiantes, c’est la forme micrométrique du TiO2, qui est utilisé et qui représente environ ¾ de la production mondiale de pigments. Il est commercialisé en tant que tel depuis le début des années 1920. Pour les propriétés d’absorption des UV, l’industrie lui préfère la forme nanométrique (taille inférieure à 100 nm), car à cette taille le TiO2 n’est plus opaque mais transparent ce qui offre des avantages esthétiques. Ainsi ce pigment solide blanc est utilisé dans de nombreuses applications : dans la construction, l'industrie du PVC, les peintures, enduits et vernis, les produits cosmétiques et les produits alimentaires (additif alimentaire E171) (INRS, 2012, 2013).

La production mondiale en 2014 était d’environ 5 millions de tonnes, en France un rapport de l’Anses publié en 2008, rapporte une production totale de TiO2 micrométrique d’environ 250 000 tonnes par an (Anses, 2008). Depuis 2013, le registre R-Nano (https://www.r-nano.fr) permet de suivre le recensement annuel du TiO2 nanométrique, qu’il soit importé, produit ou distribué sur le territoire. Les bilans annuels varient peu d’une année sur l’autre et le tonnage de TiO2 manipulé en France est compris entre 10 000 et 100 000 tonnes par an. 

 

Expositions au dioxyde de titane et effets sur la santé

Expositions en population générale

Cosmétiques

Sous forme micrométrique, les poussières de dioxyde de titane sont source d'irritations oculaires et d’irritations mécaniques des voies respiratoires. Sous forme nanométrique, le TiO2 ne semble pas allergène sur la couche supérieure de la peau, mais il peut potentialiser un autre allergène.

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) (cf rapport d’avril 2014 intitulé « Opinion on Titanium Dioxide (nano form) COLIPA n° S75 (SCCS /1516/13) », 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).

Depuis août 2016, la forme nano des particules de dioxyde de titane est inscrite à l’annexe VI du Règlement européen relatif aux cosmétiques. Elles sont autorisées sous formes micrométrique et nanométrique (concentration de 25% du total de la préparation prête à l’emploi, sauf pour les sprays pouvant donner lieu à une exposition des poumons par inhalation). Le plus souvent les produits solaires contiennent entre 2 et 10 % de TiO₂. Utilisées principalement sous forme rutile (ou mélange anatase/rutile), les nanoparticules de TiO₂ sont enrobées d'une couche protectrice faite d’alumine, d’hydroxyde d’aluminium ou de silice devant empêcher la formation de radicaux libres (qui provoquent le vieillissement cutané). Cet enrobage est lui-même enrobé par un agent tensioactif à base de silicium afin d’assurer la dispersion des nanoparticules dans le produit final. Il a été observé que le chlore des piscines peut dégrader ce revêtement, or au contact de l’eau et sous l’effet de la lumière, le nanoTiO2 pourrait alors libérer des radicaux libres, potentiellement néfastes pour les baigneurs (Sharifan H. et al, Env Res, 2016). En 2010, des travaux de recherche sur le vieillissement d’un filtre nano-TiO2 SERENADE Projet Eco-SUN 2015-2018 – Document Scientifique Serenade ECO SUN, ont montré que cet enrobage pouvait être altéré, il convient donc de respecter les dates limites de consommation (en général 12M, pour 12 mois après ouverture) pour s’assurer d’une photo passivation efficace du TiO₂.

Alimentation, le cas de l’additif alimentaire E171

L’additif alimentaire E171 est un colorant alimentaire sous forme de poudre, constitué de particules de dioxyde de titane (TiO2), utilisée pour sa couleur blanche et ses propriétés opacifiantes. Le E171 contient majoritairement des particules micrométriques de TiO2, cependant une partie se présente sous la forme nanométrique (<100 nm). D’une étude à l’autre, la proportion de particules nanométriques varie, mais reflète plutôt une variabilité d’un échantillon à l’autre. Ainsi, l’étude américaine de Weir (2012) rapporte que des particules dites fines peuvent être présentes à hauteur de 36%, d’autres études rapportent plutôt une proportion de 10 à 15 % (Peters et al 2014), et plus récemment l’étude de Yang (Yang et al. 2014) montre qu’il existe une variabilité d’un échantillon de E171 à l’autre (5 échantillons testés qui contiennent 17 à 35% (en nombre) de particules nanométriques de TiO2. De ce fait, avec une quantité de nanoparticules inférieure à 50%, l’additif E171 ne rentre pas dans la recommandation européenne de définition des nanomatériaux et à ce titre échappe à l’obligation d’étiquetage des nanomatériaux dans les produits alimentaires. Pourtant ce seuil pourrait ne pas être aussi strict, comme l’indique l’article 11 de la recommandation de définition de la Commission qui notamment inclut la possibilité d’aller sous le seuil des 50% dans certains cas : « Malgré tout, il peut y avoir certains cas précis, à prévoir dans la réglementation, dans lesquels l’application d’un seuil inférieur à 50 % se justifie pour des raisons liées à la protection de l’environnement, à la santé publique, à la sécurité ou à des considérations de compétitivité. »

 En 2016, l’autorité européenne de sécurité des aliments (Efsa) a publié un avis relatif à la réévaluation de l’E171 (EFSA, 2016) sur la base d’une revue détaillée des données de la littérature. Cet avis conclut que les expositions actuelles des consommateurs à l’E171 dans ses utilisations alimentaires ne sont pas de nature à entraîner un risque pour leur santé.

Des études ont essayé d’estimer l’exposition journalière par voie alimentaire au TiO2 en fonction des habitudes alimentaires et des produits recensés disponibles sur le marché. En Grande Bretagne elle a été évaluée à 5 mg/jour/personne (Powell 2010), aux Etats-Unis elle est estimée à 1 à 2mg/kg de poids corporel/jour pour les enfants de moins de 10 ans et de 0,2 à 0,7 mg par kg de poids corporel/jour pour les adultes (Weir 2012, Chen 2013).

  Expositions professionnelles

Les travailleurs particulièrement exposés sont ceux qui exercent dans les secteurs de la chimie, du bâtiment, de l’automobile, de la formulation des encres, peintures et vernis, des cosmétiques, de la pharmacie ou de l'alimentaire (INRS, 2012).

Dans le secteur du BTP, la présence de TiO2 sous forme pigmentaire se retrouve principalement dans les formulations de peintures et d’enduits de signalisations de la route. La forme nanométrique a été introduite pour exploiter ses propriétés photocatalytiques transférables au produit dans lequel il est incorporé. Ainsi il est utilisé comme agent dépolluant de l’air ou d’auto-entretien de la structure considérée (verre, béton, bitume, céramique..). Les métiers associés à ce type d’activités sont par exemple les fabricants de colorants et de pigments, fabricants de peintures, vernis, chaux, plâtres, béton, verres,…les peintres, enduiseurs, ravaleurs, maçons…L’exposition la plus forte au TiO2 nanométrique du salarié est celle liée à la manipulation de produits pulvérisés ou de suspension liquide lors de diverses activités professionnelles, comme des opérations de pulvérisations, de ponçages (vernis, peintures.. .)… Cette exposition concerne aussi les salariés des entreprises de démolition d’immeubles. Associés à d’autres agents chimiques rencontrés sur les chantiers tels que la silice, les poussières de bois, les solvants, le risque d’exposition TiO2 est majoré. La voie d’exposition est celle de l’inhalation d’aérosols.

Ces expositions ont été ou sont encore ignorées par les salariés concernés alors que ces professionnels devraient faire l'objet d'une sensibilisation et d'une surveillance ciblée. Des efforts se sont développés notamment en 2014, à travers les données recueillies dans le cadre de la déclaration obligatoire R-nano. Les données relatives aux nanoparticules de dioxyde de titane issues de cette déclaration ont été communiquées à l'Institut national de Veille Sanitaire (InVS, aujourd’hui Santé Publique France) dans le cadre du projet Epinano mis en place pour le suivi de cohortes de travailleurs exposés aux nanomatériaux.

En France aucune limite d’exposition professionnelle (VLEP) relative au dioxyde de titane nanométrique n’est déterminée. Ce n’est pas le cas aux Etats-Unis où le National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) recommande une VLEP de 0,3 mg/m3 pour la fraction ultrafine d’un aérosol de dioxyde de titane avec un risque de cancer de 1/1000 (NIOSH, 2005), ou encore au Japon, où le NEDO (New Energy and Industrial Technology Develpment Organization) recommande une VLEP de 0,6 mg/m3 pour la fraction alvéolaire ultrafine. En 2016, l’INRS a publié une proposition de suivre la VLEP du NIOSH.

L’Institut National de Recherche et de Sécurité pour la prévention des accidents du travail et des maladies professionnelles (INRS) s’équipe en 2013 d’un laboratoire spécifique pour répondre à la manipulation croissante de nanomatériaux dans le monde du travail.

http://www.inrs.fr/header/presse/cp-pole-nano.html

 Dioxyde de titane et cancer

En 2006 le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) a classé le dioxyde de titane (TiO₂) comme cancérigène possible pour l'homme (classe 2 B) et ce, toutes tailles confondues : l'échelle nanométrique est donc concernée mais pas plus ni moins que le TiO2 non nanométrique. Les études 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.

  • Poumon

Les études de cancérogenèse sont à ce jour limitées quantitativement et qualitativement. Des études sur les effets toxicologiques à long-terme ont été réalisées chez l’animal, en particulier par voie respiratoire.

Ces études montrent une toxicité pulmonaire chez le rat, montrant une inflammation pulmonaire chronique, une diminution des mécanismes de défense (antioxydants), une altération des cellules, une prolifération cellulaire et une fibrose.

En 2006, le dioxyde de titane qui peut engendrer des cancers du poumon chez le rat, a été classé par le CIRC possiblement cancérogène pour l’homme, groupe  2B (CIRC, 2006)

  •  Peau

Pour les produits cosmétiques de protection solaire la peau reste la voie d’exposition majoritaire. En absence de ces informations, il convient de recommander de ne pas utiliser sur une peau lésée les produits cosmétiques contenant les nanomatériaux de TiO2.

Pour tous ces produits cosmétiques, l’utilisation de « sprays » aérosol est courante et il convient donc de considérer la voie aérienne comme une voie d’exposition possible.

L’ANSM recommande également de ne pas utiliser les produits contenant ces nanomatériaux en « sprays » aérosol ou en poudre sur le visage mais également quand les produits précités sont utilisés dans des locaux fermés.

  •  Colon

En 2017, une équipe de recherche française (Toxalim (Centre de recherche en toxicologie alimentaire), Université de Toulouse, INRA, ENVT, INP-Purpan), a mené des études in vivo chez le rat, afin d’évaluer l’absorption gastro-intestinale et l’impact possible de l’additif E171 contenant une fraction nanométrique de dioxyde de titane par rapport à du TiO2 nanoparticulaires purs (Bettini et al., 2017).. Utilisé à une dose pertinente en ce qui concerne l’exposition alimentaire humaine estimée pour le E171 à 10 mg/kg/jour,  les chercheurs ont réalisé deux séries d’expérience, après 7 jours d’administration intra gastrique ou après 100 jours d’exposition chronique par l’intermédiaire de l’eau de boisson. Après une semaine d’exposition le titane a pu être décelé dans plusieurs compartiments du tractus intestinal comme les plaques de Peyers, ainsi que dans le foie, montrant la translocation du TiO2 depuis l’intestin à la circulation sanguine. Toutefois, aucun dommage à l’ADN n’a été observée chez ces animaux. Les anomalies liées à l’exposition au E171 ont été trouvées chez les animaux exposés pendant 100 jours (4 rats sur 11) et consistaient en des lésions prénéoplasiques colorectales qui étaient plus fréquentes chez les rats pré-traités avec un agent cancérogène expérimental. Après 100 jours de traitement au E171 les fonctions immunitaires n’étaient pas totalement intègres. Cependant, ces effets - n’avaient pas été identifiés auparavant - ne peuvent pas être spécifiquement attribués à la fraction des particules nanométriques de TiO2 contenues dans E171. Ce travail met en évidence la nécessité d’effectuer des études supplémentaires tels que des études de cancérogenèse suivant des principes directeurs (deux ans, des groupes de 100 animaux) qui devraient aider à clarifier le statut de cet additif alimentaire.

Au vu de ces résultats réalisés en laboratoire, les ministères chargés de la consommation, de la santé et de l’alimentation ont décidé de saisir l’Anses afin d’apprécier la faisabilité d’une évaluation des risques de l’additif E171 pour le consommateur. Cette nouvelle saisine s’inscrit dans les travaux de l’Agence déjà engagés sur l’impact potentiel pour la santé des nanomatériaux présents dans l’alimentation. L’Agence intègrera l’ensemble des données acquises dans le but de répondre à la nouvelle saisine relative à la faisabilité d’une évaluation des risques pour le consommateur liés à l’additif E171.

https://www.anses.fr/fr/content/dioxyde-de-titane


Evolutions récentes des recherches

D’autres études, financées par l’appel à projets PNR-EST piloté par l’ANSES sont en cours de publication et décrivent d’autres effets potentiels du TiO2. Ces études portent sur le passage de la barrière hémato-encéphalique du TiO2. L’ensemble de ces résultats devra faire l’objet d’un examen par l’Efsa dans le cadre de son travail d’évaluation des additifs alimentaires.

On peut noter des travaux récents très pertinents par Kreyling et al. publiés dans la revue Nanotoxicology (Avril 2017) sur la biodistribution et la rétention du nano TiOadministré en une seule fois à des rats selon trois voies d’exposition : intraveineuse (IV), voie orale par gavage, ou voie intratrachéale (IT). Ces travaux quantifient très précisément la fraction de nano TiO2 pouvant être retenue dans l’organisme après 1, 2, 4, 24h et 7 jours. La quasi-totalité du TiOest excrété, mais des différences existent en fonction de la voie d’administration des NP, notamment les organes secondaires de rétention ne sont pas les mêmes. A titre d’exemple, pour la voie orale, après un pic de rétention maximal observé à 1h (où seuls 0,6% des NP administrées franchissent la barrière intestinale pour rejoindre le compartiment sanguin), une décroissance lente de la rétention des NP s’installe ; elle représente à 4h, environ 0,2% de la quantité totale de NP administrée et plus que 0,05% à 7 jours. Même si les quantités détectées sont extrêmement faibles à 7 jours les auteurs rapportent une possible rétention à long terme après administration orale et pulmonaire et démontrent l’importance d’études de ce type pour répondre aux défis de l’évaluation de risques liés à l’exposition chronique de NP. Il convient  de rappeler qu’en l’état actuel des connaissances il n'existe pas de transposabilité des résultats chez l’homme.

 Actions réglementaires

Proposition de l’Anses pour un classement du dioxyde de titane en tant que cancérogène par inhalation

En 2016, l’Anses a soumis à l’Agence européenne des produits chimiques (ECHA) une proposition de classification du dioxyde de titane en tant que substance cancérogène par inhalation de catégorie 1B. Le processus d’instruction de la proposition de classification a suivi depuis, les étapes prévues par le règlement CLP. La commission de l’ECHA n’a pas retenu cette proposition mais a conclu que le TiO2 remplissait les critères pour être classé comme soupçonné de causer le cancer (catégorie 2, par l’inhalation).

L’avis final du Comité d’évaluation des risques (RAC) de l'ECHA est attendu pour la fin 2017.

https://www.anses.fr/fr/content/mise-en-consultation-publique-de-la-proposition-de-l%E2%80%99anses-pour-un-classement-du-dioxyde-de

Dispositif national de déclaration des substances à l’état nanoparticulaire

Afin de mieux connaître la réalité de la production et de l’utilisation de ces substances, la France a mis en place un dispositif national de déclaration des substances à l’état nanoparticulaire. Il s’agit d’une initiative issue du Grenelle de l’environnement (engagement n° 159), traduit à l’article 42 de la Loi Grenelle I du 3 août 2009, puis à l’article 185 de la Loi Grenelle II du 12 juillet 2010 (créant notamment les articles L. 523-1 à 5 dans le code de l’environnement).

L’article 185 de la Loi Grenelle II est venu préciser les champs de la déclaration : identité, quantité et usage des substances, ainsi que l’identité des utilisateurs professionnels à qui elles ont été cédées, dans un objectif de traçabilité. Cet article prévoit également la possibilité de demander la transmission des informations disponibles relatives aux dangers de ces substances.

         

La Direction générale de la santé et de la Direction générale du travail a jugé important de se mettre en état de veille sur la thématique des nanomatériaux, et ont mandaté l’ex-Institut de veille sanitaire (InVS, aujourd’hui Santé Publique France) pour mettre en place un dispositif de surveillance des travailleurs potentiellement exposés aux nanomatériaux manufacturés (EpiNano). Ce dispositif basé sur des questionnaires participatifs, souffre cependant de peu de réponses des industriels et nécessiterait un soutien politique visant à promouvoir l’adhésion des professionnels. Depuis 2016, le dispositif a été étendu à d’autres nanoparticules (SiO2 et nanotubes de carbone).

Site r-nano

L’Anses est en charge de la gestion de cette base de données, qui rassemble les informations ainsi déclarées. Ce dispositif a pour objectif de répondre au besoin d’améliorer l’information du public, des consommateurs et des professionnels, de mieux connaître les substances mises sur le marché, leurs volumes et leurs usages, de disposer d’une traçabilité des filières d’utilisation et de collecter les informations disponibles sur les propriétés toxicologiques et écotoxicologiques de ces substances. Un rapport annuel est disponible sur le site et rend compte du marché des nanomatériaux sur le territoire français https://www.r-nano.fr

 

Auteurs Cancer et Environnement

Relecteur : Anna Bencsik, Directeur de Recherche DR2,  Anses site de Lyon

 

Pour aller plus loin

Mise à jour le 11 déc. 2017

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