14.06.2 Présence dans l’environnement
Bien qu’isolés pour la première fois du goudron de houille, qui est un produit résiduel dérivé de la carbonisation du charbon bitumineux à 1000-1200 °C, la décomposition thermique de pratiquement toute matière organique peut conduire à la génération de HAP. La formation de HAP est due à une combustion incomplète (pyrolyse), à une condensation intermoléculaire et à des réactions de cyclisation. On a constaté que les HAP étaient plus productifs dans la plage de température de 660-740 °C sous une faible pression d’oxygène (Bjørseth et Becher 1986 ; Grimmer 1983). À cette température, une large gamme de HAP non substitués et de congénères modifiés (contenant des chaînes latérales méthyles ou des sous-structures non aromatiques) sont formés (Bayram et Müezzinoglu 1996). En principe, le nombre de HAP différents est presque illimité, compte tenu du nombre de variations théoriques possibles dans les isomères polyalkylés. Cependant, même dans des conditions de décomposition variables, comme l’azote à des températures comprises entre 700 et 1000 °C, ou à des températures de 700 °C en présence d’air, on a constaté que des profils de HAP similaires se formaient à partir de différents types de matières organiques (Grimmer 1983). Seules les quantités de HAP individuels peuvent varier considérablement en fonction de la matière de départ. D’autre part, le niveau de température pendant la combustion représente le principal facteur déterminant pour les profils de HAP formés. Les températures supérieures à 1000 °C, telles qu’elles sont présentes pendant la carbonisation (cokéfaction) du charbon, produiraient principalement des HAP non substitués et des analogues contenant des hétéroatomes. À l’inverse, les HAP alkyl-substitués sont prédominants dans les huiles minérales brutes qui se forment au cours des périodes géologiques à partir de la décomposition des plantes et de leurs constituants terpénoïdes et stéroïdes à des températures relativement basses (150-200 °C ; pyrolyse à basse température, c’est-à-dire diagenèse) (Grimmer 1983). Dans ces conditions, les chaînes latérales des molécules moins stables en température déjà présentes dans leurs précurseurs biologiques (terpènes, stéroïdes, etc.) persistent et ne sont pas clivées (Laflamme et Hites 1978).
Les HAP présents dans l’environnement humain proviennent généralement de sources anthropiques. Bien que les incendies locaux et les activités volcaniques puissent provoquer des augmentations significatives des concentrations locales de HAP, les sources naturelles ne comptent que pour un faible pourcentage du rejet global dans l’atmosphère. Plus importants en termes de quantités totales, les HAP sont libérés dans l’environnement lors de la combustion pour le chauffage résidentiel, la production d’électricité, l’incinération, les feux ouverts et le trafic (ATSDR 1995 ; Bayram et Müezzinoglu 1996). En raison de ces différents types de sources, les HAP sont omniprésents dans l’environnement. D’autre part, les produits de goudron de houille, dérivés de la cokéfaction du charbon bitumineux, sont parmi les plus importantes sources contenant des HAP dans l’environnement professionnel. L’évaporation pendant le chauffage de matières brutes et huileuses contenant des HAP, ou la formation par pyrolyse et combustion incomplète sont les processus au cours desquels les HAP sont émis sur le lieu de travail (Bjørseth et Becher 1986). Certaines des industries les plus importantes avec des expositions aux HAP décroissantes mais encore considérables de nos jours sont la production de coke et la fusion de l’aluminium, le frittage du fer et de l’acier, et la production d’asphalte.
Les analyses modernes permettent des mesures très sensibles des HAP dans l’atmosphère, dans les sédiments de l’eau, le sol et les aliments (Bayram et Müezzinoglu 1996 ; Guillén et Sopelana 2004). Selon le type de traitement et de préparation (grillage, friture, fumage), les échantillons d’aliments tels que la viande grillée au barbecue ou les aliments carbonisés peuvent contenir des niveaux extrêmement élevés de HAP, y compris des représentants cancérigènes tels que le benzopyrène (BP ; fourchette supérieure de microgrammes par kilogramme) (Lodovici et al. 1995). L’absorption quotidienne moyenne totale de HAP par un membre de la population humaine occidentale générale a été estimée comme étant de l’ordre de 5-17 μg (de Vos et al. 1990). D’autre part, les HAP en suspension dans l’air sont largement présents sous forme d’aérosols en raison de leur faible pression de vapeur et de leurs points de fusion élevés. Ils existent soit sous forme de particules plus ou moins pures, soit sont adsorbés sur des particules telles que la suie et la poussière. En particulier, les HAP de haut poids moléculaire comportant cinq cycles benzo et plus sont généralement liés à la surface des particules. Comme de grandes fractions de ces particules ont un diamètre inférieur à 5 μm, on s’attend effectivement à ce que cette matière pénètre dans les voies respiratoires inférieures en direction des alvéoles qui échangent des gaz (Albagli et al. 1974).
Quel que soit le type de source de HAP, l’homme est toujours exposé à des mélanges complexes d’hydrocarbures aromatiques présentant différents degrés d’activité biologique (cf. section 14.06.8). Des centaines de HAP non substitués et alkylés peuvent être détectés dans les particules en suspension dans l’air (Gil et al. 2000 ; Lee et al. 1976), parmi lesquels plus de deux douzaines de HAP aux pouvoirs cancérigènes variables sont couramment analysés. Comme il n’existe pas d’accord international général sur le panel de HAP individuels à analyser et à rapporter afin de caractériser des sources d’émission distinctes, les listes de HAP publiées par différentes organisations peuvent contenir des composés différents. Seize HAP différents tels que le pyrène, le BP, le benzanthracène (BA), le BF, l’indénopyrène (IP), le dibenzanthracène (DBA) et d’autres sont classés par l’Agence de Protection de l’Environnement des Etats-Unis (US EPA, Figure 1, cf. Section 14.06.10) (ATSDR 1990 ; Bayram et Müezzinoglu 1996). Les HAP de poids moléculaire inférieur tels que le naphtalène, le phénanthrène, l’anthracène et le fluoranthène sont également répertoriés en raison de leur présence dans les échantillons environnementaux. Parmi tous les hydrocarbures détectables dans l’environnement humain, l’exemple le plus étudié, le BP, a été traditionnellement utilisé comme indicateur des HAP cancérigènes. Les concentrations de fond des HAP en suspension dans l’air ont été estimées et sont connues pour atteindre des niveaux 100 ou même 1000 fois plus élevés dans les zones urbaines ou industrielles selon la saison (été/hiver) (ATSDR 1995). Les concentrations de BP dans les échantillons d’air ambiant ont diminué de façon spectaculaire au cours des 30 dernières années. Alors que les niveaux moyens annuels dans plusieurs villes européennes étaient supérieurs à 100 ng BP m-3 dans les années 1960 (OMS 1987), une étude allemande représentative des années 1990 a trouvé des valeurs inférieures à 1 ng m-3 dans des endroits non affectés par des sources d’émission (régions rurales) : 1,77-3,15 ng m-3 dans des zones proches du trafic et 2,88-4,12 ng m-3 dans des régions contaminées à la fois par le trafic et par des sources d’émission industrielles (OMS 2000). Bien que ces chiffres semblent assez faibles, on estime que la quantité totale de PA rejetée aux États-Unis pourrait atteindre 300 à 1300 tonnes métriques, et que la masse globale de tous les HAP réunis représente environ 11 000 tonnes métriques par an (ATSDR 1995). D’autre part, la fumée de tabac, qui a été liée à environ 90 % de tous les cas de cancer du poumon, à d’autres types de cancer liés au tabagisme et à environ 1,2 million de décès dans le monde chaque année (Hecht 2003), pourrait être l’une des sources les plus importantes de HAP dans l’air intérieur. Plus de 500 différents HAP non substitués et méthylés, dont beaucoup sont connus pour être de puissants cancérigènes, ont pu être identifiés dans le condensat de fumée de tabac (Rodgman et Perfetti 2006) et on a estimé qu’environ 10 ng de BP sont inhalés dans les poumons à partir de chaque cigarette (Swauger et al. 2002).