Applications et impacts potentiels des PFAS sur la santé humaine

Applications et impacts potentiels des PFAS sur la santé humaine

Molécule d'un composé perfluoré ou PFAS. Document adapté de U.Az.

Présentation

La chimie des substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS), autrefois appelées composés perfluorés dont celle du Téflon fut découverte accidentellement en 1938 par la firme DuPont de Nemours aux Etats-Unis. Dès sa fabrication, les chercheurs savaient déjà que cette matière aux propriétés physico-chimiques exceptionnelles pouvait contaminer l'environnement mais passa le problème sous silence. Ce n'est qu'en 2001, suite à un scandale sanitaire aux Etats-Unis que DuPont fut accusée d'avoir contaminé plus de 70000 personnes avec le PFOA (acide perfluorooctanoïque). Cette affaire fut relatée dans le film "Dark Waters" de Todd Haynes (2019).

Depuis les années 1950, de nombreux produits couramment utilisés par les consommateurs et l'industrie ont été fabriqués avec ou à partir de PFAS.

Depuis son procès, Dupont en connut d'autres dont un intenté par un fermier américain (l'affaire Tennant) dont les vaches sont mortes suite à une contamination chimique par des produits fabriqués ou utilisés par Dupont. Sous les pressions (ONG, instances politiques, médias et public), depuis quelques années Dupont cherche des alternatives aux PFAS.

A partir des années 2000, plusieurs études scientifiques ont également révélé les impacts des PFAS sur la santé humaine et sur l'environnement. Le CIRC (Centre International de Recherche sur le Cancer ou IRAC) qui dépend de l'OMS a notamment classé le PFOA, l'un des PFAS utilisé pour la production du Téflon, comme un cancérigène de groupe 2B, c’est-à-dire potentiellement cancérigène pour l'être humain. Aujourd'hui les produits contenant des PFAS se comptent par milliers et constituent une bombe sanitaire.

A partir de 2019, la Convention de Stockholm a restreint l'utilisation du PFOS (sulfonate de perfluorooctane) et interdit l'importation, l'exportation et la production du PFOA puis du PFHxS (acide perfluorohexane sulfonique) en 2023. Depuis, les choses s'accélèrent dans le monde et en Europe en particulier alors que l'opinion publique est de plus en plus consciente des risques associés aux PFAS. Les réglementations évoluent également rapidement pour suivre l'impact de ces composés et des campagnes de suivis sont organisées dans les sols, les eaux, les denrées alimentaires et sur les personnes potentiellement exposées.

Dans un article publié dans la revue "Pollutants" en 2024, une équipe américano-pakistanaise de chercheurs donne un aperçu général des PFAS, de leurs applications, des sources et impacts potentiels sur la santé humaine. Si cet article se fonde sur des données américaines, il discute également de la présence des PFAS en Europe et ailleurs dans le monde et se révèle à ce titre très intéressant et complet. En voici la traduction intégrale.

Introduction

Les substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS) sont un groupe de polluants émergents qui comprennent au moins un composant perfluorocarboné aliphatique. Les PFAS comprennent environ 5000 à 10000 composés, et la majorité d'entre eux sont très résistants à la décomposition dans l'environnement dans des circonstances naturelles, c'est pourquoi ils sont appelés "produits chimiques éternels" ou "polluants éternels".

La présence de liaisons carbone-fluor (CF) inertes et la polarité élevée rendent les PFAS persistants, hautement thermiques, chimiquement stables et récalcitrants. Ces propriétés rendent difficile la gestion de leur présence dans différents compartiments environnementaux, notamment l'air, l'eau et le sol. Cependant, leur répartition dans l'environnement dépend considérablement de leur situation géographique en fonction de leur méthode de production et de leurs caractéristiques chimiques inhérentes.

En revanche, la différence structurelle affecte leur mobilité dans l'environnement. Par exemple, les isomères ramifiés existent principalement dans les milieux aqueux, contrairement aux isomères linéaires, qui préfèrent les sédiments et le sol pour exister. Parmi les isomères ramifiés, les PFAS hydrophobes à longue chaîne se bioaccumulent généralement dans les tissus des poissons, et les PFAS hydrophiles à chaîne courte se dirigent vers les eaux de surface.

Les PFAS sont devenus un danger grave pour la santé publique et l'environnement en raison de leur prévalence omniprésente dans l'environnement et de leur toxicité potentielle. Ils ont été massivement produits et largement utilisés dans une grande variété de produits industriels, domestiques et de consommation, comme les agents ignifuges, imperméabilisants ou antitaches. Ils sont libérés dans l'environnement et ont été couramment trouvés dans le sérum sanguin humain dans des volumes allant jusqu'à des centaines de μg/L.

Selon un rapport des CDC (Centers for Disease Control and Prevention), les PFAS ont été détectés dans le sang de presque tous les Américains (98%). Les estimations ont montré que de nombreux PFAS existants ont des demi-vies chez l'homme de plusieurs années, ce qui indique qu'ils ont un potentiel de bioaccumulation et de bioamplification alarmant. Les PFAS émergents, tels que l'acide dimère d'oxyde d'hexafluoropropylène (HFPO-DA) et l'acide polyfluoroalkyléther sulfonique 6:2 (Cl-PFESA) (nom commercial "F-53B"), sont extrêmement persistants dans l'environnement et courants dans les eaux de surface à travers le monde. À ce jour, parmi les PFAS émergents, le F-53B est le plus biopersistant, avec une demi-vie encore plus longue (15.3 ans chez l'homme) que celle de l'acide perfluorooctane sulfonique (PFOS). De nombreux risques néfastes pour la santé, notamment une altération des fonctions immunitaires, des maladies auto-immunes chroniques, l'hépatotoxicité, le cancer, une diminution de la fertilité et des effets toxiques sur le développement, sont associés à l'exposition aux PFAS.

Une molécule de PFAS à longue chaîne de formule chimique C₈HF₁₄O₂.

En raison de la forte toxicité de certaines substances perfluorées, à savoir le PFOS et l'acide perfluorooctanoïque (PFOA), leur utilisation est interdite dans l'UE depuis 2006 et 2019 respectivement, sur la base de l'accord de la Convention de Stockholm. En conséquence, des PFAS alternatifs, notamment des chaînes courtes ou des fluorotélomères (partiellement fluorés), ont été utilisés.

Les PFAS à chaîne courte et longue peuvent être déterminées en fonction de la longueur de la chaîne carbonée fluorée (C_nF_2n+1 ). Le terme "PFAS à longue chaîne" fait référence à une longueur de chaîne carbonée de 8 atomes de carbone et plus pour les acides perfluorocarboxyliques (PFCA), y compris l'acide perfluorooctanoïque (PFOA), et à une longueur de chaîne carbonée de 6 atomes de carbone et plus pour les acides perfluoroalcane sulfoniques (PFSA), y compris le PFOS et PFHxS. En revanche, le terme "PFAS à chaîne courte" fait référence aux acides perfluorosulfoniques (PFSA) avec n < 6 et aux acides perfluorocarboxyliques (PFCA) avec n < 7. Les PFAS à chaîne plus courte comme les PFC (CF₄) sont moins toxiques que les chaînes plus longues ; cependant, ils sont plus mobiles et se déplacent rapidement en cas de pollution des sols.

La dégradation des composés à chaîne courte est difficile et nécessite des recherches scientifiques supplémentaires pour les éliminer de l'environnement. Plusieurs techniques d'élimination des PFAS ont été développées en réponse à l'accent croissant mis sur l'élimination de la contamination par les PFAS à des niveaux allant de parties par milliard (ppb) à parties par billion (ppt). Les techniques sont classées en techniques destructives ou non destructives. Les techniques destructrices comprennent l'incinération, l'oxydation électrochimique, l'oxydation/réduction avancée, la photolyse sonochimique et la biodégradation. Cependant, les techniques non destructives incluent le charbon actif, les résines échangeuses d'ions, les adsorbants polymères, le fractionnement de mousse in situ ou l'ozo-fractionnement, etc., qui éliminent momentanément les PFAS.

Le charbon actif granulaire (CAG) et les résines échangeuses d'ions (REI) sont les stratégies les plus largement utilisées parmi les techniques non destructives. Le CAG est considéré comme une approche économique et efficace pour les PFAS à longue chaîne en raison de leur nature hydrophobe. Cependant, leur capacité d'adsorption dépend de la taille des pores, de la surface interne et de la charge de surface. Contrairement au CAG, les résines échangeuses d'ions peuvent être utilisées pendant un certain nombre de cycles, même une fois que leur capacité d'adsorption est atteinte. Les groupes fonctionnels présents sur le milieu échangeur d'ions sont restaurés à leur état initial lors du processus de régénération, permettant ainsi la possibilité d'un cycle de sorption supplémentaire. Par conséquent, sans changer le matériau filtrant, l'échangeur d'ions peut être utilisé pendant plusieurs cycles d'adsorption. Après cette séparation, le PFAS concentré peut être davantage minéralisé pour une dégradation efficace.

Parmi les techniques destructrices, les procédés sonochimiques et d'oxydation avancée (AOP) sont des options valables. La sonication est le principal mécanisme de dégradation sonochimique des PFAS. À l'aide d'ondes sonores, les PFAS sont éliminés à l'interface eau/bulle. Les ondes sonores créent des bulles qui se dilatent jusqu'à atteindre le stade de compression quasi-adiabatique, après quoi elles s'effondrent. Cette procédure n'est pas rentable et n'a donc pas encore été étendue au niveau commercial. Cependant, la sonication, en tant que technique initiale à l'échelle pilote et en laboratoire, a été mentionnée par Vo et al. et Verma et al. dans des articles de synthèse.

Les AOP représentent un moyen de destruction supplémentaire qui peut être appliqué de deux manières. La photocatalyse hétérogène en est un exemple, dans lequel les PFAS sont décomposés en éliminant simultanément les groupes CF2 par des voies de photo-oxydation et de réduction. Ces groupes ont le potentiel de se minéraliser ultérieurement en ions fluorure et CO₂. Bien qu'il puisse décomposer rapidement les PFAS, l'AOP n'est toujours pas capable de décomposer efficacement les PFAS à chaîne courte. Cependant, les PFAS à chaîne courte peuvent être décomposés par défluoration. Presque toutes les procédures destructrices impliquent une défluoration, ce qui entraîne souvent la synthèse du sous-produit indésirable du PFAS à chaîne courte lors de la dégradation.

La séparation membranaire des PFAS est une technique non destructive et sans adsorption (la matière ne se fixe pas sur la surface d'un autre objet). Parmi les différentes membranes, la nanofiltration et l'osmose inverse sont supérieures en raison de leurs tailles de pores de respectivement 1 à 2 nm et < 1 nm. Ces membranes peuvent tolérer des débits élevés et ont une bonne capacité de rétention pour les PFAS à chaîne courte et longue. Cependant, les membranes de nanofiltration nécessitent moins de pression que les membranes à osmose inverse, ce qui signifie qu'elles utilisent moins d'énergie, ce qui en fait des approches rentables. En conclusion, des recherches plus approfondies sur l'élimination des PFAS par adsorption sur le CAG sont inutiles en raison de son incapacité à éliminer les PFAS à chaîne courte. Cependant, les REI et la nanofiltration constituent également des approches prometteuses pour éliminer les PFAS à chaîne courte.

Applications/utilisations des PFAS

Depuis le milieu du XX^e siècle, les PFAS ont été utilisés dans de nombreuses applications, notamment les revêtements textiles, les tensioactifs, les matériaux en contact avec les aliments, les pesticides et les mousses anti-incendie. On les trouve également dans les produits de soins capillaires, les désinfectants pour les mains et les démaquillants. Les vêtements hydrofuges, qui comprennent des alcools fluorotélomères (FTOH), des acides carboxyliques perfluorés (PFCA) et des acides perfluoroalkylsulfoniques (PFSA), sont une autre application importante du PFAS.

En raison de leur utilisation dans un certain nombre d'applications, les PFAS ont été détectés dans une large gamme de produits, tels que les matériaux en contact avec les aliments (FCM), les vêtements d'extérieur, les moquettes, les nettoyants pour moquettes, les cires pour sols et les tissus d'ameublement. Le tableau 1 résume les applications des PFAS, leurs objectifs d'utilisation et les produits de consommation dans lesquels ils sont détectés.


Quelques unes parmi les milliers d'applications des PFAS. Une invention géniale ou un mal nécessaire pour l'industrie devenu une bombe sanitaire. Documents R. Dhore et G. S. Murthy (2021) et FSAWWA.

Les verres de lunettes, les toilettes et les pare-brise des automobiles sont souvent embués dans des conditions humides ; cependant, le PFAS peut être utilisé efficacement comme revêtement anti-buée sur la surface du plastique, du verre, des métaux, etc., afin d'éviter la buée. Ce film anti-buée peut également être utile dans les activités agricoles, notamment sur les feuilles de verre et de plastique. Ils sont généralement appelés perfluoro (polyéther silanes) lorsque nous mélangeons des esters ou des alcools PFAS avec des silanes pour nettoyer la céramique de la salle de bain et les panneaux de douche.

Lorsqu'il est utilisé dans une composition orale, le PFAS Zonyl FSA est un composant antiplaque actif seul ou en combinaison avec des fluorures solubles dans l'eau. Par conséquent, il est déclaré que tous les produits oraux contenant des tensioactifs perfluoroalkylés peuvent être utilisés efficacement contre la gingivite et la plaque dentaire.

En tant que tensioactifs, les PFAS pourraient être utilisés pour augmenter le taux de récupération du pétrole et du gaz des puits. En raison de leur nature stable à des pressions et des températures élevées, les combinaisons liquides fluorées pourraient être utilisées dans les opérations de reconditionnement, le forage de puits et les processus de complétion associés.

Techniques analytiques des PFAS

La détermination des PFAS dans divers milieux environnementaux est essentielle, ce qui signifie que plusieurs techniques analytiques doivent être développées pour analyser les traces de PFAS avec différents niveaux de sélectivité et de sensibilité. Parmi les méthodes analytiques traditionnelles, LC-MS/MS est utilisée pour analyser quantitativement les PFAS avec de faibles limites de détection au niveau ppt. Dans les cas où la concentration ciblée de PFAS est considérablement inférieure et où les échantillons contiennent une variété de composés, des méthodes d'échantillonnage passif sont utilisées pour concentrer la large gamme de PFAS et développer des protocoles d'analyse standardisés.

Une amélioration essentielle de la sensibilité et de la sélectivité est obtenue grâce à l'échantillonnage passif. Le fait que la plupart des matrices environnementales contiennent des traces de PFAS et de leurs précurseurs rend leur analyse plus difficile. Lorsque les normes et la structure des précurseurs ne sont pas disponibles, l'analyse devient considérablement plus difficile. À cette fin, des analyses semi-quantitatives, c'est-à-dire la teneur totale en fluor organique et les précurseurs totaux oxydables, ont été développées qui prennent en compte les composés PFAS et les précurseurs de structure inconnue, permettant une analyse plus complète de la contamination par PFAS.

Dans le cas de la technique d'émission gamma induite par des protons, l'échantillon est bombardé par un faisceau de protons produits dans un accélérateur à basse énergie. En traversant l'échantillon, ces protons provoquent dans certains cas des collisions inélastiques avec un noyau et le laissent dans un état d'excitation. La désexcitation du noyau émet des rayons gamma qui peuvent être détectés. Les éléments, ainsi que leurs concentrations, peuvent être déterminés en fonction de l'énergie des rayons gamma émis et de leur intensité à une énergie particulière.

La chromatographie ionique de combustion est couramment utilisée pour la détermination du fluor total dans divers échantillons environnementaux et produits de consommation. Les échantillons sont d'abord brûlés dans une chambre de combustion après avoir traversé un module d'élimination des chlorures en ligne. Après cela, les analytes sont séparés en utilisant une séparation isocratique et un tampon carbonate de sodium/bicarbonate de sodium. Un détecteur de conductivité avec un système Metrohm IC est utilisé pour l'analyse. La teneur globale en fluorure d'un échantillon est déterminée en mesurant l'ion fluorure qui reste après la combustion.

La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire du fluor (RMN 19F) offre exceptionnellement des données structurelles et quantitatives pour les composés connus et inconnus dans un échantillon. Contrairement à la spectrométrie de masse, la RMN 19F montre une sensibilité réduite aux composants de la matrice et génère des spectres propres, faciles à lire et ne nécessitant pas de traitement important de l'échantillon pour éliminer les effets de matrice. D'autres avantages incluent la capacité de quantifier les PFAS sans avoir besoin de normes de référence, une reproductibilité élevée et une rentabilité.

Les méthodes analytiques avancées et émergentes comprennent les méthodes de détection par fluorescence et par luminescence. Les tests fluorimétriques sont basés sur des mesures du signal fluorescent de fluorophores courants en solution ou montés sur des substrats solides avant et après exposition aux PFAS. La combinaison de colorants fluorescents avec des polymères à empreinte moléculaire (MIP) est une stratégie intrigante. Habituellement, l'empreinte moléculaire est utilisée pour créer des matériaux polymères ayant une affinité élevée pour une certaine cible et des cages de récepteurs de reconnaissance moléculaire particulières. Les MIP ont la capacité particulière d'identifier les composés non électroactifs, y compris la famille de produits chimiques PFAS. Bien qu'il existe désormais plus d'options pour le développement d'analyses et de capteurs basés sur la fluorescence en raison de la capacité de ces récepteurs à se lier sélectivement au PFAS, la sensibilité de la méthode doit encore être considérablement augmentée afin de répondre aux exigences d'application pratique.

En plus des méthodes mentionnées ci-dessus, des techniques et des capteurs électrochimiques sont également utilisés pour la détection des PFAS, avec un potentiel de sensibilité accrue, en plus d'être peu coûteux, portables et capables d'être déployés sur site. Les matériaux redox sont couramment utilisés comme sondes de détection pour suivre les changements de résistance au transfert d'électrons lors de la liaison des PFAS, car les PFAS ne sont pas électrochimiquement actifs. Le développement de capteurs peu coûteux peut aider à l'identification et à la priorisation des échantillons pour l'analyse des PFAS. Pour quantifier la contamination par PFAS in situ, ces techniques portables et peu coûteuses qui peuvent être utilisées à distance pour évaluer les PFAS individuels ou totaux seraient extrêmement bénéfiques.

Sources et dispersion des PFAS dans les sections environnementales

L'être humain a fabriqué à ce jour plus de 4000 PFAS, parmi lesquels des centaines de PFAS ont été identifiées dans des échantillons environnementaux. Les principales sources de contamination par les PFAS, ainsi que leurs impacts environnementaux possibles, sont présentés dans le graphique ci-dessous à gauche.

Les principales sources de PFAS dans les compartiments environnementaux sont les sources ponctuelles et diffuses. Les sources ponctuelles sont fixes et discrètes, notamment les décharges, les lieux de formation de lutte contre les incendies, les unités de traitement des eaux usées, les industries manufacturières, etc., tandis que les sources diffuses de localisation/origine non identifiées font principalement référence à des sources diffuses, notamment les composés précurseurs de dégradation, les précipitations, ruissellement de surface, intrusion atmosphérique de PFAS volatils, etc.

Aux États-Unis, les mousses filmogènes aqueuses (AFFF) utilisées pour les opérations de lutte contre les incendies sont largement documentées comme étant une contamination des plans d'eau par les PFAS. Le principal consommateur d'AFFF est l'armée américaine ; les aéroports et les bases militaires font partie des sites spécifiques de ces contaminants. Lors de leur libération dans les compartiments environnementaux, les PFAS chimiquement stables peuvent être transportés sur de longues distances et se transformer d'un milieu environnemental à un autre par les processus de lixiviation, de précipitation, de séparation et de dépôt. Par conséquent, leur apparition universelle a été rapportée dans divers milieux environnementaux à travers le monde.

Après le transport, les PFAS traversent les compartiments environnementaux (par exemple, l'air, le sol et l'eau) et peuvent être bioaccumulés par la faune et la flore indigènes. Cette bioaccumulation de PFAS persistants pourrait sérieusement affecter plusieurs niveaux de la chaîne alimentaire. Les lixiviats de l'air et des décharges devraient être les sources les plus stables de PFAS, avec des concentrations moyennes de l'ordre de respectivement 10^1-2 pg/m³ et 10^0-2 ng/L. Les PFAS ont été trouvées dans le monde entier chez les animaux, les plantes et les environnements aquatiques. Par exemple, aux États-Unis, les PFAS sont fréquemment trouvés dans les poissons d'eau douce. La concentration médiane de PFAS dans les poissons testés par l'EPA américaine entre 2013 et 2015 était de 11800 ng/kg.


Document Z.Habib et al. (2024).

Exposition des humains aux PFAS

Les différentes voies

Les PFAS appartiennent généralement à la classe des composés chimiques hydrosolubles qui ont un large éventail d'applications. En fait, les PFAS contiennent à la fois des parties hydrophiles (groupe fonctionnel) et hydrophobes (chaîne carbonée fluorée). Cependant, la solubilité des PFAS dépend des fragments fonctionnels et de la longueur de la chaîne, qui déterminent également leur présence dans l'environnement.

Les PFAS à chaînes plus longues sont moins solubles dans l'eau et vice versa. Les PFAS à chaînes courtes(jusqu'à 8 atomes de carbone) se produisent généralement dans les eaux de surface, tandis que les PFAS à chaînes longues (plus de 8 atomes de carbone) ont tendance à s'accumuler dans les sédiments et les tissus des poissons. Ils peuvent avoir un large éventail d'impacts négatifs sur la santé en fonction des circonstances de l'exposition (telles que l'ampleur, la durée et la voie d'exposition). De plus, les caractéristiques des individus exposés, telles que leur âge, leur sexe, leur origine ethnique, leur santé et leur susceptibilité génétique, affectent également la gravité des conséquences négatives.

Les principales sources de rejet de PFAS dans l'air ambiant sont principalement caractérisées par la fabrication industrielle de polymères fluorés, de textiles, de peintures, d'emballages alimentaires, de construction de bâtiments, de dispositifs médicaux, d'encres d'imprimerie et de mousses anti-incendie. Cependant, les produits de consommation, notamment les cosmétiques, les matériaux de transformation et de stockage des aliments, ainsi que les produits de soins personnels et ménagers, contribuent à la libération supplémentaire de PFAS dans l'air. En fin de compte, l'incinération et le recyclage des produits contenant des PFAS ajoutent également des émissions dans l'air. Les autres compartiments environnementaux (eau et sol) sont contaminés par les PFAS via les usines de traitement des eaux usées municipales, qui stimulent indirectement la dispersion des PFAS dans le sol en épandant des boues sales, des biosolides et des effluents recyclés à des fins agricoles. L'application de ces contaminants dans les décharges peut également conduire à un lessivage dans le sol et, finalement, dans les eaux souterraines, même dans le cadre de réglementations strictes en matière de mise en décharge.

Le graphique présenté ci-dessus à droite illustre les différents milieux d'exposition aux PFAS pour les humains, ainsi que leurs effets toxiques. Les détails de l'exposition humaine aux PFAS sont présentés plus en détail dans cette section. En conclusion, compte tenu de ces faits, il est horrible que les PFAS se soient propagées dans tout l'environnement et soient devenues des polluants environnementaux omniprésents. Ils nuisent à la santé humaine en raison de la contamination via diverses voies d'exposition humaine, telles que les sources alimentaires, le lait, les légumes, les fruits, les céréales, l'air intérieur et les sources d'eau potable.

Cartes des sites européens (ci-dessus, ~23000 sites en mars 2024 voir aussi cette carte interactive) et américains (ci-dessous à gauche, 57412 sites en février 2022, voir aussi cette carte et cette carte interactive) contaminés ou probalement contaminés par les PFAS. A droite, carte des plus hautes concentrations de PFAS dans le monde. Pratiquement tous les lieux habités et produits consommés en contiennent et donc notre corps également, y compris celui des foetus avec un risque sanitaire avéré depuis le début de ce siècle. Documents Forever pollution/ Le Monde, PFAS Project Lab et D. M. O'Carroll et al. (2024).

Par l'eau potable

La principale manière dont les humains sont exposés aux PFAS est leur apport alimentaire, suivi de la consommation d'eau potable, comme l'illustre une étude approfondie menée à Tarragone, en Espagne, publiée en 2019. Les eaux souterraines, une source majeure d'eau potable dans de nombreuses régions, sont considérablement affectées par la contamination par les PFAS, qui affecte finalement les animaux et les humains lors de la consommation de cette eau polluée.

Une étude visant à identifier la source potentielle de contamination par PFAS dans les eaux de surface de Pennsylvanie révéla en 2023 que les installations de contrôle de la pollution de l'eau et la fabrication électronique étaient les sources potentielles les plus probables de PFAS.

Les influents et les effluents des usines de traitement des eaux usées industrielles sont considérés comme des sources potentielles d'acides perfluoroalkyles à chaîne courte et longue (PFAA). Après le traitement, une augmentation de la concentration de PFAA fut également rapportée en 2022.

Certains PFAS sont très solubles dans l'eau, ce qui entraîne leur accumulation dans les océans et les rivières, menaçant les poissons et les mammifères aquatiques. Ces PFAS polluent également les réservoirs d'eau souterraine, contaminant finalement l'eau potable et constituant une menace pour la santé humaine.

En décembre 2013, une concentration élevée de PFAS (> 10000 ng/L dans l'eau potable) fut soudainement découverte dans l'eau potable sortant de l'habitation d'un employé municipal de Ronneby, en Suède. Selon une étude publiée en 2021, la source de contamination était un aérodrome militaire utilisant des AFFF depuis le milieu des années 1980. Suite à ces constatations, on ferma d'urgence les usines de distribution d'eau polluées, avec un approvisionnement en eau alternatif provenant d'autres usines de distribution d'eau municipales. Cependant, près d'un tiers de la population de cette région fut exposé involontairement à une contamination par les PFAS pendant des décennies. Un niveau remarquable de PFAS avait été détecté lors de la biosurveillance des résidents de Ronneby, même 6 mois après l'exposition. En conclusion, la consommation de nourriture, ainsi que d'eau potable, est l'un des principaux canaux par lesquels les PFAS pénètrent chez l'homme.

Par le sol et la végétation

Les polluants PFAS pénètrent dans la matrice du sol, les eaux de surface et les eaux souterraines à partir de déchets industriels, de boues contaminées ou d'agents moussants qui entrent finalement dans la chaîne alimentaire par leur absorption par les plantes et la consommation d'eau potable. Les cours d'eau environnants sont également pollués par la plupart des PFAS présents dans les effluents industriels et les lixiviats de décharge, entraînant finalement de graves risques environnementaux.

Les principales causes de contamination des sols par les PFAS sont les surfaces contaminées ou les eaux souterraines utilisées pour l'irrigation des champs et l'utilisation de biosolides comme engrais en agriculture. Lorsque les plantes absorbent les PFAS, les composés à chaîne plus courte s'accumulent dans les feuilles et les fruits, tandis que les composés à chaîne plus longue s'accumulent dans les racines et sont donc incorporés dans les réseaux trophiques.

Une étude publiée en 2023 rapporta que le sol présent dans la production, ainsi que dans les sites de stockage, présentait un danger potentiel pour les travailleurs sur le terrain en raison de l'exposition au PFOS.

Pendant les activités professionnelles

L'exposition professionnelle est une préoccupation majeure en raison des effets négatifs des PFAS sur la santé. Les travailleurs de certaines professions, tels que les farteurs de ski professionnels, les pompiers et les ouvriers des usines de produits fluorés, présentent des concentrations sériques élevées de PFAS en fonction de leur profession.

En raison des caractéristiques uniques des PFAS qui augmentent la qualité et les performances des produits, les composés alkyles polyfluorés (PFAS) ont été continuellement utilisés dans les produits électroniques. Cependant, l'utilisation de PFAS dans les appareils électroniques augmente également le danger d'exposition aux PFAS (par inhalation, ingestion et absorption cutanée) pour ceux qui gèrent et recyclent les déchets électroniques. Ces étapes de recyclage et de récupération font également partie des voies d'exposition professionnelle aux PFAS. De plus, les sites de collecte des déchets électroniques, ainsi que de traitement et d'élimination, ont été identifiés comme sites potentiels d'exposition aux PFAS, car les échantillons prélevés à ces endroits étaient contaminés par les PFAS (cf. B.Tansel, 2022; Z.Cheng et al., 2023; R.S. Sharma et al., 2020).

Dans une autre étude publiée en 2022, les taux sériques de PFAS rapportés dans diverses professions ont été analysés et comparés aux taux sériques de PFAS publiés sur le grand public exposé à de l'eau potable contaminée par les PFAS, et les résultats ont indiqué des taux sériques de PFAS plus élevés chez les farteurs de ski professionnels et les pompiers.

Néanmoins, les études sur l'exposition des travailleurs aux PFAS se sont limitées au personnel des usines de produits fluorés impliqué dans la fabrication des PFAS. Des recherches supplémentaires sur les expositions professionnelles aux PFAS dans différentes professions et industries sont nécessaires pour les futures recommandations visant à protéger les travailleurs contre les effets néfastes sur la santé de l'exposition aux PFAS.

Via les produits de consommation, l'air intérieur et la poussière

Les PFAS présents dans les articles ménagers contribuent à l'exposition humaine lorsqu'ils migrent dans les aliments, l'air intérieur et la poussière. Les papiers, les tissus d'ameublement, les tapis, les vêtements d'extérieur, les articles de contact, les aliments, les matériaux de construction, les peintures, les nettoyants, les cirages, les agents d'imprégnation et les farts de ski en contiennent tous. Les PFAS peuvent potentiellement s'infiltrer dans les aliments provenant d'emballages alimentaires résistants à la graisse, augmentant ainsi l'exposition alimentaire. Par ailleurs, de nombreux précurseurs chimiques présents dans les biens de consommation, tels que les produits cosmétiques comprenant des poudres, des fonds de teint, des écrans solaires, etc., peuvent également être biotransformés en PFAS et finalement s'accumuler dans le corps humain.

Dans le cadre d'une recherche expérimentale, le PFOA a été mélangé à un écran solaire et appliqué sur la peau d'un volontaire ; cette approche expérimentale a démontré une absorption significative du PFAA via l'absorption transdermique chez l'homme. Une autre étude publiée en 2022 a également signalé une pénétration cutanée des PFAS. L'accumulation de PFAS à hydrophobicité modérée dans le corps peut être plus élevée en raison de leur perméation cutanée favorable et de leur excrétion urinaire défavorable.

Dans la catégorie de la pollution de l'air extérieur, les usines de fabrication et les installations de travail sont les principales sources d'émissions de PFAS dans l'air, entraînant une contamination importante des eaux souterraines et de surface à proximité (cf. T.E. Gilmore et al., 2020).

Selon des recherches informatiques sur l'excellence atmosphérique menées en 2021, les émissions de PFAS (5% de toutes les émissions) et de GenX (2.5% de toutes les émissions) peuvent facilement se répandre dans une rayon de 150 km autour des sites de production. Identifier l'importance comparative de ces plusieurs voies d'exposition est donc crucial pour comprendre les raisons des changements progressifs dans le sang et prévoir les risques d'exposition futurs.

Effets potentiels des PFAS sur la santé humaine

Les PFAS appartiennent à la classe des composés artificiels dangereux qui ont la capacité de se bioaccumuler chez l'homme, provoquant de graves problèmes de santé comme le syndrome métabolique (MetS), un précurseur des maladies cardiovasculaires, qui est la principale cause de mortalité dans le monde (cf. A.M. Hall et al., 2023). Le PFOS et le PFOA sont les PFAS les plus connus et les mieux étudiés, en raison de leur présence de longue durée dans les principaux compartiments environnementaux tels que l'air, la terre et l'eau (cf. J.L. Domingo et M.Nadal, 2019). Ces PFAS à longue chaîne (PFOA et/ou PFOS) ont également été associés à un faible poids à la naissance, à une mauvaise qualité du sperme, au cancer des reins et des testicules, à une maladie thyroïdienne, à une immunotoxicité et à une hypertension induite par la grossesse chez les enfants (cf. V.Barry et al., 2013; J.Olsen et al., 2007; U.N. Joensen et al., 2009; M.-J. Lopez et al., 2012). Certains des effets toxiques des PFAS sur la santé humaine sont brièvement décrits ci-dessous.

Immunotoxicité

L'exposition aux PFAS peut supprimer la réponse immunitaire humaine. Des études in vitro montrent que les substances perfluorées influencent les cellules immunitaires en modifiant l'expression des cytokines. L'activation des récepteurs activés par les proliférateurs de peroxysomes (PPAR) est le principal mécanisme d'action de la régulation induite par le cortex préfrontal (PFC) des fonctions cellulaires. Le PFOS et le PFOA se fixent tous deux au PPAR (récepteur alpha activé par les proliférateurs de peroxysomes). Ces facteurs de transcription sont abondants et régulent l'expression des gènes en modifiant les voies lipidiques ; augmenter la perméabilité de la membrane mitochondriale, la prolifération cellulaire et les processus inflammatoires ; et influencer le contrôle de la glycémie. L'activation des PPAR par les PFC a été un objectif important de la recherche mécaniste, en mettant l'accent sur la toxicité intercédante.

La détection de l'immunotoxicité est relativement plus facile, même à des niveaux d'exposition plus faibles que d'autres. Par exemple, en 2013 Grandjean et al. a étudié l'influence des concentrations de PFAS dans le sang sur la production d'anticorps sériques chez les enfants de 5 à 7 ans après les vaccins de routine contre le tétanos et la diphtérie. Une diminution de 50% des concentrations d'anticorps a été observée en doublant les concentrations de PFOS, de PFOA et de perfluorohexane sulfonate (PFHxS) à l'âge de 5 ans. Si cet effet est causal, les valeurs sanguines moyennes dans la plupart des pays disposant de données de biosurveillance dépassent de loin les 0.3 ng/mL pour PFOA et 1.3 ng/mL pour le PFOS - valeurs calculées sur la base de l'immunotoxicité chez les enfants.

Cancérogénicité des composés perfluoroalkylés

Le CIRC a classé le PFOA comme potentiellement cancérigène pour l'homme. Les membres de la communauté dont l'eau potable était contaminée par le PFOA couraient un plus grand risque de cancer. L'exposition humaine professionnelle et communautaire aux PFAS a été associée à de nombreuses tumeurs malignes, notamment les cancers du rein, des testicules, de la prostate et du foie. Plusieurs PFAS ont de nombreuses propriétés cancérigènes, telles que l'induction d'un stress oxydatif ou la modulation des effets médiés par les récepteurs.

Bien que les recherches suggèrent que les PFAS ne sont pas directement mutagènes, de nombreux autres mécanismes cancérigènes ont été proposés.

Les trois principales voies proposées pour l'action du PFAS sont le métabolisme, la perturbation endocrinienne et la perturbation épigénétique. Ils provoquent un large éventail de changements biologiques dans de nombreuses voies moléculaires liées à la cancérogénicité.

Parmi les différentes classes de PFAS, les PFAS à longue chaîne sont les plus puissantes en raison de la présence de liaisons C-F supplémentaires. Ceux contenant des dérivés de l'acide sulfonique tels que le sulfonamide et le sulfonate PFAS ont également été signalés comme des composés plus toxiques en termes de cancérogénicité. Les investigations ont révélé la présence de perfluorohexanoate (PFHxA ; un autre type de PFAS) dans 100% des échantillons de sang total, alors qu'il n'a été trouvé dans aucune des autres matrices sanguines. Cela implique que le sang total est la seule matrice sanguine adéquate pour l'évaluation du PFHxA et que l'exposition au PFHxA peut être ignorée lors de l'examen du sérum ou du plasma seul.

Ces résultats concordent avec ceux de nombreuses études récentes dans lesquelles le PFHxA n'a pas été détecté ou a été détecté dans très peu d'échantillons lors du dépistage du sérum/plasma.

Perturbateurs endocriniens et troubles rénaux

L'acide perfluorooctanoïque (PFOA) fait partie des composés PFAS et a été associé à des perturbations endocriniennes chez les humains et d'autres animaux. L'APFO peut affecter divers organes endocriniens, notamment les ovaires, les seins, les testicules, le cerveau, le pancréas, le tissu adipeux, l'utérus et la thyroïde. On pense que les hormones thyroïdiennes et divers mécanismes biologiques impliqués dans l'homéostasie thyroïdienne, tels que la génération d'hormones thyroïdiennes, ainsi que leur transport, leur métabolisme et leur interaction avec les récepteurs thyroïdiens (présents dans les tissus cibles), sont affectés par les PFAS (cf. M.Boas et al., 2006). Selon l'un des mécanismes proposés d'action des PFAS, ils réduisent les niveaux de T4 circulants en se liant de manière compétitive aux protéines de transport des hormones thyroïdiennes.

Une enquête toxicologique publiée en 2018 a révélé des liens entre le contact avec les PFAS et la diminution de la fonction rénale et le cancer du rein. En outre, des études pharmacocinétiques ont révélé l'importance des voies d'élimination rénale, et on a constaté que l'exposition aux PFAS affectait ces voies, provoquant diverses maladies rénales.

Le contact avec les PFAS peut également fausser plusieurs autres voies, telles que le récepteur activé par les proliférateurs de peroxysomes, le facteur nucléaire érythroïde 2 (Nrf2), la transition mésenchymateuse épithéliale, le stress oxydatif et l'amélioration de la perméabilité endothéliale grâce à la modélisation du filament d'actine. Le lien entre les hormones thyroïdiennes et le débit de filtration glomérulaire (DFG) peut jouer un rôle dans la relation avec les PFAS sériques. L'hypothyroïdie entraîne une diminution du DFG, tandis que l'hyperthyroïdie entraîne une augmentation du DFG.

Pour comprendre le mécanisme de liaison entre le PFAS et les protéines de transport, diverses techniques expérimentales et études informatiques ont été utilisées pour calculer les constantes de liaison de différents PFAS. Des études d'amarrage moléculaire ont révélé l'implication des interactions hydrophobes et de liaison hydrogène des PFAS avec les protéines. Les PFAS acides ont une longue chaîne hydrophobe fluorée et un groupe fonctionnel acide terminal qui ressemble structurellement aux acides gras. En raison de cette ressemblance structurelle, le PFAS peut se lier de manière compétitive à diverses protéines de transport en suivant le même mécanisme de liaison que les acides gras (cf. F.Wu et al., 2023). Ils peuvent se lier directement à la poche de liaison des protéines grâce à l'interaction de Van der Waals des chaînes hydrophobes et à la formation de liaisons ioniques/hydrogène avec des groupes acides terminaux chargés négativement. Ils peuvent également se lier à des sites allostériques, induisant des changements structurels dans les protéines. Cela peut potentiellement affecter le fonctionnement/la régulation normale de différentes protéines. Par exemple, en 2017 Liu et al. ont décrit diverses expériences d'amarrage spectroscopiques et moléculaires pour mieux comprendre le mécanisme d'interaction de différents PFAS avec l'albumine sérique humaine (HSA). L'étude a révélé que les PFAS se sont liés au résidu arginine (Arg-410) du site actif dans la HSA et ont affecté l'activité estérase ; cependant, aucun changement dans le squelette et la structure secondaire de la HSA n'a été observé.

Exposition aux PFAS et croissance fœtale

Les PFAS sont des contaminants bioaccumulables, et on soupçonne que l'exposition prénatale aux PFAS affecte le développement des fœtus humains et que ces effets peuvent également avoir des impacts négatifs prolongés plus tard dans la vie.

Dans une étude publiée en 2017, des chercheurs ont mesuré les quantités de cinq molécules PFAS (PFDA, PFNA, PFOA, PFOS et PFUnDA) dans les fœtus humains, le plasma maternel et les placentas. La quantité de PFAS pouvant être transférée de la mère au fœtus a également été étudiée et les chercheurs ont constaté que la concentration de PFOS est plus élevée dans le plasma maternel que dans le placenta et les organes fœtaux. Cela indique que tous les PFAS ont tendance à se transmettre de la mère au fœtus, démontrant le risque d'exposition prénatale à ces produits chimiques, même s'il ne présente pas le même degré de danger.

Dans la plupart des études, des concentrations plus élevées de PFOS et de PFOA étaient associées à un poids moyen à la naissance plus faible. L'exposition prénatale aux PFAS peut également jouer un rôle plus important dans la variabilité de la croissance pendant la petite enfance et la petite enfance (cf. Y.Tian et al., 2022; I.Kashino et al., 2020).

Le degré de dangerosité de ces produits chimiques varie, car ces molécules se déplacent de la mère au fœtus avec une efficacité variable (cf. M.J. Spratlen et al., 2019; J.Angerer et al., 2007; K.Winkens et al., 2017). Une autre étude, cependant, réalisée en Chine en 2020, n'a découvert aucun lien significatif.

Perspectives d'avenir

Les PFAS sont libérés à partir d'une gamme de sources et de voies ; par conséquent, la distribution des sources doit être étudiée pour évaluer la contribution comparative des diverses formes de PFAS dans l'environnement. De plus, l'identification des sources et l'analyse de l'impact et de la gravité de sources spécifiques sont essentielles afin de construire et de prioriser les mesures d'atténuation appropriées pour l'éradication ou la réduction des PFAS. De nouvelles recherches sur les PFAS sont nécessaires pour mieux comprendre leur comportement et les dangers possibles pour la santé humaine et l'environnement. Le mécanisme de dégradation des nouveaux PFAS n'est pas encore confirmé ; par conséquent, afin de quantifier l'exposition de la population à ces produits chimiques, il sera nécessaire d'acquérir de nouvelles méthodologies ou d'adapter les techniques existantes.

Les recherches futures doivent prendre en compte les facteurs liés au mode de vie (tels que la nutrition et l'exercice physique) et mesurer l'influence des mélanges de PFAS sur les symptômes du cancer métastatique et les maladies cliniques. Enfin, les médecins doivent utiliser les conseils cliniques nouvellement créés pour dépister les patients pour une exposition aux PFAS, mesurer leurs niveaux, fournir des soins cliniques supplémentaires et conseiller les patients en conséquence. Des recherches préliminaires suggèrent que l'exposition émergente aux PFAS a de graves conséquences sur la santé. Les enseignements tirés des anciens PFAS montrent que des preuves insuffisantes ne devraient pas être utilisées pour justifier le report des procédures de réduction des risques liées au remplacement des PFAS.

Pour plus d'informations

En français

Podcasts sur les PFAS, France Culture

Rapport sur les PFAS, Assemblée Nationale, 2024

Substances perfluoroalkylées (PFAS), Europa/ECHA

Règlement REACH 1907/2006, Europa

Convention de Stockholm

Les substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS), Sécurite alimentaire Luxembourg

Polluants éternels : où sont les territoires les plus touchés en France ?, FR3, 2024

Les PFAS dans les eaux de distribution en Wallonie - Etat des lieux, SPW, 2024

« Polluants éternels » : explorez la carte d'Europe de la contamination par les PFAS, Le Monde, 2023 et Forever Pollution Project, 2023

Les PFAS, ces substances nocives omniprésentes dans nos emballages alimentaires, National Geographic.fr, 2019