HYDROCARBURES AROMATIQUES POLYCYCLIQUES (HAP) L ensemble des informations données ci-dessous constitue un résumé des fiches toxicologiques éditées par l INERIS, des données de l OMS ainsi que du guide 1 édité par l INERIS sur les HAPs mis à jour le 03 janvier 2006. CARACTERISTIQUES Généralités Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAPs) forment un groupe très nombreux de composés. L US-EPA retient 16 substances qui présentent des risques pour la santé humaine et l environnement. Les résultats analytiques en notre possession concernent essentiellement cette liste c est à dire les principaux HAP qui sont : naphtalène, acénaphtène, acénaphtylène, anthracène, phénanthrène, fluorène, fluoranthène, pyrène, benzo[a]anthracène, chrysène, benzo[b]fluoranthène, benzo[k]fluoranthène, benzo[a]pyrène, indéno[1,2,3-c,d]pyrène, dibenzo[a,h]anthracène, benzo[g,h,i]perylène Caractéristiques physico-chimiques À l exception de certains composés plus légers qui se volatilisent à partir de l eau ou du sol, les HAPs sont relativement non volatils et peu solubles dans l eau. Dans l atmosphère, on les trouve principalement adsorbés sur des matières particulaires qui peuvent être éliminées par dépôt sec ou humide dans l eau ou le sol. Les HAPs rejetés dans le sol sont adsorbés sur les matières particulaires et sont soit lentement dégradés par l activité microbienne, soit transportés par l écoulement superficiel avec les matières sur lesquelles ils sont adsorbés. Dans les réseaux aquatiques, les HAPs sont généralement adsorbés sur des matières en suspension ou sur des sédiments, où ils persistent. Les caractéristiques physico-chimiques des principaux HAPs sont résumées dans le tableau cidessous : Substances Masse moléculaire Solubilité dans l eau à 25 C (mg/l) Point de fusion ( C) Tension de vapeur à 25 C (mpa) Naphtalène 128,6 31,7 80,5 11960 Acénaphtène 154,21 3,42 95 594 Acénaphtylène 152,2 3,93-3810 Anthracène 178,24 0,045 216 25 Phénanthrène 178,24 1,29 101 90,7 Fluorène 166 1,98 116,5 94,7 Fluoranthène 202,26 0,26 111 1328 Pyrène 202,26 0,135 156 91,3.10-6 Benzo[a]anthracène 228 0,0057 162 14,7.10-3 Chrysène 228,29 0,002-0.78 Benzo[b]fluoranthène 252,32 0,014 168 0,13.10-5 Benzo[k]fluoranthène 252,32 0,0043 217 2,8.10-9 1 INERIS-DRC-03-47026-ETSC-BDo-N 03DR177.doc Version 1-3 Page 1
Substances Masse moléculaire Solubilité dans l eau à 25 C (mg/l) Point de fusion ( C) Version 1 nov.2008 Tension de vapeur à 25 C (mpa) Benzo[a]pyrène 252,32 0,0038 179 0,37.10-6 Indéno[1,2,3-c,d]pyrène 276 0,00053 164 1,3.10-5 Dibenzo[a,h]anthracène 278,35 0,0005-2,76.10-6 Benzo[g,h,i]perylène 276,34 0,00026-1,32.10-5 IDENTIFICATION DES DANGERS Cycle des HAPs dans l organisme Pénétration dans l organisme Les HAPs sont absorbés au niveau des poumons, des voies digestives et par voie percutanée. La vitesse de résorption au niveau pulmonaire dépend de la nature de l hydrocarbure, de la granulométrie des particules sur lesquelles il est adsorbé et de la composition du substrat adsorbant. Distribution Quelle que soit la voie d administration, les HAPs se répartissent dans tout l organisme et on en retrouve dans pratiquement tous les organes internes, mais plus particulièrement dans ceux riches en lipides. Après injection intraveineuse à des rongeurs, les HAPs sont rapidement éliminés du courant sanguin, mais ils sont capables de traverser la barrière foeto-placentaire et on en a décelé la présence dans les tissus fœtaux. Transformation métabolique En règle générale, la transformation métabolique d un hydrocarbure aromatique polycyclique entraîne des mécanismes de détoxication, mais certains d entre eux subissent une activation en composés susceptibles de se lier à l ADN et d amorcer ainsi un processus de cancérisation. Elimination Les métabolites et leurs conjugués sont éliminés par les urines. Les données disponibles indiquent que les HAPs ne s accumulent pas dans l organisme et se renouvellent rapidement. Il faut toutefois exclure de cette conclusion les HAPs qui forment des liaisons covalentes avec certains constituants tissulaires, notamment les acides nucléiques, et que les processus de réparation ne permettent pas d éliminer. Intoxication aiguë chez l homme La toxicité aiguë des HAPs est faible à modérée. Chez l homme, les manifestations cliniques concernent essentiellement le naphtalène. L ingestion est suivie de troubles digestifs (nausées, vomissements, douleurs abdominales et diarrhée). Une intoxication plus importante conduit à des troubles de conscience, puis à un coma convulsif. L inhalation de concentrations importantes provoque céphalées, malaise général, agitation et confusion. Des sueurs abondantes sont habituelles, accompagnées de troubles digestifs. La dose létale est de 5000 à 15000 mg pour un adulte. Après contact cutané ou ingestion, l intoxication aiguë se caractérise aussi par une anémie hémolytique aiguë. Le produit est modérément irritant pour l œil et la peau. Des études à court terme ont révélé des anomalies hématologiques, dues à une myélotoxicité dans le cas du benzo(a)pyrène, souvent utilisé comme hydrocarbure de référence pour la méthode des Facteurs Equivalents Toxiques ou FET. Page 2
Intoxication chronique chez l homme Effets systémiques Les HAPs faiblement ou non cancérogènes sont généralement inactifs sur la peau (perylène, benzo[a]pyrène, phénanthrène, pyrène, anthracène, acénaphtène, fluorène, fluoranthène), tandis que les hydrocarbures cancérogènes provoquent une hyperkératose (benzo[a]anthracène, dibenzo[a,h]anthracène, benzo[a]pyrène). Les vapeurs d anthracène et de naphtalène sont légèrement irritantes pour l œil. Des verrues ont été décrites lors d applications de benzo[a]pyrène chez l homme. Aucune étude n a été effectuée chez l homme pour rechercher un effet éventuel des HAPs sur la reproduction. Effets cancérogènes Aucune donnée épidémiologique ne permet d incriminer un type de HAPs particulier dans le développement des cancers. Par contre, on retrouve des HAPs en proportion variable dans les substances suivantes : goudrons, créosote, brai de houille, asphalte, bitume, huiles minérales Le CIRC (centre international de recherche contre le cancer) a d ailleurs classé un certain nombre de ces procédés industriels ou substances comme cancérogènes. On a en effet démontré un excès de cancer dans les populations exposées aux fumées de goudrons, aux gaz et fumées à coke, de ramoneurs qui présentent des cancers cutanés, pulmonaires et de la vessie. Chez l animal, le benz[a]anthracène, le benzo[a]pyrène, le benzo[b]fluoranthène, le chrysène, le dibenzo[a,h]anthracène sont des cancérogènes bien connus. On doit donc considérer comme dangereuses pour l homme en terme de cancérogénicité les substances suivantes : - Benzo[a]pyrène - Benzo[a]anthracène - Chrysène - Benzo[b]fluoranthène - Benzo[k]fluoranthène - Indéno[1,2,3-c,d]pyrène - Dibenzo[a,h]anthracène EFFETS A SEUIL Ils correspondent à des effets toxiques dont la gravité est proportionnelle à la dose (hors effets génotoxiques, mutagènes ou cancérogènes). Il s agit d une approche retenant un seuil limite en dessous duquel le danger n existe pas, les effets ne survenant que lorsque les capacités de détoxication de l organisme sont atteintes. Des VTR pour des effets systémiques, non cancérigènes, ont été établies pour 8 HAPs. Ces valeurs concernent l acénaphtène, l anthracène, le benzo[g,h,i]perylène, le fluoranthène, le fluorène, le naphtalène, le phénanthrène et le pyrène. Etant donné que pour ces 8 HAPs, l'atsdr a établi des VTR pour des expositions subchroniques et l'us EPA des VTR pour des expositions chroniques, il est préférable de choisir, la Valeur Toxicologique de Référence en fonction de la durée de l exposition. Les TDI proposés par le RIVM ont été élaborés pour un ensemble de HAPs (fractions de HAPs non cancérigènes présents dans le pétrole et comportant entre 10 et 16 carbones ou entre 17 et 35 carbones) et non pour un HAP spécifique. Nous ne les retiendrons donc pas sauf si aucun autre organisme n a déterminé de VTR pour la substance considérée. Page 3
Nous préférons donc pour cette étude retenir les VTR de l US-EPA puisqu elles concernent des expositions chroniques. A titre indicatif figurent également dans ce tableau les valeurs toxicologiques pour les effets à seuils déterminées par les autres organismes comme le RIVM ou l OEHHA. Substances Valeurs de référence Source et année de la dernière révision Valeur retenue Acénaphtène Anthracène RfD = 0,06 (chronique) MRL = 0,6 (subchronique) RfD = 0,3 (chronique) MRL = 10 (subchronique) USEPA,1994 ATSDR,1995 RfD = 0,06 USEPA, 1993 RIVM, 2001 RfD = 0,3 Benzo[g,h,i]pérylè ne Fluoranthène Fluorène Naphtalène Pyrène TDI = 0,03 mg /kg/ p.c/j (chronique) RfD := 4.10-2 (chronique) MRL = 0,4 (subchronique) RfD = 0,04 (chronique) MRL = 0,4 (subchronique) Non diponibles RfD = 0,02 (chronique) MRL = 0,02 (subchronique) RfC = 3.10-3 mg/m 3 MRL = 0,01 mg/m 3 (subchronique) REL = 9.10-3 mg/m 3 Page 4 TDI = 0,03 USEPA, 1993 RfD = 4.10-2 USEPA, 1990 USEPA, 1998 USEPA, 1998 OEHHA, 2003 RfD = 0,03 USEPA, 1993 RfD = 0,04 RfD = 0,02 RfC = 3.10-3 mg/m 3 RfD = 0,03
Substances Valeurs de référence Source et année de la dernière révision Valeur retenue Phénanthrène TDI = 0,04 Les 8 HAPs dénommés ci-dessus sont, à l exception du naphtalène, des molécules très lourdes et très peu volatiles. Ceci explique la raison pour laquelle aucune VTR pour une exposition par inhalation n a été déterminée. EFFETS SANS SEUIL Utilisation des facteurs d équivalence toxique (FET) Le concept de facteur d équivalence toxique (FET) a été développé en 1977. Il permet d'établir une valeur toxicologique pour des effets cancérigènes induits par un mélange de composés chimiquement proches et ayant le même mécanisme d action. C est notamment le cas des HAPs. La première étape dans l'approche par FET consiste à estimer le potentiel toxique d'un HAP qui servira de référence pour établir le potentiel toxique des autres HAPs. Un facteur d'équivalence toxique (FET) de 1 est arbitrairement donné à la substance de référence. Dans la plupart des cas, le benzo[a]pyrène est choisi comme substance de référence car c est le HAP le plus étudié et en conséquence le mieux connu. De plus, il est souvent présent dans les mélanges de HAPs. La deuxième étape consiste à évaluer le potentiel toxique relatif au benzo[a]pyrène pour chaque HAP présent dans le mélange. Un facteur d'équivalence toxique par rapport au benzo[a]pyrène pourra alors être estimé pour chaque HAP du mélange. Cette étape est basée sur l'hypothèse selon laquelle le potentiel toxique relatif entre deux HAPs estimé chez l animal est identique ou similaire chez l'homme. La dernière étape consiste à estimer la concentration équivalente du mélange de HAPs par rapport au pourvoir toxique du benzo[a]pyrène. La concentration de chaque HAP présent dans le milieu d exposition est multipliée par son FET. Les valeurs ainsi obtenues sont additionnées entre elles afin d obtenir la concentration équivalente. Cette concentration est alors utilisée pour calculer la dose journalière d exposition. Pour obtenir l ERI du mélange, on multiplie enfin la DJE obtenue par l ERU du benzo[a]pyrène de la voie d exposition correspondante. Cette dernière étape possède une variante. On peut en effet calculer une VTR pour chaque HAP à partir de celle établie pour le benzo[a]pyrène. Il suffit pour cela de multiplier la VTR du benzo[a]pyrène par le FET du HAP considéré. Il n est alors plus nécessaire de calculer la concentration équivalente en benzo[a]pyrène du mélange de HAPs. On considère chaque HAP séparément comme les autres substances en calculant la DJE puis l ERU associé à ce composé. En ce qui concerne le choix parmi les différentes tables de FET actuellement disponibles, l INERIS propose d utiliser celle établie par Nisbet et LaGoy en 1992 en attribuant au dibenzo[a,h]anthracène Page 5
un FET de 1 au lieu de 5. La faiblesse des arguments retenus par l'us EPA et par l'iarc / CIRC pour le classement du naphtalène (classe C par l'us EPA en 1998 et groupe 2B par l'iarc / CIRC) conduit à maintenir pour le naphtalène la proposition de Nisbet et LaGoy, c'est à dire un FET de 0,001. La proposition de l INERIS est présentée dans le tableau ci-après. Cette proposition est valable aussi bien pour une exposition par voie orale que par inhalation. Substances Proposition de Nisbet et LaGoy, 1992 Proposition de l Ineris Naphtalène 0,001 0,001 Acénaphthylène 0,001 0,001 Acénaphtène 0,001 0,001 Fluorène 0,001 0,001 Phénanthrène 0,001 0,001 Anthracène 0,01 0,01 Fluoranthène 0,001 0,001 Pyrène 0,001 0,001 Benzo[a]anthracène 0,1 0,1 Chrysène 0,01 0,01 Benzo[b]fluoranthène 0,1 0,1 Benzo[k]fluoranthène 0,1 0,1 Benzo[a]pyrène 1 1 Indéno[1,2,3- c,d]pyrène 0,1 0,1 Dibenzo[a,h]anthracène 5 1 Benzo[g,h,i]perylène 0,01 0,01 Choix de l ERU du benzo[a]pyrène pour une exposition par voie orale à un mélange d HAPs Pour une exposition par voie orale à un mélange de HAPs, l INERIS propose d utiliser l approche substance par substance (FET), car malgré les inconvénients que présente cette approche, elle est standardisée et permet d évaluer le risque induit par tous les types de mélanges. Concernant le choix de la valeur d excès de risque unitaire par voie orale pour le benzo[a]pyrène, l INERIS appuie l avis de l AFSSA (2003) et propose de retenir l'eruo établi par le RIVM, soit une dose virtuellement sûre de 5 ng/kg p.c/j pour un excès de risque de cancer de 1.10-6, ce qui correspond à un ERUo de 0,2 () -1. L étude critique choisie par le RIVM est de bonne qualité et le modèle mathématique utilisé est bien adapté. Choix de l ERU du benzo[a]pyrène pour une exposition par inhalation à un mélange d HAPs Pour une exposition par inhalation à un mélange de HAPs, l INERIS conseille de prendre en compte le seul Excès de Risque Unitaire (ERUi) spécifique du benzo[a]pyrène, soit l ERUi de 1,1.10-3 (µg/m 3 ) - 1 proposé par l OEHHA et de lui appliquer les FET. Page 6
Ensemble des VTR retenues Inhalation Orale Substances FET (µg/m 3 ) -1 () -1 Naphtalène 0,001 1,1.10-6 0,2.10-3 Acénaphthylène 0,001 1,1.10-6 0,2.10-3 Acénaphtène 0,001 1,1.10-6 0,2.10-3 Fluorène 0,001 1,1.10-6 0,2.10-3 Phénanthrène 0,001 1,1.10-6 0,2.10-3 Anthracène 0,01 1,1.10-5 0,2.10-2 Fluoranthène 0,001 1,1.10-6 0,2.10-3 Pyrène 0,001 1,1.10-6 0,2.10-3 Benzo[a]anthracène 0,1 1,1.10-4 0,2.10-1 Chrysène 0,01 1,1.10-5 0,2.10-2 Benzo[b]fluoranthène 0,1 1,1.10-4 0,2.10-1 Benzo[k]fluoranthène 0,1 1,1.10-4 0,2.10-1 Benzo[a]pyrène 1 1,1.10-3 0,2 Indéno[1,2,3- c,d]pyrène 0,1 1,1.10-4 0,2.10-1 Dibenzo[a,h]anthracè ne 1 1,1.10-3 0,2 Benzo[g,h,i]perylène 0,01 1,1.10-5 0,2.10-2 Cette méthode ne sera pas appliquée pour le naphtalène pour lequel une valeur pour une exposition par inhalation et par voie orale a été développée par l OEHHA en 2005 pour les effets cancérigènes. Ces valeurs sont les suivantes : Composé naphtalène Voie d expositio n Valeur de référence choisie Organisme de référence Date de révision de la valeur inhalation 3,4.10-5 (µg/m 3 ) -1 OEHHA 2005 orale 1,2.10-1 () -1 OEHHA 2005 La valeur pour une exposition par inhalation a été établie à partir des données du NTP (1992 et 2000) principalement à partir des données obtenues chez les souris femelles (NTP, 1992) et chez les rats mâles et femelles (NTP, 2000). L étude du NTP (1992) a montrée entre autre, une augmentation de l incidence des adénomes et des carcinomes bronchio-alvéolaires chez les souris B6C3F1 femelles. L étude du NTP (2000) a mis en évidence une augmentation de l incidence des neuroblastomes de l épithélium nasal olfactif chez les rats F344 mâles et femelles ainsi qu une augmentation de l incidence des adénomes de l épithélium respiratoire chez les rats mâles. Page 7