HAP

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des constituants naturels du charbon et du pétrole, ou qui proviennent de la combustion incomplète de matières organiques telles que les carburants, le bois, le tabac. Ils sont présents dans l’air, l’eau ou l’alimentation.  

Détermination de la teneur en HAP des matériaux bitumineux

Lorsqu’un chantier produit plus de 30 m³ (ce volume est à considérer foisonné; il correspond environ à 20 m³ en place ou à 50 tonnes) de matériaux bitumineux, il est obligatoire de déterminer leur teneur en HAP avec des analyses en laboratoire (voir la “Directive pour la valorisation des déchets de chantier minéraux”).

Une autre méthode, qui est relativement précise sans pour autant être une vraie méthode quantitative, est celle dite du « nez électronique » (E-nose), dont le principal avantage est de réduire le nombre d’analyses en laboratoire.

Selon l’article 31 alinéa 5 du règlement d’application de la loi sur la gestion des déchets (L 1 20.01), le maître de l’ouvrage ou son mandataire a l’obligation d’effectuer toutes les expertises et analyses nécessaires pour connaître l’exacte composition des déchets du chantier et leur teneur en polluants afin de déterminer la filière d’élimination ou de valorisation adéquate. Ainsi, dans le cas concret des revêtements bitumineux il incombe au maître de l’ouvrage de s’assurer que les mesures de teneurs en HAP soient faites avant le début des travaux, les résultats de ces mesures étant un élément essentiel à prendre en compte dans les divers scénarios possibles d’élimination ou de valorisation.

Il existe aussi la méthode dite du “PAK-Marker”, du nom du premier produit présent sur le marché suisse, qui est facile d’emploi et peu onéreuse mais cette méthode est considérée suffisante exclusivement pour les chantiers produisant moins de 30 m3 (volume foisonné) de matériaux bitumineux.

Cette méthode consiste en une pulvérisation d’une laque blanche sur la tranche (sèche et fraichement coupé) à tester. La laque blanche devient jaune dès que la teneur du liant en HAP dépasse environ 13’000 mg/kg à la lumière visible ou 8’000 mg/kg à la lumière ultraviolette. L’interprétation peut donc être améliorée par une lecture en lumière UV, réalisée dans un local noir. Les points et les surfaces photoluminescentes indiquent alors la présence de HAP. L’usage est efficace quelle que soit la surface disponible, et nécessite seulement quelques secondes d’attente. La pulvérisation doit être faite dans un endroit très aéré et il est conseillé de porter un masque. En cas de changement de couleur, il est indispensable de faire effectuer des analyses de laboratoire plus précises pour pouvoir déterminer avec certitude la filière d’élimination correcte.

Produits contenant des HAP

On trouve beaucoup de HAP dans les goudrons issus de la houille et les produits qu’ils traitent (asphalte, plaques bitumées, colorants organiques…). Les HAP d’origine fossile rentrent également dans la composition des huiles de dilution, qui sont mélangées aux caoutchoucs utilisés dans la fabrication des pneus, par exemple.

Ci-dessous sont présentées les concentrations en benzo[a]pyrène de divers produits, en milligramme par kilogramme (mg/kg) (ordre de grandeur) (Ouvrage collectif INRS, 2009) :

  • Brai de houille : 10 000 mg/kg
  • Goudron de houille : 7 500 mg/kg
  • Huille de houille : 300 mg/kg
  • Créosote : 100 mg/kg
  • Huile de vidange usée : 5 mg/kg
  • Goudron de bois : 4 mg/kg
  • Bitume de pétrole : 1 mg/kg
  • Fuel domestique : 0,5 mg/kg
  • Graisse : 0,5 mg/kg

La peau peut absorber des HAP lorsqu’elle se trouve en contact direct avec des produits contenant des poussières de HAP, ou au contact de matériaux en contenant tels que le bois crésoté, des chaussures en caoutchouc ou des outils ayant un manche gainé (OFSP, 2008).

Dans la mesure du possible, les matériaux de démolition des routes à faible teneur en HAP (en dessous de 5000 mg/kg HAP dans le liant, selon les exigences de la directive de l’OFEFP pour la valorisation des déchets de chantier minéraux) doivent être valorisés. S’il y a alors encore un besoin avéré en granulat bitumineux, la présente recommandation permet également d’utiliser des matériaux goudronneux.

Matériaux dont le liant a une teneur en HAP inférieure ou égale à 5000 mg/kg

Ces matériaux restent soumis aux prescriptions de la « Directive pour la valorisation des déchets de chantier minéraux » (OFEFP, 1997). Il s’agit en particulier des dispositions concernant la teneur en HAP des matériaux bitumineux de démolition des routes ainsi que des exigences de qualité (chiffre 5-3) et des possibilités d’utilisation (chiffre 5-8 et 5-9) du granulat bitumineux.

Matériaux dont le liant a une teneur en HAP inférieure ou égale à 20 000 mg/kg

Ces matériaux doivent être traités uniquement dans des installations appropriées de préparation des matériaux de revêtement des routes ou selon le procédé du « recyclage à froid » (selon l’état actuel de la technique), et ceci aux conditions suivantes :

  1. l’ajout de matériaux goudronneux, selon les pourcentages possibles, aura lieu de manière à ne pas dépasser une teneur globale en HAP de 5000 mg/kg dans le liant, rapporté au 100 % de l’enrobé ;
  2. les exigences de protection de l’air (OPair) seront respectées, notamment en ce qui concerne les valeurs limites d’émission pour les substances cancérigènes telles que le benzo(a)pyrène et le dibenzo(a,h)anthracène. Cela signifie que toutes les possibilités qu’offrent les techniques disponibles doivent être mises à profit pour diminuer les émissions de ces substances. Les valeurs limites mentionnées à l’annexe 1, chif- fre 82 OPair sont considérées comme une exigence minimale. L’autorité peut faire mesurer les émissions à titre de contrôle ;
  3. la valeur pour le benzo(a)pyrène ne dépassera pas la CMA4 de 0,002 mg/m³.

Matériaux dont le liant a une teneur en HAP supérieure à 20 000 mg/kg

Ces matériaux devraient toujours être stockés dans une décharge bioactive, avec vérification de la teneur en HAP des eaux de lixiviation. Si le stockage en décharge bioactive est impossible, ces matériaux doivent être traités ou stockés dans des installations appropriées selon les prescriptions de l’autorité compétente.

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques: présentation générale

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques, souvent abrégés en HAP, sont des constituants naturels du charbon et du pétrole. Ils peuvent aussi être issus de la combustion incomplète de matières organiques diverses telles que les carburants, le bois, le tabac…

Dans l’environnement (air, eau, aliments…), on les trouve généralement liés aux particules issues de la combustion ou de l’usure des matériaux qui les contiennent, ou sous forme gazeuse dans l’air pour les plus légers d’entre eux.

Depuis de nombreuses années, les HAP sont très étudiés car ce sont des composés présents dans tous les milieux environnementaux et qui montrent une forte toxicité. D’ailleurs, c’est une des raisons qui ont conduit à leur ajout dans la liste des polluants prioritaires par l’agence de protection de l’environnement des États-Unis (EPA US Environnemental Protection Agency), dès 1976. Aujourd’hui, ils font également partie des listes de l’OMS (Organisation mondiale de la santé) et de la Communauté européenne. Bien qu’ils ne soient pas cités dans la liste déclaratoire de la convention de Stockholm portant sur les polluants organiques persistants (POP), ils sont répertoriés en tant que tels dans le protocole d’Aarhus (en).

L’une des raisons ayant conduit au classement des HAP dans la liste des polluants prioritaires de l’EPA est le caractère toxique de certains d’entre eux. Ce sont des molécules biologiquement actives qui, une fois absorbées par les organismes, se prêtent à des réactions de transformation sous l’action d’enzymes conduisant à la formation d’époxydes et/ou de dérivés hydroxylés. Les métabolites ainsi formés peuvent avoir un effet toxique plus ou moins marqué en se liant à des molécules biologiques fondamentales telles que les protéines, l’ARN, l’ADN et provoquer des dysfonctionnements cellulaires.

Les HAP se présentent sous la forme de divers mélanges de plus d’une centaine de composés différents qui varient selon la source d’émission.

Le benzo[a]pyrène, substance qui se trouve dans un bon nombre de mélanges de HAP en proportion relativement constante (environ 10%), est un cancérogène avéré (groupe 1 du CIRC).

Trois autres HAP sont classés cancérogènes probables (groupe 2A du CIRC) : cyclopenta[c,d]pyrène, dibenzo[a,h]anthracène et dibenzo[a,l]pyrène), et 11 autres sont classés cancérogènes possibles (groupe 2B).   

Pour un non-fumeur, la principale voie d’exposition aux HAP est l’alimentation: la contamination des aliments peut se faire par dépôt atmosphérique (végétaux), accumulation dans les espèces animales (viandes, poissons), ou lors de la préparation des aliments au charbon de bois.  

La seconde source d’exposition aux HAP est l’air ambiant, principalement par la fumée de tabac et les gaz d’échappement des véhicules.  

Les tableaux de maladies professionnelles 16 bis et 36 bis du régime général reconnaissent des cancers en lien avec des expositions à des dérivés du pétrole, aux goudrons, huiles et brais de houille, et aux suies de combustion du charbon. Il s’agit des carcinomes de la peau, le cancer broncho-pulmonaire, et les tumeurs des voies urinaires.

 

Toxicité des HAP4

HAP

Toxicité

Cancérogénèse

Mutagenèse

Rapporté dans

Naphtalène

Modérée

Non confirmée

 

EPA-TSCA

Acénaphtène

Modérée

 

Constatée

EPA-TSCA

Acénaphtylène

Modérée

 

Constatée

EPA-TSCA

Fluorène

Faible

 

Constatée

EPA-TSCA, IARC

Phénanthrène

Modérée

 

Constatée

EPA-TSCA, IARC

Anthracène

Modérée

 

Constatée

EPA-TSCA, IARC

Fluoranthène

Modérée

Non confirmée

Constatée *

EPA-TSCA, IARC

Pyrène

Modérée

Non confirmée

Constatée *

EPA-TSCA, IARC

Benzo[a]anthracène

Élevée

Confirmée

Constatée *

EPA-TSCA, IARC

Chrysène

 

Confirmée

Constatée *

EPA-TSCA, IARC

Benzo[b]fluoranthène

 

Confirmée

Constatée

IARC

Benzo[k]fluoranthène

 

Confirmée

Constatée

IARC

Benzo[a]pyrène

Élevée

Confirmée

Constatée *

EPA-TSCA, IARC

Benzo[e]pyrène

 

Non confirmée

Constatée *

IARC

Indéno[1,2,3-cd]pyrène

 

Confirmée

Constatée

EPA-TSCA, IARC

Benzo[ghi]pérylène

 

Non confirmée

Constatée

IARC

Dibenzo[a,h]anthracène

Élevée

Confirmée

Constatée *

EPA-TSCA, IARC

(*) Mutagène pour l’homme

 

IARC : Centre international de recherche sur le cancer (CIRC)

EPA-TSCA : Environmental Protection Agency-Toxic Substances Control Act

Des synergies toxiques peuvent exister entre HAP et métaux, par exemple avec le cuivre (déplétion de la croissance et de la photosynthèse aggravée en présence de HAP et Cu5.

Le benzo[a]pyrène (B[a]P) est un des HAP les plus toxiques. En effet, il est reconnu comme cancérogène par l’IARC (International Association for Research on Cancer). Ceci est lié à sa capacité à former des adduits avec l’ADN. Il existe plusieurs voies d’activation du B[a]P, mais la plus importante est celle des diols époxydes car elle conduit à la formation d’adduits stables. Le B[a]P va être oxydé par les systèmes enzymatiques du cytochrome P450, pour finalement former un époxyde. Ce dernier produit, le benzo[a]pyrène-7,8-dihydrodiol-9,10-époxyde (BPDE), est susceptible de réagir avec l’ADN. Ainsi, la toxicité du benzo[a]pyrène est en partie directement liée au pouvoir cancérogène de l’un de ses métabolites, le BPDE, qui se fixe au niveau de l’ADN des cellules et entraîne des mutations pouvant à terme aboutir au développement de cancers.

Outre leurs propriétés cancérogènes, les HAP présentent un caractère mutagène dépendant de la structure chimique des métabolites formés. Ils peuvent aussi entraîner une diminution de la réponse du système immunitaire augmentant ainsi les risques d’infection.

Une grande diversité de HAP

La grande diversité des HAP et le coût des dosages limitent les analyses qui permettraient leur identification courante dans l’environnement. On procède généralement à l’analyse de 16 HAP que l’Agence de protection de l’environnement (EPA) des Etats-Unis a classés dans sa liste des polluants prioritaires dans les années 80. On considère que ceux-ci sont représentatifs de l’ensemble des HAP.

Les analyses se limitent souvent au seul benzo[a]pyrène (abrégé en B[a]P) qui se trouve toujours en proportion relativement constante (environ 10%) dans un bon nombre de mélanges de HAP. Le B[a]P appartient à la famille chimique des HAP contenant une centaine de composés. C’est la molécule de référence de cette famille du fait de sa cancérogénicité ; elle est plus particulièrement suivie parmi les HAP dans les atmosphères (source : substitution-cmr.fr).

Cancers et HAP

Le CIRC a récemment réévalué les effets cancérogènes des HAP, et en a classé 15 parmi les substances cancérogènes avérés, probables, ou peut-être cancérogènes (2008).

Le benzo[a]pyrène est classé cancérogène avéré (groupe 1). Le B[a]P est également classé CMR de catégorie 2 par l’union Européenne ; ce qui correspond à de fortes présomptions d’effet cancérogène, mutagène et toxique pour la reproduction. Trois HAP sont classés cancérogènes probables (groupe 2A) : le cyclopenta[c,d]pyrène, le dibenzo[a,h]anthracène et le dibenzo[a,l]pyrène. Onze autres composés sont des cancérogènes possibles (groupe 2B) selon la classification du CIRC. D’autres composés évalués ont été considérés comme inclassables (groupe 3).

L’exposition aux HAP est classée cancérogène avéré pour le cancer du poumon et le cancer de la peau (groupe 1). Certains procédés industriels sont également classés dans le groupe 1 en raison des niveaux d’exposition aux HAP dans ces industries (cokeries, production d’aluminium, production et utilisation du goudron de houille…) (CIRC, 2008). Riches en HAP, les gaz et fumées d’échappement des moteurs diesel sont classés cancérogènes probables (groupe1) par le CIRC, poumon et vessie étant les organes cibles identifiés.

 

Indications de cancérogénicité chez l’homme et de génotoxicité comme principal mécanisme d’agents classés groupe 1. 

Expositions aux HAP

Sites ou types de tumeurs avec indications suffisantes chez l’homme

Sites ou types de tumeurs avec indications limitées chez l’homme

Indications de génotoxicité comme mécanisme principal

Benzo[a]pyrène

Forte (groupe 1)

Suie (ramonage)

Peau, Poumon

Vessie

Modérée

Gazéification du charbon

Poumon

Forte

Distillation du goudron

Peau

Forte

Production de coke

Poumon

Forte

Emplacement du goudron (pavage, toiture)

Poumon

Vessie

Forte

Production d’aluminium

Poumon, Vessie

 

Faibles / Modérée

Traduction à partir du tableau figurant dans l’article du Lancet Oncology, ”Evidence for carcinogenicity in humans and for genotoxicity as the main mechanism of the Group-1 agents assessed”, CIRC, 2009 (www.thelancet.com/oncology Vol 10 December 2009).

 

Sources et voies d’exposition aux HAP

Les sources nombreuses et variées des HAP sont à l’origine d’une présence assez importante dans l’environnement, à la fois dans les eaux (surtout dans les sédiments et les matières en suspension), dans les sols et dans l’air ambiant.

La contamination des aliments peut se faire par le dépôt de particules aériennes sur les végétaux, accumulation dans les espèces animales (viandes, poissons), ou lors de la préparation des aliments au charbon de bois. Les HAP présents dans l’eau de boisson représenteraient 1% de l’apport alimentaire total en HAP (Afssa, 2000). La deuxième voie d’exposition de l’homme aux HAP est l’inhalation dans l’air ambiant (intérieur ou extérieur).

Dans le domaine de l’eau, on répertorie cinq substances : le benzo[a]pyrène, le benzo[b]fluoranthène, le benzo[ghi]pérylène, le benzo[k]fluoranthène et l’indéno[1,2,3-cd]pyrène. S’y ajoutent trois autres considérées séparément : l’anthracène (dangereuse prioritaire), le naphtalène et le fluoranthène.

La majorité des HAP respirés provient de la fumée du tabac. Un fumeur consommant 20 cigarettes par jour absorbe quotidiennement en moyenne 105 ng de B[a]P et une personne exposée au tabagisme passif 40 ng (EFSA, 2008). A l’extérieur, les concentrations de HAP sont très variables : les gaz d’échappement émis par les voitures, majoritairement les diesels représentent la source principale d’exposition aux HAP. A plus petite échelle, les gaines de câblages ainsi que l’abrasion des pneus peuvent dégager de faibles quantités de HAP. Ainsi, les émissions de B[a]P sont en moyenne de 0.2 ng/m3 en milieu rural. Dans les villes, elles varient de 1 à 10 ng/m3, les valeurs les plus élevées se situant au voisinage des voies à fort trafic et d’émissions industrielles. 

Dans l’air intérieur, les composés les plus fréquemment détectés sont le phénanthrène, le fluoranthène, le pyrène et le chrysène. Les poêles qui fonctionnent mal ont tendance à augmenter le taux de HAP d’une pièce.

Exposition professionnelle aux HAP

L’exposition professionnelle aux HAP concernerait près de 600 mil de salariés en Suisse plaçant les HAP en tête des composés responsables de cancers professionnels. Les principales industries émettrices de quantités importantes d’HAP sont caractérisées par des procédés utilisant des produits dérivés de la houille: goudron et brai de houille. Ces industries sont les suivantes :

  • Cokeries produisant du coke à partir de distillation de la houille
  • Sidérurgie par l’utilisation du coke
  • Production d’électrodes en carbone à partir du brai
  • Electrolyse de l’aluminium et production de silicium principalement par l’utilisation d’électrodes composées de brai de houille, mais également de pâte de brai nécessaire à la réfection des fours
  • Imprégnation du bois avec l’utilisation de créosote
  • Aciérie

Les niveaux d’HAP sont beaucoup plus faibles dans les secteurs utilisant des produits dérivés du pétrole tels que la fabrication de pneus à travers l’utilisation de noir de carbone entrant dans la fabrication du caoutchouc, les industries pétrochimiques et industries du bitume et du goudron, et la mécanique avec l’utilisation d’huiles et de graisses.

Plusieurs cancers potentiellement liés aux HAP sont listés dans des tableaux de maladies professionnelles. Seuls certains secteurs d’activités ou modalités d’exposition correspondent à ces tableaux (utilisation de dérivés de la houille, suie de combustion du charbon, certains dérivés pétroliers et leurs produits de combustion).

La reconnaissance pour certains travaux exposant à la houille et au charbon de trois cancers : le carcinome de la peau, le cancer broncho-pulmonaire et les tumeurs des voies urinaires (vessie, voies excrétrices supérieures), sous réserve d’une exposition de 10 ans.  

L’INSERM estime que le risque du cancer du poumon lié à une exposition professionnelle aux HAP est 2 à 3 fois plus élevé que celui de l’exposition environnementale à ces substances, durant la vie entière (2008).