Méthodes d’évaluation de l’exposition aux hydrocarbures polycycliques (HAP) et étude des mélanges

A. Maître, Équipe EPSP, Environnement et prédiction de la santé des populations, Laboratoire TIMC (UMR 5525), CHU de Grenoble, Faculté de Médecine, Domaine de la Merci, 38700 La Tronche, France

Introduction

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques sont une famille de composés dont le potentiel cancérogène est reconnu depuis de nombreuses années. Ainsi de nombreux HAP particulaires, avec comme chef de file le benzo(a)pyrène (BaP), sont classés parmi les substances cancérogènes par l’Union européenne ou le Centre International de Recherche sur le Cancer (Straif et al., 2005). Alors que des preuves définitives et robustes, notamment pour les cancers du poumon et de la vessie, ont été publiées pour certains secteurs industriels (cokerie, aluminium, fonderies de fer et d’acier, bitumes) (Bosetti et al., 2007), très peu de maladies professionnelles pour ces types de cancer sont déclarées chaque année en France. Cette importante sous-déclaration est due au manque de spécificité, aux nombreux facteurs étiologiques (tabac), à la survenue tardive de ces types de cancer, à la méconnaissance des pathologies professionnelles par les médecins, mais surtout au manque de connaissances des expositions professionnelles.

Afin de prévenir la survenue de pathologies cancéreuses dans les 20 à 40 prochaines années, il est nécessaire d’évaluer les risques sanitaires des populations exposées actuellement, de définir des groupes de sujets à risques et de mettre en place au sein de ces groupes des mesures de prévention adaptées (substitution si possible, diminution des niveaux d’exposition). Cette évaluation des risques sanitaires (ERS) repose pour une large part sur l’estimation des expositions individuelles, ce qui souligne toute l’importance de la traçabilité de l’exposition rappelée récemment en France par plusieurs réglementations (ERS et CMR, Cancérogènes, Mutagènes et Reprotoxiques en 2001), plans (Santé-Environnement 2004 et 2008, Santé-Travail 2005) et organismes nationaux (AFSSET, IGAS 2008).

Sources d’émission des HAP et cartographie des expositions

Les HAP sont des polluants ubiquitaires de l’environnement et représentent une famille de plusieurs centaines de composés aromatiques présents sous forme gazeuse pour les composés les plus légers (<4 cycles), sous forme particulaire pour les plus lourds (> 4 cycles), et sous les 2 formes pour les intermédiaires (fluoranthène, pyrène). La composition de l’aérosol varie de façon importante en fonction de la source d’émission (produits dérivés de la houille ou du pétrole, combustion de la matière organique) mais aussi du procédé et des conditions environnementales. En environnement général, les sources d’émission sont d’origine naturelle (feux de forêts, volcans) ou anthropique, et les HAP sont retrouvés tant en environnement urbain (émissions industrielles, chauffage, émissions des véhicules) que domestique (fumée de tabac, alimentation grillée ou fumée, chauffage au charbon ou au bois). En milieu professionnel, près de 1,6 million de sujets seraient exposés aux HAP en France (Ministère de l’emploi, 2005), plaçant ainsi cette famille de composés au premier rang des expositions cancérogènes. Les niveaux d’exposition les plus élevés sont rapportés dans les secteurs industriels utilisant des produits dérivés de la houille : cokerie, production d’électrodes et électrolyse d’aluminium, fonderie de fer et d’acier, application de créosote ou de bitume, utilisation d’huile minérale. Mais dans de nombreux secteurs, l’exposition a largement diminué ces dernières années du fait notamment de changements dans la composition des produits et dans leurs modes d’utilisation : remplacement des dérivés de houille par des dérivés pétroliers dans les bitumes, utilisation d’huiles hautement raffinées ou synthétiques, suppression du procédé Söderberg à anode continue.

Les changements tant dans les niveaux d’exposition que dans la composition en différents HAP des sources d'émission imposent, en plus des cartographies des niveaux d’exposition dans les différents secteurs industriels, un suivi longitudinal et donc une traçabilité des expositions. C’est avec cet objectif que notre équipe conduit le projet EXPORISQ-HAP, soutenu par l'Agence française de sécurité sanitaire de l’environnement et du travail, l’Institut national de veille sanitaire et les entreprises de la région Rhône- Alpes (www.medecine-travail-ugrenoble. org). Après identification des entreprises utilisant des HAP, des mesures individuelles d’exposition tant atmosphériques que biologiques sont réalisées en parallèle à un recueil d’informations précises sur la composition des produits, les aspects techniques du procédé et des activités, les moyens de protection collective et individuelle, les habitudes tabagiques des sujets. Cette étude va permettre de définir les groupes de sujets les plus à risques afin d’améliorer la prévention et renforcer le suivi médical, mais aussi d’apporter des données françaises d’exposition pour la constitution des matrices emplois-expositions et la conduite d’études épidémiologiques. Les perspectives de ce travail sont de mettre en place une base de données, régionale, voire nationale, sur les expositions aux HAP puis à l’ensemble des substances cancérogènes.

Outils d’évaluation des expositions professionnelles

Afin d’évaluer l’exposition professionnelle aux HAP, deux approches complémentaires sont classiquement utilisées (Maitre, 2002; Maitre and Stoklov, 1999) : la métrologie atmosphérique des HAP gazeux et particulaires et la mesure des métabolites urinaires avec principalement le dosage du 1- hydroxypyrène (1OHP) (Bouchard and Viau, 1999; Brandt and Watson, 2003; Jongeneelen, 2001). Au niveau atmosphérique, les prélèvements sont réalisés à l’aide d’un filtre (piégeage des HAP particulaires) placé en série avec une résine (piégeage des HAP gazeux) et les analyses sont conduites en chromatographie liquide avec détection par fluorescence ou chromatographie gazeuse avec détection par spectrométrie de masse. Du fait des progrès analytiques, le dosage de la fraction soluble dans le benzène (FSB ou BSM) a été remplacé depuis de nombreuses années par le dosage du BaP et d’une partie des 16 HAP définis comme prioritaires par l’EPA avec d’excellentes sensibilités (de 0,1 à 0,5 ng/m3). Les valeurs limites d’exposition professionnelle au BaP varient d’un pays à un autre allant de 0,15 μg/m3 en France à 5 μg/m3 au Canada, voire 10 μg/m3 en Finlande. Afin d’approcher la mesure de l’exposition cancérogène, il est proposé de calculer la concentration en HAP  cancérogènes (somme des HAP classés dans le groupe 2 de l’Union européenne) ou de calculer, à l’instar des dioxines, la dose équivalente toxique en BaP (BaPeqT = somme de la concentration de chaque HAP cancérogène pondérée par son facteur d’équivalent toxique (FET)). De plus, la mesure des HAP permet de déterminer le profil des HAP (abondance relative de chaque HAP dans le mélange), et les rapports Pyrène / BaP (Pyr/ BaP) ou Pyrène / HAP cancérogènes afin de mieux caractériser la composition du mélange et les sources d’émission, mais aussi de permettre l’élaboration de valeurs limites pour le -OHP qui tiennent compte de la variabilité de la composition du mélange dans les différents secteurs industriels. Ceci est illustré à partir d’exemples de mesurages atmosphériques chez des salariés de l’électrométallurgie ou exposés aux émissions de moteurs (projet EXPORISQ-HAP).

Dans la production de silicium et de ses alliages, les concentrations en HAP et les profils d’HAP sont très variables en fonction de la source. Alors que dans la production de silicium où les électrodes des fours sont des électrodes composites, les HAP particulaires (HAPp) représentent plus de 90 % des HAP atmosphériques et les HAP cancérogènes (HAPc) 60 % des HAPp, ces pourcentages sont beaucoup plus bas dans la production du ferro-silicium et du silicate de calcium où les électrodes sont des pains de pâte Söderberg (HAPp = 40 % des HAP atmosphériques, HAPc = 40 % des HAPp). Ceci s’explique car pour les électrodes composites, l’exposition aux HAP est due à la combustion des électrodes comme pour les électrodes en carbone, mais surtout au chargement des boulets de brai à partir de conteneurs souples, activité qui génère une importante quantité d’HAPp. Le ratio Pyr/BaP est 2 fois moins élevé avec les électrodes composites. La mesure de l’exposition atmosphérique permet de mettre en évidence l’efficacité des aspirations à la source et de l’automatisation du chargement, mais elle ne permet pas de prendre en compte l’efficacité des moyens de protection (masques respiratoires) ni l’importance de l’absorption cutanée. Au niveau des émissions de moteurs, alors que les HAPc représentent 30 % des HAPp au niveau des mécaniciens automobiles et des mécaniciens de poids lourds (travail proche des échappements), ceux-ci ne représentent plus que 20 % chez les conducteurs d’engins et 10 % chez les sujets travaillant en zone urbaine. Dans les garages, il est également possible avec cette approche de mettre en évidence l’efficacité des aspirations et au niveau des moteurs 2 temps de comparer les différents mélanges utilisés.

Conclusion

La métrologie atmosphérique permet de connaître précisément la composition chimique du mélange atmosphérique, d’identifier les pics et les sources d’exposition, d’évaluer l’efficacité des moyens de protection collective, ce qui en fait une approche indispensable en hygiène industrielle qui peut être utilisée même dans le cas des faibles expositions. Par contre, l’estimation des risques sanitaires passe par la mesure d’indicateurs biologiques d’exposition qui présentent l’avantage de prendre en compte l’efficacité de la protection individuelle, les différentes sources d’absorption et les facteurs propres à chaque individu qui prennent toute leur importance lors de l’exposition à de faibles doses. La recherche sur ces biomarqueurs d’exposition est importante à poursuivre afin de définir l’indicateur biologique le plus adapté à l’évaluation des risques sanitaires et de proposer des valeurs limites. Les biomarqueurs d’exposition génotoxique sont encore du domaine de la recherche, et leurs valeurs prédictives restent à définir.

Bibliographie

1. Bosetti, C., Boffetta, P. and La Vecchia, C. (2007). Occupational exposures to polycyclic aromatic hydrocarbons, and respiratory and urinary tract cancers: a quantitative review to 2005. Ann. Oncol. 18, 431-46.
2. Bouchard, M. and Viau, C. (1999). Urinary 1-hydroxypyrene as a biomarker of exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons: biological monitoring strategies and methodology for determining biological exposure indices for various work environments.Biomarkers 4, 159-187.
3. Brandt, H. C. and Watson, W. P. (2003). Monitoring human occupational and environmental exposures to polycyclic aromatic compounds. Ann. Occup. Hyg. 47, 349-78.
4. Jongeneelen, F. J. (2001). Benchmark guideline for urinary 1-hydroxypyrene as biomarker of occupational exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons. Ann. Occup. Hyg. 45, 3-13.
5. Maitre, A. (2002). Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) : présentation des composés et de leurs utilisations. Evaluation de l’exposition et des effets sanitaires. Arch. Mal. Prof. 63, 213-214.
6. Maitre, A. and Stoklov, M. (1999). Places et limites des prélèvements atmosphériques et des indicateurs biologiques d’exposition. Encycl Med Chir Tox Pat Prof 16, 10-18.
7. Ministère de l’emploi, D. (2005). Les expositions aux produits cancérogènes. Huit produits cancérogènes parmi les plus fréquents. Enquête SUMER. (D. Ministère de l’emploi, Ed..), Ministère de l’emploi, Paris ed., pp. 28.1.
8. Straif, K., Baan, R., Grosse, Y., Secretan, B., El Ghissassi, F. and Cogliano, V. (2005). Carcinogenicity of polycyclic aromatic hydrocarbons. Lancet Oncol. 6, 931-2.