Introduction aux hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)

La première utilisation connue du mot aromatique L'utilisation de ce terme chimique pour désigner les composés contenant un groupe phényle apparaît dans un article publié en 1855 par August Wilhelm von Hofmann, un chimiste allemand qui a apporté des contributions considérables à la chimie organique. Hofmann a utilisé ce terme pour désigner une classe de composés benzéniques, dont beaucoup ont des odeurs (arômes), contrairement aux hydrocarbures saturés purs. Le benzène (C₆H₆) est l'hydrocarbure aromatique le moins complexe et a été le premier à être nommé comme tel. La nature de sa liaison a été reconnue pour la première fois au XIXe siècle par August Kekulé, le principal fondateur de la théorie de la structure chimique et de la structure de Kekulé du benzène.

Qu'est-ce que les HAP ?

Les HAP sont des substances organiques composées d'atomes de carbone et d'hydrogène regroupés en au moins deux structures cycliques aromatiques condensées ou fusionnées, ou des composés organiques composés de plusieurs cycles aromatiques. La principale différence entre les hydrocarbures aromatiques polycycliques et polynucléaires est que le terme polycyclique décrit la présence d'au moins deux structures cycliques fusionnées les unes aux autres, tandis que le terme polynucléaire décrit la présence de plus d'un atome.

Les HAP sont une classe chimique naturellement présente dans le charbon, le pétrole brut et l'essence. Ils proviennent de la combustion du charbon, du pétrole, du gaz, du bois, des déchets et du tabac (la fumée de cigarette contient de nombreux HAP). Ils sont également produits par la combustion incomplète de matières organiques, par exemple dans les moteurs et les incinérateurs ou lorsque la biomasse brûle dans les incendies de forêt.

Le représentant le plus simple des HAP est le naphtalène, qui possède deux anneaux aromatiques. L'anthracène et le phénanthrène sont des exemples de composés à trois cycles. Plus de 20% du carbone de l'univers peuvent être associés aux HAP, qui sont considérés comme un matériau de départ possible pour les premières formes de vie.

Les HAP appartiennent également à la classe des produits chimiques connus sous le nom de les polluants organiques persistants (POP).

Liste des HAP

Voici quelques composés HAP courants, leur nom commun et leurs caractéristiques :

• Naphtalène - Camphre.
• Anthracène - Goudron de houille, utilisé dans les colorants tels que le colorant rouge alizarine.
• Phénanthrène - Utilisé pour fabriquer des colorants, des plastiques, des pesticides, des explosifs et des médicaments.
• Acénaphtylène - Solide cristallin incolore utilisé dans la synthèse des colorants, les insecticides, les fongicides et la fabrication de plastiques.
• Fluorène - Forme des cristaux blancs qui présentent une odeur aromatique caractéristique, semblable à celle du naphtalène. Combustible, il présente une fluorescence violette. Obtenu à partir du goudron de houille à des fins commerciales, il est utilisé pour fabriquer des colorants, des plastiques et des pesticides.
• Fluoranthène - est libéré naturellement lors de la combustion des combustibles fossiles et du bois et entre dans la composition de colorants, de produits pharmaceutiques et d'huiles isolantes.
• Pyrène - Nom commercial d'un extincteur CCl4. C'est le seul composé organique ininflammable.
• Benz[a]anthracène - Produit par la combustion incomplète de matières organiques. Il n'est pas produit commercialement mais est utilisé dans les laboratoires de recherche.
• Chrysène - Arène polycyclique orthofusionné que l'on trouve couramment dans le brai de goudron de houille, la créosote ou d'autres produits à base de goudron de houille.
• Benzo[b]fluoranthène - Hydrocarbure aromatique incolore composé de cinq anneaux fusionnés et formé par la combustion incomplète de matières organiques. On le trouve principalement dans les gaz d'échappement de l'essence, la fumée de tabac et de cigarette, le goudron de houille, la suie, les acides aminés et les produits de pyrolyse des acides gras.

Classification des HAP

Les HAP comportant jusqu'à six cycles aromatiques fusionnés sont appelés ‘petits’ HAP, tandis que ceux qui contiennent plus de six cycles aromatiques sont appelés ‘grands’ HAP. Ils sont également classés en composés alternatifs et non alternatifs.

Les HAP sont classés en HAP de poids moléculaire léger (PML) ayant deux ou trois cycles aromatiques et en HAP de poids moléculaire élevé (PMH) ayant quatre cycles aromatiques ou plus.

Sources de HAP dans l'environnement

Les HAP pénètrent dans l'environnement par le biais de processus naturels et artificiels. Les principales sources naturelles de HAP dans l'environnement sont les incendies de forêt et l'activité volcanique. La combustion du bois pour le chauffage et la cuisine a toujours été une source anthropique importante de HAP atmosphériques. Depuis la révolution industrielle, il existe d'importantes sources fixes, telles que l'industrie manufacturière et la production d'électricité. Depuis le début du XXe siècle, les sources mobiles, sous la forme de moteurs à essence et diesel, sont également devenues d'importants contributeurs aux HAP totaux dans l'environnement.

Les incinérateurs municipaux sont une source gênante d'émissions de HAP, en partie parce qu'il est difficile pour les autorités municipales d'exercer un contrôle rigoureux sur le contenu et la composition des ordures. Les HAP mesurés dans les cendres volantes des incinérateurs de déchets municipaux comprennent généralement le phénanthrène, le benzo(g,h,i)pérylène, le fluoranthène, le benzo(a)fluoranthène, l'indéno(1,2,3-c,d)pyrène et le chrysène.

Plusieurs activités de fabrication sont responsables d'importantes émissions dans l'environnement. Les goudrons de houille sont des sous-produits de la distillation destructive (carbonisation) du charbon pour produire du coke ou du gaz et peuvent contenir des centaines, voire des milliers de substances chimiques identifiables individuellement. Les gaz d'échappement des voitures et des camions contribuent également de manière importante aux HAP atmosphériques, en particulier dans les environnements urbains.

Produits courants utilisant des HAP

Les aliments susceptibles de contenir de faibles niveaux de HAP comprennent le café torréfié, les cacahuètes grillées, l'huile végétale raffinée, les céréales, les légumes et les fruits. Les fruits secs, l'huile de grignons d'olive, le poisson fumé, l'huile de pépins de raisin, les produits carnés fumés, les mollusques frais, les épices, les sauces et les mélanges d'épices présentent des teneurs élevées en HAP. Divers produits cosmétiques et shampooings sont fabriqués à partir de goudron de houille et contiennent donc des HAP. Le composé HAP naphtalène est présent dans certaines boules à mites.

Impacts sur la santé humaine

L'effet des HAP sur la santé humaine dépend principalement de la durée et de la voie d'exposition, du volume ou de la concentration des HAP auxquels on est exposé et de la toxicité relative des HAP. Les humains peuvent absorber des HAP par différentes voies, telles que l'inhalation, le contact cutané et l'ingestion. De nombreux HAP sont largement considérés comme cancérigènes, mutagènes et tératogènes et représentent donc un danger important pour la santé et le bien-être de l'homme.

Bien que les HAP présentent généralement un faible degré de toxicité aiguë pour l'homme, l'incidence accrue des cancers du poumon, de la peau et de la vessie est associée à l'exposition professionnelle aux HAP. Le contact répété de la peau avec le HAP naphtalène peut entraîner des rougeurs et une inflammation de la peau. D'autres composés communément trouvés avec les HAP peuvent provoquer des symptômes à court terme tels qu'une irritation des yeux, des nausées, des vomissements, de la diarrhée et de la confusion.

Les effets à long terme de l'exposition aux HAP sur la santé peuvent inclure des cataractes, des lésions rénales et hépatiques et la jaunisse. La respiration ou l'ingestion de grandes quantités de naphtalène peut entraîner la dégradation des globules rouges. La peau, les poumons, le pancréas, l'œsophage, la vessie, le côlon et le sein féminin sont de nombreux organes susceptibles de développer des tumeurs en raison d'une exposition prolongée aux HAP. L'exposition aux HAP peut augmenter le risque de cancer du poumon et de maladies cardiovasculaires, notamment l'athérosclérose, la thrombose, l'hypertension et l'infarctus du myocarde.

Impacts sur les animaux

L'exposition à long terme à de faibles niveaux de certains HAP comme le benzo(a)pyrène a provoqué des cancers chez des animaux de laboratoire. Bien que des études animales aient montré des effets néfastes sur la reproduction et le développement à la suite d'une exposition aux HAP, ces effets n'ont généralement pas été observés chez l'homme.

Les HAP sont très solubles dans les lipides et sont donc facilement absorbés par le tractus gastro-intestinal des mammifères. Ils sont absorbés par ingestion, inhalation et contact cutané, selon les données d'études animales. La toxicité des HAP pour les espèces aquatiques est influencée par le métabolisme et la photo-oxydation. Ils sont généralement nocifs en présence de lumière ultraviolette. Les HAP ont une toxicité aiguë modérée à élevée pour les organismes aquatiques et les oiseaux. Les chercheurs ont signalé une augmentation de l'incidence des cancers de la peau, du poumon, de la vessie, du foie et de l'estomac, ainsi que des sarcomes au point d'injection chez les animaux.

Conclusion

Les HAP, avec leur potentiel de cancérogénicité, de mutagénicité et d'autres effets néfastes sur la santé, exigent une intervention réglementaire. L'utilisation généralisée de ces composés dans diverses industries nécessite une approche structurée pour atténuer les risques qu'ils présentent. Les gouvernements et les organismes de réglementation s'attachent à définir des normes pour protéger la santé humaine et l'environnement.

Dans notre prochain article, nous verrons ce que ces institutions font pour élaborer une réglementation responsable de ces substances.