Écotoxicochimie appliquée aux hydrocarbures

Coordonnateurs : PICOT André, MONTANDON Frédéric

Langue : Français

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Date de parution :
Ouvrage 668 p. · 17x24 cm · Relié · 

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L’écotoxicochimie, est une nouvelle branche de l’écologie qui se propose d’aborder les atteintes néfastes des produits chimiques sur l’environnement et la santé, à partir des données récentes de la chimie et de la biologie, en s’appuyant sur la toxicochimie, discipline d’interface élaborée en 1979.

Les hydrocarbures, famille de base des composés organiques, ont été sélectionnés comme première approche dans Écotoxicochimie – Applications aux hydrocarbures. Ces produits chimiques sont à l’origine de la carbochimie et de la pétrochimie et leur prise en compte a permis de jeter les bases d’une prévention des risques aussi bien toxicochimiques qu’écotoxicochimiques. Risques liés en particulier à toutes les pollutions hydrocarbonées qui devraient être beaucoup mieux encadrées, tant en milieu domestique que dans les milieux de travail ou dans l’environnement. Ainsi ces hydrocarbures sont impliqués dans des pollutions maritimes retentissantes, qui restent malheureusement toujours d’actualité.

Si les pollutions engendrées par l’exploitation maritime du pétrole sont également très inquiétantes, un autre sujet apparaît de plus en plus préoccupant avec l’extraction du gaz et des huiles de schiste, dont la technique mise en œuvre faisant appel à la fracturation hydraulique horizontale, est constituée d’un véritable cocktail chimique à faire frémir bien des toxicologues avertis…

Sans précédent dans la littérature scientifique, toutes les propriétés toxiques des composés les plus utilisés sont présentées clairement dans cet ouvrage, à partir des références bibliographiques les plus actualisées.

En tant que chimistes, spécialistes en toxicochimie, soucieux de comprendre pourquoi certains produits chimiques peuvent être dangereux pour la santé et l’environnement, les auteurs André Picot et Frédéric Montandon associés à plusieurs autres spécialistes, présentent, à la fin de l’ouvrage, une approche préventive, basée sur la sélection de produits de substitution notamment pour les solvants organiques. Trente-quatre fiches résumées dites de ToxicoÉcotoxicoChimie (FRTEC) devraient permettre de faire le bon choix parmi les principaux hydrocarbures couramment utilisés, en particulier comme solvants, et ceci dans de multiples disciplines.

Par son approche novatrice, cet ouvrage sera indispensable aux professionnels des industries, des PMI et PME de tous les domaines traitant ou utilisant les hydrocarbures ou leurs dérivés, mais aussi aux responsables de santé publique ou des milieux de travail, aux organisations gouvernementales et non gouvernementales, et aux écologistes de tous horizons… sans oublier les enseignants et étudiants en chimie, en biologie et en écologie désireux de mieux comprendre pourquoi la chimie est à la base de la vie, qu’il nous faut protéger au mieux.

Préface.

Avant-propos.

Chapitre 1. Généralités sur la toxicochimie et l’écotoxicochimie.

1. De la toxicologie à la toxicochimie.

2. Comment la toxicochimie peut-elle aider à prédire la toxicité des composés chimiques ?

3. En conclusion : que peut-on attendre de la toxicochimie ?

Chapitre 2. Les hydrocarbures et l’environnement.

1. Les hydrocarbures.

2. Les principales sources d’hydrocarbures.

3. Importance économique des hydrocarbures.

4. Impacts sur l’environnement.

Chapitre 3. Évaluation toxicologique des produits pétroliers.

1. Toxicologie des hydrocarbures.

2. Expositions professionnelle, domestique et environnementale.

3. Principes généraux de l’évaluation des risques.

4. Évaluation des risques d’exposition aux produits pétroliers.

5. Évaluation des risques sanitaires d’une exposition aux HAP.

6. Les relations structure-activité toxique.

7. Évaluation de la toxicité pour l’environnement.

8. La biodégradation et la métabolisation des hydrocarbures.

Chapitre 4. Les alcanes.

1. Introduction : les hydrocarbures saturés.

2. Le pentane.

3. L’hexane.

4. L’heptane.

5. Le cyclohexane.

6. L’isooctane.

7. La décaline.

Chapitre 5. Les alcènes.

1. L’éthylène.

2. Le 1,3-butadiène.

3. Le styrène.

4. Le limonène.

Chapitre 6. Les alcynes.

1. L’acétylène ou éthyne.

2. Le méthylacétylène ou propyne.

Chapitre 7. Les arènes.

1. Le benzène.

2. Le toluène.

3. Les xylènes.

4. Les triméthylbenzènes.

5. L’éthylbenzène.

6. Le cumène.

7. Le p-cymène.

8. Le biphényle ou diphényle.

9. Le naphtalène.

10. Le benzo(a)pyrène.

11. Le dibenz(a,h)anthracène.

12. Le dibenzo(a,l)pyrène.

13. Le cyclopenta(c,d)pyrène.

Annexes.

Annexe 1.

Classification par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC, Lyon) des hydrocarbures

et de leurs mélanges évalués pour leur génotoxicité (juin 2012).

Annexe 2.

Classification par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC, Lyon) des hydrocarbures nitrés (nitroalcanes et nitroarènes) (juin 2012).

Annexe 3.

Les composés organiques volatils (COV) : quelques généralités (André Picot et Chantal Fresnay).

Annexe 4.

Le méthane et la méthanisation (André Picot).

Annexe 5.

Toxicité des bitumes. Rôle potentiel des analogues soufrés des hydrocarbures polycycliques aromatiques (Marcel Castegnaro).

Annexe 6.

Les HAP dans les produits alimentaires : quelques généralités (Gérard Keck et Jean-François Narbonne).

Annexe 7.

Hydrocarbures saturés à longue et très longue chaînes d’origine naturelle, et pathologies humaines associées (Francis Rocchiccioli et André Picot).

Annexe 8.

Exploration et exploitation des huiles et gaz de schiste ou hydrocarbures de roche-mère par fracturation hydraulique (André Picot, Joëlle David, Aurélie David, Pierre David et Jérôme Tsakiris).

Annexe 9.

Les hydrocarbures en trente-quatre fiches. ToxicoÉcotoxicoChimiques (FRTEC) (André Picot).

L’étiquetage des produits chimiques.

Règlement européen de classification, étiquetage et emballage. Fiches ToxiEcotoxicoChimiques (FRTEC).

Parmi les millions de produits chimiques répertoriés par les Chemical Abstracts environ 106000 sont actuellement soumis à étiquetage et commercialisés dans l’Union européenne, valeur en soi très considérable. La perception de la nature et des dimensions effectives du problème des risques liés à l’usage de certains d’entre eux pour l’hygiène publique et/ou la santé environnementale s’est considérablement accrue au cours des toutes dernières décennies. Elle a conduit tant dans les pays membres qu’au niveau de l’Union européenne à un renforcement des réglementations afférentes et parmi d’autres décisions majeures à l’adoption en décembre 2006 de la directive REACH. Celle-ci contraint en particulier à la réévaluation d’ici 2018 des quelque 30000 substances chimiques les plus utilisées en Europe!

Cette prise en compte de l’impact potentiel des substances chimiques sur l’environnement de l’Homme a stimulé et conféré une importance accrue à des disciplines parfois déjà reconnues dans certains pays, mais demeurées encore peu diffusées car très médiocrement soutenues dans le nôtre. C’est en particulier le cas de l’écotoxicochimie, qui se trouve au carrefour de l’écotoxicologie et de la chimie environnementale.

L’ouvrage d’André Picot et de Frédéric Montandon et collaborateurs, a pour but d’introduire les principaux concepts, les objectifs et les méthodes de cette nouvelle discipline et d’illustrer ses applications, à un cas de figure important par l’ampleur des pollutions et l’ubicité des rejets qui lui sont propres : celui des hydrocarbures. Il décrit comment l’approche toxicochimique participe de façon concrète à la démarche de prédiction de la toxicité des substances chimiques et de participer activement à la prévention des risques associés aux pollutions et nuisances dues à ces dernières.

Cette nouvelle discipline, qui est donc à l’interface de la chimie, de la biochimie et de la toxicologie, permet de mieux comprendre les interactions entre les produits chimiques xénobiotiques, les substances hormétiques* et leurs cibles biologiques, dans le but d’étudier les processus toxiques aux divers niveaux de l’organisation biologique et au-delà de celle des habitats naturels ou anthropiques. L’importance en matières de protection environnementale de l’écotoxicochimie découle du rôle primordial que jouent les propriétés chimiques (volatilité, solubilité…) et la réactivité chimique (acido-basicité, potentiel oxydoréducteur, complexation…) dans les effets écotoxicologiques des substances chimiques. Elle identifie et décrit le comportement physico-chimique des polluants chimiques dans l’environnement. Elle analyse aussi les mécanismes mis en jeu dans la manifestation des effets toxiques depuis le niveau moléculaire et de façon complémentaire cherche à établir les relations qualitative et quantitative structure-activité toxique. Enfin elle a pour objet de corréler les pathologies observées, avec la nature des produits impliqués. La seconde partie de l’ouvrage a pour objet de montrer par quelles modalités sont mises en oeuvre les diverses facettes de la discipline, pour analyser le cas des hydrocarbures.

L’ouvrage fait une présentation individualisée des grandes familles d’hydrocarbures utilisés et/ou commercialisés par l’industrie (alcanes, alcènes, alcynes, hydrocarbures aromatiques mono- et polycycliques).

À chacune de ces familles chimiques est consacré un chapitre particulier dans lequel sont étudiés les divers processus moléculaires par lesquels ces substances sont transformées dans l’organisme en d’autres molécules, parfois plus toxiques que le composé initial et qui sont responsables de la totalité ou de l’essentiel des troubles pathologiques observés chez les individus contaminés. Une attention particulière est portée au métabolisme oxydatif, qui certes joue un rôle important dans la dégradation biotique des hydrocarbures dans l’environnement mais contribue aussi fortement à l’activation de certains xénobiotiques en composés toxiques, dans les organismes animaux et humains.

L’ouvrage s’attache à juste titre de façon plus approfondie à l’étude des hydrocarbures aromatiques en accordant une importance plus particulière aux hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) qui sont des contaminants ubiquistes, présents dans les atmosphères des zones urbaines et industrielles (rejets des véhicules à moteur diesel, des chaufferies fonctionnant au fuel ou au charbon, des centrales électriques thermiques et des raffineries de pétrole). En outre ces substances contaminent aussi notre alimentation car elles sont incorporées également dans les réseaux trophiques tant aquatiques que terrestres, dans lesquels elles subissent une bio-amplification significative, ce qui accroît le facteur d’exposition.

La famille de ces HAP constitue donc un modèle d’un intérêt particulier dans les recherches en toxicochimie. Les recherches de toxicologie structurale ont montré que la génotoxicité de divers HAP résultait, sauf exception, d’un même * On dénomme « substances hormétiques » des substances inorganiques ou organiques qui sont indispensables pour les êtres vivants, à très faible dose, (ou concentration dans l’environnement) mais qui deviennent rapidement toxiques quand la dose ou la concentration s’élève. L’arsenic, le fluor ou les vitamines A ou D (pour ne citer que ces dernières) sont des exemples notoires de telles substances. processus au niveau moléculaire via la formation de métabolites de type diolépoxydes. Pis encore, l’existence d’un gène régulant l’expression de ceux qui contrôlent la production des Monooxygénases comme les Cytochromes P-450, le récepteur Ahr confère aux HAP l’aptitude à contrôler leur propre métabolisation dans l’organisme en agissant sur ce gène, dont le rôle est crucial dans les mécanismes d’induction d’enzymes de détoxication et d’intoxication.

En sus des congénères initiaux, les HAP peuvent donner dans les milieux ou à l’intérieur des organismes contaminés, outre de nombreux métabolites, dont la formation a été évoquée ci-dessus mais aussi des dérivés nitrés ou soufrés dont la toxicité est parfois plus préoccupante que celle de l’hydrocarbure dont ils dérivent. Par ailleurs, les HAP et la plupart de ces diverses substances qui en dérivent, miment dans leur structure moléculaire, celle des hormones stéroïdiennes, ce qui leur confère en outre de redoutables propriétés de perturbateurs endocriniens ! À l’image des autres hydrocarbures, ils se présentent souvent en mélange complexe comportant de nombreux congénères dont 16 d’entr’eux ont été désignés comme présentant un risque élevé pour la santé humaine. On a donc dû faire appel à des facteurs d’équivalence toxique à l’image de ce qui a été réalisé pour une autre redoutable catégorie de contaminants : les PCDD et les PCDF, deux familles homologues, plus communément dénommées les dioxines. L’exposition à ces mélanges conduit parfois à des phénomènes d’antagonismes, mais plus souvent à des synergies ou pis encore, à des potentialisations dont l’évaluation toxicologique encore balbutiante, commence à être prise en compte par REACH (effet cocktail).

L’étude de la toxicochimie des différents groupes d’hydrocarbures que nous propose cet ouvrage original et très scientifique, apporte un exemple très illustratif des modalités par lesquelles les propriétés physico-chimiques d’un polluant interviennent dans son comportement et son devenir dans l’environnement, ainsi que des mécanismes par lesquels s’effectue la contamination des organismes et la manifestation de leur toxicité pour ces derniers.

La toxicochimie, qui se fonde sur la connaissance de la relation structure-toxicité des molécules polluantes potentielles, apparaît donc comme une discipline émergente, dont le rôle apparaît comme majeur dans la protection de la santé publique (évaluation de la toxicité humaine) et de façon plus générale dans celle de l’environnement (évaluation de l’écotoxicité). Elle est appelée à jouer un rôle croissant dans la révision des substances chimiques déjà commercialisées — cas en Europe de la mise en oeuvre de la directive REACH — mais aussi… et surtout dans le développement de nouvelles molécules chimiques beaucoup moins nocives pour les êtres vivants « pollusensibles » et de façon plus générale pour l’ensemble des écosystèmes. Il est devenu de plus en plus évident au cours des toutes dernières décennies, que l’évaluation de l’impact potentiel d’un groupe de substances chimiques analogues doit être globale donc ipso facto de recourir à des collaborations interdisciplinaires, car elle revêt de multiples aspects physico-chimiques, biochimiques, médicaux, écologiques — au travers de l’écotoxicité, etc. Au niveau des populations humaines, il est évident que l’exposition présente de multiples facettes tant environnementales que sociales (exposition professionnelle, au lieu de domicile, rôle du style de vie en particulier du tabagisme et des drogues, des habitudes alimentaires, etc.). Ces diverses approches nécessitent toutes d’être prises en compte et soigneusement analysées, afin de disposer d’une évaluation fiable du risque et donc de pouvoir mettre en œuvre une prévention efficace.

Les auteurs de l’ouvrage sous la direction d’André Picot et de Frédéric Montandon, en se fondant sur les diverses considérations toxicochimiques évoquées ci-dessus, formulent des propositions concrètes afin de réduire au mieux le risque chimique. Outre un décloisonnement entre les diverses agences qui ont pour mission la préservation de la santé publique ou la protection de l’environnement, ils suggèrent la création d’un organisme unique gérant simultanément la santé publique et environnementale tant au niveau national qu’à celui de l’Union européenne.

La lecture de cet ouvrage qui s’étaye sur un vaste corpus de données scientifiques bien établies, montre que l’émergence récente de cette discipline nouvelle qu’est la toxicochimie, apporte une approche novatrice dans la prévention de l’exposition aux polluants en milieu professionnel ou domestique ainsi que dans la protection des habitats naturels et des communautés vivantes qui les peuplent.

En conclusion, nous conseillerons donc très vivement la lecture de cet excellent ouvrage à quiconque est conduit à connaître — et à gérer au plan professionnel ou institutionnel, donc politique — toute dimension du risque chimique tant au plan de l’hygiène publique, qu’à celle du travail ou encore en ce qui concerne la prévention de la pollution des divers écosystèmes tant terrestres qu’aquatiques. Nous conseillerons aussi la lecture de cet ouvrage aux étudiants qui suivent les divers mastères en Sciences environnementales des universités francophones. Enfin, de façon plus générale, nous pensons que sa lecture sera aussi très bénéfique à toute personne bénéficiant d’une formation scientifique de base, qui se préoccupe en tant que citoyen concerné, de la protection de la nature et/ou de celle de l’environnement de l’Homme.

André Picot, ingénieur chimiste, docteur ès-sciences, est directeur de recherche honoraire du CNRS. Toxicochimiste, créateur de l'Unité de prévention du risque chimique du CNRS, il est expert français honoraire auprès du Comité d'experts scientifiques sur la surveillance des atmosphères de travail de la Communauté européenne. Président de l'Association toxicologie-chimie (ATC-Paris) il poursuit son action en toxico et écotoxicochimie pour une meilleure sensibilisation aux risques chimiques et aux impacts sur l’environnement.

Frédéric Montandon est docteur ès science en biochimie, biologie cellulaire et moléculaire. Il a été toxicologue au département d'étude sur la sécurité du médicament de Synthelabo Recherche.
Regardez l’intervention d’André Picot lors de l’émission « Le monde en face » sur France 5, le 20 janvier 2015.