Retardateur de flamme

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Test comparatif entre du polyuréthane non traité (en haut) et le même produit traité au retardateur de flamme (en bas)

Les retardateurs de flamme sont une classe d’additifs utilisés pour minimiser les risques d'incendie des produits polymériques[1]. De nombreux retardateurs de flamme sont suspectés avoir des effets délétères pour la santé et l'environnement. Certains retardateurs de flamme sont retrouvés dans des concentrations croissantes chaque année dans la poussière des maisons, dans le sang et dans le lait maternel.

Description[modifier | modifier le code]

Les retardateurs de flamme sont utilisés depuis le début du 20e siècle pour prévenir les risques d'incendies des matières dérivées de la pétrochimie. La production mondiale toutes molécules confondues a atteint 2,5 millions de tonnes en 2016[2].

PCB[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Polychlorobiphényle.

PBB[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Polybromobiphényle.

PBDE[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Polybromodiphényléther.

HBCD[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Hexabromocyclododécane.

TBBPA[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Tétrabromobisphénol A.

Produits organophosphorés[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Composé organophosphoré.

Principe de fonctionnement[modifier | modifier le code]

Les mécanismes basiques d'ignifugeage varient en fonction du retardateur de flamme et du substrat. Les produits chimiques ignifuges additifs et réactifs peuvent tous deux fonctionner en phase vapeur (gazeuse) ou condensée (solide). Les réactions de combustion sont des réactions d'oxydoréduction qui font intervenir des radicaux libres.

Dégradation endothermique[modifier | modifier le code]

Certains composés se décomposent endothermiquement lorsqu'ils sont soumis à des températures élevées. Les hydroxydes de magnésium et d'aluminium en sont un exemple, de même que divers carbonates et hydrates tels que les mélanges de huntite et d'hydromagnésite[3],[4],[5]. La réaction élimine la chaleur du substrat, refroidissant ainsi le matériau. L'utilisation d'hydroxydes et d'hydrates est limitée par leur température de décomposition relativement faible, ce qui limite la température de traitement maximale des polymères (typiquement utilisés dans les polyoléfines pour les applications de fils et de câbles)..

Protection thermique (phase solide)[modifier | modifier le code]

Un moyen d'empêcher l'étalement de la flamme sur le matériau lors de la pyrolyse est de créer une barrière d'isolation thermique entre les pièces en feu et non brûlées. Des additifs intumescents sont souvent utilisés. Leur rôle est de transformer la surface du polymère en couche non conductrice, qui sépare la flamme du matériau et ralentit le transfert de chaleur vers le carburant non brûlé et limite ainsi sa dégradation. Les agents ignifuges à base de phosphate inorganique et organique non halogénés agissent généralement à travers ce mécanisme en générant une couche polymère d'acide phosphorique carbonisé[6].

Dilution de phase gazeuse[modifier | modifier le code]

Les gaz inertes (le plus souvent le dioxyde de carbone et l'eau) produits par la dégradation thermique de certains matériaux agissent comme diluants des gaz combustibles, abaissant leurs pressions partielles et la pression partielle de l'oxygène et ralentissent le taux de réaction[5],[7].

Piégeage des radicaux libres en phase gazeuse[modifier | modifier le code]

Les retardateurs de flamme piègent les radicaux libres des gaz formés. Les matières chlorées et bromées subissent une dégradation thermique et libèrent du chlorure d'hydrogène et du bromure d'hydrogène ou, si elles sont utilisées en présence d'un synergiste comme le trioxyde d'antimoine ou des halogénures d'antimoine. Ceux-ci réagissent avec les radicaux H· et OH· hautement réactifs dans la flamme, entraînant une molécule inactive et un radical Cl· ou Br·. Le radical halogène est beaucoup moins réactif par rapport à H· ou OH· et a donc un potentiel beaucoup plus faible pour propager les réactions d'oxydation radicalaire de la combustion.

Sécurité incendie[modifier | modifier le code]

Les retardateurs de flamme sont généralement ajoutés aux produits manufacturés pour répondre aux normes d'inflammabilité pour les meubles, les textiles, l'électronique et les produits de construction comme l'isolation[8].

En 1975, la Californie a adopté le bulletin technique 117 (TB 117), qui exige que des matériaux tels que la mousse de polyuréthane utilisée pour remplir des meubles puissent résister à une petite flamme nue, équivalente à une bougie, pendant au moins 12 secondes[8],[9]. Dans la mousse de polyuréthane, les fabricants de meubles ajoutent des additifs ignifugeants organiques halogènes. Bien qu'aucun autre État américain ne dispose d'une norme similaire, et en raison de l'importance du marché californien, de nombreux fabricants produisent des objets répondant au TB 117 qu'ils distribuent à travers les États-Unis. La prolifération des ignifugeants, et surtout des ignifugeants organiques halogènes, dans les meubles à travers les États-Unis et dans le monde, est fortement liée au TB 117.

En réponse aux préoccupations concernant les répercussions sur la santé des ignifugeants dans les meubles rembourrés, en février 2013, la Californie a proposé de modifier le TB 117. Les tissus recouvrant les meubles rembourrés devraient résister à un test de brûlure et non plus les mousses de rembourrage. Le gouverneur Jerry Brown a signé la version du TB117-2013 modifiée en novembre et il est entré en vigueur en 2014[10]. Le règlement modifié ne mentionne pas explicitement de réduction de l'utilisation des ignifugeants.

En Europe, les normes de sécurité incendie pour le mobilier varient d'un pays à l'autre. Elles sont les plus strictes au Royaume-Uni et en Irlande[11]. D'une manière générale, la comparaison des différents tests de résistance au feu dans le monde pour les meubles indiquerait que le test californien Cal TB117 - 2013 est un des moins exigeants. Le test britannique BS 5852 est plus restrictif suivi du test Cal TB133. L'un des tests d'inflammabilité les plus exigeants dans le monde entier est probablement le test de l'aviation fédérale des États-Unis pour les sièges d'avion qui implique l'utilisation d'un brûleur de kérosène. Une étude conduite par Greenstreet Berman en 2009 à la demande du gouvernement britannique, a montré que, entre 2002 et 2007, suite à l'adoption du règlement britannique sur la sécurité incendie et l'ameublement en 1988, il avait été enregistré une réduction moyenne de 54 décès, 780 d'accidents non mortels et 1065 incendies de moins chaque année[12].

Efficacité[modifier | modifier le code]

L'efficacité des produits chimiques ignifuges pour réduire l'inflammabilité des produits de consommation dans les incendies de maisons est contestée. Les avocats de l'industrie des retardateurs de flamme, tels que l'American Chemistry Council’s North American Flame Retardant Alliance, se basent sur une étude du Bureau national des normes indiquant qu'une pièce remplie de produits ignifugés (une chaise rembourrée en mousse de polyuréthane et plusieurs autres objets, y compris une armoires et de l'électronique) présentaient une fenêtre de temps 15 fois plus grande pour les occupants pour s'échapper de la pièce que dans une pièce similaire sans retardateurs de flamme[13],[14]. Cependant, certaines critiques, y compris l'auteur principal de l'étude, estiment que les quantités d'additifs ignifuges utilisées dans l'étude de 1988 étaient beaucoup plus élevés que les niveaux requis par le TB 117, bien que ces niveaux soient parfois utilisés dans des produits commercialisés[8].

Une autre étude a conclu que les agents ignifugeants sont un outil efficace pour réduire les risques d'incendie sans créer d'émissions toxiques[15].

Plusieurs études réalisées dans les années 1980 ont testé les risques d'incendie dans une pièce entièrement meublée avec différents types de rembourrage et de remplissage, y compris avec des retardateurs de flamme. Les études se sont notamment intéressées au dégagement de chaleur maximum et au temps nécessaire avant ce dégagement de chaleur maximum, deux indicateurs clés du risque d'incendie. Ces études ont révélé que le type de revêtement de tissu avait une grande influence sur la facilité d'inflammation. Les études ont notamment conclu que les garnitures de coton étaient beaucoup moins inflammables que les garnitures de mousse de polyuréthane et qu'un revêtement intermédiaire permettait de réduire considérablement la facilité d'inflammation des meubles[16],[15]. Ils ont également constaté que bien que certaines formulations ignifuges avaient diminué la facilité d'inflammation, les retardateurs les plus élémentaires conforme au TB 117 avaient eu très peu d'effets[15]. Dans une des études, les obturations de mousse conformes au TB 117 présentaient les mêmes temps d’inflammation que les mêmes garnitures en mousse sans additifs ignifuges[16]. Un rapport de la Proceedings of the Polyurethane Foam Association n'a pas non plus démontré les avantages des coussins en mousse traités avec des ignifugeants conformes au TB 117 dans des essais de mis à feu avec flammes nues et cigarettes[16]. Cependant, d'autres scientifiques continuent de juger ce test à flamme ouverte fiable[17].

Toxicité[modifier | modifier le code]

Contamination et toxicité chez l'homme[modifier | modifier le code]

Les principales voies de contaminations sont l'inhalation et l'ingestion de poussières et la consommation d'aliments contaminés[18]. Presque tous les Américains testés présentent des traces de contamination par des retardateurs de flamme dans le corps. Des recherches récentes relient une partie de cette exposition à la poussière des téléviseurs, qui peut être générée par le chauffage des ignifugeants présents dans le boîtier plastique des téléviseurs. L'élimination imprudente des téléviseurs et d'autres appareils tels que les micro-ondes ou les ordinateurs anciens augmente considérablement la quantité de contamination environnementale[19]. Une étude récente menée par Harley et al. en 2010 sur les femmes enceintes, vivant dans une communauté d'immigrants à faible revenu, majoritairement mexicaines en Californie, a enregistré une diminution significative de la fécondité associée à l'exposition des femmes aux diphényléthers polybromés (PBDE) [20].

En 2010, une autre étude menée par Chevrier et al. a mesuré des concentrations de dix congénères du PBDE, de la thyroxine (T4) libre, de la T4 totale et de la thyréostimuline (TSH) chez 270 femmes enceintes autour de la 27e semaine de gestation. Les associations entre PBDE et T4 libre et totale ont été jugées statistiquement insignifiantes. Cependant, les auteurs ont trouvé une association significative entre l'exposition aux PBDE et la baisse des taux de thyréostimuline pendant la grossesse, ce qui peut avoir des implications importantes pour la santé maternelle et le développement du fœtus notamment cognitif[21].

Une étude prospective menée par Herbstman et al. en 2010 et initiée après le 11 septembre 2001, a surveillé 329 mères dans trois hôpitaux de Lower Manhattan, New York[21]. Les auteurs de cette étude ont analysé 210 échantillons de sang de cordon ombilical et recherché des congénères du PBDE et ont parallèlement évalué les effets sur le développement neurologique des enfants à 12, 48 et 72 mois. Les résultats ont montré que les enfants qui présentaient des concentrations plus élevées de PBDE avaient des résultats plus mauvais aux tests de développement mental et moteur à 1-4 et 6 ans. C'était la première étude à faire une telle association chez l'homme.

Une étude similaire a été menée par Roze et al. en 2009 aux Pays-Bas sur 62 mères et enfants pour estimer les impacts de la contamination de 12 composés organohalogénés (OHC), y compris les biphényles polychlorés (PCB) et les ignifugeants à base de diphényléthers polybromés (PBDE). Les chercheurs ont mesuré les polluants dans le sérum maternel au cours de la 35e semaine de grossesse et les performances motrices (coordination, compétences motrices fines), cognitives (intelligence, perception visuelle, intégration visuo-motrice, contrôle inhibiteur, mémoire verbale et attention) et comportementales à 5 - 6 ans. Les auteurs ont pu démontrer pour la première fois que le passage transplacentaire de retardateurs de flamme polybromés était associé à des retards du développement d'enfants en âge scolaire[22].

Une autre étude menée par Rose et al. en 2010 a mesuré les niveaux de contamination au PBDE chez 100 enfants âgés entre deux et cinq ans en Californie. Les niveaux de PBDE selon cette étude, chez les enfants californiens de deux à cinq ans, étaient 10 à 1 000 fois plus élevés que ceux trouvés dans d’autres études chez les enfants européens et 5 fois plus élevés que chez les autres enfants des États-Unis ainsi que 2 à 10 fois plus élevés que chez les adultes américains. Ils ont également constaté que l'alimentation, l'environnement intérieur et les facteurs sociaux influençaient les niveaux de contamination corporelle des enfants. Manger des volailles et du porc contribuait notamment à des charges corporelles élevées pour presque tous les types de retardateurs de flamme. L’étude a également révélé qu'un niveau d’éducation maternelle inférieure était associé de manière indépendante et significative aux niveaux supérieurs de contamination aux congénères d’additifs ignifuges chez les enfants[23].

Dans la Déclaration de San Antonio sur les retardateurs de flamme bromés et chlorés de 2010, un groupe de 145 scientifiques éminents de 22 pays ont pour la première signé une déclaration de consensus fois rapportant les dangers pour la santé liés aux produits chimiques ignifugeant trouvés à des niveaux élevés dans les meubles de maison, l'électronique, l'isolation et d’autres produits de consommation courante. Cette déclaration indique que les retardateurs de flamme présentent des avantages limités pour la sécurité incendie et peuvent causer de graves problèmes de santé. Les chercheurs soulignent également que les alternatives aux produits interdits devraient faire preuve de leur innocuité avant d’être mis sur le marché. Le groupe souhaite également modifier les politiques exigeant l'utilisation de retardateurs de flamme[24].

Un certain nombre d'études récentes suggèrent que l'une des principales voies d'exposition humaine aux PBDE est l’alimentation. Au cours des dernières années, les PBDE sont devenus des polluants environnementaux globaux et les niveaux de contamination corporelle dans la population mondiale ont augmenté. Les résultats montrent des coïncidences notables en Chine, en Europe, au Japon et aux États-Unis entre la consommation de produits laitiers, de poissons et de fruits de mer et l'exposition humaine aux PBDE.

Autisme[modifier | modifier le code]

Une étude menée en février 2012 avec des souris femelles génétiquement modifiées pour développer un trouble similaire au syndrome de Rett, un trouble autistique, par la mutation du gène MECP2 du chromosome X, a montré qu’après l'exposition au BDE-47 (un PDBE), leur descendance, également exposée, avait un poids de naissance et un taux de survie inférieurs, et présentait des déficits de sociabilité et d'apprentissage[25].

Une étude de janvier 2013 sur des souris a montré des lésions cérébrales lié au BDP-49, via l'inhibition du processus de production d'ATP mitochondriale nécessaire pour que les cellules du cerveau obtiennent de l'énergie. La toxicité était présentent à des niveaux très bas. L'étude offre une voie possible par laquelle les PDBE entraîneraient l’apparition de symptômes autistiques[26].

Interdictions[modifier | modifier le code]

Les retardateurs de flamme semblent suivre un cycle qui se répètent avec chaque nouvelle molécule et présentant les étapes suivantes : mise au point, enregistrement, commercialisation, dangers suspectés, augmentation de la production et de la consommation, dangers reconnus, réglementation et interdiction suivi d'un arrêt de la production[1].

Les premiers retardateurs de flamme, les biphényles polychlorés (PCB), ont été interdits aux États-Unis en 1977 lorsque leur toxicité a été établie[27]. À partir de 1970, de nouveaux types d’agents ignifuges bromés (PBB) sont progressivement mis sur le marché notamment pour remplacer les PCB principalement aux États-Unis. Suite notamment à une contamination de nourriture pour animaux en 1973 au Michigan, la production de PBB est interrompue aux États-Unis dès 1976[28]. En 2004 et en 2008, l'UE a interdit plusieurs autres types d'éthers diphényliques polybromés (PBDE)[29]. Les négociations entre l'EPA et les deux producteurs américains de DecaBDE (un retardateur de flamme utilisé dans l'isolation électronique des fils et câbles, de textiles, pour l’automobile et les avions etc.), Albemarle Corporation et Chemtura Corporation et le plus grand importateur américain ICL Industrial Products Inc. a permis d’établir un calendrier visant à mettre fin à la production du DecaBDE d'ici la fin de 2013[30]. En 2011, l'état de Californie a classifié le Tris (trishydroxyméthylaminométhane) ou TDCPP chloranique comme cancérogène[31]. En décembre 2012, le Centre pour la santé environnementale à but non lucratif de Californie (California nonprofit Center for Environmental Health) a rendu public leur intention de poursuivre plusieurs grands détaillants et producteurs de produits pour bébés pour avoir enfreint la loi californienne pour avoir omis d'étiqueter des produits contenant ce retardateur de flamme cancérogène[32]. Bien que la demande de retardateurs de flamme bromés et chlorés en Amérique du Nord et en Europe de l'Ouest diminue, elle augmente dans toutes les autres régions du monde[33].

Contamination de l'environnement[modifier | modifier le code]

La contamination de l'environnement est une contamination globale de la planète[34]. La dispersion des retardateurs de flamme dépend des propriétés physico-chimiques des molécules considérées. La plupart des retardateurs de flamme ne sont pas liés chimiquement aux matériaux qu'ils protègent à l'exception du TBBPA. Ils sont donc susceptibles d'être dispersés dans l'environnement. La contamination de l'environnement peut se faire par la décharge inappropriée des objets contaminés, notamment dans les pays en voie de développement[35]. Les retardateurs sont pour la plupart peu solubles et se retrouve majoritairement dans les sédiments ou liés à d'autres particules[34]. Les additifs ignifuges se retrouvent souvent concentrés dans les graisses des animaux notamment les poissons gras[36] et les mammifères marins[37].

Références[modifier | modifier le code]

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Voir aussi[modifier | modifier le code]