L'usure des pneus, source de pollution

Bien que l'usure des pneus libère de grandes quantités de particules dans l'environnement, on en sait encore très peu sur leur toxicité. A côté des gommes, elles renferment en effet aussi de nombreux métaux et composés organiques. Des scientifiques du Centre Ecotox, de l'EPFL et de l'Eawag étudient en ce moment la biodisponibilité de ces substances et leurs effets toxiques potentiels.

Combien de fois l'usure de nos propres pneus nous a-t-elle fait rager ! Mais ce désagrément qui se manifeste pour nous par des pneus lisses a aussi un impact environnemental : la couche abrasée se retrouve en effet dans les sols et les milieux aquatiques. Chaque année, ne serait-ce qu'en Suisse, plus de 10'000 tonnes de particules sont ainsi émises – c'est beaucoup plus que les rejets de microplastiques. Le produit de l'usure des pneus est un mélange complexe de gommes, de charges renforçantes, d'agents de vulcanisation et d'autres additifs. Au contact des routes, les matériaux se chargent en outre en polluants provenant du revêtement des chaussées tels que des métaux divers, des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et d'autres substances organiques.

Des particules dans le sol, le sédiment, l'eau et l'air

« Nous devons absolument en savoir plus sur les particules émises par l'usure des pneus, souligne Benoît Ferrari du Centre Ecotox. Parce que les quantités sont présentes dans l'air, dans l'eau, dans le sol et dans le sédiment. » Lorsque les routes sont directement raccordées à un réseau d'égouts unitaire ou à des systèmes d'évacuation et de traitement des eaux de chaussée, une grande partie de ces particules est retenue. Dans le cas contraire, elles sont entraînées dans le milieu aquatique avec les eaux de ruissellement ou s'accumulent sur les talus. Les particules les plus petites peuvent également être transportées assez loin par le vent.

Bien que ces particules aient été observées dans tous les compartiments environnementaux, on en sait encore assez peu sur leur toxicité. Or celle-ci dépend directement de la biodisponibilité des polluants liés aux particules. Le Centre Ecotox s'emploie donc dans un nouveau projet à mieux comprendre cette biodisponibilité et la toxicité du produit de l'usure des pneus. « Nous nous intéressons tout particulièrement à ce qu'il advient des particules une fois qu'elles ont été ingérées par un organisme : c'est-à-dire à la résorption intestinale, à la désorption des polluants pendant la digestion, à l'absorption dans l'appareil digestif et à la bioaccumulation dans les tissus », explique Benoît Ferrari qui dirige le projet mené en partenariat avec le département de Toxicologie de l'environnement de l'Eawag et le Central Environmental Laboratory de l'EPFL et financé par le World Business Council for Sustainable Development.

Charge en zinc et autres métaux

Dans une première étape, les scientifiques ont fabriqué d'un côté des particules de pneu pures à partir de la surface roulante de différents pneus et de l'autre des particules d'usure des pneus à l'aide d'un simulateur de route. Pour en savoir plus sur la charge en métaux des particules, ils les ont ensuite analysées par spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif. Les résultats ont montré que les particules de pneu pures renfermaient de grandes quantités de zinc et de moindres quantités de fer. « L'oxyde de zinc est généralement utilisé comme catalyseur dans la fabrication des pneus pour activer la vulcanisation du soufre, explique Thibault Masset de l'EPFL. Cet élément peut ainsi constituer jusqu'à 2,5 % de la masse des pneus. » En revanche, les particules produites par abrasion sur la route contenaient moins de zinc et davantage de fer ainsi que de petites quantités de titane, de chrome, de manganèse, de cobalt, de nickel, de cuivre, de baryum et de plomb qui provenaient probablement du revêtement de la chaussée. Les moindres quantités de zinc s'expliquent par un effet de dilution dû aux apports du revêtement pauvre en zinc.

Les métaux rendus biodisponibles dans l'appareil digestif

Tant que les métaux restent liés aux particules, ils ne sont pas toxiques. Mais que se passe-t-il lors de leur absorption par l'organisme ? Se détachent-ils dans le système gastro-intestinal, devenant ainsi biodisponibles ? Pour répondre à cette question, les chercheurs ont observé si les métaux se désorbaient dans un suc digestif de poisson artificiellement reconstitué. Le liquide utilisé était constitué d'une solution tampon imitant la composition dans l'intestin des poissons additionnée de pepsine (pour simuler l'estomac) ou d'extrait de bile de porc et de pancréatine (pour simuler l'intestin). Lorsque les particules de pneu intact et de pneu abrasé étaient mises à incuber avec ce suc digestif, celui-ci s'enrichissait en zinc. Cette incubation conduisait également à une désorption, toutefois moins importante, du fer, du plomb, du manganèse et du cobalt à partir du produit d'usure des pneus. Or, bien que le zinc soit un oligoélément essentiel à la vie, il peut être nocif pour les poissons s'il est présent en excès.

Dans l'ensemble, tous les métaux se dissolvaient beaucoup mieux dans le suc digestif reconstitué que dans l'eau. Dans la solution stomacale, cela était dû au pH particulièrement bas qui favorisait la solubilisation des métaux. Dans la solution intestinale, les agents facilitateurs étaient probablement des protéines, phospholipides et acides biliaires qui forment des micelles et favorisent la dissolution du zinc ou le complexent.

Complexation lors de la prise de nourriture

« Dans un deuxième temps, nous avons cherché à savoir si la biodisponibilité du zinc se modifiait lorsque les particules résultant de l'usure des pneus étaient absorbées en même temps que des aliments d'origine organique », indique Thibault Masset. Pour tirer cette question au clair, les scientifiques ont complété les essais de digestion d'un apport de gammares (Gammarus pulex) ou de lentilles d'eau (Lemna minor) réduits en poudre pour simuler une alimentation soit d'origine animale soit d'origine végétale. Lorsque des lentilles d'eau étaient assimilées en même temps que les particules, la concentration de zinc augmentait dans le suc stomacal et dans le suc intestinal car une certaine quantité de zinc était solubilisée à partir des lentilles. En revanche, l'absorption concomitante de gammares induisait une baisse de la solubilisation du zinc. Cela pourrait être dû à une certaine ré adsorption ou complexation du zinc libre par la matière organique des gammares qui ne s'effectuerait pas avec les substances d'origine végétale. En effet, les gammares sont plus riches en protéines, qui sont susceptibles de complexer le zinc, que les lentilles d'eau (40 % contre 25 %). Qui plus est, l'exosquelette des gammares est composé de chitine, une substance capable de fixer les ions métalliques. « Nous pensons que la nourriture d'origine organique peut former des complexes avec le zinc, indique Thibault Masset. Ce phénomène réduit sa biodisponibilité lorsqu'il est libéré à partir des particules de pneu. »

Des substances organiques préoccupantes

La fabrication des pneus met en jeu divers composés organiques utilisés en tant qu'additifs. Certains d'entre eux sont suspectés d'avoir un effet toxique sur les organismes aquatiques. De récentes données venues des États-Unis montrent ainsi que certaines substances chimiques contenues dans les pneus ont causé des mortalités massives aiguës de saumon coho. Il s'est avéré que la principale responsable était la 6PPD-quinone, un produit très toxique pour cet espèce de saumon résultant de l'oxydation du 6PPD (N-(1,3-diméthylbutyl)-N'-phényl-p-phénylènediamine), un antiozonant couramment utilisé dans la fabrication des pneus. Dans le projet suisse, les scientifiques ont mis en évidence la présence de 6PPD-quinone dans les particules de pneu étudiées, de même que divers HAP tels que du pyrène et du fluoranthène et que plusieurs benzothiazoles. Ces substances étaient, elles aussi, davantage solubilisées par le suc digestif reconstitué.

Une batterie de biotests pour déterminer la toxicité

La prochaine étape du projet consiste à évaluer la toxicité des particules. Dans un premier volet, des essais seront menés pour savoir si les particules digérées provenant de l'usure des pneus contiennent des substances présentant une activité œstrogénique ou génotoxique. Leur détection s'effectuera par une combinaison de chromatographie sur couche mince haute performance (HPTLC), de bioessais et de spectrométrie de masse. Grâce à cette méthode, les scientifiques peuvent non seulement mesurer la toxicité de solutions inconnues mais aussi extraire et caractériser les composés qui en sont responsables.

Dans un deuxième volet, la toxicité des particules digérées provenant de l'usure des pneus sera étudiée dans des lignées cellulaires d'intestin de truite arc-en-ciel – un test développé par Kristin Schirmer à l'Eawag qui simule la barrière intestinale des poissons. Plusieurs études ont montré que la toxicité aiguë des substances chimiques pour les poissons pouvait être prédite avec une grande fiabilité à partir de lignées cellulaires. Une autre lignée, de cellules branchiales cette fois-ci, sera utilisée pour mettre en évidence la toxicité directe des particules pour les poissons.

Enfin, les effets potentiels des particules provenant de l'usure des pneus sur les sols et les sédiments seront étudiés à l'aide de différents vers vivant dans ces milieux. En effet, la toxicité potentielle peut être évaluée à partir des effets sur la croissance et la survie des vers. « Avec ces différentes lignes de preuve, nous en saurons bientôt plus sur la toxicité du produit de l'usure des pneus », assure Benoît Ferrari.

Publication

Masset, T., Ferrari, B. J. D., Oldham, D., Dudefoi, W., Minghetti, M., Schirmer, K., … Breider, F. (2021). In vitro digestion of tire particles in a fish model (Oncorhynchus mykiss): solubilization kinetics of heavy metals and effects of food coingestion. Environmental Science and Technology. doi.org/10.1021/acs.est.1c04385 , Institutional Repository