L'oxyde d'éthylène, ou 1,2-époxyéthane, oxyde de diméthylène, oxacyclopropane ou encore oxirane est un composé organique, le plus simple de la classe des époxydes. C'est un éther cyclique toxique pour les organismes vivants. Il est important pour l'industrie chimique, entre autres dans la production d'éthylène glycol, ainsi que dans les industries pharmaceutique et agroalimentaire.
Histoire L'oxyde d'éthylène est synthétisé pour la première fois par Charles Adolphe Wurtz en 1859, en faisant réagir du 2-Chloroéthanol avec une base.
Il prend vraiment une importance aux yeux des industriels durant la Première Guerre mondiale, où il sert à fabriquer l'éthylène glycol (en tant que réfrigérant) et une arme chimique : le gaz moutarde ou Ypérite.
En 1931, Théodore Lefort découvre une autre méthode de synthèse, directement à partir d'éthylène et de dioxygène réagissant grâce à un catalyseur à base d'argent. Depuis les années 1940, c'est cette méthode qui sert à produire quasiment tout l'oxyde d'éthylène industriel.
Utilisation Stérilisation La stérilisation des épices par l'oxyde d'éthylène est brevetée en 1938 par l'américain Lloyd Hall et encore employée de nos jours. L'oxyde d'éthylène gazeux est utilisé comme biocide (bactéricide tuant les bactéries et leurs endospores, contrairement à de nombreux autres produits), comme fongicide (tuant les moisissures et les champignons). L’emploi de l'oxyde d'éthylène pour désinfecter des denrées alimentaires ou des surfaces au contact d’aliments est interdit en Europe.
On l'utilise aussi dans la stérilisation du matériel médical tel que les bandages, les sutures, les implants, etc.
En France, une campagne d'inspections (2002 à 2004) de l'Afssaps a évalué des sous-traitants de stérilisation (dix prestataires) de dispositifs médicaux à l’oxyde d’éthylène. Ils étaient prestataires pour le compte de fabricants (responsables de la mise sur le marché de ces produits) ou d’établissements de santé (trois prestataires). L'évaluation a aussi porté sur des fabricants réalisant cette opération pour leur propre compte (huit sociétés). L'évaluation a été faite au regard de la norme harmonisée qui doit garantir que les dispositifs médicaux concernés sont bien conformes aux exigences du Code de la santé publique). À la suite de cette campagne qui a conduit l'agence à formuler Afssaps, « Rapport annuel 2004 » , ., l'Afssaps a cherché à donner aux métiers de la santé des et a dès 2004 rappelé .
Autres usages L'oxyde d'éthylène a été aussi largement utilisé dans la désinfection des documents de bibliothèques et d'archives, en raison de ses propriétés fongicides. Cette méthode a été rapidement règlementée en raison de la toxicité du produitRoquebert, Marie-France, Les contaminants biologiques des biens culturels, 2002, ..
Il est utilisé pour stériliser des substances que des techniques reposant sur la chaleur, comme la pasteurisation, pourraient endommager.
Dans l'industrie de la chimie La majeure partie de l'oxyde d'éthylène industriel est utilisée comme intermédiaire dans la fabrication d'autres produits chimiques, comme l'éthylène glycol employé en tant que réfrigérant et antigel dans les automobiles, ou pour produire des polyéthers.
L'oxyde d'éthylène lui-même peut polymériser et former le polyéther polyéthylène glycol (ou oxyde de polyéthylène).
L'oxyde d'éthylène est aussi important dans l'industrie des détergents, dans un procédé appelé éthoxylation.
Un des types de dérivés de l'oxyde d'éthylène qui a le plus intéressé les chimistes sont les éthers en couronne, qui sont des oligomères cycliques de l'oxyde d'éthylène, possédant la propriété de former des composés ioniques dans des solvants non polaires. Cependant, leur prix prohibitif les a confinés au laboratoire.
Toxicité L'oxyde d'éthylène sous forme gazeuse est toxique, et des surexpositions peuvent causer des maux de tête, s'intensifiant au fur et à mesure de l'exposition, pouvant même mener à des convulsions voire au coma. C'est aussi un produit irritant pour la peau et les poumons, et son inhalation peut conduire à une inondation de ces derniers plusieurs heures après. L'exposition répétée augmente également le risque de cataracte.
Chez les animaux, l'oxyde d'éthylène peut provoquer de nombreux effets sur la reproduction, tels que des mutations ou des fausses couches.
Chez l'humain, des études épidémiologiques ont montré des excès de cancers lymphocytaires et de l'estomac chez des populations exposées à l'oxyde d'éthylène. Par ailleurs, des anomalies génétiques portant sur la fréquence des échanges entre chromatide-sœurs et sur des aberrations chromosomiques ont été observéesINRS, Oxyde d'éthylène. Fiche toxicologique ..
L'oxyde d'éthylène est classé cancérogène catégorie 1B, mutagène catégorie M1B selon la classification CLPClassification Labelling and Packaging de l'Union européenne et cancérogène catégorie 1 par le Centre International de Recherche sur le CancerProduits chimiques cancérogènes, mutagènes, toxiques pour la reproduction. Classification règlementaire.
Effet sur les microorganismes L'exposition à l'oxyde d'éthylène gazeux provoque l'alkylation des microorganismes au niveau nucléaire. L'effet désinfectant de l'oxyde d'éthylène est similaire à celui de la stérilisation par la chaleur, mais en raison de sa pénétration limitée, il n'affecte que la surface. La stérilisation à l'oxyde d'éthylène peut prendre jusqu'à douze heures en raison de son action lente sur les micro-organismes et de la longueur du traitement et du temps d'aération.
Effets sur l'humain et les animaux L'oxyde d'éthylène est un agent alkylant ; il a des effets irritants, sensibilisants et narcotiques. L'exposition chronique à l'oxyde d'éthylène est également mutagène. Le Centre international de recherche sur le cancer classe l'oxyde d'éthylène dans le , ce qui signifie qu'il est un cancérigène prouvé. L'oxyde d'éthylène est classé comme cancérigène de par la commission allemande MAK et comme cancérigène de par l'ACGIH. Une étude de 2003 portant sur exposées pendant leur travail dans des installations de stérilisation commerciales aux États-Unis suggère que l'oxyde d'éthylène est associé à l'incidence du cancer du sein. Une étude de suivi de 2004 analysant et travailleuses exposés à l'oxyde d'éthylène de 1987 à 1998 a conclu . Une incidence accrue de tumeurs cérébrales et de leucémie à cellules mononucléaires a été constatée chez des rats qui avaient inhalé de l'oxyde d'éthylène à des concentrations de 10, 33 ou sur une période de deux ansToxicological Profile For Ethylene Oxide. Agency for Toxic Substances and Disease Registry, US Public Health Services. Une incidence accrue de mésothéliomes péritonéaux a également été observée chez les animaux exposés à des concentrations de 33 et . Les résultats des études épidémiologiques humaines sur les travailleurs exposés à l'oxyde d'éthylène diffèrent. Les études sur l'homme et l'animal montrent que l'exposition par inhalation à l'oxyde d'éthylène peut entraîner un large éventail d'effets cancérogènes. Les preuves humaines les plus solides reliant l'exposition à l'oxyde d'éthylène aux cancers lymphoïdes et du sein. Cependant, une méta-analyse de 2019 conclut que les études les plus récentes ne soutiennent pas la conclusion selon laquelle l'exposition à l'oxyde d'éthylène est associée à un risque accru de lymphome ou de cancer du sein.
L'oxyde d'éthylène est toxique par inhalation, avec une limite d'exposition admissible US OSHA calculée comme une MPT (moyenne pondérée dans le temps) sur huit heures est de , et une limite d'exposition à court terme (limite d'excursion) calculée comme une MPT sur de . À des concentrations dans l'air d'environ , l'oxyde d'éthylène irrite les membranes muqueuses du nez et de la gorge ; des teneurs plus élevées provoquent des dommages à la trachée et aux bronches, progressant jusqu'à l'effondrement partiel des poumons. Des concentrations élevées peuvent provoquer un œdème pulmonaire et endommager le système cardiovasculaire ; l'effet nuisible de l'oxyde d'éthylène ne peut se produire qu'après après l'exposition. La teneur maximale en oxyde d'éthylène dans l'air selon les normes américaines (ACGIH) est de . Le NIOSH a déterminé que le niveau de danger immédiat pour la vie et la santé (IDLH) est de Immediately Dangerous To Life or Health (IDLH) Values, Cdc.gov..
Comme le seuil d'odeur de l'oxyde d'éthylène varie entre , le gaz est déjà à des concentrations toxiques lorsqu'il peut être senti. Même dans ce cas, l'odeur de l'oxyde d'éthylène est douce, aromatique et peut facilement être confondue avec l'arôme agréable de l'éther diéthylique, un solvant de laboratoire courant de très faible toxicité. Pour ces raisons, le contrôle électrochimique continu des concentrations est une pratique courante, et il est interdit d'utiliser l'oxyde d'éthylène pour fumiger l'intérieur des bâtiments dans l'UE et dans certaines autres juridictions.
L'oxyde d'éthylène provoque une intoxication aigüe, accompagnée de divers symptômes. Les effets sur le système nerveux central sont fréquemment associés à l'exposition humaine à l'oxyde d'éthylène en milieu professionnel. Des maux de tête, des nausées et des vomissements ont été signalés. Des neuropathies périphériques, des troubles de la coordination œil-main et des pertes de mémoire ont été signalés dans des études de cas plus récentes de travailleurs exposés de façon chronique à des niveaux d'exposition moyens estimés aussi bas que (avec des pics possibles à court terme atteignant ). Le métabolisme de l'oxyde d'éthylène n'est pas complètement connu. Les données provenant d'études sur les animaux indiquent deux voies possibles pour le métabolisme de l'oxyde d'éthylène : l'hydrolyse en éthylène glycol et la conjugaison du glutathion pour former de l'acide mercapturique et des métabolites méththio.
L'oxyde d'éthylène pénètre facilement à travers les vêtements et les chaussures ordinaires, provoquant une irritation de la peau et une dermatite avec formation de cloques, de fièvre et de leucocytose.
Génotoxicité L’oxyde d’éthylène est mutagène in vitro et in vivo. L'oxyde d'éthylène est un agent alkylant très réactif qui peut réagir avec les protéines et les acides nucléiques. In vivo, l'’oxyde d’éthylène est génotoxique pour les cellules somatiques et germinales.
Une étude de 2017 a observé que la fréquence des mutations induites par l'oxyde d'éthylène chez des souris n'étaient constatées qu'après huit et douze semaines d'exposition et seulement à partir de . Ces données semblent indiquer un effet mutagène non classique dont les mécanismes restent non élucidés.
Une autre étude de 2020 a trouvé que l'oxyde d'éthylène induit des mutations génétiques, des mutations chromosomiques et des aberrations chromosomiques dans les cellules somatiques et germinales d'animaux de laboratoire à la suite d'une exposition par inhalation mais tempère en ce que l'oxyde d'éthylène est un génotoxique relativement faible, « tant en ce qui concerne l'ampleur de la réponse observée que les doses et les durées d'exposition nécessaires pour provoquer une réponse significative ».
Règlementation La limite dans l'alimentation est fixée à 7 mg/kg aux États-Unis. En Europe, la limite est de pour les épices et pour les grainesFabienne Loiseau, « Oxyde d’éthylène : le sésame n’est pas le seul aliment contaminé », sur 60millions-mag.com, 12 février 2021.. La norme ISO 10993-7:2008 définit les limites admissibles pour les résidus d'oxyde d'éthylène.
Scandales sanitaires Un scandale sanitaire a été lié à la toxicité de ce produit en France dans les années 2000, mais des dépassements de normes se sont reproduits en 2020 sur des produits importés.