vignette|Un filtre ultraviolet Un filtre ultraviolet ou filtre UV est un composé chimique qui bloque ou absorbe les radiations ultraviolettes.
Les filtres UV sont utilisés notamment en cosmétique dans les crèmes solaires pour protéger la peau contre les effets nocifs de ces radiations et en photographie, dans certains plastiques (pour les rendre résistants aux UV solaires) ou encore en optique pour protéger les systèmes optiques ou les détecteurs de ces rayonnements.
Il existe deux types de filtres ultraviolets : organique et minéraux.
Filtres organiques
Il existe un grand nombre de filtres organique ils opèrent selon un mécanisme d'absorption de la lumière ultraviolette. Chacun d'eux protège pour une gamme donnée de longueurs d'onde. Pour une protection contre tous les ultraviolets, il faut donc associer plusieurs filtres différents. Au début des années 2000 ce sont principalement le méthyle benzilidène camphre (4-MBC), l'octyle méthoxy cinnamate (OMC), l'octocrylène (OC) et l'octyle triazone (OT) qui sont utilisés par de nombreux cosmétiques.
Quand ces molécules reçoivent une radiation ultraviolette, elle passent dans un état excité puis retournent à l'état stable en dissipant l'énergie reçue par des vibrations ou/et en réémettant une radiation moins dangereuse pour la peau (infrarouge par exemple). La délocalisation des électrons des cycles aromatiques et des doubles liaisons demande une énergie qui est similaire aux rayons UV. Une fois dans son état stable, la molécule est à nouveau prête à recevoir de la lumière ultraviolette et à continuer le cycle de protection. Les filtres chimiques agissent un peu de la même façon que la mélanine, le filtre naturel de la peau.
Ce sont des composés aromatiques souvent associés à d'autres groupements carbonyls ou à des doubles liaisons carbone-carbone, tous à tendance lipophile avec des coefficients de partage octanol/eau entre 3 et 7 (log K) et ils ont une forte association avec les particules (coefficients de distribution carbone organique de l'ordre de 3, log K). Ceci les fixe dans le sébum et la protection grasse naturelle de la peau, mais les rend également absorbables par l'épiderme. Certains peuvent alors provoquer des allergies, des irritations ou des réactions photoallergiques (allergie en présence de Soleil due au produit appliqué sur la peau) et une partie de ces filtres miment dans l'organisme comme des hormones femelles (perturbation endocrinienne).
Dans l'eau de baignade, et surtout lors du savonnage lors des douches et bains, une partie de ces molécules sont évacués avec les eaux usées et respectivement retrouvés dans le milieu naturel et comme contaminants des boues d'épurationPlagellat C (2004). Origines et flux de biocides et de filtres UV dans les stations d'épuration des eaux usées : Thèse de doctorat en chimie (1ère étude sur l’analyse de boues d’épuration pour plusieurs de ces molécules), École polytechnique fédérale de Lausanne |PDF| 244 p.. Une étude récente a montré qu'en Suisse pour l'octyle méthoxy cinnamateOMC (110 μg/kg de boue d'épuration en poids sec (PS), l'OC (4834 μg/kg en PS) et l'OT (5517 μg/kg PS) sont des polluants chroniques des eaux usées domestiques. Le fait qu'ils soient très utilisés dans le monde, leur écotoxicité pour des organismes non ciblés (ex : coraux) ainsi qu'un risque de bioaccumulation (dans les organismes filtreurs et le réseau trophique) en font des . Les années plus ensoleillées (ex lors de la canicule de 2003 en suisse) le taux de ces produits dans les effluents et dans les boues d’épuration augmente significativement, par contre « aucun lien n’a été observé entre les concentrations trouvées et la présence de piscines dans le bassin versant », laissant penser que le chlore des piscines ou un autre processus contribue à dégrader ces molécules (« dégradation abiotique »).
La congélation/décongélation des boues d’épuration modifient les taux analysables de certaines de ces molécules. Les analyses devraient donc – pour ces molécules - être faites rapidement sur des boues n’ayant pas été congeléesPlagellat C (2004) Origines et flux de biocides et de filtres UV dans les stations d'épuration des eaux usées : Thèse de doctorat en chimie, École polytechnique fédérale de Lausanne |PDF| 244 p.|Voir chap III.4.2.2. Conservation des filtres-UV dans les boues ; p 85-86.
Filtres minéraux On parle aussi parfois d'écrans, de filtres physiques ou de filtres inorganiques. Les filtres minéraux sont des poudres inertes et opaques qui reflètent la lumière. Ce sont l'oxyde de zinc (ZnO) et le dioxyde de titane () qui sont utilisés dans les crèmes solaires. Ces pigments blancs reflètent et diffusent les radiations UV (UV-A et UV-B), mais aussi une partie de la lumière visible, en agissant comme un miroir.
Pendant longtemps, l'inconvénient des filtres minéraux a été les traces blanches formées sur la peau, dues à la réflexion de la lumière blanche. Ce problème a été résolu en réduisant les filtres minéraux en micropigments, particules de plus petite taille qui réfléchissent les UV mais pas la lumière visible. Cela inclut l'utilisation de nanoparticules.
Les filtres minéraux ne provoquent pas d'allergies. On les retrouve donc dans les produits solaires destinés aux peaux sensibles et aux enfants.
Pour qu’une crème soit considérée à haute protection, son indice doit être supérieur à 30.. Ce sont les laboratoires RoC. qui ont été les premiers à créer, en 1957., la crème solaire à très haute protection.
Les écrans minéraux ne pénètrent pas dans la peau mais restent à la surface. Par rapport aux filtres chimiques, ils sont plus difficiles à étaler.
Les effets de l'utilisation des nanoparticules sur le corps humain sont inconnus.
Photostabilité Pour être performant, un filtre UV doit être photostable, c'est-à-dire non-dégradé par la lumière Un produit non photostable voit son efficacité diminuer à partir d'un certain temps d'exposition au Soleil.
Une molécule de filtre qui reçoit de la lumière UV passe dans un état excité, puis elle retourne dans son état stable et ainsi de suite. Mais il peut arriver que la molécule excitée ne revienne pas dans son état stable et soit transformée en un autre produit, inactif celui-là. Certains filtres solaires sont ainsi dégradés par les UV et ne peuvent plus remplir leur rôle. L'avobenzone par exemple est un filtre UV-A non-photostable. Une heure d'exposition au soleil suffit à le rendre totalement inefficace.
On peut parfois stabiliser un filtre non photostable en lui ajoutant certains ingrédients. Ainsi l'avobenzone est rendu photostable par adjonction d'un ou plusieurs des filtres photostables suivants : octocrylène, methylbenzylidène camphor ou térephthalylidène dicamphor sulfonic acid.
Les UV sont aussi responsables de la photodégradation des plastiques et des polymères. Pour assurer la photostabilité de ces derniers, on utilise des poudres qui absorbent les UV. Ces filtres UV sont ajoutées au plastique lors de sa synthèse : on utilise principalement le noir de carbone (pigment noir) et la poudre de dioxyde de silicium (pigment blanc).
Interactions entre les filtres ultraviolets et réactions avec la peau Les différents filtres ultraviolets réagissent ensemble. L'effet peut être négatif ou positif.
L'effet est négatif par exemple pour un mélange d'avobenzone et d'éthylhexyl méthoxycinnamate car l'avobenzone dégrade l'éthylhexyl méthoxycinnamate.
L'effet est positif lorsque plusieurs filtres agissent en synergie pour une meilleure protection contre les UV.
Il est important d'étudier les interactions entre les ingrédients car la plupart des produits solaires combinent différents filtres afin d'obtenir une bonne protection sur toute la gamme des ultraviolets.
D'autre part, les filtres chimiques réagissent avec la peau, causant des allergies. Pour éviter ces réactions, il est possible d'isoler les filtres en les encapsulant dans des sphères microscopiques. On utilise par exemple des microcapsules transparentes en verre (dioxyde de silicium), dont la taille est d'environ 1 micromètre. L’encapsulation empêche les filtres de pénétrer dans la peau, évite les interactions entre les filtres et les stabilise.
Tableau comparatif des différents filtres Longueurs d'onde des ultraviolets : UV-A : 320 - 400 nm UV-A courts : 320 - 340 nm UV-A longs : 340 - 400 nm UV-B : 280 - 320 nm
Filtres chimiques nom INCI autres dénominations allergisant UV filtrés photostable benzophenone-3 Oxybenzone oui UV-B, UV-A courts oui benzophenone-4 Sulisobenzone oui UV-B, UV-A courts oui benzophenone-8 Dioxybenzone oui UV-B, UV-A courts oui Bis-ethylhexyloxyphenol methoxyphenyl triazine BEMT ou Tinosorb S non UV-B, UV-A oui butyl methoxydibenzoylmethane avobenzone ou Parsol 1789 ? UV-A non cinoxate p-méthoxycinnamate de 2-éthoxyéthyle ? UV-B non Diethylamino Hydroxybenzoyl Hexyl Benzoate Uvinul A+ non UV-A oui Drometrizole trisiloxane Mexoryl XL non UV-B, UV-A oui Ethylhexyl Methoxycinnamate Méthoxycinnamate ou octinoxate d'octyle oui UV-B non Ethylhexyl Salicylate Salicylate ou octisalate d'octyle non UV-B oui Ethylhexyl Triazone octyl triazone ou Uvinul T 150 oui UV-B oui Homosalate salicylate de méthyl non UV-B oui Menthyle Anthranilate meradimate oui UV-B non 4-methylbenzylidene camphor enzacamène ou Parsol 5000 non UV-B oui Methylene bis-benzotriazolyl tetramethylbutylphenol MBBT ou Tinosorb M non UV-B, UVA oui Octocrylene cyanophénylcinnamate d'octyle ou Parsol 340 non UV-B, UV-A courts oui PABA Acide para-aminobenzoïque oui UV-B ? Phenylbenzimidazole Sulfonic Acid Ensulizole ? UV-B oui Polysilicone-15 Parsol SLX ou Polysiloxane-15 ou Benzylidène malonate polysiloxane non UV-B oui TEA salicylate salicylate de triéthanolamine ou salicylate de trolamine ? UV-B oui Terephthalylidene Dicamphor Sulfonic Acid Mexoryl SX ou acide téréphtalylidène dicamphosulfonique non UV-A oui
Filtres minéraux nom INCI autres dénominations allergisant UV filtrés photostable titanium dioxide dioxyde de titane non UV-A, UV-B oui zinc oxide oxyde de zinc non UV-A, UV-B oui Talc ? UV-A, UV-B oui Kaolin (argile blanche) ? UV-A, UV-B oui Ichtyol (goudron d'origine animale) ? UV-A, UV-B oui
Enjeux environnementaux Alors qu'une cinquantaine de filtres UV, souvent organiques, sont répertoriés dans le monde au début du , peu d'études sur la cinétique environnementale des composants de ces filtres sont à ce jour disponibles. Au motif de mieux protéger contre les rayons UV-A et UV-B, des filtres UV sont maintenant retrouvés dans beaucoup de produits de beauté appliqués quotidiennement (crème de jour, gel pour cheveux, stick à lèvres…) parfois cachés ou au contraire mis en avant par le Guerrini, E., & Heurtematte, A. (2006). Jargon cosmétique. Le MiDiFABs, 49.
Les quantités mises en circulation peuvent être évaluées d'après les chiffres des industriels, ou d'après enquête auprès de pharmacies et lieux commercialisant des produits solaires ainsi qu'auprès des personnes fréquentant les aires récréatives et de baignade. Ces enquêtes contribuent aussi à déterminer les types de filtres UV les plus utilisés selon les régions ou publics ;
Dans une consommation mondiale de nanomatériaux estimée en 2005 à 9 millions de tonnes (valeur totale estimée : 17,6 milliards d’euros)http://www.afsset.fr cité par Hayette, M. (2016). ﻲﻣﻟﻌﻟا ثﺣﺑﻟا و ﻲﻟﺎﻌﻟا مﯾﻟﻌﺗﻟا (Doctoral dissertation, Université Badji Mokhtar-Annaba). et 18 % environ sont des produits pharmaceutiques et les nanoparticules de titane et de zinc sont principalement utilisées par les crèmes solaires.