vignette|redresse| Les particules ultra-fines, ultrafinesParticules ultra-fines et santé au travail, sur le site de l'INRS, PUF (ou UFP pour ultrafine particles en anglais) ou encore PMAloui, R., Magne, F., Devouassoux, G., Deverchere, J., Ritter, P., Bentaher, A. et Pacheco, Y. (2016). Effets des particules fines sur les cellules épithéliales bronchiques. Revue des Maladies Respiratoires, 33(9), 767-774. sont des particules de taille nanométrique (moins de ou de diamètre) ; si petites qu’elles se comportent comme des gaz S. Iijima (1985). "Electron Microscopy of Small Particles". Journal of Electron Microscopy. 34 (4): 249.. Elles ont des origines naturelles (incendies de forêt, volcanisme, érosion éolienne) et anthropiques (échappement des moteurs et chaudières, raffineries, usure de pneus, peintures, freins et autres sources mécaniques, soudure et autres systèmes fonctionnant à haute température).
Les PUF contribuent très peu à la masse globale des polluants de l'air, mais elles sont dominantes en nombre Morawska J., Moore M.R. et Ristovski Z., Health impacts of ultrafine particles, Canberra, Commonwealth of Australia, 2004, lire en ligne (consulté le 2 septembre 2016). et leur rôle est majeur dans les effets des pics de pollution et de la pollution chronique, en raison de leur quantité, de leur surface spécifique et de leur capacité à pénétrer profondément dans le poumon puis à traverser la barrière pulmonaire. Dans le domaine de la santé environnementale, c’est une catégorie majeure de polluant, en termes d'exposition respiratoire à la pollution, et d’effets sur la santé T. Osunsanya (2001). Acute Respiratory Effects of Particles: Mass or Number?. Occupational & Environmental Medicine. 58: 154–159, .
Bien plus petites que les classes de particules réglementées (PM et PM) et bien qu’elles soient suspectées d’avoir des effets graves sur la santé (car bien plus agressives à masse égale que les classes de particules plus importantes), elles ne sont pas encore réglementées Howard V (2009). Statement of Evidence: Particulate Emissions and Health (An Bord Plenala, on Proposed Ringaskiddy Waste-to-Energy Facility) , Durham Environment Watch (consulté le 2011-04-26)..
Pour les aspects généraux, techniques et technologiques du sujet, voir les articles Nanoparticule et Nanotechnologie ; cet article traite des PM et nanoparticules uniquement sous l'angle polluants ou composants de l’air.
Classification La microscopie électronique, la cristallographie et d’autres moyens permettent aux scientifiques d'observer la morphologie des particules ultrafines Attoui, M. B. (2016). Les nanoparticules dans l'air, génération, détection et granulométrie. 2268-3798.. Ce groupe de particule est souvent subdivisé en sous-classes : particules ultrafines à base de carbone, organométalliques ou à base d’atomes métalliques (éventuellement radioactifs) ; particules classées selon leurs propriétés magnétiques.
Des bases de données ont été proposées ou sont en cours de création pour l'évaluation de l'exposition professionnelle aux particules nanométriques Audignon-Durand S, El Yamani M, Conte V, Palmer G et Brochard P (2016), Ev@ lutil: une base de données pour l’évaluation des expositions professionnelles aux fibres et aux particules nanométriques , INVs..
Évaluation qualitative et quantitative (comptage) Les ultrafines aéroportées peuvent être quantifiées à l'aide d'un compteur de particules dit « compteur de noyaux de condensation ou CNC ; les particules y sont mélangées avec de la vapeur d'alcool puis refroidies ; la vapeur se condense autour d'elles, facilitant leur comptage par un scanner spécial J.D. Spengler (2000). Indoor Air Quality Handbook. .. L'ensemble de l'appareil qui constitue cette instrumentation (un séparateur de diamètre couplé à un compteur de noyaux de condensation) s'appelle un spectromètre de mobilité électriqueAtmospheric Radiation Measurement, "SMPS", https://www.arm.gov, 2019. (consulté le 18 janvier 2024.).
Sources des PM trouvées dans l'air Les particules fines trouvées dans l'air, les poumons et les organismes vivants ont pour partie des origines naturelles et pour partie une origine anthropique.
Origines naturelles La lave volcanique bouillante, la pulvérisation des embruns (marins essentiellement), les fumées de feux de brousse et de forêt en sont des sources communes de PUF naturelles.
Origines humaines Des nanoparticules sont aussi intentionnellement fabriquées pour une vaste gamme d'applications dont avec des métaux toxiques ou ayant des propriétés magnétiques particulières.
Une grande quantité de PUF sont des sous-produits de combustion (de produits pétroliers et gaziers ou de la biomasse-énergie). Une étude récente (2014) sur la qualité de l'air a montré que les émissions de particules ultrafines dangereuses provenant des décollages et des atterrissages de l'aéroport international de Los Angeles étaient plus importantes qu’on ne l’avait estimé auparavant Weikel D et Barboza T (2014), Planes' exhaust could be harming communities up to 10 miles from LAX, Los Angeles Times, 29 mai 2014.
D'autres sources sont l'usure mécanique de pièces mobiles ( usure d’engrenages, de freins de véhicules, de pneus et de la route), ainsi que les sous-produits du fonctionnement d'équipements tels que pistolet à peinture, imprimante à toner, pots d'échappement de véhicules ou de moteurs fixesB. Collins (3 August 2007). HP Hits Back in Printer Health Scare Row. PC Pro. consulté le 2009-05-15M. Benjamin, RT for Decision Makers in Respiratory Care. RT Magazine, novembre 2007 (consulté le 2009-05-15).
L’air intérieur n'est pas épargné, avec une multitude de sources dont la combustion du gaz de ville sur la gazinière, la cuisson des aliments (notamment cuits au four, à la poêle, en grillade), les imprimantes laser, les télécopieurs, les photocopieursDesmond C (2016) Risques toxiques respiratoires et utilisation professionnelle de photocopieurs (Doctoral dissertation)., le peeling des agrumes, la cuisine, la fumée de tabac, les fissures des conduites de cheminées, les aspirateurs.
Des PUF présentant des caractéristiques similaires à celles du gaz ou de liquides sont utilisées dans certaines poudres ou lubrifiants Nanotechnology : Ultrafine Particle Research, Environmental Protection Agency, 26 février 2008 (consulté le 2009-05-15).
Exposition, risques et effets sur la santé L'exposition aux PM se fait essentiellement par l'inhalation mais les mêmes particules ou d'autres de même taille peuvent aussi être absorbées via la boisson et la nourriture.
En raison de leur taille minuscule, les PUF sont respirables. À la différence des PM et PM inhalées, elles ne se déposent qu'en partie dans les poumons, ce qui fait qu'en même temps que l'oxygène de l'air, elles pénètrent dans le réseau sanguin et de là dans la lymphe et potentiellement dans tous les organes du corps. Elles peuvent en outre subir une « interstitialisation » dans les tissus pulmonaire, avec des effets éventuels, qui peuvent être immédiats.
L'exposition aux PUF, même quand leurs composants ne sont pas très toxiques, peut causer un stress oxydant Romieu I (2008). Air Pollution, Oxidative Stress and Dietary Supplementation: A Review. European Respiratory Journal, 31 (1): 179–97, . . avec libération de médiateur inflammatoire, pouvant aussi induire des troubles ou maladies cardiaques, pulmonaires avec d'autres effets systémiques Brook R.D (2010). AHA Scientific Statement: Particulate Matter Air Pollution and Cardiovascular Disease. Circulation. 121: 2331–2378, . .Card J (2008). Pulmonary Applications and Toxicity of Engineered Nanoparticles. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 295 (3): L400, . , . Calderón-Garcidueñas L (2008). Long-Term Air Pollution Exposure is Associated with Neuroinflammation, an Altered Innate Immune Response, Disruption of the Blood-Brain Barrier, Ultrafine Particulate Deposition, and Accumulation of Amyloid Β-42 and Α-Synuclein in Children and Young Adults. Toxicologic Pathology. 36 (2): 289–310, . . Jacobs L (octobre 2010). Subclinical responses in healthy cyclists briefly exposed to traffic-related air pollution. Environmental Health. 9 (64), . Freely accessible. ..
Nombre de ces PUF ne sont pas biodégradables ni métabolisables, posant alors des problèmes de biopersistance, notamment quand elles sont volontairement injectées dans le réseau sanguin ( adjuvant immunologique ou produits de contraste en imagerie médicaleGherardi R.K (2016), « Biopersistance et distribution systémique des nanoparticules injectées par voie intra-musculaire: quelle incidence sur la tolérance à long terme des adjuvants aluminiques ? », Morphologie, 100(330), 165 (réwumé).). Cette biopersistance et un métabolisme encore mal connu des nanoparticules pose la question de possibles phénomènes de bioconcentration, dans l'environnement, dans le réseau trophique et dans la chaine alimentaire (nourriture animale, alimentation humaine).
Les mécanismes précis des effets sur la santé restent à préciser, mais leur existence n'est plus discutée. En particulier, un effet d'augmentation de la pression artérielle semble en cause (dès l’enfance selon des mesures faites chez les écoliers) et Pieters, N ; Koppen, G ; Van Poppel, M ; De Prins, S ; Cox, B ; Dons, E ; Nelen, V ; Int Panis, L ; Plusquin, M ; Schoeters, G et Nawrot, TS (2015), Blood Pressure and Same-Day Exposure to Air Pollution at School: Associations with Nano-Sized to Coarse PM in Children, Environmental Health Perspectives, 123, 737–42, . Open access, , mars 2005..
Diverses sources d'exposition potentielle aux PUF sont identifiées, dont certaines activités professionnelles utilisant des nanoparticules ou en produisant lors de processus de fabrication ou de destruction de produit ou sous-produitVinches, L. et Hallé, S. (2016), Les particules ultrafines en milieu de travail : une exposition insuffisamment maitrisée, Bulletin de veille scientifique-Anses, 30, 22-24., certains environnements industriels, portuaires, aéroportuaires, routiers, des métiers comme celui de pompier A. Seaton (2006), Nanotechnology and the Occupational Physician, Occupational Medicine, 56 (5): 312–6. doi:10.1093/occmed/kql053. .. L’exposition à de l'air extérieur contaminé (par les moteurs Diesel notamment) et à d'autres émissions de sous-produits est aussi une source de risque I. Krivoshto ; Richards, JR ; Albertson, TE et Derlet, RW (2008), « The Toxicity of Diesel Exhaust: Implications for Primary Care », Journal of the American Board of Family Medicine, 21 (1), 55–62, , ..
Toxicologie Pour mieux évaluer et quantifier l'exposition et le risque associé aux particules ultrafines, des études in vivo et in vitro ont été entreprises pour divers types et catégories de PUF, utilisant une variété de modèles animaux (dont la souris, le rat et le poisson)Sayes C (2007), Assessing Toxicity of Fine and Nanoparticles: Comparing in Vitro Measurements to in Vivo Pulmonary Toxicity Profiles, Toxicological Sciences, 97 (1): 163–80. doi:10.1093/toxsci/kfm018, .. Ces études visent à établir des « profils toxicologiques » par type et taille de particule nécessaires à l'évaluation des risques, à la gestion des risques et à la réglementation et à la législation potentielleDreher K (2004), Health and Environmental Impact of Nanotechnology: Toxicological Assessment of Manufactured Nanoparticles, Toxicological Sciences, 77 (1): 3–5. doi:10.1093/toxsci/kfh041. Nel A (2006), Toxic Potential of Materials at the Nanolevel. Science. 311 (5761): 622–7, . . Notter et Dominic (septembre 2015), Life cycle impact assessment modeling for particulate matter: A new approach based on physico-chemical particle properties, Environment International, 82, 10–20, . Il est probable que des « effets cocktails » existent aussi, entre PUF, mais aussi entre PUF et d’autres polluants ou allergènes inhalés, bus ou ingérés.