Généralités
Risques de toxicité des fibres de carbone
Conclusion
Bibliographie

 Dernière mise à jour Janvier 2003

Les fibres de carbone sont des fibres synthétiques organiques.

Elles sont produites à haute température (1200°C) par un procédé de carbonisation de l’une ou l’autre des trois matières premières suivantes :

• la rayonne (cellulose régénérée),
• le brai (goudron de houille ou résidu du pétrole),
• le polyacrylonitrile (PAN) le plus souvent.

Avant utilisation ces fibres subissent encore une oxydation et un ensimage par un alcool polyvinylique ou une résine époxy permettant d'améliorer leur comportement au sein des matériaux composites.

Le diamètre des fibres de carbone varie de 5 à 15 microns (7 à 8 microns en moyenne).

Les fibres de carbone sont caractérisées par leur faible densité, leur résistance élevée à la traction et à la compression, leur flexibilité, leurs bonnes conductibilités électrique et thermique, leur tenue en température et leur inertie chimique (sauf à l’oxydation). Elles résistent à la corrosion et à l’usure. Elles sont faciles à usiner et sont perméables aux rayons X.

Leurs limites d’utilisation sont les suivantes : sensibilité aux chocs (rigidité élevée et faible allongement à la rupture), attaque à chaud (température supérieure à 400°C) par l’oxygène de l’air et les acides oxydants, corrosion de type galvanique au contact des métaux et alliages.

Les fibres de carbone sont utilisées principalement pour la fabrication de matériaux composites renforcés, la fabrication de matériaux de friction à usage industriel et dans la confection de revêtements isolants en présence de hautes températures. La production mondiale est en augmentation (principaux producteurs : États-Unis, Japon et Royaume-Uni); leur domaine d’application qui concernait essentiellement l’industrie aéronautique et spatiale initialement, est en pleine expansion et s’étend désormais à des secteurs variés tels l’industrie automobile, les loisirs (raquette de tennis, canne à pêche, planches à voile, ...).

a/ Risque pulmonaire

• Principes généraux

• Taille habituelle des fibres de carbone

•  Effets sur les animaux de laboratoire et les systèmes in vitro

•  Études épidémiologiques Nous disposons de peu d’études épidémiologiques concernant l’exposition de travailleurs aux seules fibres de carbone.

• Une étude transversale relative à 88 des 110 employés d’une unité de production de fibres de carbone à base de polyacrylonitrile n’a révélé aucun effet nocif sur la fonction respiratoire comme l’ont montré les examens radiographiques et spirométriques et les questionnaires sur les symptômes respiratoires¹³. Les concentrations de poussières étaient faibles, les niveaux moyens du groupe le plus empoussiéré étant de 0,39 mg/m³ de poussières totales et de 0,16 mg/m³ de poussières respirables. Les fibres de carbone de 3-10 microns de diamètre se sont divisées latéralement mais non longitudinalement en fibres fines. Les particules respirables étaient pour la plupart non fibreuses et composées de résines et de matières étrangères.
• D’autres études, moins bien documentées, ont fait état d’effets indésirables chez des ouvriers travaillant à la production de fibres de carbone et de polyamide à type notamment de détérioration de la fonction respiratoire ; les données qui figurent dans ces publications sont toutefois jugées insuffisantes par l'OMS⁵ (1993) pour qu’on puisse se prononcer sur la validité des références indiquées.
• Il n'y a donc à l'heure actuelle pas de VME connue pour les fibres de carbone. L'US Navy préconise une limite maximale à 3 fibres/cm³. Pour l'effet non spécifique de ces poussières, et par assimilation aux poussières coniogènes une VME de 5 mg/ m³ en poussière alvéolaire et 10 mg/m³ en poussières totales est applicable⁶
• Certains auteurs pensent que la toxicité pulmonaire des composites à fibres de carbone pourrait être due aux matériaux liant les fibres entre elles qui joueraient le rôle déterminant dans la cytotoxicité de ces fibres.

• Résumé de l’évaluation générale On ne dispose que de données limitées :
• sur les expérimentations animales,
• sur les études épidémiologiques,
• sur les niveaux d’exposition professionnelle ou extra-professionnelle aux fibres de carbone.
Les données disponibles indiquent que sur les lieux de travail, l’exposition est en général faible.
L'O.M.S. évoque la possibilité d’un risque d’exposition plus important lors d’applications futures : apparition sur le marché de nouvelles fibres de carbone plus fines donc plus facilement respirables. La question du devenir des fibres lors de certaines opérations industrielles est également posée.
Enfin, les effets cumulatifs d’une exposition aux fibres de carbone associée à une consommation tabagique n’ont pas été étudiés.

Un auteur irlandais rapporte un cas d’allergie de contact chez un jeune apprenti de compagnie aérienne exposé à la poussière de fibres de carbone dans son activité professionnelle⁷.

c/ Risque cancérogène

· L'utilisation relativement récente des fibres de carbones à l'échelon industriel ne permet pas d'avoir un recul suffisant sur la détection de pathologies de type cancer dont le délai de survenue peut aller jusqu'à 50 ans après la fin de l'exposition.

· Une revue de la littérature disponible sur la toxicité humaine des fibres de carbone n'a permis de retrouver qu'un nombre limité de publications sur ce sujet.

· Plusieurs études de toxicité in vitro et in vivo chez l'animal ont permis de mettre en évidence une cytotoxicité^{8 9} due aux fibres de carbone lorsqu'elles sont présentes dans des matériaux composites. L'exposition chronique aux fibres de carbone chez le rat n'a pas permis de mettre en évidence d'effet sur la fonction respiratoire¹⁰

· Les principaux organismes nationaux ou internationaux concernés par les problèmes de santé au travail ont conclu que les données actuelles étaient insuffisantes pour classer les fibres de carbones comme substances cancérogènes¹¹¹²(IARC, EPA, NTP, NIOSH, OSHA).

· La seule étude épidémiologique concernant l'exposition professionnelle publiée à ce jour et menée auprès de 88 salariés d'un site de production exposés pendant 20 ans n'a pas mis en évidence d'effet particulier au plan respiratoire ou sur les radiographies pulmonaires¹³

· Au total, il n'y a actuellement aucun élément permettant d'évoquer un risque cancérogène lié à l'exposition aux fibres de carbone ou aux matériaux composites. Le manque de recul sur les durées d'exposition ne permet évidemment pas de conclure à titre définitif sur l'absence de risque. Il est donc impératif lors des circonstances d'exposition à ce type de produit, et en particulier lors des opérations d'usinage de composites, de respecter les règle de sécurité en cas de présence de fibres inhalables : usinage des pièces dans un local comportant une aspiration et une ventilation adéquate, installation de dispositifs d'aspiration des poussières à la source (au niveau de l'outil), port d'un masque anti-poussière type P2, port de gants et de vêtement à manches longues⁶.

Le manque de recul vis à vis de l'exposition aux fibres de carbone/graphite n'a pas permis le développement d'études épidémiologiques importantes et les données actuelles de toxicologie animale ne révèlent pas de résultats alarmants. Compte tenu de l'importante de la latence des effets de type fibrogenèse, surcharge et a fortiori cancérogenèse, la prudence reste de mise et les principes de prévention collective et individuelle sont à respecter impérativement.

1. ALLEMAND O. Matériaux fibreux. Effets biologiques. Perspectives industrielles. 1986. École nationale supérieure des techniques industrielles et des mines d'Alès (6 avenue Clavières, 30100 Alès.

2. CHRETIEN G. Matériaux composites à matrice organique. Paris, Technique et documentation (Lavoisier), 1986, 510 pages. Diffusé par Technique et documentation (Lavoisier), 11 rue Lavoisier, 75380 Paris Cedex 08

3. FONT D. Hygiène et sécurité dans la mise en oeuvre des matériaux composites en aéronautique. Arch. Mal. Prof. 1992 (53) : 426-428.

4. ZUMWALDE R.D. ; HARMISON O.T. Carbon/graphite fibers. Environmental exposures and potential health implications PB 81-229692. Cincinnati (OH), National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), 1980, 18 pages Diffusé par NIOSH, 4676 Columbia Parkway, Cincinnati, OH 45226, États-Unis

5. WHO . Selected synthetic organic fibres. (Quelques fibres organiques synthétiques). Environmental Health Criteria 151. World Health Organization (WHO, CH-1211 Genève 27, Suisse), 1993, 100 pages (En anglais) Diffusé par Librairie Arnette, 2 rue Casimir Delavigne, 75006 Paris

6. J. T. . Exposition aux poussières de carbone. Travail et Sécurité (1999) 584 (06-99) : 48.

7. EEDY D.J. Carbon-fibre-induced airborne irritant contact dermatitis.
Contact Dermatitis , 1996. 35 (6) : 362-363

8. MARTIN et coll. An evaluation of the toxicity of carbon fibers composites for lung cells in vitro and in vivo. Env. Res. 1989. 49 : 246-261.

9. SUDANESE et coll. An evaluation of the "in vivo" and "in vitro" biological reaction and mechanical features of carbon fibre composites. Chir Organi Mov 1990. 75 (2) : 171-176.

10. OWEN et coll. Subchronic inhalation toxicology of carbon fibers. J.Occup. Med. 1986. 28 (5) : 373-376

11. NIOSH Carbon/graphite fibers : environmental exposures and potential health applications. (1980) Report IWS-52.3

12. MEDITEXT Advanced composite materials (1998) Medical Management Micromedex Inc, vol 97.

13. JONES et coll. Carbon fibre : results of a survey of process workers and their environment in a factory producing continuous filament. Ann. Occup. Hyg. 1982. 26 (1-4) 861-868

    14. Les fibres de carbone et de graphite. Eléments pour une évaluation du risque. Documents pour le médecin du travail, 2002, n° 92, pp.353-368.