Véronique FERLAY-FERRAND, Claude PICARD, Claude PRIM

Approche toxicologique
des fumées de feux de forêts

74% des victimes d’incendies de forêts périssent sous l’effet de la fumée et des gaz chauds dégagés (1). Paradoxalement, il n’y a que très peu de données sur les concentrations respirées par le personnel intervenant. Aussi, nous avons développé une étude sur la composition des gaz de combustion végétale en laboratoire et sur le terrain.

COMBUSTION DES VÉGÉTAUX ET EFFETS SUR L’HOMME :
Au cours de la combustion végétale, l’oxygène se fait plus rare et des composés caractéristiques sont émis (2) : vapeur d’eau, oxydes du carbone et du soufre, ozone, composés azotés, hydrocarbures, composés organiques volatiles ou COV, hydrocarbures aromatiques polycycliques ou HAP, particules de taille moyenne (suies, goudrons, etc.).
Un des principaux dangers pour les combattants du feu est la raréfaction de l’oxygène à proximité du front de flammes, entraînant une hypoxie (3).
Il n’y a pas d’intoxication systématique par le monoxyde de carbone (CO) mais il est très redouté des intervenants. Les symptômes observés sont principalement des céphalées, vertiges, nausées ou vomissements. L’asthénie est fréquente. Les oxydes d’azote sont des irritants respiratoires, des convulsivants, des euphorisants, des anesthésiques et peuvent conduire à des insuffisances respiratoires aiguës.
Les HAP et COV sont des dépresseurs du système nerveux central. Les essences végétales peuvent entraîner une intoxication aiguë voire, engager le pronostic vital du Sapeur-Pompier même à une certaine distance du foyer d’incendie (4).
Les atteintes des voies aériennes sont constituées par des brûlures, des lésions muqueuses extramuqueuses et des dépôts de particules dans les bronches.

TOXICITÉ :
En cas de contact avec une substance chimique, sa toxicité, sa concentration et la durée de l’exposition sont prises en compte. La dose-seuil d’un composé chimique représente la concentration dans l’air pouvant être respirée pendant un temps donné sans risque d’altération sur la santé (5).
Il existe deux types de dose-seuil :
Les VLE ou Valeurs Limites d’Exposition mesurées sur 15 minutes.
Les VME ou Valeurs Limites Moyennes d’exposition déterminées pour un contact de 8 heures, plus proches des conditions d’intervention. 

OBJECTIFS DE L’ÉTUDE

L’objectif de ce travail est de mieux connaître les composés chimiques émis lors de la combustion des végétaux (fréquences et concentrations) afin de déterminer les plus toxiques présents sur le terrain et de mieux prévenir et protéger les intervenants.
Les recherches se déroulent autour de deux axes :
Identifier les composés présents dans les fumées de combustion d’espèces méditerranéennes majoritaires au laboratoire afin de constituer une banque de données, onze ont été étudiées dont trois d’entre elles avec et sans retardant.
Quantifier les composés toxiques des fumées (6).

MODE OPÉRATOIRE

CONCENTRATION DES FUMÉES :
Les fumées sont concentrées sur un adsorbant solide (figure 1) dont les propriétés sont intéressantes : faible affinité pour l’eau, grande capacité d’adsorption, récupération des produits piégés proche de 100%, inerties chimique et structurelle pour les produits piégés. Les composés sont désorbés par chauffage rapide du Tenax.

ANALYSE :
Les fumées de combustions végétales forment un mélange de composés nombreux et divers. Une séparation est nécessaire avant l’analyse. Nous avons opté pour le couplage CG-SM.
La Chromatographie en Phase Gazeuse (CPG) sépare les composés vaporisés par chauffage sans les décomposer et donne un chromatogramme.
La Spectrométrie de Masse (SM) donne pour chaque molécule séparée son spectre de masse.
Le composé correspondant est identifié par comparaison avec ceux de la banque de données (55.000 produits répertoriés).

LA COLLABORATION USC1 - CEREN :
L’USC1 (Unité de la Sécurité Civile 1, Nogent-le-Retrou) possède une Unité Mobile de Spectrométrie de masse permettant d’effectuer des analyses de gaz sur le terrain. Les avantages sont nombreux : obtention rapide des résultats, dégradation des échantillons et recombinaisons entre molécules durant le transport évitées.

ESPÈCES VÉGÉTALES ÉTUDIEES AU LABORATOIRE :
Les espèces choisies sont abondantes dans 1a flore méditerranéenne calcaire.

LIMITATIONS DES ESSAIS SUR LE TERRAIN :
Aucun prélèvement sur feu réel n’a pu être réalisé durant l’été 1996, contrairement aux étés 1995 et 1997 (en cours de traitement). Les missions de prélèvement étant assez lourdes à mettre en œuvre, les feux doivent être suffisamment importants pour n’être pas déjà maîtrisés avant notre arrivée 

RÉSULTATS & DISCUSSION

IDENTIFICATION DES COMPOSÉS PRÉSENTS DANS LES FUMÉES :
Les composés les plus fréquents sont principalement des dérivés benzéniques et phénoliques : le toluène et le phénol sont présents dans plus de 9 prélèvements sur 10.
Ces composés sont similaires à ceux identifiés dans les fumées de végétation mixte par Y. Tsuchuiya (1992) et à ceux répertoriés par L. Mc Kensie et al. (1995).
Les espèces "aromatiques" (romarin, pin d’Alep, thym, cade) sont caractérisées par des fréquences élevées en terpènes dans leurs fumées (de 14 à 21%) alors que ces composés sont rares voire absents dans les autres espèces végétales étudiées à l’exception du chêne vert et du mimosa (respectivement 7 et 8%). Les essais avec retardant réalisés au laboratoire ne font pas apparaître de composé spécifique; l’ammoniac, caractéristique, n’est pas détecté par cette méthode. Les composés benzéniques, caractéristiques du bois, atteignent des fréquences très élevées dans les fumées de feux réels (jusqu’à 65%).

QUANTIFICATION DE QUELQUES COMPOSÉS :
Toxicité des composés dosés :
Huit composés ont été choisis en fonction de leur fréquence et abondance dans les prélèvements et de leur toxicité. Le tableau 3 regroupe leurs VLE et VME correspondantes, celles du benzaldéhyde et du limonène ne sont pas établies.
Le benzène est cancérigène, le furfural et le benzaldéhyde sont considérés comme cancérogènes probables (7). Les produits aromatiques (toluène, xylène, styrène) sont irritants et entraînent des réactions inflammatoires (voies respiratoires, peau, yeux).
Le phénol est corrosif et provoque une destruction brutale non spécifique des tissus (voies respiratoires, peau, yeux, voies digestives).
Résultats quantitatifs des prélèvements laboratoire :
Les résultats obtenus (moyenne de 3 essais) sont comparés avec la VME correspondante. Les teneurs en benzène, phénol et furfural dépassent la valeur-seuil tolérée dans la plupart de nos prélèvements. Celles du styrène et du toluène sont à surveiller dans plusieurs prélèvements. En revanche, les fumées de végétaux présentent des concentrations en xylène beaucoup plus faibles que celle de la VME. Les valeurs obtenues pour le benzaldéhyde sont très faibles, celles du limonène plus importantes.
Des dosages par tubes indicateurs sur les fumées de chêne verts, bien que moins précis, restent du même ordre de grandeur que par CG-SM.
H. Virelizier et al. (1990) ont montré, en laboratoire, une variation des concentrations de benzène, toluène et furfural en fonction du stade de combustion (début, milieu et fin). Ceci peut expliquer, en partie, nos variations trouvées pour trois prélèvements similaires.
Résultats quantitatifs sur feux réels :
Le benzène et le furfural dépassent les valeurs limites de toxicité. Pour les autres produits, les valeurs rencontrées sur feux réels sont 4 à 5 fois plus faibles que les valeurs limites de toxicité. Le phénol et le limonène sont absents dans les fumées sur feux réels alors que les teneurs obtenues au laboratoire sont importantes.
Ces résultats concernent un seul type de couverture végétale (garrigue de chêne kermès et romarin). 

CONCLUSION

Cette étude apporte une meilleure connaissance de la composition chimique des fumées de combustions végétales. De nombreuses difficultés de mise en œuvre ont été surmontées; certaines manipulations ont dû être simplifiées. Cependant, les méthodes de prélèvement et d’analyse sont maintenant au point, y compris sur le terrain.
Les résultats qualitatifs permettent de sélectionner les composés les plus toxiques pour les quantifier. Les concentrations les plus inquiétantes dans les fumées des onze espèces végétales brûlées au laboratoire sont celles du furfural et du phénol. Les teneurs en benzène sont inférieures mais proches des valeurs limites moyenne de toxicité, aussi, ce composé est à surveiller. Dans les fumées de feux réels les benzène et furfural présentent des teneurs dépassant celles de leur valeur limite de toxicité correspondante.
Ces résultats surprenants ont été obtenus par des prélèvements effectués directement sur feux réels en dépit des difficultés matérielles que cela représente. Aussi, une poursuite des manipulations est nécessaire pour compléter ces résultats. 

Véronique FERLAY-FERRAND
Ingénieur d’étude au CEREN

Claude PICARD
Dircteur du CEREN
CEREN, Sécurité Civile, Valabre, Gardanne

Claude PRIM
Colonel Honoraire de Sapeurs-Pompiers professionnels
Ancien médecin Chef du SDIS du Var
Ancien Conseiller Technique Médical Permanent de la DSC
Chargé de cours au Cifsc de Valabre-Gardanne

Remerciements : Nous adressons nos plus vifs remerciements à la Sécurité Civile et plus particulièrement à l’USC1 pour leur participation à cette étude. Nous remercions également les médecins qui nous ont soutenu au cours de cette étude. 

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

1. - Médecin-Colonel Prim. - Les risques pathogènes lies aux incendies de forêts. - Revue Sécurité Civile et Industrielle, 332, 11 pages, juillet-août 1983.
2. - Y. Lambert, P. Carli et Ph. Chauchat. - Inhalation de fumées d’incendies. Apport de la fibroscopie bronchique au diagnostique précoce. - Jeur, 1, 89-95, 1988.
3. - Médecin-Colonel Prim. - Les risques agressologiques du métier de Sapeur-Pompier. - Le Sapeur-Pompier, 802, 202-209, 1989.
4. - The Merck Index. - Eleventh Edition. - Susan Badavari Editor, New-York, 1989.
5. - H. Virelizier, D. Gaudin, F. Anguenot, J. Aigueperse. - Determination of V.O.C. and H.P.A. in a domestic atmosphere with a wood fire. – Indoor air’90, Vol 2, 397-401, Toronto.
6. - L. Trabaud. - Le comportement de feu au cours des incendies de forêts. - Revue Sécurité Civile et Industrielle, n°417-418, France Sélection, 1991.
7. - Y. Tsuchiya. - Air quality problems inside a house following a fire. - Jounal of Fire Sciences, 10, 58-71, 1992.
8. - J.C. Hachet. - Dictionnaire de Toxicologie Clinique. - Ed. Masson, Paris, 1992.
9.- CRC Handbook of Chemistry and Physics. D. R. Lide, Editor in chief. CRC Press, Inc, 73rd Edition, London, 1992-1993.
10. - L. M. Mc Kensie, W. Min Hao, G. N. Richards and D. E. Ward. - Measurement and modeling of air toxins from smoldering combustion biomass. - Environ. Sci. Technol., 29, 2047-2054, l995.
11. - V. Ferlay. - Etude qualitative et quantitative des effluents gazeux de feux de forêts. - Ceren, Rapport interne, 1996.