1)- Composition physique de l’aérosol produit par l’e-cigarette :
L’aérosol produit par l’e-cigarette est composé de fines gouttelettes de propylène glycol (PG) et/ou de glycérine végétale (GV) avec un peu d’eau, de nicotine et d’arômes. Ces gouttelettes sont suspendues dans un gaz formé d’air et du produit de l’évaporation de l’e-liquide.
Les étapes (1) à (4) du schéma ci-dessous se déroulent avant l’inhalation, les étapes (4) et (5) en partie dans l’air de la pièce et en partie dans les voies respiratoires et l’étape (6) dans la pièce ou le lieu où se trouve l’utilisateur.
Figure 72 : Etapes aboutissant à la vaporisation de l’e-liquide en gaz (vapeur), puis à la formation de fines gouttelettes d’aérosol qui vont durant quelques dizaines de secondes simuler la fumée avant de retourner
1.1)- Composition physique du courant primaire (C1) de l’aérosol généré :
Dans la fumée de cigarette, on distingue classiquement quatre courants :
Le courant primaire, C1, inhalé par le fumeur au moment de son inspiration. Le courant secondaire ou latéral, C2, produit par la combustion lente de la
cigarette elle-même, entre les bouffées actives du fumeur et dégagé dans l’environnement.
Le courant tertiaire, C3, exhalé par le fumeur.
Le courant C4, mélange de C2 et C3, courant inhalé par le fumeur lui-même et par son entourage (tabagisme passif).
Le courant C2 n’existe pas dans le cas de la cigarette électronique car l’aérosol qu’elle produit est déclenché uniquement par l’inspiration. Il n’y a pas donc de différence entre les courants C3 et C4.
Le courant primaire de la « vapeur » émis par l’e-cigarette et inhalé par le fumeur est un aérosol de fines gouttelettes liquides contenues dans un gaz.
Il n’y a pas dans cette « vapeur », contrairement à la fumée du tabac, de particules ou microparticules solides en suspension produites par l’e-cigarette. Du fait de leur évaporation, les fines gouttelettes formées diminuent rapidement de taille dès qu’elles sont émises. Cinq études [178,179] ont analysé les caractéristiques physiques de ces gouttelettes, mais l’extrême rapidité de chute de taille des particules rend l’analyse fine précise difficile et les résultats dépendent de la technique de mesure plus ou moins longue à être mise en œuvre. L’étude des paramètres de l’aérosol peut porter sur la distribution du nombre de particules de chaque taille (CMAD) ou sur la répartition de la masse des gouttelettes en fonction de leurs tailles (MMAD). La distribution du MMAD est la plus pertinente.
Le courant primaire de la « vapeur » contient des particules dont le MMAD est mesuré de 0,25 à 0,45 μm avec une concentration de 1 milliard de particules par cm3 selon Ingebrethsen [178]. Bertholon [179], en utilisant également une e-cigarette au propylène glycol, trouve un diamètre un peu plus gros de 0,60 à 0,65 μm.
Tableau 9 : Tailles particulaires des courants C1, C3 et C4 et demi-vies du courant C4 pour la cigarette électronique et la cigarette ordinaire.
Le MMAD de l’aérosol de l’e-cigarette lors de son émission apparait un peu plus élevé que celui du courant primaire de la fumée de tabac. En effet, la taille médiane des particules de la cigarette est de 0,27 μm (270 nm). La dispersion de la taille des particules est du même ordre que celle de la fumée de cigarette.
1.2)- Disparition de l’aérosol généré :
Le fumeur rejette un courant tertiaire dont les gouttelettes ont une taille très inférieure à celles inhalées. La taille des gouttelettes de l’aérosol est voisine pour l’e-cigarette et la cigarette. Bertholon rapporte en effet un diamètre médian (MMAD) de 0,29-0,34 μm pour l’e-cigarette et 0,30 μm pour la l’e-cigarette. La dispersion de la taille des particules est plus grande pour l’e-cigarette que pour la fumée des produits du tabac.
La diminution rapide du diamètre des particules de l’aérosol est en grande partie liée au retour à l’état gazeux des gouttelettes (la demi-vie des gouttelettes n’est en effet que de 11
secondes selon Bertholon avec un liquide au propylène glycol). Ainsi le diamètre des gouttelettes de l’aérosol formé par l’e-cigarette a déjà diminué quand celles-ci sont rejetées après quelques secondes par le fumeur. Onze secondes après sa formation, le nombre de particules de l’aérosol a diminué de moitié, 22 secondes après des trois quarts et 33 secondes plus tard de 90%. Une minute après, elles sont quasiment indétectables.
Figure 73 : Décroissance dans l’air de l’aérosol de la cigarette électronique. Courbe exponentielle ajustée et demi-vie T1/2 calculée (en secondes).
En travaillant non pas avec la masse mais avec le nombre de particules (CMAD), Zhang
[180] montre que les gouttelettes de l’aérosol d’e-liquide contenant du glycérol (GV) sont
plus grosses que celles d’e-liquide au propylène glycol (PG) et ont une demi-vie plus longue, induisant une plus longue persistance de ces gouttelettes de l’aérosol alors qu’avec le propylène glycol, la « vapeur » est moins intense et se dissipe plus rapidement.
Figure 74 : Distribution du diamètre des particules de l’aérosol dans une chambre de mesure et décroissance en fonction du temps pour un aérosol d’une cigarette au propylène glycol et d’une e-cigarette à la glycérine végétale (Distribution en nombre de particules sur une échelle logarithmique)
d’après ZHANG.
Comme pour les cigarettes classiques, environ 20% des particules inhalées se déposent et 80% sont exhalées lors d’une prise normale. Une prise profonde avec apnée peut très sensiblement augmenter la fraction déposée [179].
2)- Composition chimique de l’aérosol produit :
2.1)- La composition chimique de la « vapeur » produite par l’e-cigarette est- elle la même que celle du e-liquide ?
Alors que pour la cigarette ordinaire, la composition de la fumée est totalement différente de la composition du tabac du fait de la combustion de ce dernier, il n’existe théoriquement aucun changement chimique entre la « vapeur » et l’e-liquide. Cependant, avec l’augmentation progressive des tensions électriques appliquées aux résistances des atomiseurs
et l’échauffement de celles-ci, de faibles variations chimiques pourraient être observées à l’usage.
Le principal changement qui survient entre l’e-liquide dans sa cartouche et la «vapeur » concerne la forme physique. Ce qui était un liquide se transforme en fines gouttelettes submicroniques et en gaz, puis rapidement (moins d’une minute) la quasi-totalité des émissions va être transformée en gaz.
Avec les e-cigarettes récentes, la composition de la « vapeur » est voisine de celle de l’e-liquide, on y trouve les mêmes composés dans des proportions similaires. Si en première approximation, on peut donc considérer que la composition chimique de la «vapeur » est la même que celle du e-liquide, on sait que le chauffage de l’e-liquide peut en modifier la composition ; il est donc important de contrôler non seulement l’e-liquide, mais aussi, au moins de façon ponctuelle, les aérosols formés lors de sa vaporisation.
2.2)- Répartition des principaux constituants chimiques de l’aérosol produit :
La composition chimique des gouttelettes de l’aérosol produit est voisine du contenu de la cartouche. Les gouttelettes ne sont pas donc de la vapeur d’eau mais formées essentiellement de propylène glycol et/ou de glycérine végétale selon la composition de la cartouche.
Plus de 85% de l’aérosol produit par l’e-cigarette est composé de glycérol ou de propylène glycol. Le taux de nicotine varie de 0 à 2%.
Les premières analyses disponibles sur la composition de la « vapeur » sont plutôt rassurantes.
Tableau 10 : Analyse des 38 premiers ML d’aérosol produit par une e-cigarette (Ruyan New-Zealand) sans nicotine.
2.3)- Solvants et autres impuretés détectés dans les aérosols d’e-cigarette :
A côté des nitrosamines, cancérogènes naturellement présents dans le tabac et détectées comme traces dans les solutions de nicotine pures à « seulement » 99% ou 99,5%, un certain nombre d’impuretés comme l’acétone, l’acide acétique, des solvants chlorés, du formaldéhyde par ailleurs allergisant apparaissent à différents stades de la préparation des e-liquides, mais aussi de leur chauffage sur le filament de l’atomiseur. Ils peuvent être présents même dans les liquides sans nicotine.
Un inventaire de ces impuretés et des standards de contrôle doivent être établis. Cependant, sur les quelques mesures disponibles, les taux sont bien moindres que dans la fumée de cigarette [181].
Ainsi Farsalinos a présenté une analyse des impuretés des « vapeurs » en septembre 2012 au meeting de la Society for Research on Nicotine and Tobacco (SRNT) portés sur le Tableau suivant [182].
Tableau 11 : Concentrations (µg/m3) d’une sélection de composés durant une émission de cigarettes
conventuelles et d’e-cigarettes dans une chambre d’expérience de 8-m3.
Ces données montrent l’absence à des niveaux détectables de la majorité des polluants suspectés. Les six polluants mesurables le sont à des concentrations bien moindres que dans la fumée de cigarette.
Une étude montre également la présence de rimonabant et de sildénafil (Viagra R) dans les e-liquides de première génération [183]. (L’introduction de médicaments comme le sildénafil (Viagra R) ou le rimonabant (Accomplia R) a été réalisée par certains
fabricants.L’adjonction de médicament est clairement interdite en Europe et aucun e-liquide commercialisé (hors Internet) n’en contient).
2.4)- Y-a-t-il des cancérogènes dans l’aérosol produit par l’e-cigarette ?
Quelques traces de produits cancérogènes à des concentrations très faibles, du même ordre de grandeur que celles trouvées dans les substituts nicotiniques existent dans les e-liquides, mais ces concentrations sont sans signification clinique. Ces données ont cependant conduit certains à tenir des propos alarmants sur les premières e-cigarettes.
Les recherches de cancérogènes dans la vapeur de l’e-cigarette n’identifient actuellement aucun produit classe cancérogène « probable » ou « certain » pour l’homme. Quelques PHA (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, hydrocarbures aromatiques polycycliques) non classés cancérogènes sont identifiés dans la fumée mais à des taux 100 fois inférieurs à ceux retrouvés dans les bouffées de cigarette (voir Tableaux 10, 11, 12).
Tableau 12 : Cancérogènes et PHA dans les e-cigarettes Ruyan, cartouche 0mg de nicotine. Classification IARC 1 = certain, 2A = probable, 2B = possible, 3 = non classifiable comme cancérogène.
Sous réserve que la température des atomiseurs ne continue pas à augmenter (car la glycérine végétale présente un risque théorique de formation d’acroleine (un produit formé à partir du glycérol quand la température monte et que la molécule se déshydrate), on peut considérer à ce jour et sauf étude contraire, que l’e-cigarette n’a pas de potentiel cancérogène contrairement à la fumée du tabac (qui est cancérogène catégorie 1 : cancérogène prouvé pour l’homme selon l’IARC « International Agency for Research on Cancer ») [184].