Tout savoir sur le dioxyde de titane !

Le dioxyde de titane est officiellement interdit en France en tant qu'additif alimentaire (E171) depuis le 1er janvier 2020. Pour rester cohérent avec cette décision, nous avons décidé de placer le "Titanium dioxide" en rouge dans les produits d'hygiène bucco-dentaire. Mais le dioxyde de Titane, c'est quoi au juste et ça sert à quoi en cosmétique ?

Origine et utilisation

Le titane est le 9ème élément et le 4ème métal le plus abondant sur terre. Il est présent dans la nature majoritairement dans des minerais, comme l'ilménite ou le rutile. Une fois purifié, on obtient une poudre blanche, le dioxyde de titane, qui sera ensuite utilisé dans de nombreux domaines industriels. Environ 5 millions de tonnes de dioxyde de titane sont utilisés chaque année dans le monde. Le dioxyde de titane ou encore le TiO2 (sa formule chimique) est utilisé majoritairement en tant que pigment blanc (colorant) dans les peintures, les plastiques et les papiers. Il est employé en additif pour les textiles, le verre, les médicaments et la cosmétique. Il est désormais interdit en alimentaire en France (depuis le 1er janvier 2020), où il était jusque-là utilisé sous la dénomination : E171. Et la question se pose de l'interdire aussi dans les dentifrices et les médicaments (doliprane, spasfon ...) !

Un morceau d'ilménite qui permet d'obtenir du dioxyde de titane : pigment blanc, vous avez dit ???
Photo Source : Wikipédia

Dans les cosmétiques, le dioxyde de titane peut avoir deux fonctions principales :

- Filtres UV, dans ce cas il est indiqué dans la liste INCI sous la dénomination Titanium Dioxide
- Opacifiant / colorant blanc, dans ce cas, il apparaît sous la mention CI 77891

Le dioxyde de titane obtenu après transformation : Euh ! Cherchez l'erreur !
Photo source : Wikipedia

Les différentes formes de TiO2

Le dioxyde de titane existe sous différentes formes cristallines : on appelle ça du polymorphisme, c'est-à-dire que pour une même formule chimique, une substance peut se cristalliser dans des structures différentes en fonction des conditions de température et de pression. Pour le TiO2, on trouve trois formes cristallines : l'anatase, le rutile et la brookite, on dit que ce sont les trimorphes de TiO2.

Dans les faits, en cosmétique, seules les formes rutile et anatase sont utilisées.

Ces différentes formes impliquent que les molécules auront des propriétés différentes : sans trop entrer dans les détails, on pourrait dire que la forme rutile est la plus aboutie des deux, d'ailleurs, on peut obtenir du rutile à partir de l'anatase en le chauffant (à partir de 625°c), alors que l'inverse n'est pas possible. Le TiO2 rutile est plus stable et n'est pas photosensible, contrairement à l'anatase. La phase rutile sera donc privilégiée dans les crèmes solaires et/ou en tant que pigment (dans les dentifrices par exemple) et l'anatase sera elle réservée aux pigments.

Les différentes structures cristallines du TiO2 : en gris les atomes de Titane, en rouge ceux d'oxygène ... c'est bo !
Photos Sources Wikipedia Rutile et Anatase

TAB : Les différences entre le TiO2 rutile et anatase

Le dioxyde de titane est-il naturel ou de synthèse ?

Le dioxyde de titane utilisé en cosmétique n'est pas un ingrédient de synthèse à proprement parler, toutefois il s'agit bien d'un ingrédient de nature chimique. Comme nous l'ont expliqué plusieurs fournisseurs, la transformation qui permet d'obtenir du TiO2 est une opération de "purification" qui ne peut être considérée comme une synthèse : il s'agit bien d'un procédé chimique, mais qui ne "dénature" pas la molécule initiale, on la purifie.

Pour obtenir des pigments blancs de dioxyde de titane utilisables en cosmétique, deux principaux procédés sont utilisés : au sulfate ou au chlore. Le procédé le plus ancien (1916) utilise de l'acide sulfurique (sulfate) et des ilménites, ce qui permet d'obtenir des pigments sous forme anatase. Le procédé au chlore est plus récent, il date de 1934. Moins polluant, il permet aussi d'utiliser du rutile naturel et d'obtenir du dioxyde de titane composé essentiellement de rutile, grâce à des températures très élevées (jusqu'à 1400 °c).

Quelle que soit les transformations utilisées, les surfaces des particules sont ensuite traitées avec de la silice, de l'alumine ou d'autres composés organiques, pour faciliter et stabiliser leur dispersion. Ces "enrobages" s'effectuent en fonction des besoins : chacun apportant des propriétés comme une viscosité et un toucher différents. 

Le dioxide de titane obtenu via des procédés au chlore ou au soufre est autorisé en Bio (Liste Annexe IV / COSMOS) si les particules utilisées pour l'enrobage respectent le cahier des charges COSMOS. Par exemple, des enrobages à base de silicone (dimethicone) ne seront pas autorisés en bio alors que, ceux à base de silice pourront l'être.

Notez qu'il existe d'autres méthodes, elles de synthèse, qui permettent d'obtenir des poudres de TiO2 d'une grande pureté. L'une des plus connues utilise du tétraisopropoxyde de titane (TTIP), de l’isopropanol et de l’eau. Il ne s'agit plus là d'une opération de purification mais bien d'une opération de synthèse, qui est interdite en Bio.

Les nanoparticules

Un nanomatériau est constitué de particules dont la taille est inférieure à 100 nm (1 nanomètre = 10^-9 mètres). Les transformations que nous avons vues jusque-là permettent d'obtenir des particules fines de taille micrométriques (1 micromètre = 10^-6 mètres) en grande majorité. Lorsqu'elles sont sous la forme de nanoparticules, les particules sont dîtes "ultrafines".

Quand la taille des particules diminue, leur nombre par gramme augmente de manière très importante et la surface de contact (pour une même quantité de matière) entre les particules et l'environnement, aussi. Du coup, on imagine assez bien que la protection et l'étalement seront meilleurs avec des particules ultrafines.

Dans quel cas utilise-t-on des nanoparticules ?

Pour ce qui concerne le dioxyde de titane, les nanoparticules sont intentionnellement créées dans le cadre d'une utilisation en tant que filtre UV. La molécule devenant plus petite est rendue transparente, l'étalement est favorisé, et la protection améliorée. Cependant, on ne crée pas de manière intentionnelle du dioxyde de titane sous forme de nanoparticules pour une utilisation en tant que colorant / opacifiant, puisque sous cette forme l'aspect transparent de la molécule n'a pas beaucoup d'intérêt. Cela dit, sachez que les différents procédés d'obtentions du dioxyde de titane font que de fait, il existe toujours des nanoparticules dans le dioxyde de titane utilisé en cosmétique. 

Que dit la réglementation ?

En matière de nanoparticules, la réglementation cosmétique reste assez souple pour les marques, puisqu'est considéré comme nanomatériau une substance comportant "au minimum 50 % de particules de dimensions comprises entre 1 nm et 100 nm" - Recommandations du 18 octobre 2011 de la commission européenne.

Notez, que pour les produits certifiés Bio suivant le cahier des charges COSMOS, les nanomatériaux ne sont pas autorisées : toutefois, les substances contenant moins de 10% de nanoparticules sont acceptées.

Le fait que la mention (NANO) ne soit pas présente dans la liste des ingrédients d'un produit cosmétique ne signifie donc pas qu'il n'y a pas de nanoparticules dans le produit. 

Les controverses 

Depuis 2006, le CIRC considère le dioxyde de titane comme "cancérigène possible" par inhalation chez l'homme.

Le dioxyde de titane a fait depuis, l'objet de nombreuses études et rumeurs dans le cadre de son utilisation en tant que colorant dans les produits alimentaires. Depuis le 1er janvier 2020, la France a décidé (sans attendre l'avis de l'Europe) d'interdire son utilisation dans les denrées alimentaires. Depuis cette date, nous avons nous aussi décidé de placer la molécule en rouge dans les produits d'hygiène dentaire sur nos applications : notez que la molécule est déjà pénalisée dans le cadre de son utilisation dans des produits en spray.

Sources :

- Recommandations de la commission du 18 octobre 2011 relative à la définition des nanomatériaux
- COSMOS Cahier des charges
- INRS : Nanomatériaux, nanoparticules
- Le dioxyde de titane : une molécule mise à l'épreuve
- Je veux comprendre… Le dioxyde de titane dans les cosmétiques bio
- Techniques de l'ingénieur : Dioxyde de titane - Propriétés et applications
- Techniques de l'ingénieur : Colorants et pigments
- Livre : Cosmetic Valley - Matières premières cosmétiques
- VIDAL : Composition du doliprane 500
- ANSES : Dioxyde de titane

Remerciements :

à Yuriko, ingénieure de l'école de Chimie de Clermont-Ferrand SIGMA qui travaille avec nous, et qui s'est chargée des recherches scientifiques et des différents contacts, recrutée grâce à l’aide financière accordée par Clermont Auvergne Métropole. 

à COSMOS, qui a répondu à nos questions concernant le TiO2 utilisé en Bio