Tout savoir sur le Propylène Glycol !

Le propylène glycol (PG) est un liquide incolore, inodore et légèrement visqueux à température ambiante. Il fait polémique dans le cadre de son utilisation dans les e-liquides des cigarettes électroniques. Mais d'où vient exactement cette molécule, pourquoi l'utilise-t-on en cosmétique et quel est son impact sur l'environnement ?

Origine et utilisation

Le propylène Glycol (PG) est un alcool dihydrique ou diol (2 groupes OH) qui possède d'excellentes propriétés en tant que solvant. Notez que, chimiquement, la molécule est très proche de la glycérine qui est un triol (3 groupes OH). Dans la famille des glycols, il est considéré comme l'un des moins toxiques. Synthétisé pour la première fois dans les années 60, la production de Propylène Glycol s'élève en 2014 à 2,18 millions de tonnes.

Schémas / (c) Wikipedia

Son isomère Le propanediol est un isomère du Propylène Glycol, c'est-à-dire qu'il a la même formule chimique mais une structure moléculaire différente. Il est considéré comme moins irritant.

 

Les nombreuses utilisations du Propylène Glycol

Le propylène Glycol est employé dans de très nombreux domaines comme :

- En chimie fine, il est utilisé dans les solvants pour encre, en tant que stabilisant pour les détergents ou encore dans les antigels pour votre voiture ...

- En alimentation humaine, il est employé sous la dénomination E1520/E490. Notez que la FDA (US) n'autorise pas son utilisation dans les aliments pour chats, parce que ceux-ci ne disposent pas d'un système physiologique permettant de détoxifier le PG, comme cela peut être le cas chez l'homme et d'autres animaux.

- Dans les cigarettes électroniques, il sert de liquide de remplissage.

- Dans le domaine pharmaceutique, il est utilisé en tant que solvant de substances actives pour une bonne distribution dans les vaccins, les sirops contre la toux, les anesthésiques locaux, antiseptiques, vitamines et hormones (ex. solvant pour la phénytoïne, un médicament antiépileptique)

- En cosmétique, il est employé dans de très nombreux produits, en tant que solvant, humectant ou agent de contrôle de la viscosité : dans certains cas, sa concentration peut aller jusqu'à 50% du total de la formule.

- Dans les textiles, il sert à la fabrication de certaines fibres synthétiques

- Et "pour finir" en soirée, il est utile aux machines qui fabriquent de la fumée artificielle (cinéma, théâtre, disco…) !

Les avantages du Propylène Glycol

- Sa solubilité complète dans l'eau
- Son pouvoir de dissolution de nombreux composés organiques (parfums, huiles essentielles, résines)
- Sa très faible toxicité : la FDA qualifie la molécule de "generally recognized as safe", l'ECHA (Europe) ne lui connaît pas de dangers particuliers.
- Son point d'ébullition beaucoup plus élevé et un point de congélation bien plus bas que l'eau, ce qui permet entre autres un transfert de chaleur dans le cadre de son utilisation dans les liquides antigel et les réfrigérants.

Son procédé de fabrication : Synthèse ou naturel ?

Le propylène glycol peut être produit à partir de pétrole ou de manière plus noble à partir de glycérine végétale via des procédés biosourcés. Le cahier des charges COSMOS qui valide les produits Bio en Europe, autorise les productions biosourcées qu'elles soient chimiques ou biologiques : dans ce cadre, l'emploi d'OGM est interdit.

Procédé pétrochimique

C'est l'un des procédés les plus utilisés pour produire du propylène Glycol : on hydrate de l'oxyde de propylène - issu du pétrole.

(c) Production de Propylene-glycol à partir de pétrole

Procédés biosourcés

1/  Chimique : ce procédé permet d'obtenir du Propylène Glycol par hydrogénation de glycérine végétale (qui peut être un sous-produit de biodiesel) en présence de catalyseurs (cuivre, zinc...), puis par distillation pour séparer les différents glycols.

(c) Air Liquide : Production de propylène glycol biologique, transformation chimique

2/ Biologique : ce procédé permet d'obtenir du Propylène Glycol par biofermentation de glycérine végétale issue d’huile végétale (colza, tournesol, soja, maïs, palme, etc), de glucides (sucres de maïs, betteraves, amidon….). Cette glycérine végétale peut aussi être obtenue comme sous-produits de la production du carburant de biodiesel (voir encadré suivant).

La Glycérine végétale peut être obtenue grâce à la production de Bio-diesel La production de bio-diesel entraîne une sous-production de glycérine en quantité d'environ 10% en poids de triglycérides initial. En raison de l'augmentation rapide de la production de Bio-diesel, le développement technologique pour une utilisation efficace de ce glycérol brut a été développé. Cette utilisation de grande valeur peut réduire les coûts de production et aider le biodiesel à devenir un carburant alternatif rentable et viable, réduisant ainsi les émissions et économisant les combustibles fossiles. Une étude réalisée par Imperial College of London constate que la production la plus optimisée de PG issue de la glycérine végétale coproduite du biodiesel a un impact beaucoup plus positif que la production par pétrochimie, pour l'économie et l’environnement. Potentiel estimé dans des conditions de process optimales : - 90% plus de bénéfice - 74% moins d'impact environnemental

 

Ses risques pour la santé et l'environnement

Il semble tout d'abord plutôt évident que les productions futures devront privilégier des processus biosourcés pour minimiser leur impact écologique. Ensuite, le Propylène Glycol, une fois rejeté dans la nature se retrouvera dans l'air, l'eau et pourra pénétrer dans le sol : néanmoins, sachez qu'il est biodégradable et se décompose à partir de quelques heures à quelques semaines.

Dans le corps humain, le PG se décompose en 48 heures environ, et ne produit pas de composé nocif lors de ce processus. Cependant, des études chez l’Homme et les animaux montrent que lors des expositions répétées au PG des yeux, de la peau, du nez ou de la bouche pendant une courte période, une irritation peut se développer éventuellement.

L'INRS le considère comme un irritant sévère pour les yeux mais pas pour la peau. Du côté de la puissante FD&A américaine ou de l'ECHA en Europe, on ne juge pas la substance problématique ni pour l'homme, ni pour la planète. 

Pour toutes ces raisons, le Propylène Glycol est classé en fleur jaune (avec une faible pénalité) sur INCI BEAUTY.

Le cas des cigarettes électroniques Le PG est connu pour être utilisé comme liquide de remplissage dans les cigarettes électroniques. Lors de cette utilisation, une fumée artificielle est générée, contenant de fines gouttelettes. Bien que le PG soit un composé inoffensif, les producteurs de propylène glycol et les membres de ce secteur ne soutiennent pas son utilisation dans les cigarettes électroniques, ni dans les brouillards générés artificiellement (animation, théâtres) en raison d'effets possibles sur les yeux, le nez, la gorge et les membranes des voies respiratoires. De plus, il est à constater une réelle absence d'information et de connaissance sur les effets potentiels à long terme d'une inhalation prolongée de fines gouttelettes de propylène glycol. Dans une étude publiée dans Environmental Science & Technology, Mohamad Sleiman (Maître de conférences, SIGMA Clermont, ICCF) et ses collègues du Lawrence Berkeley National Laboratory ont identifié 31 substances nocives dans la vapeur de e-cigarettes mais également deux agents cancérigènes (l'oxyde de propylène et le glycidol), qui n’avaient jusqu’à maintenant jamais été détectés. Voir l'étude

Sources :

- ECHA : Propylène Glycol
- CFR - Code of Federal Regulations Title 21
- SIGMA : Etude sur le propylène Glycol dans les cigarettes électroniques
- High-Value Propylene Glycol from Low-Value Biodiesel Glycerol: A Techno-Economic and Environmental Assessment under Uncertainty
- CFR - Code of Federal Regulations Title 21
- Mono Propylène Glycol Végétal (MPGV)
- WAGEMANN, Kurt; TIPPKÖTTER, Nils (ed.). Biorefineries. Springer, 2019. p.346~
- INRS : Le propylène glycol
- Global Propylene Glycol Market – Industry Analysis and Forecast (2019-2026) – by Source, Application, End-Use Industry, and, Region.
- Evaluating 1,3-Propanediol for Potential Skin Effects / Cosmetics & Toiletries - Leigh A. Belcher; Carl F. Muska, PhD; Joseph W. DeSalvo

Remerciements :
- à Yuriko, notre ingénieure (SIGMA Clermont-Ferrand) qui s'est chargée des recherches scientifiques, et différents contacts, recrutée grâce à l’aide financière accordée par Clermont Auvergne Métropole.
- à Sylvie, professeure de Chimie Organique à SIGMA, pour ses informations toujours précieuses
- à Mohamad Sleiman, maître de conférences à SIGMA Clermont-Ferrand