Les ammoniums quaternaires en cosmétique

Temps de lecture : 10 minutes | Publié le 29/04/2020 | Jean (INCI Beauty)

Les ammoniums quaternaires que l'on nomme aussi pour simplifier "Quats" ont des fonctions très variables d'un ingrédient à l'autre et sont utilisés dans de nombreux domaines. Mais, sont-ils véritablement dangereux dans les produits cosmétiques pour notre santé ? Quel est leur impact sur notre environnement ?

À savoirAmmonium quaternaire est une structure chimique pas une fonction

Lorsque l'on parle d'ammonium quaternaire, la confusion est souvent faîte entre fonction et structure chimique : ce qui réunit les quats entre eux, c'est bien leur structure et non leurs différentes fonctions qui peuvent être très variées. En cosmétique par exemple, on réduit souvent leur existence à certains tensioactifs cationiques utilisés dans des soins capillaires, c'est vrai ... mais pas uniquement ! Aussi, contrairement à ce que l'on peut penser, les quats ne sont pas toutes des substances créées chimiquement et certains d'entre eux peuvent être présents dans la nature : dans les plantes, les animaux, et même dans notre corps. La Bétaïne existe naturellement dans certains végétaux comme les betteraves et les cannes à sucre. La Phosphatidylcholine est un des phospholipides les plus connus, elle est présente dans nos cellules, chez les animaux ou encore les végétaux : industriellement, cette substance est obtenue majoritairement à partir de soja et de jaune d'oeuf.

Origine et utilisation

Les ammoniums quaternaires sont des composés dérivés de l’ammoniac et dans lesquels les 4 ions hydrogènes sont remplacés par des groupements « alkyle » de longueur variable. Leur formule générale est NR4+ où R est un groupement alkyle.

(c) Photo / Wikipedia

Les domaines d'application des Quats sont extrêmement variés et comprennent de nombreux usages industriels, dans le traitement de l'eau, le traitement antifongique en horticulture, ainsi que les produits pharmaceutiques et de consommation courante comme les cosmétiques. Ils peuvent agir en tant que tensioactif, antistatique, désinfectant, conservateur, inhibiteurs de corrosion...

Les secteurs concernés par les quats sont très nombreux, en voici un échantillon :

Production et maintenance d'équipements : voiture, bateau, avion
Pétrole, gaz, pétrochimie
Bâtiment et construction
Papier
Préservation du bois
Alimentaire
Nettoyage
Peinture et encre
Transport (maritime et terrestre)
Produits d’entretien
Textile
Métallurgie
Agriculture et aquaculture (pesticide, désinfectant)
Circuit d’eau : eaux usées, réservoirs
Endroit public comme la piscine
Pharmaceutiques (désinfectant, spermicide, virucide)
Cosmétique (shampooing, savon, nettoyants, ...)

Procédés de fabrication

En cosmétique, il existe des quats de synthèse (d'origine végétale ou pétrochimique), ou naturel issu d'extraction de végétaux. La plupart des composés d’ammonium quaternaire sont obtenus par alkylation d'amines tertiaires. De façon générale, les amines tertiaires qui ont 1 ou 2 groupements alkyles longs sont utilisées comme composé de départ pour la synthèse des ammoniums quaternaires.

Autorisé en Bio : Notez que le procédé d'alkylation est autorisé en Bio par COSMOS, comme procédé chimique pour traiter des agroingrédients.

Il existe aussi une méthode de synthèse utilisant des amines tertiaires, de l’eau, et de l’oxyde d’éthylène (un gaz toxique, cancérigène et mutagène), qui elle, est interdite en Bio par le cahier des charges COSMOS.

À savoirUn peu de chimie : c'est quoi un groupe Alkyle ?

Les alcanes sont des molécules organiques formées uniquement de carbones et d'hydrogènes : ils sont extraits du pétrole, mais néanmoins peu toxiques. En fonction, du nombre de carbones présents, les premiers se nomment Méthane (CH4), Ethane (C2H6), Propane (C3H8), Butane (C4H10) ou encore Pentane (C5H10) ... Si l'on retire un atome d'hydrogène à ceux-ci, on forme des "Groupes Alkyle" prêts à l'emploi pour se "greffer" à d'autres molécules : on obtient ainsi respectivement des groupes que l'on nomme "Méthyle", "Ethyle", "Propyle", "Butyle" ou encore "Pentyle".

Les procédés d'alkylation consistent à transférer des groupes Alkyle d'une molécule organique vers une autre, ce qui augmente le nombre de carbones de la destinatrice.

Pour des applications particulières, les ammoniums quaternaires peuvent aussi être produits à partir de dérivés d’acides gras issus d’huiles végétales. La CAPB (Cocamidopropyl Betaïne) par exemple, est obtenue par synthèse de la diméthylaminopropylamine (DMAPA) et d'acides gras de l'huile de noix de coco ou de palme.

Leur impact sur la Santé et l'environnement

Les Quats peuvent être toxiques à certaines concentrations, c’est pour cela que beaucoup sont réglementés avec des restrictions maximales imposées dans les produits cosmétiques en Europe.

Les effets sur l'Homme peuvent aller de la simple irritation cutanée et respiratoire à de sévères brûlures et problèmes intestinaux, ceci en fonction de l'agent, de la longueur de chaîne alkyle (branches longues autour de l'atome d’azote), ainsi que de la concentration.

Certains blogs ou journaux ont tendances à laisser croire que l’exposition répétée aux Quats et l’impact de ceux-ci sur nos fonctions de reproduction, sont liées. Nous avons passé en revue les publications scientifiques concernant les quats, et finalement conclut qu'il n’était pas possible de suspecter ce type de toxicité, surtout dans le cadre d'une utilisation dans des produits cosmétiques, les doses étudiées et voies d’exposition n'étant pas adaptées à ce type de produit.

Les quats sont-ils toxiques pour la reproduction humaine ?
En raison d'un manque d'études probantes, il n'est pas possible de répondre de manière certaine à cette question, néanmoins dans le domaine de la cosmétique, étant donné les doses d'expositions, il semble que nous soyons assez éloignés d'une toxicité qui pourrait être avérée.

Le cas des BAC et DDAC

Il y a toutefois des cas d'ammonium quaternaire sur lequel il est bon de s'attarder : il s'agit des BAC et des DDAC, qui ne font pas partie des plus employés en cosmétique. Les ammoniums quaternaires sont utilisés depuis les années 1950 dans les bactéricides et fongicides agricoles, on les retrouve assez souvent dans les produits de lavage industriel. Parmi ceux-ci, majoritairement des chlorures de benzalkonium (BAC) et des chlorures de didécyldiméthylammonium (DDAC), peuvent se retrouver sous forme de résidus et d'impuretés jusque dans nos assiettes (dans les légumes par exemple).

L’inquiétude à leur sujet concerne donc d’éventuelles contaminations qui pourraient provoquer une ingestion et/ou une inhalation accidentelles : néanmoins, c'est surtout en milieu professionnel que les personnes se retrouvent le plus exposées.

Depuis un certain nombre d'années des plans d'action ont été mis en place afin d'éviter ce type de contamination. Par exemple, le PREVQUAT_PLAN est un plan de Prévention et gestion du risque « ammonium quaternaire » en production légumière en Normandie. Il permet de mieux les gérer afin d'éviter leur présence dans nos légumes ensuite.

Dans ce contexte, nous pensons que la cosmétique est peu concernée, en raison d'une voie d’exposition moins dangereuse et d'une concentration limitée. Cependant, certaines précautions sont bonnes à prendre (elles pourraient être appliquées à tous les ingrédients cosmétiques) :

Ne pas avaler, ni inhaler, attention au contact avec les yeux notamment quand le BAC est utilisé dans des soins capillaires ou des shampooings.
Eviter les produits d’entretien qui en contiennent, et surtout leur forme spray
La contamination est souvent alimentaire, éviter a minima d'utiliser des produits qui peuvent en contenir dans votre jardin

Leur impact environnemental

La biodégradabilité des Quats dépend de la structure chimique de chaque substance. En général, plus la chaîne alkyle est longue, plus elle sera difficile à être décomposée donc finalement, moins le quat sera facilement biodégradable.

Officiellement, les Quats ne sont pas considérés comme persistants et bioaccumulatifs. Cependant, leur propriété de sorption très forte et leur résistance à la désorption sont parfois observées, même pour ceux qui sont les plus solubles. Cela explique que ces composés se retrouvent souvent dans les sédiments en aval dans des quantités appréciables, ce qui peut les rendre "relativement persistants" dans des eaux réceptrices.

D’autre part, de nombreux Quats sont mentionnés (REACH) écotoxiques aigus et/ou chronique pour l'environnement aquatique. Les INCI des Quats sont mis en orange sur l'application INCI Beauty par défaut, en dehors de ceux pouvant être autorisés par COSMOS et ne posant pas de problèmes environnementaux ensuite.

À savoirException pour la CAPB

Nous faisons toutefois une exception avec la CAPB (qui reste en jaune sur INCI Beauty) comme le fait d'ailleurs le cahier des charges COSMOS, qui autorise son utilisation en Bio, alors qu'elle contient une portion de pétrochimie. Nous pensons en effet que la CAPB reste un tensioactif "intermédiaire" intéressant qui permet d'amener les consommateurs progressivement au Bio, sans faire exploser son portefeuille : la plupart des cosmétiques Bio de "Grande Surface" en contiennent, alors que des cosmétiques Bio un peu plus "puristes" ne l'utiliseront pas. Pour l'instant, nous avons donc décidé de ne pas la pénaliser autant que d'autres quats équivalents.

Nous passons maintenant en revue les principaux ammoniums quaternaires utilisés en cosmétique (du plus au moins utilisé), ainsi que leur impact sur l'environnement (après utilisation).

	REACH	Fleurs
COCAMIDOPROPYL BETAINE (CAPB) Autorisé COSMOS	Écotoxicité : Aquatic Chronic 3
LECITHIN Autorisé COSMOS	Pas d'infos
DISTEARDIMONIUM HECTORITE	Pas d'infos
CETRIMONIUM CHLORIDE	Écotoxicité : Aquatic Acute 1, Aquatic Chronic 1
GUAR HYDROXYPROPYLTRIMONIUM CHLORIDE Autorisé COSMOS	Pas d'infos
POLYQUATERNIUM-10	Pas d'infos
POLYQUATERNIUM-7	Pas d'infos
BEHENTRIMONIUM CHLORIDE	Pas d'infos
BETAINE Autorisé COSMOS	Pas de danger
COCO-BETAINE Autorisé COSMOS	Pas d'infos
STEARALKONIUM HECTORITE	Pas d'infos
STEARALKONIUM BENTONITE	Pas d'infos
POLYQUATERNIUM-37	Pas d'infos
HYDROXYPROPYL GUAR HYDROXYPROPYLTRIMONIUM CHLORIDE	Pas d'infos
BEHENTRIMONIUM METHOSULFATE	Écotoxicité : Aquatic Acute 1, Aquatic Chronic 2
POLYQUATERNIUM-6	Pas d'infos
POLYQUATERNIUM-22	Pas d'infos
POLYQUATERNIUM-11	Pas d'infos
QUATERNIUM-80	Pas d'infos
HYDROXYPROPYLTRIMONIUM HYDROLYZED WHEAT PROTEIN	Pas de Numéro de CAS
QUATERNIUM-87	Écotoxicité : Aquatic Acute 1, Aquatic Chronic 1
POLYQUATERNIUM-51	Pas d'infos
CETRIMONIUM BROMIDE	Écotoxicité : Aquatic Acute 1, Aquatic Chronic 1
POLYQUATERNIUM-39	Pas d'infos
POLYQUATERNIUM-16	Pas d'infos
DIPALMITOYLETHYL HYDROXYETHYLMONIUM METHOSULFATE	Pas de numéro de CAS
DICETYLDIMONIUM CHLORIDE	Pas d'infos
POLYQUATERNIUM-4	Pas d'infos
CETYLPYRIDINIUM CHLORIDE	Écotoxicité : Aquatic Acute 1

En résumé, les Quats utilisés en cosmétique nous semblent bien plus préoccupants d'un point de vue environnemental que directement pour notre santé. Néanmoins, la chaine de vie étant ce qu'elle est, l'empreinte que nous laissons aujourd'hui sur notre planète, remontera à la surface pour nos enfants et petits-enfants de manière bien plus directe.

Remerciements à Yuriko, ingénieure SIGMA qui a effectué les recherches pour cet article, recrutée grâce à l’aide financière accordée par Clermont Auvergne Métropole.

Source :