Influence des conditions expérimentales sur la solubilité du manganèse et le potentiel oxydant des fumées de soudage

En 2018, les fumées de soudage (FS) ont été classées par le centre international de recherche sur le cancer comme cancérogènes du groupe 1 pour l’homme. Les FS sont principalement composées de particules ultrafines (PUF) d'oxydes métalliques. L'inhalation excessive de manganèse (Mn) provenant des FS peut entraîner plusieurs effets néfastes sur la santé, comme des maladies neurodégénératives et des lésions pulmonaires (Antonini et al., 2006).
Le Mn est connu pour catalyser la production d'espèces réactives de l'oxygène (ERO). Les ERO peuvent réagir rapidement avec les fluides pulmonaires et les cellules épithéliales en causant des dommages (Newby et al., 2015). Le potentiel oxydant (PO) est défini comme la capacité intrinsèque des aérosols à produire des ERO. Une étude précédente a montré que Mn et Cu étaient les métaux les plus solubles dans le tampon phosphate (TP) et les principaux contributeurs au PO dans les extraits de FS lorsqu'ils étaient évalués à l'aide de la méthode au dithiothréitol (DTT) (PODTT) (Ghanem et al., 2021). Pour estimer les effets potentiels sur la santé des travailleurs exposés aux FS, une analyse peut être effectuée pour évaluer l'influence des conditions expérimentales sur la solubilité du Mn et sur le PODTT des PUF-FS.
Les conditions expérimentales telles que la solution et la durée d'extraction, ainsi que la période de stockage avant l'analyse des FS sont des paramètres essentiels dans l'évaluation de la solubilité du Mn et du PODTT des PUF-FS. Par conséquent, dans ce travail, des FS d’acier inoxydable générés avec un banc de génération automatisé ont été collectés sur des filtres en PVC de 37 mm. Une cartographie élémentaire au niveau des particules a été réalisée à l'aide d'une Microscopie Electronique à Transmission avec l’option de balayage (STEM). La composition totale en métal de FS a été déterminée après digestion acide totale, suivie d'une analyse ICP-MS. La solubilité du Mn a été étudiée dans des conditions physiologiques (pH 7,4 et 37°C) dans une solution de TP ( Ghanem et al., 2021) et dans un liquide de revêtement pulmonaire artificiel, la solution de Hatch ( Berlinger et al., 2008). De plus, le PODTT des PUF-FS a été évaluée en suivant le taux de consommation de DTT (en µmol DTT L-1 min-1 mg-1), à l'aide d'un lecteur de microplaques UV-Vis à 412 nm (Spark TM 10M).
Nos résultats ont indiqué que les FS d'acier inoxydable sont constituées d'environ 30% d' oxydes de Mn. La cartographie STEM a montré que le Mn est distribué de manière hétérogène dans les particules de FS. Une solubilité similaire de Mn a été trouvée dans le TP (27% ± 2%) et dans la solution de Hatch (26% ± 3%) disqualifiant toute influence entre ces deux types de solution sur la solubilité du Mn . Cela pourrait être lié à la complexation avec des espèces telles que les phosphates présents dans les solutions Hatch et TP pour former MnHPO4, comme suggéré par le logiciel de modèle d'équilibre chimique Visual MINTEQ®. La présence préférentielle de Mn à la surface des particules, en raison de son point d'ébullition relativement bas, pourrait également améliorer la solubilité du Mn. Les mesures de PODTT étaient plus élevées pour les échantillons de FS après 0,5h d'extraction dans du TP qu'après 24h, tandis que la solubilité du Mn augmentait de 22,5 ± 1,3 mg g-1 (0,5h) à 37,5 ± 0,8 mg g-1 (24h). Cela pourrait s'expliquer par plusieurs hypothèses, notamment l'incertitude dans l'estimation de la solubilité du Mn en raison de de la précipitation et de la complexation potentielle du Mn avec les ligands du TP au fil du temps (Reed et al., 2021). L'augmentation de la durée de stockage des FS dans l’air de 0,5h à 35 jours a montré une diminution significative de la solubilité du Mn et du PODTT (Tableau 1). Cet effet peut s'expliquer par la variation de la spéciation du Mn au contact de l'O2 (air) lors du stockage. Cela confirme également que d'autres facteurs, y compris la perte d’ERO de courte durée, peuvent affecter le PODTT.
Ce travail confirme qu'il existe une forte relation entre la solubilité de Mn et le PO DTT de FS. D'autres études sont nécessaires pour une caractérisation avancée de l'évolution spécifique de la spéciation du Mn et de l'évolution des ERO dans des conditions expérimentales variées. L'analyse du PODTT en utilisant une méthode en ligne pourrait réduire les effets du temps de stockage.