Les rapports d’expertise d’Académie décryptés – PFAS : que dit la chimie ?

La place croissante de l’acronyme « PFAS » dans la presse témoigne d’une préoccupation sociétale grandissante à leur égard. Omniprésentes dans notre quotidien, ces molécules soulèvent de vives interrogations. À l’occasion de la publication du rapport de l’Académie des sciences, ce billet vise à révéler les propriétés uniques des PFAS à l’aide de la chimie, après un bref aperçu historique.

Face aux préoccupations environnementales et de santé publique induites par la contamination aux PFAS, une loi¹ visant à interdire leur usage dans les cosmétiques, les vêtements de loisirs et les farts de sports de glisse vient récemment d’être adoptée. L’usage de ces « polluants éternels » s’étend cependant bien au-delà de ces secteurs. Comment expliquer que ces composés, omniprésents dans notre quotidien, se soient rendus si indispensables à nos vies ? Après avoir décrit les grandes lignes de l’histoire des PFAS, ce billet vous invite, à l’aide d’informations simples fournies par la chimie, à découvrir pourquoi les PFAS occupent une place centrale dans de nombreux usages de notre quotidien.

L’Académie des sciences, au moyen d’une étude fondée sur l’audition d’experts de diverses disciplines et d’une analyse poussée de la bibliographie existante, a publié un rapport le 25 mars 2025 visant à (i) mieux comprendre les obstacles freinant la détection des PFAS et leur recyclage, (ii) distinguer les faits avérés des lacunes persistantes quant à leur toxicité, et (iii) identifier les mesures nécessaires pour une meilleure gestion de ces composés, conduisant à des recommandations essentielles. Pour en savoir plus sur ces différents points, non traités dans le présent billet : Rapport de l’Académie des sciences « La pollution aux PFAS : état des lieux des connaissances et enjeux de société ».

D’origine exclusivement anthropique, les PFAS (traduisez « substances per- et polyfluoroalkylées » en français) sont synthétisés et développés à partir de la fin des années 1930, avec la découverte du Téflon^TM – nom commercial du PTFE (polytetrafluoroéthylène), utilisé pour la première fois, en 1940, dans le cadre du projet Manhattan. Ensuite, à partir des années 1950, l’utilisation de diverses molécules de cette grande famille se généralise (cf. figure 1) pour de multiples applications.

Les propriétés uniques de ces molécules ont rapidement séduit les industriels, voyant en elles des opportunités jusqu’alors inégalées. De l’aéronautique à l’agroalimentaire, en passant par l’industrie textile, cosmétique ou encore le secteur médical, l’utilisation des PFAS n’a cessé de croître au cours de la seconde moitié du XX^e siècle. Les PFAS font désormais partie intégrante de notre vie quotidienne. Des composés proches, les PFC (perfluorocarbures) ont même été envisagés comme substituts de l’hémoglobine pour leur capacité à transporter le dioxygène et ainsi être utilisés comme sang artificiel².

Dans les années 2000, c’est en décelant la présence de PFAS dans le sang d’ours polaires de l’Arctique et dans la faune d’autres zones éloignées des activités humaines que la communauté scientifique est alertée : la question de la contamination et de l’accumulation de ces composés dans les êtres vivants est alors soulevée, et, avec elle, celle de leur potentielle dangerosité.

Aujourd’hui, les études mettent en évidence la présence de PFAS dans tous les compartiments des écosystèmes : sols, sédiments, eaux de surfaces et souterraines, chaînes alimentaires et même air ambiant. Les analyses conduites sur l’être humain ont révélé leur présence dans le sang de toute la population, dès la vie in utero³, et, pour cause, ces composés sont hautement stables et donc très difficilement dégradables, leur valant le qualificatif de « polluants éternels ».

Figure 1 : Les grandes phases de l’émergence des PFAS et de la sensibilisation associée⁴.

Mais que se cache-t-il exactement derrière l’acronyme « PFAS » ? Voyons comment l’analyse de leur structure permet de mieux comprendre leurs propriétés extraordinaires, au sens propre du terme.

Il n’existe pas à ce jour de définition consensuelle de ce que regroupe le terme « PFAS ». D’après l’OCDE, qui propose la définition la plus communément admise, il désigne l’ensemble des composés constitués d’une chaîne d’atomes de carbones plus ou moins longue, linéaire, ramifiée ou cyclique, contenant au moins un groupe méthyle perfluoré (-CF₃) ou un groupe méthylène perfluoré (-CF₂-). Cela inclut ainsi une très grande diversité de molécules : environ 12 000 (jusqu’à 20 000 pour l’estimation la plus large), aux propriétés chimiques très différentes : certains PFAS sont polymériques, d’autres non, neutres ou chargés, cations ou anions, de poids moléculaire élevé ou faible, solide, liquide ou gaz, etc. Un grand nombre de molécules répondant à cette définition ne sont ainsi pas encore identifiées, constituant un premier obstacle à la caractérisation de leur toxicité. Une attention particulière est portée aux PFAS non polymériques et polaires, dont l’utilisation est massive et particulièrement préoccupante. C’est à travers l’exemple d’un PFAS « type », schématisé figure 2, que l’on décrira certaines propriétés remarquables. Dans cette molécule schématique, on distingue deux parties : la chaîne carbonée, ou chaque atome de carbone est lié à 2 ou 3 atomes de fluor, et le groupe fonctionnel, appelé « tête » de la molécule, pouvant contenir d’autres atomes, ici, le soufre, l’oxygène et l’hydrogène.

Figure 2 : Représentation schématique d’un PFAS non polymérique, le PFOS, acide perfluorooctanesulfonique (C₈F₁₇SO₃H ou C₈F₁₇SO₃^–).

La tête de la molécule, lorsqu’elle est polaire en raison des différences d’électronégativité des atomes qui la composent, confère à certains PFAS la propriété remarquable d’être amphiphile, c’est-à-dire relativement soluble à la fois dans l’eau et dans les graisses. Ceux-ci peuvent alors se comporter comme des tensioactifs (on parle aussi de surfactant -en référence au terme anglais), capables de s’accumuler à l’interface entre deux milieux, aqueux et non aqueux, la chaîne carbonée étant hydrophobe et le groupe fonctionnel hydrophile. Cela est par exemple très utile dans les mousses ignifuges, dont les composés fluorés forment un film fin qui diminue la tension superficielle de l’eau à la surface du combustible et bloquent ainsi l’apport en dioxygène, permettant une extinction rapide des incendies. L’une des conséquences problématiques de cette propriété est qu’elle favorise leur bioaccumulation (ou accumulation dans les êtres vivants), avec des répercussions sur la santé encore largement méconnues, faute d’études satisfaisantes. Des effets délétères sont cependant avérés pour certains PFAS, tels que le PFOA, classé « cancérogène avéré » ou le PFOS, « cancérogène probable » par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC), et sont désormais interdits.

Les propriétés physico-chimiques de certains PFAS induisent une grande mobilité de ces derniers, et influencent leur migration et rétention dans les différents milieux qu’ils contaminent. Cette mobilité favorise un transfert des sources de rejets de PFAS (rejets atmosphériques, eaux usées, mousses ignifuges, etc.) à plus ou moins longue distance, en passant par des compartiments successifs, expliquant la contamination de régions pourtant privées de sources d’émissions anthropiques. Cette diffusibilité, responsable de la grande dispersion des PFAS dans l’environnement, constitue un enjeu majeur et spécifique de ce type de pollution.

Une autre particularité des PFAS est leur exceptionnelle stabilité. Thermodynamiquement, l’origine de ce caractère réside – notamment – dans la liaison covalente carbone-fluor (C-F), retrouvée tout le long de la chaîne carbonée. Le fluor est le plus électronégatif des éléments du tableau périodique, c’est-à-dire le plus puissant attracteur d’électrons. Or, la différence d’électronégativité entre deux atomes influence directement l’énergie de liaison qui les lie et, par conséquent, la quantité d’énergie nécessaire pour la rompre. Le fluor est ainsi l’atome avec lequel le carbone peut former la liaison la plus forte et, de facto, une grande quantité d’énergie est nécessaire pour rompre toute liaison C-F (490 kJ/mol contre 410 kJ/mol pour rompre la liaison C-H par exemple). L’ensemble est extrêmement stable et difficile à dégrader, rendant les PFAS attractifs pour de nombreux usages industriels (voir ci-après).

À cela s’ajoute l’effet « bouclier » des groupements perfluorés : au sein de chaque chaîne, la densité élevée d’atomes de fluor agit comme un bouclier électrostatique, repoussant et limitant ainsi les interactions avec tous les systèmes chimiques. De plus, la répulsion entre les atomes de fluor rend la chaîne rigide et peu flexible, freinant également les interactions avec toute autre molécule. Cette caractéristique cinétique limite considérablement les interactions entre la chaîne carbonée du PFAS et son environnement.

L’extrême stabilité des PFAS implique qu’ils résistent aussi bien aux hautes températures qu’aux processus de dégradation chimiques et biologiques. Cette caractéristique, précieuse pour les industriels, conduit à leur emploi dans de nombreux usages (tableau 1) :  

Tableau 1 : Quelques usages des PFAS en lien avec leurs propriétés⁵. Les domaines d’applications et, pour chacun d’entre eux, les exemples cités ne sont pas exhaustifs.

La grande stabilité des PFAS permise par les caractéristiques thermodynamique et cinétique évoquées plus haut n’est cependant pas sans contrepartie : il en résulte une très haute persistance, à la fois dans l’environnement et dans les êtres vivants au sein desquels ils s’accumulent. À ce jour, les tentatives de décontamination ne sont que partiellement concluantes, des PFAS continuant d’être détectés dans les eaux même après traitement en stations d’épuration. Notons que plus la chaîne carbonée est courte, plus la décontamination semble difficile. Cela est illustré par l’exemple du TFA (acide trifluoroacétique), plus petit PFAS connu actuellement, avec sa chaîne ultracourte à 2 carbones, qui est également le plus répandu et abondant dans l’environnement.

Une récente étude⁶ a toutefois mis en évidence l’efficacité du charbon actif dans les zones de filtration, tel qu’utilisé à Rumilly, ville de fabrication des poêles Tefal^TM. Cette méthode semble prometteuse pour la décontamination des zones polluées, notamment autour de grands sites industriels, aéroports, bases militaires ou anciennes régions incendiés, hot spots (ou points chauds) de concentrations élevées en PFAS. Enfin, soulignons que l’adjectif « persistants » paraît bien plus approprié qu’« éternels » pour qualifier ces polluants : en effet, plusieurs études⁷ ont montré qu’après interdiction de certains PFAS, leur concentration dans le sang des personnes testées diminuait significativement au bout de plusieurs années.

Nous l’avons dit, les propriétés incomparables des PFAS rendent leur utilisation quasiment indispensable, à l’heure actuelle, dans de nombreux domaines. Par exemple, les batteries lithium-ion (LiB), les pompes à chaleur ou encore les électrolyseurs et les piles à combustible pour l’hydrogène qui jouent un rôle clé dans la transition énergétique et contribuent à la diminution de nos émissions de CO₂, conformément à la stratégie nationale bas carbone (SNBC) et aux engagements de l’UE, n’existent pas sans PFAS.

Pourtant, les données sur leur toxicité sont à ce jour extrêmement insuffisantes ; la loi votée le 20 février 2025, ainsi que la réglementation REACH sont autant de signes d’une prise de conscience de la nécessité du contrôle et de la gestion de leurs usages. Ces mesures constituent un premier pas, mais ne sauraient être suffisantes au regard de l’ampleur des enjeux. Le rapport de l’Académie des sciences permet de montrer que de nombreuses données restent à découvrir sur les PFAS. Pourtant, beaucoup de nos activités et de secteurs de l’industrie en dépendent. Face à ce constat, l’Académie des sciences recommande (i) une transparence de la part des industriels afin d’informer les consommateurs du recours à ces composés dans les produits commercialisés, (ii) un contrôle des rejets de PFAS dans l’environnement, passant notamment par une interdiction de leur émission par les sites de production industrielle, (iii) un soutien massif et une intensification des efforts de recherches visant à détecter, caractériser et évaluer les effets des PFAS sur la santé et l’environnement, à la faveur de travaux conjoints en toxicologie, chimie analytique, épidémiologie, modélisation et science de l’environnement, (iv) un plan de substitution pour remplacer, parmi les usages non essentiels, l’emploi des PFAS par d’autres composés connus, et (v) le lancement d’un programme de recherche ambitieux pour initier un plan de remédiation visant à éliminer les PFAS des milieux contaminés.

Ce n’est qu’à ce prix, élevé, qu’il sera possible de continuer de tirer parti des propriétés remarquables des PFAS.

Erika Pietrykowski

Crédits des illustrations

Illustration mise en avant : ©stock.adobe.com_Francesco Scatena

Figure 1 : Production originale. ©Oksana Pishko

Figure 2 : Production originale. ©Oksana Pishko

Tableau 1 : Production personnelle de l’auteur à partir des données fournies par le rapport Full PFAS Guidance, pages 47 à 50. ©Erika Pietrykowski

1. LOI n° 2025-188 du 27 février 2025 visant à protéger la population des risques liés aux substances perfluoroalkylées et polyfluoroalkylées (1) – Légifrance. [↩]
2. Ce type de transfusion a finalement été interdit, faute d’une sécurité suffisante associée à son utilisation. [↩]
3. Cf. par exemple : In utero exposures to perfluoroalkyl substances and the human fetal liver metabolome in Scotland: a cross-sectional study – The Lancet Planetary Health [↩]
4. D’après Full PFAS Guidance, Interstate Technology & Regulatory Council (ITRC) – PFAS — Per- and Polyfluoroalkyl Substances [↩]
5. D’après Full PFAS Guidance, Interstate Technology & Regulatory Council (ITRC) – PFAS — Per- and Polyfluoroalkyl Substances [↩]
6. Élimination efficace des substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS) dans le traitement de l’eau potable : nanofiltration combinée à du charbon actif ou à un échange d’anions – Sciences de l’environnement : recherche et technologie de l’eau (RSC Publishing) – DOI : https://doi.org/10.1039/C9EW00286C. [↩]
7. Cf. par exemple une étude menée en Allemagne : Göckener B et al. Human biomonitoring of per- and polyfluoroalkyl substances in German blood plasma samples from 1982 to 2019. 2020. Environment International, Vol.145 https://doi.org/10.1016/j.envint.2020.106123 [↩]

Erika Pietrykowski

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