Sébastien SOULET, docteur en mécanique, vient de publier dans la revue Scientific Reports (Nature) un article scientifique à propos des matériels utilisés dans des études sur les animaux pour la vaporisation de e-liquides. Interview.
J’ai contacté Sébastien SOULET en fin d’année 2022 pour avoir son avis sur une étude qui avait été relayée sur un site géré par des organisations antitabac financées par les pouvoirs publics et qui, en conséquence, recommandait aux femmes enceintes de ne pas essayer le vapotage même pour arrêter de fumer. Il s’agissait d’expériences sur des souris, et les conditions d’études m’avaient paru étrange. Notre premier échange m’avait permis d’écrire cet article : Comment des scientifiques ont torturé des souris enceintes avec des cigarettes électroniques. Sébastien de son côté, n’en est pas resté là…
Qui est ton employeur INGÉSCIENCES, quelle est ta mission ?
Sébastien Soulet : Ingésciences est une structure privée indépendante de l’industrie du tabac. Elle mène des activités de recherche, de conseil et d’accompagnement autour des produits du vapotage en faisant un centre d’expertise dans le domaine. Son objectif est d’apporter des données techniques fiables pour établir un discours entre la filière du vapotage et les autorités engagées dans la lutte contre le tabagisme. De cette volonté, découle la nécessité d’apporter des éléments de compréhension technique afin d’expliquer le fonctionnement des dispositifs, leurs utilisations et leurs efficacités. Acquérir et exposer ces éléments de compréhension est la partie de recherche fondamentale de mes missions. Il s’agit de participer à établir des certitudes scientifiques inhérentes à la pratique du vapotage. Pour cela, je travaille aussi avec d’autres scientifiques dans le monde.
Qu’est-ce qui t’a tout de suite sauté aux yeux quand je t’ai parlé de cette étude sur les souris gestantes ?
Sébastien Soulet : Venant de sciences fondamentales (Mathématiques appliquées), j’ai tout de suite eu du mal à comprendre la passerelle, présentée comme évidente, qu’il y avait entre des essais sur des souris et l’Homme. Dans les disciplines que je travaille, il y a des méthodes pour concevoir des essais sur un modèle réduit d’un projet fini. Par exemple, si l’on veut construire un pont, il est possible d’en fabriquer une reproduction à échelle réduite et appliquer des conditions similaires à ce que subirait le pont dans des conditions réelles. Il y a alors des règles à respecter pour concevoir ces « conditions similaires » autrement il serait possible de faire rouler un poids lourd sur un modèle en bois et dire que ce poids lourd aurait les mêmes effets sur le pont en béton armé.
Dans le cas présent, les essais réalisés sur les souris m’ont semblé très analogues. On exploite une maquette (la souris) et on lui applique des conditions normales pour un homme sans considérer de facteur d’échelle. Le fond du problème est que les auteurs ne discutent pas leurs résultats par rapport à une consommation humaine et par conséquent, laissent la porte ouverte aux interprétations erronées notamment dans les médias qui transposent trop facilement et sans aucune précaution les observations sur la souris à l’Homme.
Pourquoi avoir décidé de poursuivre des investigations sur les matériels utilisés ?
Sébastien Soulet : Dans mon travail scientifique, il y a deux aspects complémentaires.
D’un côté, il faut apporter des explications démontrées sur des questions autour du vapotage. Par exemple, il y a un large consensus dans la littérature scientifique pour dire qu’à forte puissance, on trouve des quantités importantes d’aldéhydes (molécules issues de la dégradation du glycérol). C’est une observation empirique dont les causes restent assez floues. D’un matériel à un autre, « les fortes puissances » ne démarrent pas toutes à 50W. Une réponse apportée par ma thèse montre notamment que l’ébullition contrôle le fonctionnement d’un dispositif. Il existe une « puissance critique », propre à chaque matériel, à partir de laquelle apparait systématiquement une zone sèche autour du fil résistif conduisant à une surchauffe. Cette surchauffe est la source d’une l’augmentation des aldéhydes générés.
D’un autre côté, dans mon travail de recherche, une fois qu’un fait est établi, il apparait nécessaire d’étudier la littérature, réinterpréter les données d’autres articles pour pousser l’analyse de leurs résultats et les synthétiser. Ce travail de « synthèse critique de la littérature » implique d’étudier des articles publiés depuis la genèse du vapotage. Avec Roberto A Sussman (Université de Mexico), avec qui je travaille régulièrement, nous avons initié ce travail de critique depuis 2021 en commençant par les publications traitant d’analyses chimiques. Nous nous sommes très vite rendu compte que dans les années 2016 à 2018, une transition analytique a eu lieu. Beaucoup de chercheurs se sont tournés vers des matériels à forte puissance pour leurs recherches en maintenant un très faible débit d’air durant les essais. Cette association conduit inévitablement à une surchauffe prématurée du dispositif. Quand on aurait recommandé d’utiliser le TFV8-Q2 entre 20-50W avec un flux d’air de 10L/min (inhalation DLi), l’application d’un débit d’air d’1L/min (inhalation MtL) limite la puissance à 35W. La principale erreur expérimentale que l’on observe c’est l’emploi de conditions fortes puissances/faibles débits d’air autrement dit, de 50W en MtL.
Logiquement, nous savions que la suite de notre travail devrait se focaliser sur les essais in-vitro (sur des cellules ou tissus) et in-vivo (sur animaux). Dans une chaine d’évaluation des risques, c’est ce qui arrive après la caractérisation chimique des dangers. Ta sollicitation a donc été l’élément déclencheur de cette analyse.
[1] Voir en fin d’article l’explication DL ou MtL
Tu m’as dit avoir été intrigué par une vidéo de démonstration du matériel où le liquide était tout jaune, qu’est-ce que ça veut dire ?
Sébastien Soulet : Avec la publication que tu m’as transférée et le peu d’information « vape » qu’elle contenait, j’ai dû chercher sur internet les informations clés pour comprendre les conditions de génération comme le nom du dispositif utilisé. J’ai d’abord cherché d’autres publications utilisant le même équipement de laboratoire pour voir si elles contenaient plus d’informations et me suis rendu compte qu’il y avait plus d’une dizaine de papiers dans le même cas (Subtank avec une résistance 0.15 Ohms ce à 70W et un flux d’air autour de 1L/min). Je me suis ensuite demandé si cette configuration expérimentale était imposée et suis remonté au site du vendeur d’équipement de laboratoire Scireq.
Ironiquement, ils ont publié une vidéo de présentation de leur équipement. Ils expliquent que le Subtank a été adapté pour contenir plus de liquide (70mL). Pour cela, ils ont enlevé le pyrex et construit un réservoir plus gros. Un constat frappant est que le liquide inséré avant utilisation est transparent et qu’il ressort jaune/brun à la fin de l’expérience. C’est là que l’expérience d’Ingésciences dans l’analyse des aérosols me permet de dire qu’il y a un problème. Il y a essentiellement deux hypothèses à ce brunissement. La moins probable, c’est l’oxydation de la nicotine car ce sont des réactions chimiques lentes autrement tous les e-liquides contenant de la nicotine serait bruns en 2h. La plus probable c’est la pyrolyse du coton. Il faut savoir que lorsqu’on chauffe un coton, les premières étapes de dégradations avant la combustion, produisent un corps huileux brun qui, dilué, conduit à des couleurs jaunâtres. Le montage m’a donc interpelé et la vidéo permet d’analyser ce qu’il se passe. Leur réservoir modifié est très large et lorsque la présentatrice vide un flacon de 10 mL dedans, l’e-liquide arrive à fleur de l’entrée du liquide sur le coil maintenu en position horizontale. Au fur et à mesure de l’expérience, le niveau de liquide baisse et expose l’entrée de liquide à l’air libre. Le mouillage de la résistance s’opère alors par la seule entrée toujours immergée et le coton à l’intérieur n’est plus correctement mouillé. Le coton chauffe donc « à sec », pyrolyse et produit cette huile qui est mélangée au e-liquide. Lorsqu’il est vaporisé, il va partiellement remonter par l’entrée de coton sec pour s’échapper dans le tank, condenser et polluer le réservoir donnant cette couleur au liquide restant.
La vidéo du matériel Scireq : Generation of Electronic Cigarette Aerosol by a Third-Generation Machine-Vaping – Device: Application to Toxicological Studies
Les souris sont donc anormalement exposées à des produits toxiques, des aldéhydes, du formaldéhyde, de l’acroléine ?
Sébastien Soulet : Effectivement, lors de notre analyse, deux points qui nous ont posé problème.
L’e-liquide brun est visible et à partir de la littérature sur la dégradation de cellulose (principale molécule du coton), il est possible de transposer ces conséquences d’un point de vue risque. La pyrolyse forme des composés comme les furanes puis des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et peut aller jusqu’au monoxyde de carbone. Toutes ces molécules sont fortement toxiques voire cancérigènes et non-représentatives d’un fonctionnement normal d’un dispositif de vaporisation.
Ensuite, il y a les conditions de générations qui selon la puissance aboutissent au même constat que dans le point précédent (puissance trop importante / débit d’air insuffisant). A ce stade, nous aurions pu en rester à une simple analyse critique théorique. Mais le fait que ce soit une erreur systémique dans la littérature, liée à un matériel non caractérisé pour des essais en laboratoire, nous impose de faire une caractérisation complète de cet équipement pour évaluer les conditions appliquées dans les essais sur les souris.
Cette caractérisation est un processus en plusieurs étapes : électrique (la batterie), thermique (le clearomiseur + les coils) puis chimique (l’aérosol). La principale conclusion des essais que nous avons réalisés est que le matériel est systématiquement utilisé dans des conditions de surchauffe. Cela se traduit par une production d’aldéhyde au moins 10 fois supérieure (pour chaque molécule) par rapport aux conditions recommandées et très probablement à la présence des molécules spécifiques de la dégradation du coton (furanes, HAP…).
Ce protocole expérimental est assez classique dans la littérature et c’est notre principale critique avec Roberto A Sussman. En reprenant l’analogie du pont, imaginons que l’on cherche à évaluer l’effet d’un séisme sur l’intégrité de la structure. Le choix expérimental ici n’est pas d’appliquer un séisme équivalent à une magnitude 2 car tous les jours des séismes ont lieu à cette magnitude (plusieurs millions par an dans le monde) mais restent imperceptible mais de systématiquement appliquer un séisme équivalent à 9 car il est possible qu’un jour cela se produise (moins d’une fois par an dans le monde). A cette magnitude, le séisme détruit systématiquement toutes structures. Dans 100% des essais, le pont ne validerait pas les critères de sécurité.
Ces souris ont été exposées beaucoup plus qu’un Homme ?
Sébastien Soulet : On ne peut pas vraiment conclure que ces souris ont été surexposées par rapport à un homme car il n’y a pas de méthode officielle pour comparer un scénario « souris dans un labo » et un scénario « vapoteur dans la réalité ». Par contre, elles ont été exposées à un aérosol qui aurait fait assurément tousser un vapoteur et lui aurait fait comprendre qu’il se passe quelque chose d’anormal dès la première bouffée. Certaines des molécules issues de la pyrolyse du coton sont perceptibles que ce soit par des stimulis organoleptiques ou par des réactions biochimiques. Cette utilisation anormale a été expérimentée au moins une fois dans la vie de tout vapoteur et l’apprentissage conduit à s’adapter à ces perceptions désagréables notamment en diminuant la puissance. En cuisine, si la préparation brûle, on a le réflexe de baisser la puissance de la plaque de cuisson. En laboratoire, la souris ne peut pas « faire baisser la puissance ». Elle est contrainte de continuer à respirer dans ces conditions. L’expérience vécue par les souris n’a donc rien à voir avec le vapotage tel que le vapoteur l’expérimente.
Dans quelle démarche scientifique s’inscrit l’article que tu viens de publier ?
Sébastien Soulet : Cet article est une étape préliminaire. Si l’on veut critiquer tous les articles réalisés dans les mêmes conditions expérimentales, il faut apporter des données robustes pour expliquer en quoi la démarche est sans rapport avec un vapotage normal (même si la normalité est discutable). Avec ces données, nous sommes (avec Roberto A Sussman, Emma Rosalia et Sipala Frederica) en train de terminer une review sur « les essais Scireq ». Comme nos deux précédentes review, c’est un travail assez lourd et le document fait une trentaine de pages.
Le travail d’écriture est un exercice assez dense parce qu’il faut à la fois cibler le sujet puis ouvrir à des perspectives. Dans notre papier, nous souhaitions ouvrir sur le fait qu’il n’y a pas que des essais animaliers conduits avec l’équipement Scireq. En effet, nous avions rapidement repéré deux autres publications réalisées avec d’autres matériels dans des conditions de fortes puissances en MtL. Naturellement, nous savions donc qu’il allait être nécessaire d’analyser d’autres études sur les essais in-vivo et in-vitro. Une fois le travail d’écriture de ce papier plus ou moins finalisé, nous avons voulu approfondir un peu « ces autres papiers » et en deux jours, nous sommes passés à 67 publications… Il est également ressorti qu’un autre fabricant de matériel faisait la même erreur : mettre à disposition un dispositif vape dont ils ne maitrisent pas le fonctionnement.
Il est donc difficile de donner un rythme dans ce type de recherche car on tire sur un fil d’Ariane dont on ignore la longueur et donc on ne sait pas vraiment quand nous sortirons du labyrinthe. Avec cet article critique, nous approchons les 200 articles dans des conditions irréalistes !
Pour finir, il y a d’autres aspects fondamentaux sur lesquels nous devons avancer. Certaines critiques avancées par l’OMS et fondées sur des rapports d’experts du CFCT reposent sur une incompréhension fondamentale des aérosols générés par un dispositif de vapotage. Une fois les éléments de compréhension publiés, il faudra également critiquer la littérature et faire ressortir les biais expérimentaux ou d’interprétation. Le vapotage est une innovation qui est apparue en réponse à une problématique de santé publique et qui s’est propagée commercialement. Aujourd’hui, la communauté scientifique attend des preuves de concept fondées pour autoriser ou valider son utilité dans un contexte de santé publique. Autrement dit, des données fondamentales auraient été nécessaires pour la rendre plus acceptable. 15 ans plus tard, une partie de nos travaux, chez Ingésciences, est d’apporter ces éléments fondamentaux pour justifier de l’utilité publique de la pratique de la vape.
Dernière question, est-il imaginable que la vape soit complètement inoffensive ?
Sébastien Soulet : Objectivement, la vape n’est pas inoffensive et c’est assez évident quand l’on regarde les résultats d’aldéhydes dans l’article que l’on a publié. A partir du moment où l’on chauffe un produit organique, l’agitation des molécules force leurs fragmentations entrainant l’apparition de nouvelles molécules potentiellement dangereuses. Par ailleurs, il est clair que certains ingrédients retrouvés dans les e-liquides sont « dangereux ».
La réelle question est donc : est-ce que des dangers inhérents au vapotage découle un risque pour les utilisateurs ?
Le « risque » peut se comprendre comme l’exposition à un danger, une sorte de probabilité que le danger se réalise. Par exemple, la nicotine est mortelle (danger) mais la probabilité de mourir en vapotant (normalement) de la nicotine est inexistante (risque nul). De plus, différentes conditions opératoires en laboratoire permettent d’aboutir à des évaluations variables du risque. En utilisant le Subtank par exemple et en appliquant soit (35W ou 70W) avec soit un faible ou fort débit d’air inhalation (1 ou 10 L/min), on obtient 4 résultats différents et l’analyse du risque ferait ressortir que :
35W+DL < 70W + DL < 35W +MtL < 70W+MtL
Autrement dit, le même dispositif et le même e-liquide auront été utilisé et produiront quatre rapports strictement différents. La divergence d’avis sur la toxicité du vapotage repose en partie, sur cette problématique analytique. Pour résoudre cette divergence il y a un besoin d’explications fondamentales sur le fonctionnement d’un dispositif de vapotage et non pas une considération étriquée comme : « c’est un liquide qui est vaporisé et forme ensuite un aérosol ».
Il est donc difficile de se prononcer directement sur les risques induits par la pratique de la vape dans son ensemble d’autant plus que c’est un sujet sur lequel nous travaillons actuellement chez Ingésciences. D’un point de vue strictement physique réduire la température d’une cigarette classique (tabac chauffé), c’est une réduction du risque importante imposée par des lois de cinétiques chimiques. Vaporiser un liquide est encore une réduction significative car le solvant (PG/VG) entraine dans sa vaporisation la majorité des constituants qu’il contient. En réduisant les conditions de surchauffe et en intégrant des molécules stables lors de la vaporisation, les risques pour l’utilisateur resteront limités et bien inférieurs à ceux d’une cigarette classique.
Cela implique deux constats : 1) il y a un travail normatif à faire pour faire converger les essais en laboratoire vers des conditions réalistes et 2) il faut construire une filière plus professionnelle avec un système d’information clair. Nous pensons que ces deux éléments feront que la perception du risque du vapotage réduira fortement dans l’opinion publique.
Pour finir sur une prise de position quand même, il y a une observation que nous faisons systématiquement dans nos articles critiques. Une majorité des articles que l’on analyse provient d’universités publiques essentiellement basées aux USA. Je suis ensuite contrarié de lire dans le rapport des experts de l’OMS qu’il faut continuer à faire de la science de qualité tout en repoussant ce qui vient de l’industrie. Paradoxalement, ce sont des experts de l’OMS qui publient des données obtenues dans des conditions irréalistes !
Références
Physical and chemical characterizations of a reference e-cigarette used in animal testing – Open access – 3 octobre 2023. [https://www.nature.com/articles/s41598-023-43733-3]
Profil Linkedin de Sébastien Soulet [https://www.linkedin.com/in/s%C3%A9bastien-soulet-564008130/]
[1] L’inhalation au travers d’un dispositif de vapotage s’opère de deux manières : soit de façon continue (inhalation directe ou « DL : direct lung ») soit de manière discontinue (inhalation indirecte ou « MtL : mouth-to-lung »).
En inhalation directe, l’utilisateur inspire au travers du dispositif en utilisant le volume de ses poumons comme s’il respirait normalement. Le flux de vapeur généré pénètre directement dans les voies respiratoires à l’image des consommateurs de narguilé. Les dispositifs associés à une inhalation directe dits »DL » ont une faible résistance à l’air (tirage ouvert/aérien). Le volume d’air inhalé est plus important et conduit à un flux d’air élevé durant la bouffée.
En inhalation indirecte, l’utilisateur génère la bouffée dans le volume de sa bouche avant d’inhaler de l’air et propulser l’aérosol dans ses voies respiratoires dans un second temps. C’est le comportement adopté par les fumeurs lorsqu’ils consomment une cigarette de tabac. Les dispositifs dit « MtL » ont une résistance à l’air plus élevé (tirage fermé/serré) ce qui réduit l’efficacité des poumons et par conséquent le volume inhalable. Autrement dit, il n’est pas possible (sans efforts) d’inhaler le volume d’air nécessaire à la respiration avec ces systèmes obligeant l’utilisateur à scinder son inhalation pour la compléter avec de l’air. Dans ces conditions, les volumes d’air et le flux d’air traversant le dispositif sont plus faibles.
