Technologie du tabac et de la cigarette

Pr Robert MOLIMARD et Yves SAINT-JALM

Note: La présentation Powerpoint a été réalisée par le Pr Molimard.  Elle comporte certains documents fournis par M. Yves Saint-Jalm.  Mais c’est le cours de ce dernier  qui a été enregistré avec sa propre présentation.  Il n’y a donc pas stricte corrélation entre le fichier audio .mp3 et le fichier powerpoint .pps.

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Les campagnes d’information semblent diminuent quelque peu la prévalence du tabagisme, mais aux dépens des petits fumeurs peu dépendants, laissant à peu près intact un noyau dur de grands fumeurs invétérés dont on pense qu’ils ne s’arrêteront pas.  C’est pourtant eux qui sont en plus grand danger.  D’où l’idée de chercher à diminuer le risque à fumer.  Ce « créneau » commence à intéresser le marché des substituts nicotiniques.

Cependant il faut bien peser les limites de ce que l’on peut espérer d’une telle démarche. La notion de « paquets x années« , chère aux pneumologues et censée évaluer le risque à fumer, a la vie dure. Comme tente de le faire comprendre depuis des années Catherine HILL, la puissance 4,5 qui affectait le nombre d’années dans la formule initiale rapportant le risque de cancer du poumon à la consommation tabagique journalière et à sa durée a été oubliée (Risque = paquets x années 4,5).  Si doubler la consommation multiplie le risque par 2, doubler sa durée le multiplie par 24,5, soit par 23. [1]. En passant de 20 à 10 cigarettes par jour, on ne peut espérer réduire le risque que de 50%, encore faudrait-il que le fumeur ne compense pas par une fume plus intensive.

Jouant sur la durée, l’arrêt du tabac est donc le facteur de réduction de loin le plus puissant.  Mais s’il n’est pas possible, il est douteux qu’à toxicité potentielle égale de la fumée, la réduction du nombre de cigarettes ait vraiment un effet très significatif. C’est pourquoi, dans une attitude pragmatique, la seule manière d’agir efficacement serait de diminuer le rapport entre la teneur de la fumée en produits nocifs et son pouvoir rassasiant, c’est à dire la quantité inhalée capable de satisfaire les besoins du fumeur. Cela exige une meilleure connaissance du tabac, de ses processus de fabrication et des voies de recherche actuelles visant à le rendre moins nocif.

LA CIGARETTE

La cigarette la plus simple est du tabac roulé à la main dans une mince feuille de papier.  Le tabac utilisé est un tabac finement découpé en lanières dit « scaferlati« , mot d’origine inconnue. Les papiers ont été de plus en plus fins et résistants et de porosité calculée, l’usage des filtres s’est généralisé.  Une cigarette industrielle actuelle comporte donc :

– un boudin de tabac roulé dans un papier fin.

– un filtre,

– le papier « manchette », souvent coloré en jaune pour imiter le liège (ou les « bouts dorés » des cigarettes de luxe).  Il solidarise la cigarette proprement dite et le filtre.

La fabrication industrielle a été à l’origine de l’extraordinaire essor de la consommation.  Les « cigarettes-toutes-faites« , comme on disait avant la guerre, ont largement supplanté celles roulées à la main, voire avec de petites machines manuelles, et n’ont pris un regain de popularité qu’en fonction des récentes augmentations de prix.

Qui dit industrialisation dit normalisation.  L’industrie avait intérêt à proposer au public des produits relativement constants quant à la force, au goût, etc…  Or le tabac est un produit agricole.  Sa composition varie selon les conditions climatiques de croissance de la plante.  L’industrie a donc cherché à mesurer les paramètres lui permettant de contrôler les mélanges de tabac de diverses origines, provenant de divers étages foliaires de la plante, pour obtenir la constance de composition de la fumée fidélisant le consommateur à sa marque favorite.

C’est l’industrie qui, dès avant la guerre, a mis au point une méthode de fume artificielle par machine, pour étudier le rendement de la fumée en divers composants jugés essentiels.  Après avoir observé la façon dont fumaient les fumeurs d’alors, elle a finalement établi une norme internationale, définie par l’ISO (International Standardisation Organisation).  Une cigarette est maintenue dans des lèvres artificielles en caoutchouc portées par une boite contenant un épais filtre Cambridge dont les pores sont de 0,3µ. La cigarette est allumée et le piston d’une seringue, mu par une bielle animée par un moteur rotatif, aspire en deux secondes une bouffée de 35ml, toutes les minutes, qui traverse le filtre Cambridge.  Un capteur de fin ( par exemple un fil tendu) est placé à 23mm de l’extrémité buccale de la cigarette ou, s’il existe un filtre, à 8 mm de celui-ci ou à 3mm du papier manchette (ou la plus courte de ces deux mesures).  Le fil brûle et se rompt lorsque le foyer arrive à son niveau, ce qui arrête la machine. (figure 1)

La fumée dépose sur le filtre Cambridge les particules qui la rendent visible sous forme d’une tache brunâtre (phase particulaire).  Le poids de ce condensat est déterminé par l’augmentation de poids du filtre.   Il contient la totalité de la nicotine et de la vapeur d’eau condensée que l’on dose.  La masse restante est un mélange complexe appelé goudrons, dont on a déjà isolé plus de 4000 molécules, dont des cancérigènes, hydrocarbures polycycliques et nitrosamines en particulier.

La phase gazeuse traverse le filtre.  Elle contient azote, CO², mais surtout l’oxyde de carbone et divers composés irritants, aldéhyde formique, acroléine, acide cyanhydrique…

L’humidité du tabac, l’homogénéité et le tassement du mélange jouent sur les paramètres de combustion et sur la résistance au tirage.  Le nombre des bouffées ainsi obtenu varie de 8 à 10.  Des critères stricts de fume sont définis par la norme ISO : 48h avant la fume, le tabac doit être conservé à 22°C, à 60% d’humidité, la vitesse du courant d’air autour de la cigarette lors de la fume est définie etc.. Malgré ces conditions, la variabilité des résultats est telle d’une cigarette à l’autre que la mesure du rendement en nicotine et goudrons d’une même marque nécessite de faire une moyenne entre les résultats de la fume d’au moins une centaine de cigarettes.

Ce qui est imprimé sur les paquets de cigarettes est le rendement moyen en nicotine et goudrons ainsi mesuré, rapporté à la fume d’une cigarette de la marque, lorsque le pool d’une centaine au moins est  fumé artificiellement selon les critères de la norme ISO. Quelques points sont donc à préciser pour clarifier les idées à ce propos :

Le poids de nicotine, de goudrons, d’oxyde de carbone imprimé sur les paquets de cigarettes N’EST PAS le contenu de ces cigarettes en ces substances.

C’est le RENDEMENT moyen d’UNE cigarette brûlée par une machine à fumer dans des conditions standardisées imitant un « fumeur moyen » de 1930 (Bouffées de 35ml prises en 2 secondes toutes les minutes jusqu’à un mégot de 23mm ou 8mm avant le filtre s’il y en a un).  Un filtre sépare la phase particulaire qui contient la nicotine, de l’eau et un mélange complexe appelé goudrons, de la phase gazeuse qui contient l’oxyde de carbone, mais aussi des substances irritantes comme le formol, l’acroléine…

La cigarette non brûlée CONTIENT selon la quantité et la concentration du tabac entre 8 et 20mg de nicotine, soit 10 à 100 fois plus que le rendement affiché.  Elle ne contient PAS de goudrons, qui se forment lors de la combustion, et évidemment pas d’oxyde de carbone.

Un fumeur n’est pas une machine, et retire d’une cigarette la quantité de nicotine et goudrons qui lui convient, quel que soit le rendement affiché.

1.- Les valeurs de nicotine, goudrons et oxyde de carbone figurant sur les paquets sont des rendements, non des teneurs. Le tabac sec contenant de 15 à 25mg de nicotine par gramme, et une cigarette contenant de 500 mg à 1g de tabac, le contenu réel d’une cigarette en nicotine peut ainsi varier de 8 à plus de 20mg, alors que la quantité extraite selon la norme ISO est le plus souvent inférieure à 1mg, jusqu’à 0,1mg.  Quant aux goudrons, ils sont produits par pyrosynthèse lors de la combustion.  Le tabac d’une cigarette non allumée ne contient pas de goudrons.

2.- Aucun fumeur ne fume selon les conditions ISO.  Il  peut jeter une cigarette après seulement deux bouffées, ou au contraire allonger les bouffées, ce qui augmente relativement plus le rendement en goudrons, laisser plus courts les mégots, qui sont un concentré de goudrons, augmenter le nombre de bouffées, obturer les orifices de ventilation des filtres….  La réserve de nicotine d’une cigarette est telle qu’avec de telles modifications Kozlowski a pu obtenir d’une cigarette fumée avec une machine un rendement en nicotine 22 fois supérieur à celui affiché.[2].

3.- Il est parfaitement illusoire de prétendre mesurer le rendement en nicotine ou goudrons du tabac à rouler, ou de tabac fumé en pipe, tellement sont variables le diamètre de la cigarette roulée à la main, le poids de tabac, son humidité, la façon dont il est tassé, etc.

4.- La mesure est extrêmement grossière.  Elle ne saurait refléter la nocivité de la cigarette.  Les autres composants dangereux de la phase gazeuse, aldéhyde formique et irritants divers ne sont habituellement pas dosés.  La composition des goudrons est très variable selon le tabac, la température de combustion etc… Les composés carcinogènes ne représentent qu’une partie faible et variable de leur poids. La carcinogénicité peut être très différente pour un même poids de goudrons, selon leur teneur en nitrosamines et en hydrocarbures polycycliques.

5.- De ce fait, la classification en ultralégères, légères ou « full flavor » n’est valable que pour la machine à fumer, et ne saurait être un indicateur de dangerosité.  La mention des rendements sur les paquets est un leurre dangereux, laissant faussement supposer une différence d’innocuité.

LE PAPIER

Il est encore considéré, évidemment à tort, comme l’élément dangereux de la cigarette.  En fait, il s’agit de fibres de cellulose – lin et fibres de bois.  En occident, on aime les papiers blancs opaques, que l’on obtient avec une charge de carbonate de calcium.  Les Russes aiment les cigarettes plus translucides.  Des sels alcalins d’acides organiques (citrate, acétate de Na) augmentent la combustibilité et, avec le phosphate acide d’ammonium, donnent des cendres plus blanches.  Le point important est la porosité, que donnent la charge en calcium, mais aussi des microperforations.  La perméabilité à l’air diminue  le rendement en nicotine et goudrons ainsi que la formation de CO, qui peut de plus s’éliminer par diffusion ainsi que d’autres composés volatils.

Le papier maïs n’a rien de particulier, sinon le colorant et une faible combustibilité.

LE TABAC

Nicotiana tabacum est seule autorisée en France. La variété N. rustica est utilisée dans de nombreux pays, aux USA, en Russie (Maxhorka), au Maghreb.  Il existe quatre grandes variétés de N. tabacum :

1.- Le tabac brun.  C’est un tabac à grandes feuilles, essentiellement produit en Europe et en Amérique du sud.   Il est séché à l’air (air-cured), où il prend une coloration brun foncé.  Il est alors ré-humidifié et subit une fermentation active. On en fait des cigarettes brunes, du tabac à chiquer ou à priser, des cigares (sauf les capes de cigares dont la production (Cuba) et le traitement sont particuliers).  Jadis dominant en France, en Espagne, son utilisation diminue, essentiellement dirigée vers l’intérieur (la tripe) des cigares.

Deux variétés de production peu importante sont cultivées pour certaines utilisations :

Le Maryland, tabac brun léger cultivé aux USA et en Suisse.

Le Kentucky, tabac brun corsé séché au feu direct, surtout pour la pipe, cultivé en Italie, Pologne, USA.

2.- Le Burley.  C’est un mutant pauvre en chlorophylle, à feuilles jaunâtres, essentiellement cultivé aux USA, également séché à l’air naturel en 2 à 3 mois, prenant alors une coloration brun clair.  A la différence des tabacs bruns, il n’est pas fermenté.

3.- Le Virginie.  Largement cultivé aux USA, il est séché à l’étuve à 70° (flue-cured), où il prend une coloration jaune clair.  Ce traitement arrête toute fermentation, ce qui lui confère une richesse particulière en sucres.  C’est lui qui constitue la plus grande production mondiale

4.- Le tabac d’orient. C’est un tabac à très petites feuilles ( 10cm), cultivé dans des conditions de sécheresse extrême et séché au soleil (sun-cured).  Il est très aromatique, car ses petites feuilles contiennent autant de poils sécréteurs que celles des grands tabacs.  Il est utilisé en mélange avec les autres variétés.

Ces tabacs sont utilisés pour la fabrication de trois grands types de cigarettes (ou de tabac pour pipes)

1.- Les cigarettes brunes sont faites de tabac brun, sans additifs. Une légère torréfaction développe les arômes.  La fermentation a éliminé les sucres et donne à la fumée un pH légèrement alcalin.  Jadis les seules consommées en Europe, leur part de marché diminue au profit des cigarettes de « goût américain ».

2.- Les cigarettes de « goût anglais » sont faites de tabac de Virginie pur, utilisé généralement sans additifs. Le pH de la fumée est très acide (autour de 5,5).

3.- Les cigarettes de « goût américain » sont un mélange de Virginie, de Burley et de tabac d’orient dans des proportions variant selon les marques.  Ces tabacs non fermentés sont riches en sucres.  Leur fumée a un pH acide variant selon leur composition autour de 6,5.  Les « sauces » sont apparues pour tenter de compenser la tendance du Burley à perdre ses arômes lorsqu’il est découpé en scaferlati.  (Historiquement, les Virginie de première qualité, au séchage onéreux, partaient au Royaume Uni.  Les Burley, séchés à l’air, avaient perdu leurs sucres, et n’avaient pas bon goût.  Après l’indépendance, l’exportation vers le Royaume Uni continuait, on gardait sur place les moins bons tabacs.  Il fallait imiter le goût du Virginie). Ce sauçage (casing) les imprègne de produits sucrés (mélasse, miel) et d’humectants (glycérol).  Ils subissent alors  souvent une torréfaction (toasting).  Cette torréfaction induit la réaction de Maillard entre produits azotés et aldéhydes des sucres, qui donne naissance à une foule de composés aromatiques.  On termine par une pulvérisation de produits aromatiques divers, en général utilisés par ailleurs dans l’industrie alimentaire (cacao, citron, vanille…). Les cigarettes mentholées le sont soit par pulvérisation de menthol, soit par imprégnation du papier d’emballage par le menthol qui diffuse ensuite dans le tabac.  Comme la plupart des arômes sont détruits par la combustion, on en imprègne parfois les filtres.  La composition de ces sauces, mais surtout des arômes, le détail des opérations constituent des secrets de fabrication.  Cependant, une liste des substances autorisées est régulièrement mise à jour en fonction des données scientifiques et épidémiologiques.

Il y a quatre grands types de tabac:

1. Le tabac brun, séché à l’air, fermenté (d’où richesse en ammoniqaque, fumée alcaline (pH ≈7,5).  Cigarettes brunes, sans additifs.  Cigarillos et cigares.

2.- Le tabac de Virginie.  Séché à l’étuve, non fermenté (d’où richesse en sucre, fumée très acide (pH≈5,5).  Cigarettes goût anglais : Virginie seul, pas d’additifs.  En mélange pour le goût américain.

3.- Burley: Séché à l’air, mais non fermenté.  Utilisé uniquement en mélange « goût américain » avec du Virginie et du tabac d’orient.  Fumée de ces mélanges acide ( pH entre 6,0 et 6,75). Additifs: sauçage avec des mélasses et des arômes.

4.- Tabac d’orient. Séché au soleil, très petites feuilles, très aromatique.  Fumée acide.  Rarement utilisé seul: mélanges « goût américain.

Les cigarettes ne contiennent que du tabac.  Mais on utilise du tabac reconstitué, fait à partir des débris et des nervures, broyés et mis sous forme de feuilles selon les techniques de fabrication du papier, découpées en scaferlati.

Le tabac « expansé » permet de conserver le volume des cigarettes en diminuant la quantité de tabac.

Le tabac dans la confection des cigarettes.

Théoriquement, seule Nicotiana tabacum est utilisée dans les cigarettes fumées en France, bien que l’industrie ait souhaité introduire d’autres nicotianées, comme Nicotiana rustica.

Il est important pour le fabricant de respecter le rendement en nicotine et goudrons selon la norme ISO.  Ce qui est imprimé sur les paquets de cigarettes est contrôlé par le Laboratoire National d’Essais. Or le tabac est une plante, dont la composition est variable.  Pour obtenir les rendements désirés, le fabricant doit jouer sur les mélanges de différents tabacs à rendements différents.[4]

1.- La variété

Des variétés riches et pauvres en nicotine ont été obtenues par sélection. Certains tabacs, comme le Maryland, sont utilisés pour leur combustion plus lente.

2.-L’écimage et l’étage foliaire

Les alcaloïdes du tabac sont produits dans les racines et migrent vers les feuilles.  La suppression des sommités florales augmente fortement la concentration en alcaloïdes dans les feuilles, et n’augmente que légèrement le rendement en goudrons.  Le rendement et nicotine et en goudrons est d’autant plus élevé que les feuilles sont plus basses.  La récolte se fait par étage foliaire.

3.-Le tabac reconstitué

Toutes les parties des feuilles de tabac ne sont pas propres à fabriquer un scaferlati convenable.  Jadis, les nervures étaient jetées, ou utilisées lors de la confection de cigarettes de qualité inférieure (cigarettes de troupe), constituant les « bûches » qui, transformées en tisons, faisaient des trous dans le drap des pantalons militaires.  L’idée fut de récupérer tous ces rebuts de fabrication et d’en confectionner des feuilles, puis de les découper comme un scaferlati.  Les feuilles sont obtenues soit par compression-moulage avec un liant, ce qui donne un produit très dense, soit en les broyant dans de l’eau selon la technique de fabrication du papier, ce qui donne un scaferlati léger très foisonnant.

Les tabacs reconstitués sont plus combustibles et produisent moins de CO, un peu moins de benzopyrène et de benzanthracène.  Le rendement en nicotine et goudrons du tabac-papier est très inférieur, du fait des pertes liées à la fabrication.  La perte de nicotine et de substances hydrosolubles justifie parfois la réincorporation des liquides de lavage concentrés, ou l’adjonction de nicotine pour obtenir les rendements affichés.

Le tabac reconstitué représente environ 20% du poids des cigarettes commerciales actuelles, et peut atteindre 50%.  En moyenne une cigarette actuelle pèse 950 mg, et ne contient plus que 720mg de tabac.

4.-Le tabac expansé

Le tabac est imprégné avec un liquide très vaporisable, puis chauffé brutalement. On utilise le CO² ou l’azote liquide, mais aussi l’eau.  La vapeur du liquide qui s’élimine gonfle les structures cellulaires.  Le scaferlati ainsi obtenu est très léger et foisonnant, avec une forte résistance au tirage.  A poids égal, le rendement en nicotine et en la plupart des constituants de la fumée est un peu plus faible, mais la capacité de remplissage de ce tabac permet d’en mettre beaucoup moins dans chaque cigarette, ce qui permet de diminuer les rendements, bien que la résistance au passage de l’air soit plus élevée, ce qui diminue la vivacité de la combustion.

Car plus une combustion est vive, moins importante est la production de CO au bénéfice de CO², et moins importante est la production de goudrons.  L’utilisation de tabacs reconstitués et expansés dans les mélanges permet de jouer sur la combustibilité et les rendements en fonction des demandes du législateur, tout en gardant des caractéristiques physiques et organoleptiques qui fidélisent le consommateur.

Le tabac à rouler

Sa consommation augmente, du fait de l’accroissement du prix des cigarettes.  C’est en fait un tabac pour pipe, pratiquement actuellement uniquement un tabac blond de type mélange américain.  Il est très aromatisé, avec une utilisation importante de Kentucky dans les mélanges (mélanges hollandais).  Se répand également comme en Australie le tabac artisanal cultivé chez soi, séché et haché (chop-chop), particulièrement nocif.

Les traitements pour « Augmenter l’addictivité du tabac »

Comme toute industrie, celle du tabac n’a pour but final que d’augmenter ses profits, et par conséquent de présenter ses produits sous une forme susceptible d’attirer et de fidéliser sa clientèle.  Tous les ingrédients utilisés dans les « sauces », les arômes divers ont évidemment pour but de rendre le tabac plus attractif, d’en diminuer l’agressivité qui peut faire fuir de jeunes amateurs.  Il en est de même des emballages qui suggèrent le luxe..

On ne peut donc penser que l’industrie du tabac n’ait pas en tête d’augmenter l’addictivité de ses produits.  Deux thèmes en particulier font l’objet d’un grand battage médiatique : l’adjonction de nicotine et le traitement du tabac par l’ammoniaque.

Je crains cependant que le mieux soit l’ennemi du bien et qu’à vouloir trop prouver on se déconsidère.  Le tabac a fait preuve de sa capacité à accrocher les fumeurs sans qu’il ait subi de traitement particulier.  J’aimerais livrer quelques réflexions pour inciter à la prudence les esprits trop prompts à s’enflammer sur ces sujets.

L’ajout de nicotine

Sous le prétexte que la nicotine serait l’agent addictif du tabac, les compagnies ont été accusées d’ajouter de la nicotine aux cigarettes « pour les rendre plus addictives ».

En fait, la réserve de nicotine dans une cigarette est telle qu’il n’est nul besoin d’en rajouter, sauf si l’utilisation importante de tabac reconstitué-papier, qui a perdu dans les bains de lavage une grande partie de sa nicotine, ne permet plus d’obtenir les rendements déclarés.  Dans ces conditions, on peut concevoir que la réintroduction d’un concentré des eaux de lavage, voire de nicotine puisse être un moyen de répondre à ces critères. Le fumeur dépendant, si c’est bien la nicotine qu’il recherche dans une cigarette, a besoin de sa dose. L’intérêt du fabricant serait donc plutôt que les cigarettes soient le plus pauvres possible en nicotine, pour que le fumeur soit amené à consommer plus.  C’est également son intérêt pour recruter de nouveaux fumeurs.  On peut penser que certains jeunes qui se seraient détournés du tabac après une première expérience trop dure  pourraient poursuivre plus facilement avec des cigarettes à faible rendement moins agressives, les cigarettes fortes étant plutôt aversives.  En fait, une enquête dans des collèges m’a déçu sur ce point, car elle m’a révélé que les jeunes commencent avec celles qui leur tombent sous la main, sans se soucier de la marque.  L’effectif était cependant restreint, ne portant que sur 200 jeunes.  De toutes façons, ils n’inhalent pas au début, et règlent leur absorption de nicotine comme tout fumeur, avec des malaises si l’apport est trop important.  Je persiste donc à croire qu’enrichir des cigarettes en nicotine n’est pas un bon moyen pour accrocher les jeunes.  Je pense donc qu’il s’agit d’un bon cheval de bataille, mais d’un mauvais procès, surtout  grande source de profit pour les avocats américains.

Adjonction d’ammoniaque

L’industrie du tabac est accusée d’ajouter de l’ammoniaque au tabac dans le but d’alcaliniser la fumée, afin d’accroître la vitesse de diffusion de la nicotine dans l’organisme, sa fixation dans le cerveau et donc d’augmenter la dépendance.

Les mauvais arguments :

Beaucoup d’arguments sont utilisés dans les campagnes contre le tabagisme.  Mais il existe suffisamment de données valables démontrées sans qu’on ait besoin d’aller chercher des preuves discutables de la nocivité du tabac ou de la duplicité des compagnies tabagières.  Le pire est d’essayer de frapper le public par des arguments faux, qui finissent par desservir les meilleures causes, en donnant des armes à l’adversaire.

On a trouvé des traces d’acétone dans la fumée de cigarettes.  Mais c’est un composé normal du métabolisme, Même dans le coma diabétique, ce n’est pas elle mais l’acidose qui met en danger la vie du patient. L’acétone elle-même n’est pas acide.  C’est pour son innocuité qu’elle a remplacé le trichloréthylène et la benzine comme détachant sur les rayons des supermarchés.

On a trouvé de l’ammoniaque et accusé les tabagiers d’en ajouter pour augmenter l’addictivité des cigarettes.  L’ammoniaque est un composé naturel des fermentations.  C’est pour cela que le tabac brun est riche en ammoniaque, et sa fumée alcaline.  Si l’alcalinité était un facteur d’addictivité, c’est le tabac brun qui aurait conquis le marché américain, alors que ce sont les américaines, à la fumée beaucoup plus acide (une unité pH, c’est ENORME) qui ont conquis le marché français.  L’alcalinité de na fumée n’a aucune influeznce sur l’absorption de la nicotine, et sur sa pénétration dans le cerveau.

A pH alcalin, la nicotine est sous forme base.  Liposoluble et hydromiscible, elle passe alors effectivement beaucoup plus facilement les membranes que sous forme ionisée. C’est la raison qui fait tamponner à pH alcalin les substituts nicotiniques.  Il est cependant douteux que l’alcalinisation de la fumée soit  un facteur critique de l’absorption de la nicotine des cigarettes.  Ce qui est vrai pour une gomme fortement tamponnée à forte teneur en nicotine et gardée 30 minutes dans la bouche l’est sans doute moins pour le bref passage d’une fumée moins concentrée, dont la majeure partie est plutôt en contact avec l’alvéole pulmonaire qu’avec la petite surface muqueuse de la bouche et des voies aériennes supérieures. On estime qu’entre 95 et 100% de la nicotine d’une bouffée est absorbée, quel que soit le pH de la fumée [7]. Même à un pH très alcalin, la fraction absorbée au niveau bucco-pharyngé est vraisemblablement très faible. De plus, cette absorption muqueuse est lente et se fait par le système cave supérieur.  Cette fraction ne peut donc participer au pic nicotinique d’absorption pulmonaire, qui est dit important pour l’addiction.

Nous avons comparé il y a plus de 10 ans la cotininurie et le CO alvéolaire entre deux groupes de fumeurs, l’un de tabac brun (Gauloises brunes ou Gitanes), dont la fumée était alcaline (pH 7,55) l’autre de cigarettes blondes, Gauloises Blondes (pH 6,45) et Marlboro  (pH 6,75).  L’hypothèse était qu’une meilleure absorption de la nicotine par la muqueuse des voies aérodigestives supérieures permettrait d’obtenir la dose de nicotine souhaitée au prix d’une moindre inhalation [5,6].  Or, si la cotininurie a été équivalente dans les deux groupes, c’est paradoxalement le groupe de fumeurs de brunes qui inhalait le plus, à en juger par le CO alvéolaire (une explication possible est leur âge un peu plus élevé).  Il faut ajouter que si le pH était aussi important qu’on veut bien le dire pour expliquer l’addiction, ce sont les cigarettes brunes qui devraient avoir conquis le marché américain, alors que le contraire se produit, les cigarettes blondes à fumée acide supplantant actuellement les cigarettes brunes dans leur marché traditionnel, France, Espagne, Italie.  Selon P. Mac LEOD, l’adjonction d’ammoniaque est utilisée en parfumerie pour exalter les arômes.  C’est une explication de l’industrie, qui dit que l’ammoniaque réagit avec les sucres du tabac lors de sa préparation ou lors de sa combustion pour former des substances aromatiques comme lorsque l’on grille les viandes.  L’alcalinisation augmenterait par ailleurs la sensation appelée « impact » de la fumée, liée à l’action irritante de la nicotine et que recherchent certains fumeurs, mais qui peut être aversive pour des débutants.  En effet, la nicotine est habituellement dans la phase particulaire de la fumée, n’ayant pas de contact direct avec la muqueuse.  Sous forme alcaline,  elle est plus volatile et tend à s’en échapper, manifestant alors son action irritante (qui est un des inconvénients du spray nasal et des inhaleurs à nicotine) .

Sitôt absorbée, la nicotine est tamponnée au pH 7,4 des liquides de l’organisme, et sa forme d’administration n’a donc aucune répercussion sur sa distribution entre les différents organes.

L’ammoniaque (NH4OH) et surtout le phosphate dibasique d’ammonium sont utilisés pour la préparation du tabac reconstitué, par exemple pour l’utilisation de la pectine comme adhésif liant les fibres [8]. Curieusement, c’est un moyen industriel d’ignifuger les tissus et le papier.  Une cigarette qu’on ne pourrait allumer serait évidemment moins dangereuse! Le sulfamate d’ammonium serait utilisé pour diminuer la production de benzopyrène.

L’alcalinisation qui est donc valable pour augmenter le passage dans le sang de la nicotine du tabac oral (et aussi des divers substituts nicotiniques) n’a certainement aucun intérêt pour le tabac fumé.

Les traitements cherchant à diminuer la nocivité du tabac

Beaucoup de brevets ont été pris pour tenter d’éliminer ou tout au moins de diminuer le passage dans la fumée de produits toxiques.

Les goudrons

La plus grande partie est composée de produits inoffensifs, mais qui véhiculent deux grandes catégories de carcinogènes: les hydrocarbures aromatiques polycycliques, en particulier le benzopyrène, et les nitrosamines.  Celles-ci sont formée par greffe d’un radical NO² provenant de nitrites sur des fonctions amines diverses.  Elles peuvent ainsi ne pas être spécifiques du tabac, mais certaines ne se forment que dans le tabac par réaction avec certains de ses alcaloïdes..  C’est le cas de la N-nitroso-nornicotine (NNN), la N-nitroso-anatabine (NAT), la N-Nitroso-anabasine (NAB), la NNK (4-méthyl-nitrosamine 1 (3-pyridyl) 1-butanone) et sa forme alcool , le NNAL, puissants carcinogènes chez l’animal.  La nicotine elle-même ne peut être nitrosée, la fonction amine de son cycle pyrrolidine étant déjà bloquée par un radical méthyle. Les nitrosamines apparaissent essentiellement lors de la fermentation et du stockage, à partir des nitrates réduits en nitrites par la fermentation.  Leur concentration est évidemment favorisée par l’utilisation importante d’engrais nitratés.

Ces composés ne constituent que la dix-millième partie du poids de goudrons. Le rendement en goudrons n’est donc absolument pas représentatif de la carcinogénicité. Ainsi, dans une étude sur des cigarettes polonaises, ce sont les cigarettes à plus faible rendement en goudrons qui contenaient le plus de nitrosamines, jusqu’à 8 fois plus pour le NNK  et 4 fois pour la NNN.[10]

On a proposé, sans que ce soit toujours arrivé au stade industriel, de nombreux procédés pour éliminer ces carcinogènes: extraction aqueuse du tabac, réincorporé après élimination des nitrates par divers procédés, utilisation de microrganismes utilisant les nitrates et nitrites comme source d’oxygène en condition anaérobie avec élimination des gaz azotés par le vide; cette technique est proposée pour éliminer également les composés d’ammonium (!).

Un nouveau procédé de préparation du tabac est cependant prometteur.  Mis au point par Star Scientific.Inc, il consiste à faire sécher les feuilles de tabac flue-cured dans une atmosphère dépourvue d’oxygène, puis à les soumettre à des micro-ondes.  Ce procédé qui supprime toute fermentation élimine totalement les nitrosamines du tabac de Virginie.  Les fermiers américains s’engouffrent dans cette nouvelle technologie. A partir de Virginie et de Kentucky préparés selon ce procédé, Brown & Williamson, une filiale de BAT, a fabriqué pour Star la cigarette Advance, équipée d’un filtre au charbon actif, avec un taux de nitrosamines nettement diminué.  L’élimination des nitrosamines constitue de toute façon un progrès à généraliser.  Comme elles ne résument certainement pas le pouvoir carcinogène de la fumée, on ne peut cependant pas prévoir l’impact réel de leur élimination sur la survenue des cancers.

La nicotine

Elle n’est pas le produit le plus dangereux, et ne peut être nitrosée.  Les cigarettes à très faible rendement en nicotine, soit naturellement (Next®), soit après son extraction par différents solvants ou sa dégradation par action microbienne on été en général un échec commercial.

L’oxyde de carbone

Il est certainement plus responsable que la nicotine des complications vasculaires.  Sa concentration peut être diminuée par une combustion plus active. L’imprégnation du papier et du tabac avec du permanganate de potassium en diminuerait la production en augmentant la combustion et oxyderait de plus les nitrates.  L’inclusion de particules d’écume de mer lors de la préparation de tabac reconstitué permettrait une rétention de CO, acroléine, nitriles (dont l’acide cyanhydrique), phénols, hydrocarbures aromatiques.

Les traitements portant directement sur le tabac n’ont guère intéressé les autres composés nocifs, hormis le traitement des feuilles par un acide pour éliminer le polonium radioactif et les métaux,  le plomb,  mais surtout le nickel, l’arsenic, le cadmium et le chrome qui sont des carcinogènes.

Seule l’augmentation de la combustion par meilleure oxygénation de foyer peut diminuer la nocivité de la fumée en diminuant la production de goudrons, et de CO au profit du CO² non toxique

Les filtres

Ils cherchent à purifier la fumée de tous les composants nocifs précités, avec de plus une action sur la phase gazeuse, CO, poisons ciliaires (acide cyanhydrique, acroléine, ammoniaque, aldéhyde formique et dioxyde d’azote).

La plupart des cigarettes commerciales ont actuellement un filtre.  L’amiante a disparu. Ils sont actuellement essentiellement constitués de filaments d’acétate de cellulose d’environ 20µ, avec des sections en I, X ou Y pour augmenter leur surface, liées par un plastifiant (triacétine) qui représente 6% du poids.  Il existe aussi des filtres en papier. Les filtres peuvent être faits d’une partie papier et une partie acétate de cellulose.  Certains ménagent une chambre médiane avec du charbon actif qui retient certains constituants de la phase gazeuse, qui peuvent être réduits de 60 à 95%.  Les filtres retiennent environ 50% de la phase particulaire.  La perte de charge dans le filtre conditionne son efficacité, mais cette résistance au tirage a une limite d’acceptabilité par le fumeur.

Les filtres retiennent assez bien la phase particulaire.  Le refroidissement par la ventilation condense les composant les moins volatils et une partie de la nicotine.  Mais la ventilation des filtres, si elle permet de diminuer le rendement en nicotine et goudrons en diluant la fumée, ne trompe que la machine à fumer.

Seuls les filtres à charbon actif sont un peu efficaces pour retenir les composants irritants de la phase gazeuse.  L’oxyde de carbone n’est absolument pas retenu.

La ventilation des filtres consiste à perforer circulairement le papier manchette d’un très grand nombre de trous microscopiques par différentes techniques (laser en particulier).   Une partie de la bouffée est donc de l’air extérieur qui n’a pas participé à la combustion.  L’extrémité buccale du mégot prend alors un aspect en cocarde, dû à ce que l’air extérieur entré par les orifices de ventilation n’a eu aucune raison de teinter de marron le filtre.   Il s’agit donc tout bonnement de dilution de la fumée.  Il est clair que si elle atteint 80% comme c’est parfois le cas, le rendement en nicotine et goudrons sera diminué d’autant [3].  Mais la baisse peut être plus importante, car la réduction de la perte de charge par cette fuite permet au filtre d’être plus serré en amont des perforations, donc de mieux retenir la phase particulaire de la fraction de bouffée qui le traverse.  La réduction du débit permet alors la diffusion vers l’extérieur de gaz très légers (CO, CO²), dont le rendement est diminué plus que ne le voudrait le degré de ventilation.  De plus, la ventilation refroidit la fumée et favorise la condensation de nicotine et de goudrons au niveau du filtre.

Le fumeur trouve hélas spontanément la parade en enlevant le filtre.  Comme, pour des raisons évidentes qui tiennent à l’acceptabilité, les tabacs utilisés dans les cigarettes ventilées sont paradoxalement plus corsés et riches en nicotine que ceux des « full flavor« , il trouve ces cigarettes particulièrement bonnes.  Sans aller à cet extrémité, il peut plus ou moins boucher les trous de ventilation, soit inconsciemment avec les doigts, soit avec les lèvres (et le rouge à lèvres trahit cette pratique), soit consciemment avec du scotch! (figure 2)

Un nombre impressionnant de brevets ont été pris pour des filtres retenant sélectivement certains composants nocifs, qu’il s’agisse de filtres multi-composants ou d’additifs  [9].

–        Mycelium de polyporacées (amadouvier) :  nicotine, goudrons et benzopyrène

–        Filtre « biologique » à base d’hémoglobine  qui retiendrait les radicaux libres, le NO et « métaboliserait » le benzopyrène.

–        Catalyseurs divers: acide aurique, nitrate d’argent, tétrachlorure de platine, cérium.

–        Filtres composites avec diverses manières de placer le charbon actif et un tamis moléculaire, pour retenir le CO, ou contenant des carbonates de métaux alcalino-terreux associés à cobalt, nickel, cuivre ou zinc, qui retiendraient l’acide cyanhydrique.

–        Filtre comportant polystyrène non sulfoné et acide silicique, qui retiendrait les nitrosamines et amines secondaires.

–        Générateur de champ magnétique électrostatique diminuant CO et nicotine…

–        Fume-cigarette du type « pot catalytique », comportant un filament chargé en platine chauffé électriquement.

–        Filtre avec particules d’aluminium pour retenir le polonium 210.

LA GEOMETRIE DE LA CIGARETTE

Hormis tabac, papier et filtres, la géométrie de la cigarette est importante aussi bien pour obtenir les rendements souhaités que pour des raisons de mode et d’acceptabilité par le fumeur en terme de « confort ». Le diamètre, la longueur du filtre celle du boudin de tabac ont été manipulés.  Une cigarette de 120mm de long, bien qu’ayant évidemment une capacité d’autofiltration  plus importante qu’une cigarette standard de 70mm, contient plus de tabac et a un rendement plus élevé en nicotine et goudrons. Un boudin plus court, c’est moins de tabac, moins de bouffées, un filtre éventuellement plus long et par conséquent une baisse du rendement en nicotine et goudrons.

LES  CIGARETTES ARTIFICIELLES

Beaucoup des composants nocifs de la fumée sont des produits de pyrosynthèse et ne préexistent pas dans le tabac.  Or l’exemple du tabac à chiquer ou à priser montre que la combustion n’est pas nécessaire pour que l’on devienne dépendant.   De nombreuses tentatives ont été faites pour éliminer la combustion. La nicotine étant considérée comme le composant responsable de l’addiction, la première idée a été de faire un objet ressemblant à une cigarette, mais qui soit en fait un inhaleur à nicotine pure.

La première « cigarette » ainsi mise au point en 1987 fut la Favor®. Il s’agissait simplement d’un  tampon imbibé d’une solution de nicotine dans un tube ressemblant à une cigarette. De façon surprenante, alors que les gommes étaient déjà largement utilisées, la FDA a bloqué sa commercialisation, déclarant qu’il s’agissait simplement d’une manière de droguer les gens en leur administrant dans le corps le produit addictif qu’était la nicotine.

Dans la cigarette Premier® (1988, RJReynolds), un substrat saturé avec du glycérol et du propylène glycol chargé en arômes était chauffé par combustion de carbone purifié et produisait des vapeurs qui se condensaient en un aérosol de glycérine, d’eau, de traces de nicotine et de quelques autres composants du tabac.  Sans le barbotage, c’est une distillation comme celle que réalise le narghilé.  Le condensat collecté par la machine à fumer était particulièrement pauvre en carcinogènes comme benzopyrène et nitrosamines.  Mais le faible apport de nicotine, l’absence de cendres à secouer, de fumée visible et le goût désagréable en firent en 5 mois un retentissant échec commercial  En 1996, RJR a commercialisé une variante qui permet la combustion d’une petite quantité de tabac, l’Eclipse®. On allume l’extrémité de carbone purifié qui s’étend au centre de la cigarette jusqu’à son milieu.  Des fibres de verre empêchent le feu de se communiquer à un tabac reconstitué imprégné d’eau et de glycérol qui enveloppe le noyau de carbone.  L’élévation de la nicotinémie, tout comme du CO, est de l’ordre de ce qu’obtiennent les fumeurs d’une cigarette normale [11].  La carcinogénicité  de la fumée est très fortement diminuée, il n’y a pratiquement pas de fumée environnementale.  Mais la cigarette ne plait guère aux fumeurs, elle ne diminue pas de longueur, pas de cendres, pas de volutes de fumée pour rêver ou d’écran derrière lequel se dissimuler. Bien que l’équipe de RUSSELL considère que ce serait un progrès, on lui fait le grief de la possibilité d’inhalation de fragments de fibres de verre.  Elle serait accusée d’un contenu en nitrosamines plus élevé que celui de cigarettes normales, et la FDA pourrait s’opposer à sa diffusion  pour les mêmes raisons que pour la Favor®.

Philip Morris répond avec Accord.®  Les trois quarts d’une cigarette spéciale sont introduits dans un appareil  alimenté par des piles rechargeables qui chauffe le tabac à 950° au lieu des 1600° habituels de la combustion.  Une puce électronique limite à 2 secondes le temps de chauffage pour chaque bouffée.  Le rendement en CO, benzopyrène et composés nitrés diminuerait de 83 à 98%.

Eclipse® et Accord® sont commercialisés aux Etats-Unis.  Accord® l’est peut-être confidentiellement au Japon.  Le chiffre des ventes n’est pas connu, mais vraisemblablement marginal.  Le problème sera de savoir si les fumeurs vont accepter ces produits.

La cigarette électronique

Il y a beaucoup de marque de cigarettes « électroniques », qui font florès depuis les interdictions de fumer dans les lieux publics, les trains, les avions (La compagnie Ryan Air la propose à ses passagers!).  Le principe est identique.  L’objet ressemble à une cigarette. Un système de chauffage à pile vaporise une solution contenant ou non de la nicotine, des arômes divers, et du propylène glycol.  Elle est aspirée par le « fumeur ».  Le propylène glycol, hydromiscible, se sature en eau dans les poumons. À la température ambiante, lors de l’expiration, le mélange se condense, produisant une vapeur qui donne l’illusion de la fumée.

La cigarette contenait déjà souvent du propylène glycol comme humidifiant.  Il était comptabilisé dans les goudrons.  Il est autorisé comme adjuvant dans l’industrie alimentaire et, contrairement à l’éthylène glycol, ultilisé également comme antigel et dans des solvants, il ne donne pas de calculs rénaux et est considéré comme relativement inoffensif.

Lorsqu’il contient de la nicotine, c’est un concurrent direct des inhaleurs, et les arômes dont ceux de tabac, peuvent lui donner un avantage sur eux.  Cependant, comme elle n’apporte aucun autre composant du tabac, on peut se poser le problème de la pérennité de l’engouement actuel, le succès à long terme des inhaleurs étant très mitigé.   Cependant, les cigarettes électroniques peuvent aider certains fumeurs dans une démarche d’arrêt, et permettre à d’autres de vivre un peu mieux les situations sociales difficiles secondaires aux interdictions.

Les effets sur la santé de leur utilisation à long terme méritent cependant d’être contrôlés, ainsi que les contenus des différentes marques sur le marché.

LE FEU

Beaucoup d’incendies sont dus à des mégots mal éteints.  Mais aucune des tentatives faites par l’industrie pour réduire ce risque n’a abouti à un résultat vraiment probant. Une cigarette (Merit®) commercialisée par Philip Morris est faite avec un papier plus épais qui lui évite de brûler en dehors des bouffées.  Mais ses ventes ont chuté de 8% l’an dernier quand celles de la Marlboro restaient stables.

L’ENVIRONNEMENT

Les mégots, se dégradent lentement dans l’environnement, et posent un véritable problème, non pas tellement de pollution chimique car la plupart des composés chimiques sont biodégradables, que le lavage par les eaux de pluie dilue la nicotine et que les goudrons ainsi dispersés ne sont rien à côté des masses de bitume déversés pour la confection et l’entretien des routes, ainsi que par les gaz d’échappement des véhicules.  Mais les constituants des filtres, acétate de cellulose, constituent un volume de déchets qui pose un grave problème d’élimination.  La recherche sur des matériaux biodégradables ayant par ailleurs les qualités développées par les filtres actuels n’est qu’à ses débuts.

CONCLUSION

Toute industrie ne pense qu’au profit. L’éthique n’est pas son fort.  L’industrie tabagière n’est pas l’exception. Il est évident qu’à long terme elle aurait intérêt à protéger la santé de ses bons clients et être sensible, sinon à leur souffrance, du moins à la perte financière que représente pour elle la disparition une décennie trop tôt d’un fumeur de deux ou trois paquets par jour.  Mais le profit immédiat prévaut. La tentation est grande pour un fabriquant de protéger par des brevets solides tout progrès supposé diminuer quelque peu le risque à fumer, et d’en faire un argument publicitaire. L’effet secondaire d’une guerre concurrentielle entre marques est évidemment la promotion du tabac.  Pourtant, toute diminution du risque est bonne à prendre pour ceux qui ne peuvent s’arrêter de fumer.  L’application de toute réelle avancée technologique, si mineure soit-elle, devrait pouvoir être exigée de tous les fabricants, malgré l’obstacle des brevets.  Le peu d’importance du niveau de la consommation quotidienne dans le risque encouru et la compensation que sa dépendance impose au fumeur font qu’il n’y a guère à espérer d’une simple diminution du nombre de cigarettes fumées, ce qui limite la portée des substituts nicotiniques dans cette indication.  La seule voie efficace serait de diminuer la nocivité intrinsèque de la fumée. Il est irresponsable de refuser tout progrès dans ce sens en arguant du risque de voir se réitérer l’opération-leurre des « cigarettes légères ». Au législateur de veiller à ce qu’il  n’en soit rien.

Bibliographie

1.- Hill C. Pour en finir avec les paquets-années.  Revue des Maladies Respiratoires (1992), 9, n°6 : 573-4

2.- Kozlowski LT, Rickert WS, Pope MA, Robinson JC : Estimating the yields to smokers of tar, nicotine and carbon monoxide from the « lowest-yield » ve,tilated-filter cigarettes.  Br. J. Addict. (1982b) 77,159-65.

3.- Kozlowski LT : Smokers, non-smokers and low tar smoke.  Lancet (1981) I, 508

4.- Jones EC, Norman AB : History of Cigarette Design » in « Recent Advances In Tobacco Science, 1998, volume 24, pp 3-64 »

5.- Cohen C, Molimard M, Le Houezec J, Molimard R : Fumeurs de tabac brun et fumeurs de tabac blond. Semaine Hôp. Paris (1989) 65 : 2463-5

6.- Cohen C : Facteurs pharmacologiques de la dépendance à l’égard du tabac.  Thèse Sciences Paris XI Orsay (1989) 1 vol. 214p.

7.-  Gori GB, Benowitz NL, Lynch CJ. : Mouth versus deep airways absorption of nicotine in cigarette smokers.  Pharmacol Biochem Behav. 1986 Dec;25(6):1181-4.

8  Dixon M, Lambing K, Seeman JI. On the transfer of nicotine from tobacco to the smoker. A brief review of ammonia and pH factors.  Beiträge zur Tabakforschung International. Contributions to Tobacco Research (2000) 19 : 103 22

9.- The safer cigarette: what the tobacco industry could do…and why it hasn’t done it. ASH. Web: http://www.ash.org.uk

10.- Gray N, Boyle, Zatonski W : Tar concentrations in cigarettes and carcinogen content.  Lancet (1998); 352 : 787-8

11.- Stapleton J, Russell MAH, Sutherland G, Feyerabend C : Nicotine availability from Eclipse tobacco-heating cigarette. Psychopharmacology (1998)139 : 288-90