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Tout savoir sur la glycérine végétale (VG)

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Ingrédient incontournable dans la composition d’un e-liquide, la glycérine végétale est très appréciée des vapoteurs pour faire plus de vapeur. Mais la VG, comme on l’appelle bien souvent dans le jargon, est parfois mal connue des consommateurs. Nous avons demandé à un laboratoire spécialisé dans la vape de bien vouloir nous expliquer en détails le rôle de la glycérine végétale et de nous dresser le portrait complet de ce composé devenu star dans les flacons. Réponses avec l’équipe scientifique du Laboratoire Sense (Groupe Phodé).

Glycérine et glycérol : est-ce la même chose ?

La glycérine végétale mise en œuvre dans la plupart des e-liquides est composée de glycérol à hauteur de 99.5%. C’est pour cette raison qu’il est souvent dit que la glycérine végétale et le glycérol sont deux éléments identiques. Pour être tout à fait exact, il est préférable de dire que le glycérol est la molécule principale de la glycérine.

Grade Glycérine brute Glycérine technique 1ier grade Glycérine distillée Glycérine distillée grade alimentaire animale 2ème grade Glycérine distillée grade USP/EP
Taux de glycérol 50% 80% 80% 95% 99.5 %
Méthanol 5 à 18% 0.5 à 3% 0.2% 0.1% 0.015%
Alimentarité Non Non Oui Oui Oui
Risque Très dangereux (Taux de Méthanol très élevé) Très dangereux (Taux de Méthanol élevé) Faible risque Très faible risque Risque négligeable

La glycérine végétale préconisée par la norme AFNOR XP D-300-2 est une glycérine distillée de grade Pharmaceutique USP (United States Pharmacopeia) et EP (European Pharmacopoeia) qui contient à minima 99.5% de glycérol.
La glycérine végétale mise en œuvre dans les e-liquides de qualité pharmaceutique peut être alimentaire si elle est accompagnée d’un certificat d’alimentarité.

La glycérine est-elle toujours d’origine végétale ?

Il existe de la glycérine végétale, utilisée dans la composition des e-liquides mais également de la glycérine d’origine animale.

Glycérine animale
Origine Carcasse d’animaux, graisses Graisses de friture
Glycérine végétale
Origine Tournesol Colza Soja Ricin Jatropha Palme et palmiste (fruit du palmier)

La glycérine végétale contenue dans un e-liquide peut-elle être biologique (bio) ?

Il existe différents référentiels biologiques selon les critères de certification. Le référentiel biologique cosmétique est différent du référentiel biologique alimentaire. Ainsi, un produit biologique selon le cahier des charges cosmétique ne répond pas forcément aux critères biologiques alimentaires.

C’est le cas pour la glycérine végétale biologique utilisée dans certains e-liquides. La glycérine végétale biologique répond dans ce cas à un cahier des charges biologique cosmétique, diététique ou pharmaceutique mais ne répond pas au cahier des charges biologiques alimentaire. La glycérine végétale étant obtenue par procédé chimique, elle ne peut pas être considérée comme biologique selon les critères biologiques alimentaires.

Quelles sont les propriétés physico-chimiques du glycérol ?

Le Glycérol (1,2,3-propanetriol) est un alcool de formule brute C3H8O3
Sa formule semi développée est : CH2OH—CHOH—CH2OH
Sa formule développée est la suivante :

Le glycérol a une masse moléculaire de 92,11 g et une densité de 1.260 g.cm-3 (à 18°C). Le glycérol est donc plus dense que l’eau et le PG.

Le glycérol a un point d’ébullition à 290 °C, une température d’auto-inflammation de 370°C et un point éclair à 160°C.

Le glycérol a une viscosité de 1,49 Pa.s à 20°C, ce qui correspond à une viscosité 1500 fois plus importante que celle de l’eau.

A température ambiante, le glycérol se présente sous la forme d’un liquide, transparent, visqueux, incolore, inodore, non toxique et au goût sucré.

Du fait de la présence des trois fonctions hydroxyles, la glycérine est très hygroscopique. Elle joue le rôle de piège à eau. La glycérine est miscible à l’eau et à l’alcool en toutes proportions.

Comment fabrique-on le glycérol ?

Le glycérol peut être obtenu selon deux processus principaux : la saponification des corps gras ou la trans-estérification d’huiles végétales.

La réaction de saponification permet de produire du savon et du glycérol à partir de corps gras et de soude. Le glycérol issu de la saponification est très pur (+ de 99%) et de ce fait est majoritairement utilisé dans des applications pharmaceutiques et cosmétiques.

Réaction de saponification :

La filière de production de biodiésel à partir d’oléagineux (colza notamment) permet aussi d’obtenir du glycérol en fin de process. Il est le résultat de la trans-estérification d’huiles végétales, réaction entre l’huile végétale et le méthanol.

Réaction de trans-estérification :

A quoi sert la glycérine ?

La glycérine est largement utilisée dans de nombreux produits industriels et de consommation tels que le savon, les détergents, les médicaments, les produits cosmétiques, les aliments, les boissons, les peintures, les résines et le papier.
Ce composé a plus de deux mille applications. Les principales sont répertoriées dans le graphique ci-dessous :

La glycérine est majoritairement utilisée dans l’industrie pharmaceutique, notamment en tant que support pour les antibiotiques, les antiseptiques ou dans les gélules. Cette molécule se retrouve en effet dans les sirops pour la toux (expectorant) par exemple mais aussi dans les suppositoires. C’est un agent hydratant qui améliore l’onctuosité et la lubrification des préparations pharmaceutiques.

La glycérine est un excellent solvant pour une large gamme de principes actifs et composés chimiques.

La glycérine est aussi très utilisée dans l’industrie cosmétique. C’est le principal ingrédient des dentifrices. De même, ce composé est largement intégré dans les produits de soins pour la peau (savons, crèmes hydratantes) et les cheveux (shampooing). Les principales qualités apportées par cette substance sont la douceur, mais aussi l’hydratation.

La glycérine est aussi présente dans l’alimentation animale et humaine. Elle est souvent utilisée en tant que support alimentaire pour les arômes liquides, mais aussi en tant qu’édulcorant, émulsifiant, agent épaississant ou encore comme agent conservateur. De même, elle est souvent intégrée dans les procédés d’extraction des substances végétales.

D’autres applications sont aussi répertoriées :

  • Industrie chimique : pour la fabrication de composés chimiques
  • Industrie du tabac : pour réguler l’humidité de celui-ci mais aussi éliminer l’arrière-goût irritant et désagréable
  • Industrie du papier et des plastiques : en tant qu’agent plastifiant par exemple
  • Industrie du textile : au niveau de la conception et des propriétés des fils, notamment en tant qu’agent assouplissant des fibres, fils et tissus
  • Industrie de la peinture : utilisée en tant qu’agent liant
  • Industrie automobile et aéronautique: Pour préserver les vérins hydrauliques du gel par exemple ou en tant qu’agent antigel
  • Dans les cigarettes électroniques : le composé est présent en tant que support mais aussi pour intensifier la vapeur émise

Industrie cinématographique : pour simuler la transpiration ou les fumées (effets spéciaux). [1] [2] [3] [4] [5] [6]

Où trouve-t-on du glycérol dans la nature ?    

Le glycérol est une substance qui se retrouve naturellement chez les êtres vivants (hommes et animaux). Il est un précurseur du glucose et du glycogène. Il est également impliqué dans la lipogenèse. Il est présent dans toutes les cellules à basse concentration (< 0,1 mmol/L) (Robergs & Griffin, 1998)*

Il provient de la lipolyse dans les cellules adipeuses, de l’hydrolyse des triglycérides des lipoprotéines dans le sang, et, dans une moindre mesure, de la digestion intestinale des lipides.

Le glycérol lié aux acides gras, forme des triglycérides qui représentent près de 10% des lipides des organismes vivants.

Il n’y a pas de glycérol naturellement présent dans les végétaux. Le terme « glycérine végétale » signifie que la glycérine est obtenue à partir d’huile végétale suite à un procédé chimique de trans-estérification catalysée. 

Comment notre organisme métabolise et élimine la glycérine ?

La métabolisation d’une molécule par un organisme est définie par la suite de réactions chimiques que subit le composé après son absorption dans le but de l’utiliser ou de l’éliminer.

La métabolisation du glycérol a principalement lieu dans le foie et les reins.

60 % du glycérol métabolisé est soit transformé en glucose, c’est ce que l’on appelle le phénomène de néoglucogenèse, soit transformé en énergie dans les cellules pour permettre la respiration mitochondriale (source d’énergie par incorporation dans le cycle de Krebs=TCA cycle).

40 % du glycérol est utilisé dans l’estérification des acides gras libres pour former des triglycérides (forme de stockage des lipides dans l’organisme). 

Quel est le niveau de toxicologique de la glycérine ?

L’autorité américaine de l’alimentation et du médicament (Food and Drug Administration, FDA) a classifié le glycérol en substance « GRAS » (Generally Recognized As Safe). Le risque global de toxicité dans les produits pharmaceutiques est bas. Une irritation de la peau est peu probable sauf si la peau est blessée. La toxicité par inhalation est faible, ceci étant dû à la faible volatilité. En revanche une ingestion excessive peut provoquer une élévation du glucose et des lipides sanguins du fait du métabolisme. [7] [8] [9]

Exposition respiratoire

La toxicité par voie aérienne a été étudiée chez le rat. Le seul effet observé est un épaississement de la muqueuse de la trachée suite à l’exposition à haute dose, ce qui est une forme de protection contre les irritants chimiques (Renne et al, 1992).

La NOEL (non observed effect level = dose la plus haute sans effet toxique) chez le rat par inhalation est de 167 mg/m3 (Renne et al, 1992) ; c’est à partir de ce type de données que sont calculées les valeurs limites d’exposition professionnelle.

La concentration en glycérine sanguine mesurée chez des rats exposés par inhalation à un mélange PG/VG n’est pas augmentée, ce qui peut être expliqué par la présence plus importante de glycérol endogène qu’exogène et/ou un métabolisme rapide du glycérol après absorption.

La glycérine apportée par l’environnement extérieur ne modifie pas la concentration de la glycérine fabriquée par l’organisme.

Exposition orale

Lors d’études effectuées par gavage chez le rat, la souris et le lapin, aucune toxicité maternelle et aucun effet embryotoxique ou foetotoxique n’ont été observés (OECD SIDS 2002).

Le glycérol n’a pas non plus d’effet cancérogène ni mutagène (OECD SIUDS, 2002.)[10]

Dans les médicaments utilisés en tant qu’excipient selon les recommandations de l’Agence française de sécurité sanitaire des produits de santé de 2008, si le seuil est >10g, l’Information à mentionner dans les mises en garde spéciales et précautions d’emploi est la suivante « Ce médicament contient du glycérol et peut provoquer des céphalées et des troubles digestifs (diarrhée). »

Exposition dermique

Il n’y a aucune donnée humaine ou animale qui indique que le glycérol est un sensibilisant dermique

La glycérine végétale peut-elle créer des réactions indésirables lorsqu’elle est chauffée?

Réactions indésirables : formation d’aldéhydes notamment acroléine avec la chaleur (Norme AFNOR + R-VAPE 9).

Lorsque l’on surchauffe les e-liquides (Température supérieure à 350°C), il peut y avoir une dégradation du glycérol, pouvant engendrer la formation de composés indésirables : des aldéhydes, tels que l’acroléine, l’acétaldéhyde et le formaldéhyde. [11] [12 ]

Les derniers matériels limitent ce risque de «dry hit» avec une augmentation de la capacité d’alimentation des mèches qui permet une alimentation suffisante du e-liquide sur les résistances. Ceci dans le but d’éviter la formation de ces aldéhydes.

Dans tous les cas, il est indispensable de respecter les préconisations d’utilisation des fabricants.

Étude sur divers mélanges de PG/VG à différents ratios

Étude réalisée avec le robot à vapoter RVAPE-9 de Laboratoire Sense ( Groupe Phodé) / paramètres AFNOR WPD90-300-3 :

Ratio PGVG 100/0 80/20 60/40 50/50 40/60 0/100 SEM P
Perte en masse, g/100 puffs, n=6 1.326d 1.289cd 1.216bc 1.223bc 1.183b 0.966a 0.018 <0,001
Acrolein, µg/200 puffs, n=6 <5 <5 <5 <5 <5 <5 <5  

a,b,c,d P<0.05

Quelque-soit le taux de VG, l’acroléine n’est pas détectée dans les vapeurs générées par ces différents mix PG/VG dans ces tests qui respectent les conditions d’utilisation recommandés par les fabricants de matériel.
De même, les taux des autres aldéhydes (formaldéhyde et acétaldéhyde) sont inférieurs aux taux limites de la norme XPD 90-300-3.

Quel est le rôle de la glycérine végétale dans la vape  ?

La glycérine végétale est un agent humectant et hygroscopique utilisée de façon croissante grâce à l’évolution du matériel de vapotage.

Cet élément hygroscopique qui peut contenir jusqu’à un quart de son volume en eau, permet d’obtenir une belle densité d’aérosol. La glycérine se vaporise à 290°C, et est près de 3 fois plus visqueuse à température ambiante (20°C) que le mono-propylène glycol.

Inconvénients

Sa température d’ébullition relativement élevée et sa viscosité dynamique élevée en ont fait un diluant exigeant vis-à-vis des systèmes de vaporisation en terme de puissance de chauffe, de capacité d’alimentions des mèches afin d’éviter tout « dry hit ».

De même, le glycérol a le désavantage d’encrasser les résistances. Plus le taux de glycérine végétale est important, plus la fréquence de changement des résistances sera importante. De même, il sera nécessaire de réaliser un entretien plus fréquent de son matériel.

Avantages

Ses propriétés humectantes d’une part et hygroscopiques d’autre part, en font un diluant de choix pour les vapoteurs à la gorge sensible ou les « cloud chasers ».

À l’état gazeux, il se condense en fines gouttelettes (en présence généralement d’un flux d’air) piégeant ainsi une partie des molécules voisines (i.e : nicotine, molécules aromatiques, eau, etc.). Ce phénomène rapide produit un aérosol qui imite visuellement la fumée.

Cet article a été préparé avec l’aimable participation du Laboratoire Sense (Groupe Phodé) sous la coordination de Sandrine Marckt. A l’heure de la publication, le Vaping Post n’entretient aucun lien commercial avec cette société.


Pour aller plus loin


Sources

Références bibliographiques

  • Pharmacopée Européenne, 7ème édition
  • Encyclopédie Universalis, édition 2016
  • Yitzhak Marcus, The Properties of Solvents, vol. 4, England, John Wiley & Sons Ltd, 1999, 239 p.
  • James E. Mark, Physical Properties of Polymer Handbook, Springer, 2007, 2e éd., 1076 p.
  • G. Speight, Norbert Adolph Lange, Lange’s handbook of chemistry, McGraw-Hill, 2005, 16e éd., 1623 p.
  • Peter M. Collins, Dictionary of carbohydrates, CRC Press, 2005, 1282 p
  • William M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, Boca Raton, CRC Press/Taylor and Francis, 1er juillet 2010, 91e éd., 2610 p
  • Carl L. Yaws, Handbook of Thermodynamic Diagrams, vol. 1, Huston, Texas, Gulf Pub. Co., 1996
  • Société Chimique de France, www.societechimiquedefrance.fr