Sources de pollution de l’air et risques pour la santé

La pollution de l’air est définie comme la dégradation de l’air que l’on respire par l’introduction dans l’atmosphère d’agents chimiques, biologiques ou physiques ayant des conséquences préjudiciables sur la santé humaine, sur les ressources biologiques et aux écosystèmes, pouvant influer sur les changements climatiques, détériorer les biens matériels et provoquer des nuisances olfactives excessives. Il existe différentes sources de pollution de l’air (naturelles, liées aux activités humaines…). De plus en plus d’études mettent en évidence des effets sur la santé pouvant être différenciés suivant la source d’émission considérée.

La pollution de l’air résulte à la fois :
- des émissions de polluants provenant de divers secteurs d’activité (industries, transports, agriculture, chauffage…) ;
- de phénomènes d’origine naturelle (vents de sable du Sahara, érosion des sols, éruptions volcaniques…) ;
- de réactions chimiques se produisant dans l’atmosphère entre les divers polluants présents et à l’origine de la formation de polluants dits « secondaires » (voir ci-dessous) ;
- de plus, il existe des phénomènes d’importation et d’exportation de la pollution de l’air pouvant se produire à grande échelle. Ainsi, la pollution observée en France est pour partie d’origine transfrontière et une part de la pollution formée sur notre territoire s’exporte chez nos voisins.

On distingue :

- les polluants dits « primaires » (particules, oxydes d’azote, oxydes de soufre…) qui sont directement émis par les sources de pollution ;

- les polluants dits « secondaires » (ozone, particules…), qui se forment suite à des réactions chimiques qui se produisent dans l’air entre des polluants primaires.

Certains polluants, tels que les particules, sont à la fois des polluants primaires et secondaires : leurs concentrations dans l’air résultent des deux mécanismes émissions et formation dans l’air. Ainsi, par exemple, lors des pics de pollution printaniers, les concentrations atmosphériques élevées en particules s’expliquent à la fois par les émissions de particules provenant de diverses sources (transports, chauffage…) et par la formation de particules dans l’air suite aux réactions chimiques entre des polluants tels que l’ammoniac (provenant en particulier des épandages agricoles) et les oxydes d’azote (transports…).

Polluants les plus néfastes pour la santé

Les polluants chimiques qui suscitent les plus fortes préoccupations en termes de santé publique sont les particules notamment les particules fines (constituées d’une multitude de composants chimiques), l’ozone (O3), le dioxyde d’azote (NO2), les composés organiques volatils (benzène, formaldéhyde, 1,3-butadiène…), les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP tels que le benzo[a]pyrène) et les métaux (tels que l’arsenic, le chrome et le cadmium). Du côté des agents biologiques, divers allergènes de l’air extérieur, tels que les pollens et moisissures, peuvent également être responsables d’effets sur la santé.

A l’heure actuelle, les particules sont les polluants de l’air pour lesquels les effets sur la santé sont les plus documentés. En 2013, le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) a classé les particules de l’air extérieur comme cancérigènes pour l’Homme (Groupe 1). L’impact des particules fines (PM2.5) sur la mortalité et la morbidité cardio-respiratoire est désormais largement documenté. Diverses pathologies chroniques (cancers, pathologies cardiovasculaires et respiratoires) se développent après plusieurs années d’exposition aux particules, même à de faibles niveaux de concentration. D’autres effets sont de plus en plus mis en évidence : effets possibles sur la reproduction, risque de naissance prématurée, atteintes du développement neurologique de l’enfant, démence chez les personnes âgées…

La toxicité des particules provient à la fois de leur composition et de leur taille, qui varient dans l’espace et dans le temps. Plus les particules sont fines, plus elles sont capables de pénétrer profondément dans l’arborescence pulmonaire (Cf. schéma ci-après) et de passer par la circulation sanguine vers d’autres organes. Des mécanismes d’action des particules sur l’organisme tels que le stress oxydant, l’inflammation, et la migration des particules vers d’autres organes peuvent ainsi engendrer des effets délétères sur l’organisme.

Schéma relatif à la pénétration des particules dans l’organisme (réalisé sur la base d’un dessin du Dr J. Harkema) (source : site Internet de l’ANSP)

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Actuellement, la surveillance de la pollution de l’air (stations de mesure et modélisation) porte principalement sur les particules de diamètre inférieur à 10 micromètres (PM10) et les particules de diamètre aérodynamique inférieur à 2,5 micromètres (PM2.5). De plus en plus d’études scientifiques s’intéressent aux particules de taille inférieure telles que les particules ultrafines aussi appelées nanoparticules (de diamètre aérodynamique inférieur à 0,1 micromètres).

Il est à noter que les polluants qui font l’objet d’une surveillance de leurs concentrations dans l’air, tels que les particules et le dioxyde d’azote, sont étudiés à la fois pour leur toxicité propre et en tant que traceur de certaines activités polluantes et donc d’émissions de divers autres polluants pouvant être également nocifs pour la santé.

Effets sur la santé associés aux émissions atmosphériques du trafic routier

La toxicité de la pollution générée par le trafic routier est notamment due aux gaz et aux particules émis par les véhicules (échappement, usure des pneus et freins…) et, entre autres, aux fortes teneurs des émissions en hydrocarbures aromatiques polycycliques, en composés organiques volatils et en métaux dont les propriétés mutagènes et cancérogènes sont très marquées. Elle est également due au dioxyde d’azote (NO2), substance fortement irritante des voies respiratoires et dont les principaux effets respiratoires décrits chez l’Homme sont des essoufflements, des obstructions bronchiques, des crises d’asthme, ou encore des bronchites.

Diverses études montrent qu’un grand nombre de polluants sont émis à proximité des infrastructures routières, et proviennent non seulement des émissions à l’échappement des véhicules mais aussi d’autres sources telles que l’usure des pneus et des freins, les technologies de climatisation du véhicule, l’usure des voies routières et l’entretien de leurs abords (usage de produits phytosanitaires…). A ces polluants dits « primaires » car émis directement par des sources de pollution, s’ajoutent des polluants « secondaires », tels que l’ozone et les particules secondaires, issus des réactions chimiques entre polluants se produisant dans l’atmosphère. Des polluants comme les particules ultrafines (particules de taille inférieure à 0,1 micromètres) se trouvent en grandes concentrations à proximité des rues et des routes connaissant un fort trafic automobile. Le trafic routier constitue un déterminant majeur des inégalités d’exposition à la pollution atmosphérique.

Si, en 2013, le transport routier a représenté de l’ordre de 16%, de 54% et de 46% des émissions moyennes métropolitaines respectivement de particules fines PM2.5, d’oxydes d’azote (NOx) et de carbone suie , ces proportions peuvent être localement plus importantes en particulier à proximité d’axes à fort trafic routier. De plus, il est à noter que ces rejets polluants se produisent généralement à proximité de zones habitées et au niveau du sol, ce qui entraîne un fort potentiel d’exposition de la population aux émissions polluantes du trafic routier.

Selon des études de caractérisation des expositions locales, les polluants du trafic automobile seraient plus nocifs que les polluants émis par des centrales thermiques. De plus, il est mis en évidence par des études épidémiologiques, un lien entre la distance par rapport aux grands axes routiers ou les concentrations atmosphériques de polluants spécifiques émis par les véhicules, et différents effets sanitaires :
-  un lien avéré avec une exacerbation de l’asthme chez l’enfant ;
-  un lien suggéré à avéré dans l’apparition de l’asthme chez l’enfant : habiter à proximité de grands axes de circulation serait responsable d’environ 15 à 30 % des nouveaux cas d’asthme de l’enfant selon une étude portant sur 10 villes européennes et une étude menée dans l’agglomération parisienne ;
-  un lien suggéré avec la survenue de symptômes respiratoires non asthmatiques, de troubles de la fonction pulmonaire et de pathologies cardiovasculaires (infarctus aigu du myocarde,…), ainsi qu’un accroissement de la mortalité (toutes causes et pour causes cardiovasculaires).

A noter qu’outre la pollution de l’air générée à l’extérieur des véhicules, il existe une pollution dans l’habitacle des véhicules à laquelle sont exposés les conducteurs et les passagers.

Risques pour la santé associés aux émissions des moteurs diesel et des moteurs essence

En 2012, le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC), instance spécialisée de l’OMS, a classé les effluents d’échappement des moteurs diesel (véhicules, bateaux, trains, engins de chantier,…) comme cancérogènes pour l’Homme (Groupe 1), en raison d’un niveau de preuves suffisant d’une association entre l’exposition à ces rejets et un risque accru de cancer du poumon. Des données plus limitées mettent en évidence une association positive entre l’exposition et le cancer de la vessie.

Selon le CIRC, en l’état actuel des connaissances, il est évalué que les effluents d’échappement des moteurs à essence sont « peut-être cancérogènes » pour l’Homme (Groupe 2B).

Dans les villes européennes, les moteurs diesel anciens, non équipés de filtres à particules, sont des sources importantes de particules fines PM2.5 et de carbone suie. Or, l’impact des particules PM2.5 sur la mortalité et la morbidité cardio-respiratoire est désormais largement documenté. Les études épidémiologiques sur le carbone suie sont moins nombreuses car ce polluant est mesuré depuis moins longtemps, mais vont dans le même sens que celles sur les PM2.5. Les moteurs diesel sont également la source majeure de dioxyde d’azote (NO2), substance fortement irritante des voies respiratoires.

Effets des nouvelles technologies sur les véhicules

S’il existe à l’heure actuelle de nouvelles technologies permettant de réduire les émissions polluantes des véhicules (filtres à particules…) , l’amélioration de la qualité de l’air par le simple renouvellement du parc automobile et les progrès technologiques est freinée par divers facteurs tels qu’un taux limité de renouvellement de ce parc, une perte d’efficacité de ces technologies au cours du temps, une maintenance inadaptée par les propriétaires de véhicules, une efficacité réelle des dispositifs de dépollution moindre que l’efficacité théorique.

De plus, des études suggèrent que l’efficacité de ces nouvelles technologies pourrait être limitée à quelques polluants seulement, par exemple :
- selon l’ANSES, certains types de filtres à particules équipant les véhicules diesel sont à l’origine d’une augmentation des émissions de dioxyde d’azote (NO2) ;
- selon l’OMS, les nouvelles technologies de réduction des émissions de particules mises en place sur les véhicules diesel de norme Euro 6 (véhicules mis sur le marché européen à partir du 1er septembre 2015) devraient indirectement conduire à une augmentation des émissions d’ammoniac qui, suite aux réactions chimiques se produisant dans l’atmosphère, peut entraîner une formation de particules (principalement de particules fines) et donc une augmentation de leurs concentrations atmosphériques .

Par ailleurs, il est à noter qu’il est mis en évidence, de plus en plus, un écart entre les émissions de certains polluants primaires attendues à l’échappement des véhicules neufs du fait des seuils d’émission imposés au niveau européen (dits « normes Euro ») et les émissions réelles de ces véhicules en conditions d’usage normal.

Ainsi, malgré l’existence actuelle de nouvelles technologies sur les véhicules, il est constaté que les concentrations en particules fines (PM2.5) sont stables depuis plusieurs années. Cependant, le trafic routier n’est pas la seule source d’émissions de particules. Des sources telles que le chauffage, l’industrie, l’agriculture, rejettent également des quantités non négligeables de particules et participent aux niveaux de pollution particulaire observés à l’heure actuelle.

Risques pour la santé des polluants provenant de la combustion de biomasse (chauffage résidentiel…)

Dans un rapport publié en 2015, l’OMS indique que le chauffage résidentiel au bois ou au charbon constitue une source significative de pollution de l’air aussi bien à l’extérieur qu’à l’intérieur des bâtiments (sauf dans le cas d’appareils de chauffage performants en matière de réduction des émissions polluantes). Dans certaines régions du monde, la combustion de biomasse (bois…) pour le chauffage contribue de façon non négligeable aux émissions globales de particules fines (PM2.5) dans l’air extérieur (en France, le secteur résidentiel-tertiaire a représenté 49% des émissions nationales de PM2.5 en 2013). En France, les émissions de PM2.5 issues du chauffage au bois ont été plus que divisées par 2 entre 1990 et 2013. Dans certains territoires cependant (exemple : Vallée de l’Arve) et à certaines périodes de l’année (hiver), les émissions issues de la combustion de biomasse peuvent constituer la principale source de rejets de particules dans l’air.

Même si la composition en polluants atmosphériques des fumées provenant de la combustion de bois varie de façon qualitative et quantitative en fonction de divers facteurs tels que la qualité et la quantité de combustible brûlé (essence du bois, etc.), son taux d’humidité et les conditions de combustion, il est possible de lister un certain nombre de polluants ou familles de polluants globalement présents dans ces émissions. Il est à noter que si les polluants émis dans l’air extérieur par la combustion du bois sont relativement bien connus, les connaissances sont plus partielles concernant l’air intérieur.

Outre des particules (notamment fines et ultrafines, donc des particules facilement transportables sur de longues distances pouvant atteindre plusieurs centaines de kilomètres), et des composés de particules tels que le carbone suie (« black carbone ») et le carbone organique, la combustion de biomasse (bois…) entraîne l’émission de divers gaz à potentiel toxique pour la santé humaine dans l’air extérieur et qui sont notamment, comme indiqué par l’OMS et l’ANSES :
- le monoxyde de carbone (CO),
- les oxydes d’azote (NOx),
- des composés organiques volatils (benzène, formaldéhyde, acroléine…),
- des hydrocarbures aromatiques polycycliques (aldéhydes, phénols…),
- des éléments métalliques (mercure, arsenic, plomb…),
- les dioxines et furanes.

Selon l’OMS, les particules provenant de la combustion de bois sont associées à une exacerbation de pathologies respiratoires, en particulier l’asthme et la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO), de bronchite et d’otite moyenne. Selon une revue récente de la littérature, il n’y a pas de raison de considérer les particules issues de la combustion de biomasse comme moins néfastes pour la santé que celles d’autres sources de pollution urbaines, mais il y a cependant peu d’études sur les effets cardiovasculaires de ces particules.

Les effets sanitaires à court et à long termes pouvant être associés aux émissions du chauffage résidentiel au bois ou au charbon, ou aux émissions de la combustion de végétaux à l’air libre (incendies de forêts, brûlages de déchets verts à l’air libre…), sont ceux associés aux expositions aux différents polluants émis et notamment aux particules.

Dans son rapport de 2015, l’OMS indique que bien qu’il y ait relativement peu d’études épidémiologiques sur les effets sanitaires des émissions du chauffage résidentiel, en particulier dans les pays développés, il existe des preuves établissant un lien entre la combustion de bois et certains symptômes respiratoires.

Effets des nouvelles installations de chauffage résidentiel au bois

En France, le chauffage au bois représentait, en 2012, 30% et 43% des émissions du territoire métropolitain respectivement de particules PM10 et de particules PM2.5. Une large part de ces émissions (de l’ordre de 76%) provient des installations non performantes de chauffage au bois individuel. Aujourd’hui, dans certaines zones françaises, le chauffage au bois peut être le principal contributeur des émissions de particules fines en hiver.

Le label Flamme Verte, créé en 2000 avec l’appui de l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME) et géré par le Syndicat des énergies renouvelables (SER), promeut la mise sur le marché d’appareils de chauffage au bois domestique performants, tant du point de vue énergétique qu’environnemental. La section « Chaudières » est co-pilotée avec le Syndicat des industries thermiques, aérauliques et frigorifiques (UNICLIMA). Sa création a permis le développement par les industriels de produits de plus en plus performants. Ainsi, les rendements énergétiques ont augmenté de 30% en moins de 10 ans et les émissions de monoxyde de carbone (CO) et de particules fines ont largement diminué. Supérieures à 1% avant 2000, les émissions de monoxyde de carbone se situent aujourd’hui à un maximum de 0,3% avec la classe « Flamme Verte 5 étoiles ». Les émissions de particules fines ont quant à elles été divisées par 30 en moyenne. Depuis 2010, le label Flamme Verte a mis en place un classement en étoiles permettant d’identifier les appareils les plus vertueux. Les critères de sélection des produits éligibles ont été revus à la hausse entre 2010 et 2015, ce qui a conduit les appareils 3 et 4 étoiles à être exclus du label Flamme Verte afin de promouvoir uniquement les appareils les plus performants. En 2015, apparaissent les classes 6 et 7 étoiles.

Par ailleurs, les appareils de chauffage sont encadrés par un règlement en application de la directive 2009/125/CE dite écoconception (ou « Ecodesign »), qui permettra, à l’issue de sa révision en cours, d’interdire la mise sur le marché des appareils les moins performants. Le niveau « 7 étoiles » de Flamme Verte correspond aux exigences de cette Directive « Ecodesign », applicable en 2022.

Interactions entre polluants (« effet cocktail »)

L’air auquel on est exposé contient un grand nombre de polluants. Les études épidémiologiques et toxicologiques dans le champ de la pollution de l’air utilisent des traceurs de la pollution de l’air, comme les particules ou l’ozone. Ces polluants sont à la fois étudiés pour leurs effets propres et comme indicateurs de la pollution de l’air. Dans ce sens, les études épidémiologiques prennent en compte des possibles interactions entre polluants dans leurs effets sur la santé.

Des interactions peuvent également se produire entre les polluants chimiques de l’air et d’autres facteurs de risque tels que les pollens ou la température.

Dans un document publié en 2013, l’OMS présente les données les plus récentes dans ce domaine :
-  des études toxicologiques confirment que des effets synergiques (c’est-à-dire plus importants quand les polluants sont présents simultanément que pris séparément) ont été observés, au niveau des tissus biologiques, d’une part, entre les particules ultrafines et des métaux de transition, et, d’autre part, entre les particules et les composés organiques volatils.
-  Le transport dans l’air des allergènes et des composés toxiques via des particules aurait tendance à accroître leur impact sanitaire potentiel, comparativement à un transport sans particule.
-  Selon un nombre limité de publications, des niveaux élevés de dioxyde d’azote (NO2) dans l’air auraient tendance à renforcer les réponses allergiques.
-  Des interactions entre polluants et température élevée ont aussi été notés : il a, par exemple, été observé que l’impact sanitaire associé à une exposition aux particules et à l’ozone était plus important les jours où les températures étaient particulièrement élevées. Une augmentation des concentrations en particules (PM10) et en ozone a ainsi été associée à une augmentation du nombre total de décès (hors accidents et morts violentes) et du nombre de décès pour causes cardiovasculaires plus importantes en été qu’en moyenne sur l’année entière. Ce dernier effet peut être dû à des interactions et à une composition particulière du mélange polluant mais aussi à une exposition plus importante à l’air extérieur en été.

Interactions entre polluants de l’air et pollens

Il existe plusieurs types d’interactions entre polluants de l’air et pollens :
-  D’une part, certains polluants chimiques de l’air peuvent favoriser la réaction allergique en abaissant le seuil de réactivité bronchique et/ou en accentuant l’irritation des muqueuses nasales ou oculaires. Par exemple, l’ozone altère les muqueuses respiratoires et augmente leur perméabilité, ce qui engendre une réaction allergique à des concentrations de pollen plus faibles que dans des situations où le niveau d’ozone est faible ;

-  D’autre part, certains polluants chimiques de l’air peuvent agir sur les grains de pollen. Un des types d’interactions les plus documentés est la déformation ou la rupture de la paroi du grain de pollen. Les fragments de grain de pollen ont une taille qui leur permettrait ensuite de pénétrer bien plus profondément dans le système respiratoire que les grains de pollen entiers.

Pour en savoir plus consulter l’article Pollens et allergies