POLLUTION DE L’AIR ET MALADIES RESPIRATOIRES

la pollution de l’air

La mesure de la qualité de l’air (QA) est par définition l’évaluation de l’état de l’air ambiant selon une échelle dépendant du taux de concentration des polluants dont chaque niveau est déterminé par rapport à l’impact sanitaire de ces polluants. (Hache E., 2014). L’origine de l’intérêt de la qualité de l’air remonte principalement au 18ème et 19ème siècle, date à laquelle la révolution industrielle s’est effectuée dans les pays européens. En effet, le passage d’une société à dominante agricole et artisanale à une société commerciale et industrielle, l’exploitation grandissante des énergies fossiles (charbon puis pétrole et gaz naturel), l’émergence de nouveaux moyens de transport automobile, ferroviaire et aérien, l’essor des industries sidérurgiques, pétrochimiques, ou encore de l’agriculture intensive, vont avoir un impact très important sur l’environnement. C’est durant cette période que l’on voit apparaître les premiers cas de « smog », un mélange de fumée et de brouillard donnant une épaisse brume brunâtre pouvant persister plusieurs jours sur les grandes villes. Très vite la dégradation de la santé est associée avec la présence de cette pollution atmosphérique, c’est ainsi que commencent les premières études sur la qualité de l’air et son impact. L’un des pires cas de smog à Londres, baptisé « Le grand smog de Londres », aurait provoqué la mort de 12 000 personnes et en aurait rendu 100000 malades, en Décembre 1952 Michelle et al, 2001 La notion de qualité de l’air a émergé conjointement avec l’étude du climat et des surfaces terrestres, les causes et effets étant étroitement liés entre eux. A la suite d’épisodes de smogs tueurs l’apparition des premières lois sur l’air propre en Angleterre en 1952 (Clean Air Act), et aux États-Unis en 1963 (US clean Air Act). En France, c’est en 1996 qu’est votée la Loi sur l’Air et l’Utilisation Rationnelle de l’Energie (LAURE) stipulant que « chaque citoyen est en droit de respirer un air qui ne nuise pas à sa santé ». Ainsi, à travers ces lois, les gouvernements mettent en place, des normes et des seuils pour la QA, ainsi que des organismes chargés de la régulation et de la surveillance de la QA (Hache E., 2014). Au Sénégal, existe un Centre de gestion de la qualité de l’Air (CGQA) à Dakar, inauguré le 17 mars 2010. Ce centre dispose d’un laboratoire de suivi et de control des émissions atmosphériques. Le CGQA est une entité de la Direction de l’environnement et des établissements classés (DEEC) et dispose de cinq stations de mesure dans la région de 4 Dakar. Il renseigne sur le niveau de pollution de l’air et les impacts sanitaires qui peuvent en découler. En effet, il est nécessaire de rappeler que la mesure de la qualité de l’air se limite sur l’atmosphère. 

Description de l’atmosphère 

L’atmosphère terrestre est l’enveloppe gazeuse entourant la Terre dîte « solide ». L’air sec se compose de 78,08 % de diazote, 20,95 % de dioxygène, 0,93 % d’argon, 0,0395 % de dioxyde de carbone et des traces d’autres gaz comme l’ozone par exemple. C’est grâce à la présence de l’atmosphère que la vie a été rendue possible sur la surface de la Terre. En effet l’atmosphère absorbe le rayonnement solaire ultraviolet (UV) le plus énergétique (inférieur à 315 nm) qui est aussi le plus délétère pour la vie puisqu’il entraine la cassure des brins d’ADN. Également, par absorption du rayonnement infrarouge émis par la surface, l’atmosphère contribue à la rétention de chaleur (effet de serre) et les phénomènes dynamiques de transport qui ont lieu dans l’atmosphère permettent ainsi de réduire les écarts de température entre le jour et la nuit, assurant ainsi en moyenne sur le globe une température de surface de +15 °C propice au développement de la vie. Enfin, l’atmosphère rend possible les échanges gazeux nécessaires à la respiration, que ce soit pour les plantes et les animaux. On se représente souvent l’atmosphère comme une fine couche (d’environ 100 km d’épaisseur) déposée sur la surface de la Terre (le rayon de la Terre étant d’environ 6300 km). En réalité il n’existe pas de frontière définie entre l’atmosphère et l’espace. En effet avec l’altitude la pression diminue, l’air se raréfie, l’atmosphère devient de plus en plus  ténue et s’évanouit peu à peu dans l’espace. La plus grande partie de la masse atmosphérique se trouve donc proche de la surface ; et il est couramment admis que la frontière entre l’atmosphère et l’espace se trouve entre 100–120 km d’altitude, là où les effets atmosphériques deviennent notables durant la rentrée atmosphérique d’un engin spatial Hache E., (2014). L’atmosphère est divisée en plusieurs couches d’importances variables, leurs limites ayant été fixées selon les discontinuités dans les variations de la température en fonction de l’altitude. De haut en bas on distinguera donc l’exosphère, la thermosphère, la mésosphère, la stratosphère, la troposphère et la couche limite atmosphérique (voire figure 2) 

Nature et origine de la pollution atmosphérique

 D’origine naturelle ou anthropique, les substances émises appelées polluants peuvent être de nature physique (radioactivité, énergie. . .), chimiques (gaz, particules, aérosols. . .) ou biologiques (pollens, acariens, moisissures. . .) (voire figure 3). Ces polluants sont dits primaires lorsqu’ils s’échappent directement des pots d’échappements, des cheminées ou des surfaces agricoles. Elles vont ensuite se disperser, se diluer, se transporter voire se transformer en d’autres polluants dits « secondaires »comme l’ozone ou le nitrate d’ammonium. Figure 2 : la structure de l’atmosphère terrestre, divisée en couches Suivant le gradient de température Source : Hache E., (2014) 6 (a)Epandage d’engrais et de pesticides, source de Particules, de POPs (d) Combustion de déchets, source de CO, HC, COV, dioxines et particules toxiques (c) Industries énergétiques, sources de SO2, CO, COV, NOx, Particules, HAP (b) Transports, sources de CO, HC, NO, particules, SO2 (e)Tempête de poussières, source de particules (f) Eruption volcanique, source de particules, de SO2 Figure 3 : Origines de la pollution extérieure de l’air (anthropiques a, b, c et d) ; (naturelles e et f) 

 Les polluants primaires 

Les polluants atmosphériques primaires sont la classe de polluants émis directement dans l’air à partir des sources. Ils ont des effets directs sur la qualité de l’air, mais ils peuvent également servir de précurseurs pour les polluants atmosphériques secondaires. Les principaux polluants primaires sont :  Dioxyde de soufre Le dioxyde de soufre (SO2) est un gaz formé lorsque le soufre est exposé à l’oxygène à des températures élevées, comme par exemple lors de la combustion des combustibles fossiles, le raffinage du pétrole, ou encore la fonte des métaux. Ses principaux effets sur la pollution de l’air sont associés à la formation des pluies et des aérosols acides. En effet, le SO2 se dissout dans les gouttelettes d’eau formant les nuages et s’oxyde pour former de l’acide sulfurique (H2SO4), qui peut alors retomber sur Terre sous forme de pluies acides ou de neige, ou encore former des particules d’aérosols sulfatés dans l’atmosphère. (Hache E., 2014) Ce polluant primaire, est connu pour les smogs acides notamment de Londres dans les années 1950 avec des surmortalités journalières se comptant en milliers (Charpin et al. 2016). En France, les émissions de SO2 ont été diminuées par 10 passant d’environ 1800 Kt en1960 à 180 Kt en 2014. Cela s’explique par l’application de la nouvelle directive de l’UE, qui fixe la teneur en soufre dans le carburant à 10 ppm. (https://www.senat.fr/ue/pac/E3452.html) Il reste quelques problématiques épisodiques de pollution de proximité dans certaines grandes zones industrielles (Charpin et al. 2016). Toutefois, en Afrique de l’Ouest et particulièrement au Sénégal, l’agence sénégalaise de normalisation (ASN) n’a pas fixé de norme limite pour le soufre. Par conséquent, les gouvernements africains devront renforcer le contrôle et la vigilance sur les produits pétroliers importés.  Oxydes d’azote Les oxydes d’azote (NO et NO2), issus des activités anthropiques, proviennent principalement de la combustion de combustibles fossiles (essence, gazole, fiouls. . .) ou de biomasse. Ils se forment par combinaison dans l’air de l’azote (N) et du dioxygène (O2) à haute température. Au cours d’une combustion, l’azote de l’air s’oxyde en grande partie en NO puis progressivement en NO2 à l’air libre. Dans l’hémisphère Nord, aux moyennes latitudes, les émissions sont dominées par la combustion de combustibles fossiles, et notamment lors de la combustion de carburant 8 dans les moteurs thermiques, par l’oxydation de l’azote présent dans le carburant, ce qui forme des oxydes d’azote. Au niveau des régions tropicales, les émissions sont cette foisci dominées par la combustion de biomasse. (Hache E., 2014) Dans l’atmosphère, les oxydes d’azote réagissent avec les composés organiques volatils (COV) pour produire de l’ozone au niveau du sol à travers un mécanisme de réaction en chaîne complexe (voire figure 4). Il peut alors être finalement oxydé en acide nitrique (HNO3), qui comme dans le cas de l’acide sulfurique, va contribuer aux dépôts acides via les pluies acides et la formation d’aérosols acides. Les oxydes d’azote ont également un impact direct sur la santé humaine. Le trafic routier est le secteur le plus émetteur notamment à travers les rejets en NOx issus du diesel difficiles à réduire. Les moteurs diesel en rejettent deux fois plus que les moteurs à essence catalyses. Cependant la plupart des véhicules au Sénégal ne sont pas équipés avec des pots catalytiques). http://www.denv.gouv.sn/index.php/air-et-climat/centre-de-gestion-de-la-qualite-de-l-aircgqa/pollution. En France, les émissions en oxydes d’azote présentent tout de même une tendance à la baisse en majorité grâce au renouvellement du parc automobile de moins en moins polluant (Charpin, et al. 2016).  Matières particulaires (PM) Les PM ont des origines distinctes érosion des sols, broyage, concassage, le transport routier, les combustions industrielles et l’incinération des déchets. Le spectre granulométrique de ces particules varie de quelques nanomètres à quelques dixièmes de microns ; biologique : pollens, champignons, bactéries. Ces particules sont habituellement classées en fonction de leurs tailles du fait de leur pénétration plus ou moins profonde dans le système pulmonaire. L’Union européenne a retenu comme polluant à surveiller les PM10 particules en suspension d’un diamètre inférieur à 10 microns et les PM 2,5 d’un diamètre inférieur à 2,5 microns. Les particules en suspension (PM10 et PM2,5) sont responsables de pathologies respiratoires et cardio-vasculaires (Gold et al,2000). Ces particules se trouvent sous forme d’aérosols formant un système particules-air en suspension dans l’atmosphère. Une évolution à la baisse rend compte des normes de plus en plus exigeantes pour les émissions industrielles (filtres à manches, électro filtres…,) et l’échappement des véhicules (meilleure combustion, filtres à particules…,) (Charpin et al. 2016). 9  Composés organiques volatils Les composés organiques volatils (COVs), comme les hydrocarbures (CxHy), ainsi que d’autres produits chimiques organiques entrent ainsi dans la composition des carburants. Ils sont aussi présents dans de nombreux produits courants contenant des solvants (peintures, colles. . .). On peut citer à nouveau comme sources principales la combustion de combustibles fossiles, les activités industrielles, la combustion de la biomasse durant les incendies, et les émissions naturelles de la végétation. Certains COVs anthropiques, tels que le benzène, sont des cancérigènes connus (Hache E., 2014). Les COVs sont des précurseurs chimiques de l’ozone et des aérosols au niveau du sol. L’importance des COVs en tant que précurseurs dépend de leur structure chimique et de leur durée de vie dans l’atmosphère, qui peut varier considérablement d’un composé à un autre. Les COVs ayant les chaînes moléculaires les plus grandes s’oxydent dans l’atmosphère pour produire des produits chimiques non volatils qui se condensent pour former des aérosols. Les COVs à courte durée de vie interagissent avec les oxydes d’azote pour produire de l’ozone au niveau du sol, l’ozone ainsi produit peut atteindre des valeurs importantes dans des environnements fortement pollués. Le méthane (CH4) est le COV le plus simple et avec la plus longue durée de vie dans l’atmosphère (environ 12 ans). Il est d’une importance capitale car c’est à la fois un gaz à effet de serre qui a un pouvoir de réchauffement 25 fois supérieur au dioxyde de carbone, et parce qu’il est la principale source de fond de l’ozone troposphérique. Le méthane d’origine anthropique a pour sources la production et l’utilisation de gaz naturel, l’exploitation du charbon, l’élevage intensif, et les rizières.  Métaux lourds Les métaux lourds restent une préoccupation de surveillance de qualité de l’air : historiquement le plomb (Pb), interdit dans l’essence en janvier 2000, reste présent dans la combustion de combustibles fossiles comme le charbon, les fiouls, les carburants spéciaux pour l’aviation et dans l’incinération de déchets dans les usines d’incinération des ordures ménagères (UIOM). À noter que le plomb est toujours présent en faible quantité dans les plaquettes de frein, les pneus et les batteries de véhicules ; les émissions anthropiques d’arsenic (As) sont issues notamment de combustibles fossiles tels les fiouls lourds ou le charbon. Certains procédés industriels sont à l’origine d’émissions d’arsenic 10 notamment dans la production de verre et de métaux pour ne citer que les principaux ; les émissions de cadmium (Cd) sont induites principalement par le processus de traitement des déchets, le secteur de la métallurgie des métaux et dans une moindre mesure lors de la combustion de charbons, du fioul lourd et de la biomasse ; les émissions de nickel (Ni) proviennent principalement de la combustion de fioul lourd. Quelques procédés industriels peuvent également émettre des quantités non négligeables de ce composé (procédés de traitements de surface par exemple) ; les émissions anthropiques de mercure (Hg) sont issues de sources multiples : combustion du charbon, brûlage des déchets verts, incinération de déchets, fabrication d’agrégats (fours à ciment notamment). Le mercure est aussi utilisé comme catalyseur dans certains procédés industriels pour produire du chlore et de la soude caustique. Au cours des 10 à 25 dernières années, ces métaux lourds ont fait l’objet de très fortes réductions (plus de 40 %).D’autres métaux lourds présentent des réductions moins fortes comme le sélénium (Se) ou avec des émissions restées relativement stables comme pour le cuivre (Cu) mais avec des expositions moindres.  Polluants organiques persistants (POPS) Le terme polluant organique persistant recouvre un ensemble de substances organiques qui ont en commun quatre propriétés. Elles sont :  Persistantes : elles se dégradent lentement ;  Bioaccumulables : elles s’accumulent dans les organismes vivants ;  Toxiques : l’exposition à ces substances est susceptible de provoquer des effets nocifs sur l’environnement et la santé humaine et animale (cancers, des malformations congénitales, un dysfonctionnement des systèmes immunitaire et reproducteur et même une diminution de l’intelligence);  Mobiles : elles sont transportées sur de longues distances, des concentrations élevées peuvent être mesurées loin de leurs sources d’émission. Les POPs ont des sources diverses : industries (pesticides, les biphényles polychlorés (PCB) ; la combustion à l’air libre ou l’incinération des déchets et durant la combustion de la biomasse (dioxines et furannes (PCDD-F). 

 Les polluants secondaires

 Ce sont les polluants qui se forment suite aux réactions chimiques des polluants primaires dans l’atmosphère. Le principal polluant secondaire formé dans la troposphère grâce au radical OH est l’ozone (Brasseur et al., 2003). Les aérosols secondaires organiques (contenant du carbone) se forment par exemples à partir de précurseurs émanant de la végétation. Les aérosols inorganiques comme le nitrate d’ammonium contribuent à l’occurrence de pics de particules printaniers. Le nitrate d’ammonium se forme à grande échelle en faisant réagir deux précurseurs : les oxydes d’azote principalement issus du trafic routier (urbain et interurbain) et l’ammoniac (NH3) émanant notamment des épandages agricoles d’engrais entre autres organiques (lisiers fumiers) se volatilisant plus facilement par températures douces. L’ozone (O3) est le polluant emblématique de la famille des photo-oxydants qui résultent de réactions dites photochimiques entre des polluants primaires précurseurs que sont principalement les oxydes d’azote et des composés organiques volatils (COV).Ces réactions mettent en jeu des mécanismes de photolyse de molécules par rayonnement solaire comme le NO2 photolysé par le rayonnement solaire en NO en libérant un atome d’oxygène O se recombinant avec le dioxygène de l’air O2 pour former O3 (Fig. 4). 1: NO + O3 NO2 + O2 (destruction d’ozone). 2: NO2 O + NO (photolyse de NO2). 3: O2 + O O3 (formation d’ozone). 4: RH + OH◦ + O RO2◦ + H2O. 5: NO + RO2◦ NO2+ RO◦.