la pollution aux particules fines 4682064 XL

ii"Nous ne voulons plus de Diesel à Paris". Telle est la proclamation unilatérale et solennelle d'Anne Hidalgo Ière, nouvelle maire récemment élue de Paris. Cette déclaration est plutôt surprenante dans son fond, car elle est simplement l'expression d'une conviction, mais n'est pas étayée par les faits.

 Elle n'est pas non plus très conforme à l'attitude attentiste prudente traditionnelle des politiques classiques soucieux de mettre leurs actions en conformité avec l'opinion dominante de leurs électeurs. Elle est donc probablement dictée par la volonté de se créer une image d'édile soucieuse de la santé à tous prix de ses administrés, ainsi que par le désir de conforter son pouvoir en donnant un gage à ses alliés les écolos, mais elle fait fi des constatations réelles et des remarques venant de personnalités à la compétence incontestée1 sur la position très tranchée du CIRC 2 au sujet du danger réel que représente les particules fines émises par les moteurs Diesel en général. 

Il s'agit donc essentiellement d'un gage aux écolos-bobos de Paris mis en musique par un vrai écolo de l'équipe municipale de Madame Hidalgo, d'un abord tranquille d'après ceux qui l'ont côtoyé, mais peut-être un peu trop sûr de ses convictions, Christophe Noajdovski, adjoint chargé de la circulation. Gage qui pourrait en effet se révéler à sa mise en place, une arme susceptible de se retourner contre sa lanceuse. C'est en effet une attaque en règle sérieuse contre un géant de l'industrie qui fabrique des voitures et les vend sous un logo représentant un lion, mais qui emploie aussi des dizaines de milliers de personnes. Et ce géant, attaqué, ne pourra pas faire autre chose que de se défendre en utilisant les armes adaptées au cas de figure. Et ne doutons pas que celles-ci seront lourdes et efficaces.

Les particules de l'atmosphère

L'atmosphère contient des gaz (azote, oxygène, vapeur d'eau, CO2 etc.) mais aussi des aérosols qui sont des particules de liquide ou de solide très fines en suspension. Ces particules sont des sphères (gouttelettes) si elles sont liquides, et de forme quelconque si elles sont solides. (Voir figure 1) Leur diamètre moyen est compris entre  0,005 micromètre et 100 micromètres. 

Classification des particules

Les particules de l'air sont souvent classées en fonction de leur dimensions. On distingue :

  • PM10 particules en suspension dans l'air, d'un diamètre aérodynamique (ou diamètre aéraulique) inférieur à 10 micromètres.
  • PM2.5 dont le diamètre est inférieur à 2,5 micromètres, appelées « particules fines »
  • PM1.0 dont le diamètre est inférieur à 1,0 micromètre, appelées « particules très fines »
  • PM0.1 dont le diamètre est inférieur à 0,1 micromètre, appelées « particules ultrafines » ou « nanoparticules »

Notons que par suite de leurs définitions, les particules peuvent appartenir à plusieurs classes à la fois : les particules PM2.5 par exemple comprennent toutes les particules de diamètre inférieur, donc comprennent aussi les PM1.0 et les PM0.1.

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Figure 1 : microphotographie de particules capturées par un filtre. On distingue bien des cristaux (colorés) ainsi qu'une fibre cylindrique (à droite).

Les particules sont dénombrées et analysées en faisant passer un certain volume d'air à analyser à travers un filtre aux mailles précises ce qui détermine justement leur classification. Les contraintes de mesure ont abouti au fait que l'on mesure actuellement plus précisément les PM10 et les PM2.5, et que l'on parle surtout des PM2.5, c'est à dire des particules qui passent au travers de la maille supérieure à 2.5 micromètres.

Notons que les particules les plus communes sont des aérosols d'eau constituant les nuages ou les brouillards. Dans les nuages, les particules d'eau sont des sphères de 20 micromètres de diamètre moyen. Un centimètre cube de nuage contient de 200 à 4 000 de ces gouttelettes, ce qui correspond à un poids d'eau variant de 7 à 130 grammes par mètre cube 2.

Les teneurs usuelles en particules fines de l'atmosphère autre que l'eau sont de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines de microgrammes par mètre cube. Comparons cela aux teneurs en particules fines des nuages (de 7 à 130 g/m3). Le rapport est de l'ordre de grandeur de 1 million. Cela signifie que les teneurs en particules fines autres que les nuages ou les brouillards sont simplement très peu ou pas perceptibles à l'oeil. Les photographies censées représenter la ville de Paris enveloppée d'un épais nuage de prétendues particules nocives représentent en fait plutôt un effet du brouillard qui enveloppe souvent la ville en hiver.

Origine des particules

Les particules trouvées dans l'air ont les origines suivantes : 

  • Origine naturelle : particules trouvées en haute et moyenne altitude provenant principalement d'éruptions volcaniques et de l'érosion éolienne naturelle ou issues de l'avancée des déserts parfois d'origine anthropique ; dans ces deux derniers cas, ce sont les tempêtes de sable et poussière qui en sont la principale origine. Les feux de forêts, de brousses, savanes ou prairies en sont une autre source, très importante dans certains pays (Brésil notamment). Une petite quantité provient de la végétation (pollens...) et des embruns.

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Figure 2 : origine moyenne des particules PM2.5 pour la France. d'après CITEPA

  • Origine anthropique : Les activités humaines, telles que le chauffage (notamment au bois), la combustion de biomasse à l'air libre, la combustion de combustibles fossiles dans les véhicules, les centrales thermiques, de nombreux procédés industriels et agricoles gênèrent également d'importantes quantités d'aérosols, qui sont en augmentation nette depuis deux siècles.

Notons au passage que la présence de particules dans l'air est nécessaire pour assurer la formation des nuages.

Les fumées des appareils de chauffage ou des feux de bois et barbecues sont formées également de particules fines qui contiennent essentiellement :

  • des suies (particules de carbone)
  • des composés organiques solides et/ou liquides.
  • des cendres, particules composées de sels minéraux provenant de la combustion des produits d'origine végétale.
  • des gouttelettes d'eau analogues à celles qu'on trouve dans les nuages.

On a pris en France la (mauvaise) habitude sous l'influence, il est vrai, des médias en général, de confondre les particules de l'atmosphère avec les particules émises par les moteurs Diesel. C'est évidemment faux. Comme le montre le graphique de la figure 2 (source) publié par le Centre Interprofessionnel Technique d'Etude de la Pollution Atmosphérique, les PM2.5 émises par l'ensemble des transports routiers ne représentait en France pour l'année 2012 qu'un peu moins de 9 % du total des particules émises, et les particules émises par les moteurs Diesel ne représentent qu'une fraction (environ 60 %) de ces dernières. La principale source des particules fines est le résidentiel et le tertiaire, c'est à dire le chauffage des bâtiments, suivis par la production d'énergie, puis par l'industrie manufacturière. La pollution aux particules fines qui se développe essentiellement en hiver est surtout causée par le chauffage des habitations.

Remarque : de nombreux chiffres circulent concernant l'origine des particules fines PM2.5. Comme le montrent le graphique de la figure 3, leur composition est variable selon la position des stations de mesure, mais aussi selon la saison et même selon le jour de l'année. Pour être pertinent, il est donc important de préciser les conditions correspondant aux valeurs annoncées, mais aussi de préciser s'il s'agit d'une valeur ponctuelle ou d'une moyenne, auquel cas il faut aussi donner sur quel domaine (temps, lieu, etc.) porte cette moyenne .

composition chimique des particules

La composition des particules fines devrait être un facteur important pour déceler la nocivité des particules. (Mais nous allons voir que c'est plus compliqué). Cette composition varie beaucoup en fonction de la saison, du temps qu'il fait de l'endroit où l'on effectue le prélèvement et de la date de ce prélèvement. 

Composition 5 stations Paris 2010

Figure 3 : Analyse de la composition des particules fines pour différents stations de mesure de la région parisienne (étude LSCE)

L'EPA 3 américaine a étudié la composition chimique des particules provenant de différentes origines géographiques. Elle a trouvé les éléments suivants décrits en détail dans une grande étude en 3 volumes (voir plus loin) :

  • Sulfates, (acide sulfurique et ses sels) provenant essentiellement de l'oxydation du dioxyde de soufre SO2
  • Nitrates, (acide nitrique et ses sels) provenant de la réaction du dioxyde d'azote NO2 avec des radicaux hydroxyles OH•.

Ces particules sont essentiellement des gouttelettes contenant des solutions aqueuses des sels et acides considérés 

  • Des composés carbonés comprenant :

     du carbone élémentaire (suies) 

     des molécules organiques diverses : alcanes, alcènes, oléfines cycliques terpènes, dérivés aromatiques

  • Des métaux : Na, K, Fe, V, Cr, Co, Ni, Mn, Cu, Se, Ba, Cl, Ga, Cs, Eu, W, et Au, et des éléments (métaux et non-métaux) divers à l'état de traces : Pb, Zn, Cd, As, Sb, Ag, In, La, Mo, I, et Sm.

Le Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement de Gif sur Yvette (LSCE) a étudié les variations de composition chimique des particules fines (PM2.5) pendant 1 année dans 5 stations réparties dans Paris  et la région parisienne. Les résultats (en moyenne annuelle) sont donnés dans la figure 3.

On peut faire les commentaires suivants sur les résultats de cette étude :

  • Le carbone élémentaire (noté EC, en noir) se trouve en plus grande abondance pour la station située dans Paris (URBAN) et dans la banlieue immédiate (SUBURBAN). Comme déjà mentionné, le carbone élémentaire est lié aux émissions des moteurs Diesel anciens, ainsi qu'aux combustions incomplètes en général.
  • Les matières organiques diverses (notées OM, en vert foncé) sont plus abondantes dans la station de banlieue (SUBURBAN). On ne retrouve pas une surabondance de matières organiques associée au carbone élémentaire comme on pourrait s'y attendre si la présence de matières organiques était liée à la circulation automobile.
  • Les nitrates (bleu foncé) sont des particules dites secondaires issues de l'oxydation des oxydes d'azote. La présence d'oxydes d'azote est liée au fonctionnement des moteurs Diesel. La teneur en nitrates est à peu près identique pour les 5 stations. On aurait pu s'attendre à ce que cette teneur soit supérieure en milieu urbain si on la reliait à la circulation automobile.
  • Les sulfates (en rouge) et le sel marin (noté sea salt en bleu clair)sont également de teneurs à peu près identiques pour les 5 stations. 

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Figure 4 : Évolution réelle de la pollution aux particules dans la région parisienne lors de l'épisode de pollution de mars 2014 (cliquer pour agrandir)

  • Enfin, la teneur en poussières diverses comprenant des particules minérales diverses est nettement plus élevée pour la station urbaine.

Il apparaît donc que contrairement à ce qu'une vision rapide pourrait laisser croire, le problème des particules fines à Paris ne se résume pas à un lien plus ou moins étroit entre circulation automobile et présence de particules fines. En réalité, les particules sont présentes dans des proportions comparables bien loin des lieux où la circulation automobile se concentre. Une mesure de restriction de la circulation n'apporterait donc pas d'amélioration significative à la situation. Le graphique de la figure 4 en apporte une preuve : ce graphique concerne l'épisode de la "pollution aux particules" du 17 mars 2014 qui a conduit les autorités à interdire de circulation la moitié des véhicules qui rentraient dans Paris ce jour-là. La mesure aurait dû, logiquement, améliorer très fortement la teneur en particules fines si la circulation automobile avait été la cause de cette pollution. Examinons soigneusement le graphique. Que constate-t-on en réalité ? 

1.        Non seulement la restriction de circulation n'a pas apporté d'amélioration par rapport à la veille le 16 mars, mais encore l'indice de pollution de l'air (indice de qualité) était plus élevé le jour de la restriction (17 mars 2014) que la veille et même que le lendemain... ce qui montre l'inefficacité totale de la mesure prise.

2.       Comme déjà exprimé, la pollution aux particules ne se limite pas du tout aux zones de circulation automobile intense, mais s'étend largement dans des zones rurales.

3.       L'épisode de pollution s'est en réalité produit plusieurs jours avant que la mesure de restriction de la circulation automobile ne soit prise, ce qui démontre le caractère uniquement théâtral de la mesure...Ainsi agissent nos politiques.

Les particules et la santé humaine

En 2013, le CIRC 4 a déclaré les particules issues de l'échappement des moteurs Diesel "cancérigènes certains", ce qui a eu un retentissement important, mais a aussi occasionné, en France du moins, une certaine confusion dans l'esprit du public entre "particules fines" et "particules issues du Diesel", la plupart des personnes ne faisant pas la différence entre les deux. Cette confusion est, il est vrai, entretenue par certains groupes de défense d'intérêts divers.

Nocivité des particules fines

Depuis longtemps, on a associé la présence de particules fines dans l'air et les problèmes respiratoires (asthme, irritation de l'appareil respiratoire).  Une première étude américaine a montré une association entre les particules fines émises par les moteurs Diesel non munis de filtres et le cancer des poumons. Plus récemment, plusieurs études ont montré une association statistique entre la présence de particules fines dans l'atmosphère et des troubles cardiovasculaires. Cette association a été trouvée aussi bien pour les admissions hospitalières que pour les effets à long terme et a conduit certains organismes à décompter les jours ou mois perdus par décès précoces associés à la présence des particules fines dans l'atmosphère. Cette association est devenue, sous la plume de journalistes simplificateurs ou dans la bouche de politiques à la recherche de suffrages, des décès purs et simples avec des phrases-chocs destinées à frapper les esprits faibles du genre "42 000 décès par an en France à cause des particules fines", ce qui sous-entend que sans les particules fines, 42 000 personnes par an en France ne mourraient pas 5 et qui est évidemment faux. Il est plus parlant de parler de la différence entre l'âge du décès prévu statistiquement des personnes mortes à cause des particules et l'âge réel au moment de leur décès. Certains journalistes plus consciencieux ont parlé de "décès prématurés" ce qui est encore plus faux, car ce terme a une définition précise en France et dans un certain nombre d'autres pays : il s'agit des décès survenant avant 65 ans. 

Les actions de l'EPA et l'opinion publique américaine

L'EPA américaine est une agence indépendante dont le rôle consiste à protéger la santé des citoyens américains. "Indépendante signifie qu'elle n'appartient pas à un département du gouvernement (en France, un ministère). Ses pouvoir sont élevés puisque les réglementations qu'elle émet ont force de loi fédérale 6.

L'EPA a commencé à publier sur les émissions de particules fines en 1997 après avoir analysé la littérature sur le sujet. Elle a fixé la moyenne annuelle à ne pas dépasser en PM2.5 à 15 µg/m3 sur la base d'une moyenne calculée sur des mesures effectuées sur une période de 3 ans. Elle a également fixé la moyenne à ne pas dépasser sur 24 heures à 65 µg/m3. Cette moyenne à ne pas dépasser a été ramenée à 35 µg/m3 en septembre 2006. Les moyennes sont calculées à partir des mesures effectuées par 1 200 stations de mesures réparties sur le territoire américain. En cas de dépassement de ces valeurs, les autorités locales (États ou collectivités locales) sont tenues de prendre des mesures immédiates pour faire respecter ce standard. L'EPA s'appuie en partie sur l'opinion publique américaine, très puissante. Ses publications et recommandations sont suivies très ponctuellement par le public.

Un sondage (parmi d'autres a eu lieu aux USA fin 2012. Celui-ci a consisté à poser à 942 citoyens américains possédant un droit de vote et constituant un panel représentatif, la question suivante : "Comme vous le savez peut-être, l'EPA se propose de mettre à jour les standards de pollution de l'air en fixant des limites plus strictes sur les quantités de particules fines appelées aussi 'suies' émises par les centrales thermiques, les raffineries et autres usines. Êtes-vous favorable ou opposé à ce que l'EPA renforce les limites sur les particules fines appelées aussi 'suies' ?"

62 % du panel ont répondu qu'ils étaient favorables, (dont  39 % très favorables) et 30 % qu'ils étaient opposés (dont 20 % très opposés).

La suite du sondage est intéressante, car inhabituelle en Europe, et en particulier en France. En effet, on lit ensuite aux votants le texte suivant :

"Certaines personnes disent : des études indiquent que les suies représentent une des plus dangereuses formes de pollution, spécialement pour les enfants, et peuvent causer des dommages cardiaques et pulmonaires et même conduire à un cancer ou à une mort précoce.. Les scientifiques indépendants disent que des limites plus strictes sur les suies empêcheront des dizaines de milliers de morts précoces et plus d'un million de crises d'asthme tous les ans, économisant aux familles américaines des milliards de dépenses de santé. L'approche de l'EPA  est une approche de bon sens qui fixe les standards à des niveaux aisément accessibles à un coût minimum pour les pollueurs".

"D'autres personnes disent : Étant donné la faiblesse actuelle de l'économie, c'est le plus mauvais moment pour l'EPA de sortir une coûteuse règle qui va supprimer des emplois et augmenter le prix de l'énergie. Ces nouvelles règles sont irréalistes et hors de portée. Elles conduiront à une augmentation du prix de l'énergie pour les familles américaines, coûteront à l'industrie des dizaines de millions de dollars et surtout fermeront la porte à de nouvelles opportunités de business dans le pays, tout en faisant que des emplois américains seront transférés outremer. Le Président Obama ne devrait pas créer de nouvelles barrières à la création d'emplois ni augmenter les coûts de l'énergie au moment ou le pays essaye de récupérer de la récession".

56 % du panel ont répondu qu'ils étaient favorables, (dont  34 % très favorables) et 36 % qu'ils étaient opposés (dont 26 % très opposés).

Autrement dit, la lecture des arguments pour et contre a fait croître les opinions défavorables de 20 %  (celles-ci passant de 30 % à 36 %).

Le modèle RAINS

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Figure 5 : schéma de fonctionnement du modèle RAINS  (cliquer pour agrandir)

Il est très courant aujourd'hui de modéliser leur sujet de recherche, c'est à dire de mettre sous la forme d'équations mathématiques les données relative à ce sujet (quand c'est possible). Les scientifiques alimentent ensuite leur ordinateur avec ces données "mathématisées". Le modèle RAINS est un modèle traitant de la pollution atmosphérique en général. Il a été développé à partir de 1984. Il a été très utilisé en Europe, et a fait l'objet de plus de 400 licences. La figure 5 schématise son fonctionnement.

L'étude européenne CAFE

Cette étude effectuée par  le consultant britannique AEA Technology Environment est à l'origine du chiffre des 42 000 morts dues aux particules fines. Elle a été commandée par la Commission Européenne et livrée en avril 2005. Elle a consisté à calculer au moyen de modèles informatiques, en particulier le modèle RAINS l'évolution des effets de la pollution atmosphérique en Europe entre l'an 2000 et l'année 2020. 

Elle a porté sur les domaines suivants : 

  • Santé (mortalité et morbidité) 7
  • Matériaux (bâtiments)
  • Récoltes
  • Ecosystèmes (eau douce, et terres incluant la forêt)

Dans la mesure du possible, les coûts de la pollution ont été chiffrés.

Il est à noter qu'en ce qui concerne les particules fines, les chiffres ont été majorés de 25 % entre le premier projet (janvier 2005) et le rapport final (avril 2005) au vu des derniers résultats scientifiques (et probablement surtout du changement de la position de l'EPA).

L'impact annuel des particules fines est estimé par l'étude :

pour la mortalité : à 3,7 millions d'années de vie perdue (chaque année) en Europe. Cet impact peut également être exprimé par le chiffre de 348 000 morts précoces, dont 700 morts d'enfant par an. (chiffres calculés pour l'an 2000).

pour la morbidité : à environ 100 000 cas d'admission hospitalière pour des causes respiratoires ou cardiaques (pour l'an 2000), 30 millions de jours de prise de médicaments respiratoires et plusieurs centaines de millions de jours d'activité réduite chaque année. Les chiffres sont cependant réduits sensiblement pour l'année 2020 en raison des mesures anti-pollution prévues.

En ce qui concerne la France, les chiffres sont les suivants. (Cliquer pour les voir) C'est dans cette étude qu'on retrouve le fameux chiffre de 42 090 morts précoces (et non pas "morts prématurées") par an, et un chiffre peut-être plus parlant, 482 210 années de vie perdues par année d'exposition aux particules fines.

Le projet européen APHEKOM

 Le projet Aphekom (« Improving Knowledge and Communication for Decision Making on Air Pollution and Health in Europe ») est un projet multicentrique regroupant de nombreuses villes en Europe, allant de Stockholm au Nord à Athènes au Sud, et de Dublin à l’Ouest à Bucarest à l’Est. Le coordinateur du projet est l'Institut de Veille Sanitaire français. Cette étude a été réalisée à la demande de la Commission Européenne.

Le projet a apporté les informations suivantes (chiffres valables pour 25 villes réparties dans 12 pays de l'Union Européenne, totalisant 39 millions d'habitants) :

  • Une diminution de 10 µg/m3 du taux de pM2.5 pourrait ajouter jusqu'à 22 mois d'espérance de vie pour une personne de 30 ans ou plus vivant en ville. Par ailleurs, l'exposition aux particules fines conduit à une mortalité d'environ 19 000 personnes par an dont environ 15 000 par accidents cardiovasculaires.
  • Vivre au voisinage de voies de circulation intense pourrait être la cause  de 15 à 20 % des nouveaux cas d'asthme chez les enfants, et d'atteintes obstructives pulmonaires ainsi que d'accidents coronaires chez les adultes de 65 ans et plus.
  • Le coût total de ces problèmes de santé serait de l'ordre de 300 millions d'euros par an.
  • Dans 20 villes d'Europe où la teneur en soufre dans le carburant a été réduite par la législation européenne, 2 200 décès par an ont été évités, correspondant à une économie de 192 millions d'euros.

 Il est à noter l'importante divergence entre les chiffres Aphekom et CAFE. En effet, les valeurs concernant les décès annuel, par exemple sont de 19 000 pour 39 millions d'habitants dans l'étude Aphekom, et 42 090 pour 500 millions d'habitants soit presque 6 fois plus pour le projet Aphekom...

L'étude Aphekom ne mentionne rien concernant spécifiquement les moteurs Diesel.

L'étude américaine Milloy

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Figure 6 : absence de relation entre les épisodes de pollution aux particules fines et les décès pour cause cardiopulmonaires constatée dans l'état de Californie entre 2007 et 2010.

Des deux cotés de l'Atlantique, il semble donc bien qu'il existe des preuves que les particules fines de l'atmosphère sont associées à des problèmes de santé sérieux. Cependant, Les "certitudes" des scientifiques américains et européens concernant la nocivité des particules fines doivent être quelque peu remises en perspective à cause d'une étude récente (décembre 2013) qui a porté sur la corrélation entre le taux de particules fines (PM2.5) de l'atmosphère et les causes de la mort de 377 000 personnes dans l'État de Californie entre 2007 et 2010.

L'auteur de cette étude, Steven Milloy a étudié 854 109 certificats de décès dans différents bassins de l'État pour lesquels on possédait les résultats de l'analyse quotidienne de particules fines. L'affirmation de l'EPA et de l'OMS est que ces particules fines favorisent le décès à court terme quelques heures à quelques jours) de personnes fragilisées.  Or, l'étude ne trouve aucune corrélation entre le taux atmosphérique de PM2.5 et la mortalité de ces personnes, ce qui est en complète contradiction avec les affirmations de l'EPA.

Le graphique de gauche exprime ces résultats : en abscisse, on a porté le taux atmosphérique journalier en particules fines (PM2.5) et en ordonnées le nombre de décès journalier pour causes cardiaque ou pulmonaire. S'il y avait une corrélation quelconque entre les deux observations, les points devraient s'aligner selon une direction montante vers la droite. Or, aucun alignement de cette nature n'est constaté, et le taux de corrélation représenté par la pente de la droite de régression que l'on peut voir sur le graphique est même légèrement négatif (mais sans signification statistique). Compte tenu de la dimension impressionnante de la cohorte étudiée 377 000 personnes et de la longueur de la période de l'étude (4 ans), un tel résultat devrait logiquement interpeller l'EPA qui a fondé ses affirmations sur des données contestables d'après Steve Milloy dans la mesure où elles paraissent avoir été triées sans raison apparente (voir l'étude en question).

Évidemment, il n'est pas question de mettre sur le même plan cette étude avec celles menées par l'EPA, ou encore l'étude CAFE mais il serait très intéressant de connaître quelles explications peuvent donner de ces résultats les scientifiques qui ont conduit les études en question.

Les particules issues des moteurs Diesel

Les moteurs Diesel non pourvus de filtres émettent des particules, principalement des suies et des composés organiques divers solides ou liquides. C'est le fameux panache noir bien connu, émis par les bus et/ou les camions. Ces particules ont été déclarées cancérigènes certaines par le CIRC en 2013. 

Les gaz issus de l'échappement des moteurs thermiques contiennent des matières organiques diverses sous forme de particules ou d'aérosols.. Parmi ces matières, de nombreux cancérigènes ont été identifiés. Par ailleurs, les particules de carbone issues de la combustion incomplète des carburants dans les moteurs sont susceptibles de posséder des propriétés adsorbantes et de constituer ainsi un support possible pour ces matières organiques comme le fait le charbon actif. (Cette propriété est obtenue par la présence, à la surface du carbone, de pores minuscules capable de piéger individuellement les molécules organiques). 

Il existe donc probablement un lien entre particules de carbone (PC) et particules contenant des substances cancérogènes. D'où la position du CIRC concernant les particules issues du Diesel très probablement justifiée en ce qui concerne les moteurs Diesel ancien non munis de filtres à particules et de dispositifs spécifiques destinés à éliminer celles-ci. Deux chiffres permettent d'évaluer cette différence fondamentale : D'après Peugeot, l'évolution de la technologie a fait que les émissions de particules d'un véhicule équipé d'un moteur Diesel qui étaient de 1 200 mg/km en 1970 sont passées à 0,02 mg/km en 2013. 

L'OMS a réalisé en 2012 une étude spécifique sur ce sujet. Les conclusions de cette étude sont les suivantes :

"Certaines études sur des cohortes apportent un certain nombre de preuves concernant l'association entre une mortalité cardiovasculaire toutes causes confondues et une exposition moyenne aux particules de carbone à long terme. Les études concernant les effets sur la santé à court terme suggèrent que le taux de particules de carbone constituent un meilleur indicateur de la dangerosité des particules émises par les système de combustion (spécialement le trafic) que le taux en masse des particules indifférenciées (PM), mais les preuves de la force de l'association à long terme sont insuffisantes. Le passage en revue des résultats de toutes les études toxicologiques disponibles suggère que les particules de carbone pourrait ne pas être directement un composant toxique majeur des particules fines, mais pourrait être un support universel pour une large variété de produits toxiques pour les poumons, les cellules de défense du corps et peut-être le système circulatoire. Un réduction de l'exposition aux PM2.5 contenant des particules de carbone ainsi que d'autres produits résultant de la combustion pour lesquels le taux de particules de carbone pourrait être un indicateur indirect devrait conduire à une réduction des problèmes de santé associés au particules fines".

En termes plus clairs, l'OMS considère qu'il y a beaucoup de présomptions concernant la dangerosité des particules de carbone, et qu'il y a aussi beaucoup de raisons théoriques pour penser que les particules de carbone constituent une menace pour la santé des personnes exposées. Néanmoins, les résultats des études ne sont pas tout à fait concluants, ce qui fait que l'OMS se tortille pour annoncer sa position, somme toute assez ambiguë. 

Nocivité des particules issues du Diesel

L'étude américaine sur des mineurs de fond

En 2013, le CIRC a classé les particules issues des moteurs Diesel comme cancérogènes certains. Cette reclassification a fait grand bruit dans la presse européenne. La position du CIRC se fonde sur un rapport américain "Diesel exhaust in miners study" publié en mars 2012 qui a porté sur 12 315 personnes ayant travaillé dans huit différentes mines et sur une durée de plus de 20 ans.

Le travail dans les mines a été sélectionné parce que les engins utilisés sont souvent équipés de moteurs Diesel, et que dans ces mines les gaz d'échappement se trouvent considérablement plus concentrés dans l'air respiré par les mineurs que dans d'autres activités comme le transport terrestre et plusieurs fois plus élevé que dans l'air inhalé par la population en général. Des mines non métalliques ont été choisies car elles apparaissent plus sûres que les mines métalliques concernant les risques de cancer du poumon  pouvant être causé par le radon, la silice ou l'amiante.

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Figure 7 : relation entre le logarithme népérien de la puissance totale des engins et le logarithme népérien du taux d'oxyde de carbone

Un premier document issu de cette étude rapporte les risques de décès pour toutes causes y compris le cancer du poumon (la cohorte) tandis qu'un second document rapporte les décès dus au cancer du poumon lui-même parmi les cas de décès de la cohorte. Dans ce document, les auteurs de l'étude ont rapporté les informations détaillées sur les facteurs de risque du cancer du poumon comme le fait de fumer, d'avoir été employé dans d'autres activités à haut risque de cancer ainsi que l'historique individuel des victimes en ce qui concerne les problèmes respiratoires. 

Afin de quantifier le taux d'exposition aux gaz d'échappement de chaque victime, les auteurs de l'étude ont collecté des milliers de mesures dans chaque mine et les ont combinées avec les informations historiques d'exposition. Les niveaux d'exposition ont été quantifiés au moyen de la mesure directe ou indirecte du carbone élémentaire respirable (CER). dans certains cas, on ne disposait pas de la valeur du CER. Les auteurs de l'étude ont donc effectué des corrélations avec le taux de CO (oxyde de carbone) et ont trouvé une relation linéaire entre le logarithme de ce taux et le logarithme du CER. Dans d'autre cas, ils ont trouvé le même type de corrélation log-log entre le taux de CO et la valeur du rapport entre la puissance totale des engins de la mine (divisée par le taux de ventilation) et le taux de CO. (Voir la figure 7).

Michael D. Attfield qui a dirigé la première publication (la cohorte) a trouvé que le risque de cancer du poumon parmi les mineurs les plus exposés était cinq fois plus important que celui des personnes les moins exposées.

La deuxième publication a confirmé les résultats de la première. En outre,  après prise en compte du fait d'être fumeur ou d'autres causes connues de cancer du poumon, les données ont montré un risque global trois fois plus important pour les travailleurs exposés, porté à cinq fois pour les travailleurs les plus exposés.

Pour les non-fumeurs, les risques augmentent avec le taux d'exposition aux gaz d'échappement. Bien que portant sur des nombres plus petits, l'étude montre un risque de décès par cancer du poumon sept fois plus important pour les non-fumeurs les plus exposés.

Cette étude montre donc sans ambiguïté que les produits s'échappant des pots d'échappement des moteurs Diesel américains de l'époque utilisés dans les mines et qui contiennent du carbone élémentaire respirable c'est à dire des particules de carbone presque pur (le nuage noir des pots d'échappement Diesel) sont susceptibles de provoquer le cancer du poumon, en particulier chez les personnes exposées à des taux de plusieurs centaines de microgrammes (µg) par mètre cube. Cela conforte et explique la position du CIRC. En même temps, cependant, les conditions dans lesquelles cette étude a été faite (moteurs Diesel sans filtre, taux élevés d'exposition) devraient être rappelées pour nuancer quelque peu ses résultats. Malheureusement, non seulement ces conditions ont été complètement oubliées par la suite, mais encore les décisions récemment prises par exemple pour la ville de Paris le sont pour des cas qui divergent complètement de ceux de cette étude qui n'a, de ce fait, plus aucun caractère de validité.

Le point de vue de l'EPA 

La conclusion de l'EPA concernant le Diesel est finalement assez rassurante et très éloignée de ce qu'on peut lire dans les médias. Je la reproduis in extenso (source) :

En résumé, les particules Diesel sont un polluant largement répandu dans l'atmosphère en faible quantité. Les analyses sur les lieux de travail et les études sur les animaux indiquent qu'une exposition à des niveaux élevés ou une exposition chronique à des niveaux faibles aux particules issues des moteurs Diesel peuvent avoir un effet sur le système respiratoire. Néanmoins, il est peu probable que ces particules aient un effet significatif aux concentrations habituellement rencontrées. L'inhalation de particules Diesel est associée à plusieurs affections respiratoires. Néanmoins, en général, les niveaux utilisés pour les essais de laboratoire sur animaux ou sur les lieux de travail sont largement plus élevés que ceux que l'on rencontre dans l'environnement ambiant, et les résultats de ces études n’apportent que peu d'informations sur les taux de morbidité et de mortalité des études citées au chapitre 12. Cela n'est pas surprenant, compte tenu des conditions de test tant pour les expositions elles-mêmes que pour les durées d'exposition ainsi que pour les populations exposées. Parmi les effets notés dans les études sur les lieux de travail, certains, comme l'irritation des voies respiratoires, l'affaiblissement des fonctions respiratoires, la toux, la respiration sifflante, la bronchite ont aussi été observés dans les études épidémiologiques discutées au chapitre 12. Bien que ces observations aient été faites dans le cadre spécifique des émissions des moteurs Diesel, il apparaît que ces effets sont dus aux particules par elles-mêmes. Ces effets sont toutefois évidents à des taux d'exposition beaucoup plus élevés que ceux que l'on trouve dans l'atmosphère courante. Par conséquent, les études toxicologiques spécifiques aux émissions des moteurs Diesel ne semblent pas apporter un jour nouveau aux études épidémiologiques discutées au chapitre 12 qui parle des particules en général.

Les filtres à particules

Les moteurs Diesel modernes sont équipés de filtres dont l'efficacité s'est améliorée considérablement ces dernières années. Ainsi, d'après Philippe Varin, patron du groupe Peugeot-Citroën, les moteurs Diesel de la marque qui émettaient 1 200 mg de particules par kilomètre en 1970 en émettent maintenant moins de 0,02 mg/km. Autrement dit, les moteurs Diesel modernes n'émettent plus de particules. La technologie des filtres utilisés dépend des conditions d'utilisation (les moteurs fixes, par exemple, n'utilisent pas les mêmes filtres que les moteurs d'automobiles).  Les filtres doivent avoir une finesse suffisante pour piéger les particules les plus fines, être faits dans une matière suffisamment réfractaire pour supporter la température élevée des gaz d'échappement, et être d'un prix de revient attractif. Les différentes matières utilisées pour la construction de filtres sont les suivantes :

La cordiérite est une céramique qui peut également servir de support au convertisseur catalytique 9 qui permet de brûler périodiquement les particules déposées sur le filtre. Les filtres à la cordiérite sont relativement bon marché ont d'excellentes propriétés de filtration et ont des propriétés thermiques qui rendent leur montage simple. On a pu leur reprocher d'avoir un point de fusion bas qui  peut entrainer leur fusion partielle au moment de la régénération. Mais le problème a été résolu par une injection automatique et contrôlée dans le carburant d'un catalyseur qui abaisse sensiblement (200 °C) la température d'inflammation des particules.

Le carbure de silicium est la matière qui vient tout de suite derrière la cordiérite. Son avantage initial a été son haut point de fusion (2 700 °C). Néanmoins, cette caractéristique augmente les difficultés de montage. Les filtre est constitué par des éléments de carbure liés par un ciment réfractaire, montage qui concentre la dilatation thermique sur les joints de ciment, sans rupture. Le carbure de silicium est plus onéreux que la cordiérite. Il peut aussi servir de support au convertisseur catalytique.

Les filtres à base de fibres métalliques utilisent la technologie bien connue des filtres à base de fibres. Suivant le degré de compression et la disposition des fibres, on peut fabriquer des filtres à base de fibres qui arrêtent n'importe quel type de particules avec une efficacité voisine de 95 % en masse et 99 % en nombre de particules. La régénération s'obtient par brûlage périodique des particules.

Figure 8 : Efficacité des filtres à particules Peugeot pour les particules ultra fines  (document Peugeot)

On peut encore fabriquer des filtres en utilisant des fibres métalliques à filaments continus bobinés autour d'un mandrin perforé. L'avantage de ce type de filtres est que l'on peut faire passer un courant électrique dans les filaments afin d'obtenir la destruction thermique contrôlée des particules déposées. Ce type de filtre est néanmoins plus cher que les filtres céramiques ou cordiérite et ne sont pas remplaçables facilement en raison du système électrique.

Les moteurs fixes peuvent être équipés de filtres papier remplaçable selon un programme de maintenance défini. Les gaz d'échappement chargés de particules passent d'abord dans de l'eau qui les refroidit et bloque les particules les plus grosses. Ils sont ensuite filtrés simplement et efficacement par ces filtres papier.

Les constructeurs de moteurs à essence ne se sont apparemment pas trop inquiétés du problème des particules, et ont surtout cherché à améliorer le rendement de leurs moteurs en une étude allemande vient de montrer que les moteurs à essence modernes à injection directe émettent, eux aussi, beaucoup de particules, et en effet beaucoup plus de particules que les moteurs Diesel modernes, il est vrai, équipés, eux de filtres efficaces comme nous venons de le voir au paragraphe précédent.

Le noir de carbone

La conclusion des diverses études montrant qu'on ne peut pas accuser spécifiquement les particules carbonées paraît intuitivement surprenante : en effet, il semble difficilement explicable que des particules de sels minéraux sous forme solide ou en solution aqueuse concentrée comme le chlorure, le nitrate ou le sulfate de sodium ou d'ammonium qui présentent des effets toxicologiques faibles et bien connus  puissent avoir le même pouvoir toxique que des particules contenant des molécules organiques irritantes et reconnues toxiques. De plus, le calcul des concentrations réelles de ces produits dans les fluides corporels, en admettant qu'ils aient pu s'y dissoudre, donne des chiffres tellement faibles qu'on peut difficilement imaginer un effet toxique quelconque. Il apparaît donc justifier de tenter d'expliquer les effets observés en supposant que les éléments toxiques sont portés par des particules particulières. L'attention se porte naturellement vers les éléments carbonés susceptibles de servir de vecteurs à ces composés, et plus particulièrement vers les particules de carbone elles-mêmes dont on sait qu'elles sont le résultat de combustions incomplètes, et qu'elles existent presque toujours en quantité plus ou moins grande dans les PM2.5 atmosphériques.

Pour tenter de répondre à cette question, l'OMS a récemment (2012) analysé un total de 619 publications scientifiques et/ou médicales traitant de la question (Voir la requête de recherche de l'OMS, page 53 du document de synthèse).

Cette revue de la littérature scientifique permet de conclure qu'il existe une association statistique entre l'exposition aux particules de noir de carbone 8 et la morbidité et mortalité cardiopulmonaires. La littérature analysée suggère que si le noir de carbone n'est pas un élément toxique majeur parmi les composants des PM2.5, il peut néanmoins jouer le rôle de support pour une grande variété de produits chimiques toxiques.  

En ce qui concerne le mécanisme d'action intervenant dans la toxicité des particules fines, le mystère demeure pratiquement entier : on ne le connaît pas. 

Une commission américaine de 12 experts a été réunie par l'EPA afin de donner un avis sur le thème "Le lien entre la présence de particules fines dans l'atmosphère et l'apparition de problème de santé (affections cardiovasculaires, cancer des poumons) est-il plausible ? ". La réponse de 10 experts sur 12 a été  :"oui à 90 %". Une étude finnoise a également prouvé ce lien, avec toutefois moins de précision sur le lien concernant les affections cardiovasculaires.

Conclusions

► Il semble bien qu'il y ait un lien entre la présence de particules fines dans l'atmosphère et l'apparition de troubles de santé à court terme (quoique des doutes subsistent, voir étude Milloy), et à long terme. Les troubles de santé sont du domaine pulmonaire et cardiaque. A long terme, l'effet de ces particules fines dans l'atmosphère pourrait se traduire par un raccourcissement significatif de l'espérance de vie.

On ne connaît pas le mécanisme par lequel les particules fines provoquent des troubles de santé. Les particules de carbone souvent présentes dans la pollution aux particules fines et qui caractérisent les combustions incomplètes ne présentent pas de toxicité spécifique discernable.

Les particules émises par les moteurs, et entre autres par les moteurs Diesel non munis de filtres augmentent la probabilité statistique d'apparition de cancer du poumon. Par contre, cette probabilité n'apparaît que pour des concentrations en particules fines très supérieures aux concentrations habituellement rencontrées dans les atmosphères urbaines.

Un simple examen des cartes de pollution aux particules montre que le problème n'est pas local, mais s'étend, lors des épisodes de pollution, sur des régions de plusieurs centaines de kilomètres. Ce n'est donc évidemment pas en prenant des mesures locales que l'on pourra lutter contre ce phénomène.

Les attaques françaises contre les moteurs Diesel s’appuient sur le fait de la présence dans le parc français de véhicules non munis de filtres efficaces. Cependant, ce n'est pas en éliminant les Diesel que l'on résoudra le problème des particules fines dans l'atmosphère. En outre, les chiffres cités par certains ennemis de ce type de moteurs sont fantaisistes.

Les constructeurs de moteurs Diesel ont pris le problème des particules par le bon bout : ils ont choisi une solution qui élimine complètement les particules.


(1) Le Professeur Michel Aubier de l'Académie de Médecine,  pneumologue.

(2) Jean-Pierre Chalon "Combien pèse un nuage" EDP Sciences

(3) L'Environmental Protection Agency est une agence indépendante du gouvernement américain. Elle a été créée dans la foulée du jour de la Terre le 2 décembre 1970 pour étudier et protéger la nature et la santé des citoyens des États-Unis. Il existe aussi une "EPA" européenne.

(4) Centre International de Recherches sur le Cancer - Organisme onusien basé à Lyon, qui dirige et coordonne les recherches sur les causes des cancers dans le monde. 

(5) Explications complémentaires : en réalité, les 42 000 personnes en question ne mourraient pas à cause des particules fines, mais mourraient d'autre chose. Telle quelle, la phrase des 42 000 morts n'a donc pas de sens. Ce qui est important, c'est de comparer l'âge auquel ces personnes mourraient s'il n'y avait pas les particules, l'âge auquel elles sont effectivement mortes et de comparer ces deux grandeurs.

(6) Du moins tant qu'elle n'est pas contrée par la Cour Suprème comme cela a été le cas en juin 2014 au sujet des émissions de CO2.

(7) Le taux de mortalité  comptabilise le nombre personnes qui meurent, alors que le taux de morbidité comptabilise le nombre personnes qui tombent malades.

(8) Le noir de carbone est une des formes amorphe et élémentaire du carbone ; il est présent dans les suies ou existe sous forme de carbone colloïdal. C'est la forme de carbone élémentaire la plus répandue et utilisée. Il n'a pas d'odeur. Le noir de carbone est massivement produit par l'industrie de la pétrochimie, par combustion incomplète d'hydrocarbures ; la capacité mondiale était de plus de 10 millions de tonnes en 2005. Les différents noirs de carbone se présentent sous forme de poudres constituées de particules sphériques de 10 à 500 nm, qui forment des agrégats de 100 à 800 nm. 

(9) Le convertisseur catalytique est un catalyseur utilisé pendant la régénération périodique du filtre.

Note du 20 janvier 2015

Le graphique "efficacité des filtres à particules" a été remplacé par un graphique tiré de la revue PETROLE ET GAZ  : "Diesel et environnement", plus explicite.

Note du 6 février 2015

Le mystère de la nocivité des particules qui semble s'attacher à leurs dimensions plutôt qu'à leur composition est à rapprocher du mystère de la nocivité du tabagisme passif. Car mystère il y a. Pendant des années, certains scientifiques ont contesté dans une attitude tout à fait logique, la nocivité de la fumée de tabac pour les non-fumeurs exposés au tabagisme passif, dans la mesure où les taux de produits nocifs présents dans la fumée étaient jugés trop faibles pour déclencher des cancers et autres joyeusetés. Aujourd'hui, il apparaît que ce ne sont peut-être pas ces produits qui sont spécialement en cause, mais bien l'ensemble des particules composant la fumée de cigarette, c'est à dire une quantité proportionnellement beaucoup plus importante de produit. (Les toxiques ne représentent qu'une très faible proportion du total de la fumée de cigarette). Du coup, l'opprobre jetée un peu trop facilement par certains sur un scientifique de haut niveau comme Fred Singer en l'accusant de défendre l'indéfendable perd beaucoup de sa force. Cela confirme aussi que l'Histoire, y compris celle de la Science, est décidément écrite par les vainqueurs...

Note du 18 mars 2015

La pollution aux particules fines reprend avec l'apparition d'un anticyclone centré sur la France.

Un simple coup d'oeil à la carte des concentrations en particules fines (PM2.5) ci-contre suffit pour montrer qu'un nuage de particules de concentration supérieure à 50 µg/m3 d'une aire comparable à celle de la Belgique s'étend actuellement au-dessus de la région parisienne, et que les "mesures" que pourrait prendre Anne Hidalgo Ière pour Paris apparaissent comme tout à fait illusoires : le problème des particules est un problème européen par son étendue (Quatrième point des conclusions ci-dessus) et ne serait certainement pas résolu en interdisant aux véhicules équipés de moteur Diesel de circuler dans les quartiers bobos de la capitale.

Références de la carte ci-contre