La pollution de l'air intérieur : Sources, effets sanitaires, ventilation

SÉRIE | environnement et sécurité

Louise Schriver-Mazzuoli

la

Pollution de l’air

intérieur Sources • Effets sanitaires • Ventilation

Louise Schriver-Mazzuoli Nuisances sonores Prévention, protection, réglementation 200 pages, 2007.

ADEME Pollutions olfactives, 2e édition Origine, législation, Analyse, traitement 400 pages, 2008.

Louise Schriver-Mazzuoli

LA POLLUTION DE L’AIR INTÉRIEUR Sources Effets sanitaires Ventilation !

!

© Dunod, Paris, 2009 ISBN 978-2-10-054233-8

TABLE DES MATIÈRES

1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

État des connaissances Principaux facteurs influençant la qualité de l’air intérieur Perception de la qualité de l’air Méthodes d’investigation de la pollution de l’air intérieur Représentation et traitement des données Normes de la qualité de l’air

2 • Pollution de l’air ambiant extérieur 2.1 2.2 2.3

Sources et polluants Dispersion et transport des polluants de l’air ambiant Surveillance de la qualité de l’air ambiant extérieur

3 • Principales sources des contaminants de l’air intérieur des espaces clos et semi-clos 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

1 2 4 14 15 20 25

27 27 34 42

50

Habitats individuels et collectifs Bureaux Établissements fréquentés par le public Espaces semi-clos Polluants secondaires générés dans l’environnement intérieur

51 64 65 67 68

4 • Évaluation du risque sanitaire. Principales pathologies dues à la pollution de l’air intérieur des bâtiments

73

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6

Évaluation quantitative des risques sanitaires (EQRS) Indicateurs de risque Indices de hiérarchisation sanitaire (IH) Appareil respiratoire Pathologies respiratoires non spécifiques Pathologies respiratoires spécifiques

5 • Pollution chimique 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8

Monoxyde de carbone Ozone Oxydes d’azote (NO, NO2) Métaux Composés organiques volatils Solvants Benzène, toluène, xylène (BTX) Autres composés organiques

73 82 84 85 89 90

94 94 97 97 98 104 107 108 109

6 • Pollution biologique 6.1 6.2 6.3 6.4

Allergènes domestiques Moisissures Bactéries Virus

7 • Pollution physique 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5

Poussières Amiante Fibres artificielles Radon Champs électromagnétiques (CEM) ; ondes électromagnétiques (OEM)

8 • Techniques de mesure des polluants de l’air intérieur 8.1 8.2 8.3

Mesures directes in situ Méthodes d’échantillonnage. Analyse différée Normes relatives aux mesures dans l’air intérieur

9 • Ventilation. Climatisation. Traitement de l’air intérieur 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5

116 119 124 130

133 133 135 139 140 148

163 163 171 180

183

Renouvellement d’air Systèmes de ventilation Puits provençal ou puits canadien Climatisation. Conditionnement de l’air intérieur Traitement de l’air intérieur

184 188 196 197 208

10 • Politiques publiques de réduction et de prévention de la pollution de l’air intérieur

213

10.1 Éléments de réglementation 10.2 Stratégies de prévention

VI

116

213 225

Bibliographie

235

Annexe 1 • Associations agréées de surveillance de la qualité de l’air

237

Annexe 2 • Maladies professionnelles

240

Annexe 3 • Classification et étiquetage des produits chimiques

247

Annexe 4 • La baubiologie : la démarche BREEAM

253

Annexe 5 • Principaux organismes et associations en santé environnementale

255

Glossaire des principaux sigles utilisés

259

Index

263

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1 • LA POLLUTION DE L’AIR INTÉRIEUR, UN ENJEU DE SANTÉ PUBLIQUE

La qualité de l’air intérieur (QAI ou IAQ, Indoor Air Quality) est une véritable préoccupation de santé publique, tant sur le plan national qu’international. Du fait de la crise pétrolière, la politique d’économie d’énergie s’est traduite par une meilleure isolation des locaux et a ainsi contribué à réduire le renouvellement d’air et à accroître la dégradation de l’air intérieur. De nombreuses études ayant pour objet de comparer la concentration de quelques polluants dans l’air intérieur (Cint) et dans l’air extérieur (Cext) ont mis en évidence des rapports Cint/Cext souvent supérieurs à 1. L’évolution des modes de vie a conduit l’ensemble de la population à passer un temps de plus en plus long à l’intérieur des locaux. Un adulte passe de 80 à 90 % de son temps à l’intérieur d’espaces clos soit environ par jour 12 à 14 heures dans son habitat, 6 à 8 heures dans un local professionnel, 0,5 à 2 heures dans les transports et 1 heure dans des endroits divers (lieux de loisir, de sport…). Les personnes âgées et les très jeunes enfants restent souvent plus de 97 % de leur temps en espace clos. L’OMS a montré que la pollution de l’air intérieur de l’habitation figure au huitième rang des facteurs de risque les plus importants et qu’elle correspondrait à 2,7 % de la charge mondiale de morbidité. La santé est intimement liée à l’exposition de l’homme à son environnement. L’exposition chronique à faibles doses sur une longue période est suspectée d’être responsable, en particulier, de l’augmentation des cancers, de l’asthme et de maladies cardiovasculaires. De nombreuses plaintes pour inconfort et nuisances ont souvent pour origine une mauvaise qualité de l’air intérieur. La pollution intérieure est caractérisée par une grande diversité de polluants. Les sources potentielles y sont très nombreuses et variées. On distingue généralement : – la pollution chimique (monoxyde de carbone, oxydes d’azote, ozone, métaux lourds, composés organiques volatils ou non volatils…) ; – la pollution physique (particules, amiante, ondes électromagnétiques, radon…) ; – la pollution biologique (moisissures, acariens, blattes, bactéries, virus…). À ces pollutions spécifiques de l’air intérieur, il faut ajouter la pollution de l’air extérieur, actuellement assez bien maîtrisée, grâce à la mesure de nombreux indicateurs de pollution dont la plupart des effets sanitaires sont connus. L’étude de la pollution de l’air intérieur est très complexe. Elle varie d’un lieu à un autre et dépend du budget espace-temps de chaque individu. Ainsi l’estimation de l’exposition aux polluants et leur impact sanitaire constituent des objectifs incontournables pour assurer la santé de la population. L’évaluation des risques, détaillée Chapitre 4, est un

1

1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.1 État des connaissances

outil de référence pour évaluer les risques chimiques, biologiques, physiques liés à l’environnement.

1.1 État des connaissances Depuis une trentaine d’années, l’étude de la qualité de l’environnement intérieur est devenue une thématique majeure dans de nombreux pays. La recherche a particulièrement été développée en Scandinavie, au Royaume-Uni, en Allemagne, aux États-Unis, au Canada, au Japon. Plusieurs programmes ont été aussi lancés par la Communauté européenne, le dernier (le sixième) concerne « Environnement 2010, notre avenir, notre choix ». À titre d’exemple, parmi les nombreux travaux internationaux, on peut citer. – les travaux américains sur l’exposition aux particules, projet : PTEAM, Particle Total Exposure Assessment Methodology, 1993 ; – les études européennes : projet MACBETH sur l’exposition de la population au benzène dans 6 villes européennes (1996-1999), projet EXPOLIS sur l’exposition aux polluants de l’air intérieur des logements (1996), projet APHEA sur l’effet de la pollution sur la santé dans 15 villes européennes (1996), projet PRIMEQUAL sur les composés organiques volatils (2001). La France, très en avance sur la qualité de l’air extérieur, a pris du retard dans le domaine de l’environnement intérieur jusqu’en 2000. Il y a encore peu d’informations quantitatives. Les quelques efforts de recherche, essentiellement de portée régionale, n’ont fourni que des informations fragmentaires avec peu d’approche multicentrique et multipolluants et une presque totale absence d’études d’évaluation des niveaux d’exposition. Un inventaire des données françaises sur la qualité de l’air à l’intérieur des bâtiments (1990-2001) limitées aux habitations, immeubles de bureaux, établissements scolaires a été publié sous la direction de Luc Mosquier et Vincent Nedellec (DDB/SB-2002-23) en décembre 2001. Les informations recueillies sont extraites d’études épidémiologiques doublées de la mesure de quelques polluants (NO2, CO, COV, aldéhydes, particules, flore bactérienne et fongique, allergènes d’animaux). Cet inventaire, disponible sur le site www.air-interieur.org, est en cours de réactualisation. Il est complété régulièrement depuis 2004 par les données issues des enquêtes internationales. Prenant conscience de l’enjeu sanitaire que représente l’environnement intérieur, les pouvoirs publics ont créé un outil d’évaluation et de gestion des risques liés à la pollution de l’air dans les bâtiments, l’Observatoire de la qualité de l’air intérieur (OQAI). Annoncé lors du Conseil des ministres du 8 septembre 1999, l’OQAI a été lancé le 10 juillet 2001 par Marie-Noelle Lienman, secrétaire d’État au Logement. Cet organisme a pour mission de « contribuer à l’évaluation et à la gestion des risques sanitaires liés aux polluants présents dans les espaces clos, d’identifier les substances, agents et situations qui, affectant la qualité de l’air, présentent un risque pour la santé de la population à ces polluants et de formuler en conséquence toutes les recommandations utiles à la conception et à l’utilisation des bâtiments ». Quatre premiers objectifs à atteindre ont été définis : – brosser un état descriptif de la qualité de l’air à l’intérieur du logement en tenant compte de la variabilité des situations (bâtiments et occupants) ;

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1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.1 État des connaissances

– identifier les situations à risque ; – établir un premier bilan des paramètres qui influencent la pollution (sources, type d’habitat, ventilation, comportement, situation géographique, saisons, etc.) ; – donner des conseils et des recommandations pour l’amélioration de la qualité de l’air intérieur. L’OQAI se compose d’un conseil de surveillance qui définit les orientations, d’un conseil scientifique et d’un comité consultatif. Il s’appuie sur un réseau pluridisciplinaire de compétences : médecins, acteurs de la santé publique, physico-chimistes, techniciens du bâtiment, épidémiologistes, toxicologistes, spécialistes de l’énergie, de la ventilation, personnels des sciences sociales, soit une cinquantaine de groupes spécialisés devant permettre le choix des paramètres à prendre en compte, la mise au point de protocoles de mesure et de questionnaires, l’établissement de bases de données, une analyse statistique. Il est placé sous la tutelle des ministères en charge de la Construction, de la Santé, de l’Écologie avec le concours du CSTB (Centre scientifique et technique du bâtiment), de l’ADEME (Agence de la maîtrise de l’énergie), de l’AFSSET (Agence française de sécurité sanitaire de l’environnement et du travail) et de l’ANAH (Agence nationale de l’habitat). Le CSTB est opérateur de projet, il élabore le programme de travail et coordonne les différents partenaires. Une première campagne, (campagne pilote) a d’abord été mise en place en 2001 sur une centaine de sites (90 logements, 9 écoles) choisis dans le Nord-Pas-de-Calais, à Strasbourg et à Aix-Marseille, afin de tester et de valider les choix méthodologiques et organisationnels. Le rapport concernant 2 000 000 de données sur 13 polluants a été publié en février 2002. Une deuxième campagne de mesures a été réalisée du 1er octobre 2003 au 24 décembre 2005 sur 567 bâtiments, répartis sur 55 départements et 74 communes. Elle comprend la mesure de 15 polluants, un recueil d’éléments descriptifs sur le logement et son environnement, ainsi que des données sur les occupants et leurs activités. Un premier bilan sur les origines de la pollution intérieure et sur les indicateurs de la qualité de l’air a été élaboré. Les résultats ont été mis à la disposition du public et des professionnels concernés sur le site www.air-interieur.org. D’autres organismes participent également à la problématique de l’air intérieur, ce sont en particulier : – le groupe de travail « Bâtiment Santé » au sein de la section des Milieux de vie du Conseil supérieur d’hygiène publique en France (création mars 2001) ; – le réseau RSEIN (Recherche santé environnement intérieur) comprenant une quarantaine d’experts français qui est un partenaire en amont de l’OQAI grâce à la veille scientifique ; – l’Agence française de sécurité sanitaire environnementale (AFSSE) ; – le Laboratoire central de la préfecture de police de Paris (LCPP) ; – le Laboratoire d’hygiène de la ville de Paris LHVP) ; – l’Institut national de l’environnement industriel et des risques (INERIS) ; – le CSTB doté d’un vaste dispositif de recherche expérimental (laboratoire/maison expérimentale, plateau tertiaire comprenant des bureaux, salles de classe, hôpitaux).

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1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.2 Principaux facteurs influençant la qualité de l’air intérieur

1.2 Principaux facteurs influençant la qualité de l’air intérieur La qualité de l’air intérieur résulte de plusieurs facteurs. Les principaux facteurs qui conditionnent la qualité de l’air intérieur sont les sources de pollution et leur intensité, le confort thermique, le taux de renouvellement de l’air intérieur, la qualité de l’air extérieur.

1.2.1 Sources intérieures de pollution Les sources intérieures de pollution sont principalement dues aux occupants et à leurs activités ainsi qu’aux systèmes de chauffage, de ventilation, de climatisation, aux équipements, aux caractéristiques de la construction et des matériaux (voir chapitre 3). Les sources peuvent être continues sur le long terme (l’émission est constante ou variable) ou temporaires sur le court terme (l’émission se fait à intervalles réguliers ou épisodiques). Dans le cas de l’émission de certains polluants, il faut distinguer les émissions primaires (polluants émis directement par la source) et les émissions secondaires qui résultent de réactions secondaires entre polluants ou de la capacité des matériaux à capter les polluants et à les ré-émettre. L’évaluation de la qualité de l’air intérieur comprend, entre autres, la mesure et l’examen des contaminants. Cependant, tous les polluants ne peuvent être mesurés et le choix de quelques substances désignées par « indicateur » s’impose. Un indicateur est choisi en fonction de : – son impact sanitaire, – la simplicité et la fiabilité de la mesure, – sa spécificité vis-à-vis de la source d’émission considérée. Par exemple, les oxydes d’azote sont des bons indicateurs de la pollution automobile. Pour estimer la concentration d’un polluant donné dans l’air intérieur d’un bâtiment en tenant compte de la vitesse des échanges de l’air intérieur avec l’air extérieur, on peut utiliser à l’état d’équilibre, l’équation simplifiée suivante :

P–E C i = C e + ------------Q

[1.1]

Ci concentration du polluant à l’intérieur µg/m3 Ce concentration du polluant à l’extérieur µg/m3 P taux d’émanation du polluant dans l’air intérieur µg/h E taux d’élimination du polluant dans l’air intérieur par absorption ou filtration µg/h Q vitesse des échanges d’air avec l’extérieur m3/h.

1.2.2 Confort thermique Le confort qui doit assurer un équilibre entre les occupants d’un local et une ambiance thermique optimale, ni trop chaude, ni trop froide, dépend de plusieurs facteurs liés à la fois à l’individu et à l’environnement. La norme 55 de l’ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers) définit une zone de confort basée sur six variables qui sont : – le métabolisme des individus dépendant de leur activité,

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1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.2 Principaux facteurs influençant la qualité de l’air intérieur

– le degré d’isolement des vêtements portés, – l’humidité relative de l’air, – la température de l’air ambiant, – la température due au rayonnement des parois, – la vitesse d’écoulement de l’air. Des indices ont été définis à partir de ces paramètres permettant de déterminer des conditions de confort optimal dans des situations différentes. Cependant, le confort thermique est une notion complexe difficile à assurer et qui n’est pas limitée à la seule valeur de la température. Il dépend aussi de critères subjectifs, psychologiques et socioculturels. Par ailleurs la perception du froid et du chaud dépend du sexe, de l’âge, de la constitution, de la santé, de la nourriture… m Métabolisme

Le corps humain produit de la chaleur interne permettant de maintenir la température autour de 37 °C. À ce métabolisme de base du corps au repos, s’ajoute un métabolisme correspondant au niveau d’activité de l’individu. Pour caractériser ce « métabolisme de travail » une unité désignée par MET ou équivalent métabolique a été créée. On estime à 1 MET ou 58 W/m2 l’énergie dont a besoin le corps quand on est assis ou faiblement occupé (lecture, téléphone). Le tableau 1.1 donne quelques estimations de l’énergie dépensée pour quelques activités. Tableau 1.1 – Équivalents métaboliques pour quelques activités.

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Activité < 3 METS

Marche lente, jardinage

Entre 3 et 6 METS

Marche rapide, nage, frottement du sol

> 6 METS

Course, tennis en simple, vélo en montée

Dans les bureaux à forte densité d’occupants, il y a une forte augmentation de la quantité de chaleur dégagée. La régulation physique de la température du corps s’effectue principalement par convection, rayonnement, évaporation et dans une moindre mesure par conduction, respiration, sécrétions. La température de la peau est de 32 à 33 °C mais peut descendre à 15-20 °C au niveau des pieds. m Degré d’isolement des vêtements

L’habillement représente une résistance thermique aux échanges de chaleur entre la surface de la peau et l’air ambiant. Le niveau d’habillement est caractérisé par une valeur relative exprimée en « clo », unité d’habillement. Par exemple une tenue comportant un pantalon léger, une chemise à col ouvert et à manches courtes, des chaussettes légères et des chaussures correspond à 0,7 clo, alors qu’une tenue formée d’une chemise à manches longues, d’un pantalon, d’un pull-over à manches longues, de chaussettes épaisses et de chaussures sera caractérisée par 1 clo.

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1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.2 Principaux facteurs influençant la qualité de l’air intérieur

m Humidité relative (HR)

L’humidité relative de l’air (HR) ou degré hygrométrique est le rapport exprimé en pourcentage entre la pression partielle de la vapeur d’eau contenue dans l’air, pvap et la pression de vapeur saturante, psat à la même température ou encore le rapport de la masse d’eau en g/m3 de l’air intérieur (mvap) sur la masse d’eau en g/m3 d’air saturé en eau (msat). La pression de vapeur saturante à une température donnée est la pression maximum d’eau sous forme de vapeur que l’air peut contenir. m vap p vap [1.2] HR = --------¥ 100 = ----------- ¥ 100 p sat m sat L’humidité relative augmente avec la température comme illustré tableau 1.2. On appelle point de rosée la température à laquelle, dans des conditions barométriques courantes, l’air devient saturé en vapeur d’eau. Lorsque le point de rosée est atteint, il y a condensation de la vapeur d’eau. Tableau 1.2 – Pression saturante de la vapeur d’eau à différentes températures. Température (°C) – 60

Pression saturante (mbar) 0,001

– 40

0,13

– 20

1,03

– 10

2,6

0

6,10

10

12,3

20

23,4

30

42,4

40

73,8

50

123

60

139

100

1013

Une humidité relative de 40 à 60 % correspond à un confort optimal, une humidité relative de 30 à 40 % à un bon confort. Il est difficile de percevoir avec précision le taux d’humidité de l’air. L’inconfort apparaît dans des conditions extrêmes soit pour HR < 30 % et HR > 70 %. m Température de confort ou température opérative

La température de l’air intérieur ressentie par un individu dépend de la température de l’air ambiant du local (ta) et de la température radiante moyenne de la surface des parois du local (tp). La température de confort (tc) ou température opérative est ainsi définie comme la moyenne entre ta et tp pour une vitesse de l’air supérieure ou égale à 0,2 m/s. ta + tp t c = -------------[1.3] 2

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1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.2 Principaux facteurs influençant la qualité de l’air intérieur

La température de confort n’est pas toujours homogène du fait des gradients verticaux et horizontaux de la température de l’air et de l’asymétrie du rayonnement des parois (parois chaudes, parois froides). La température de l’air est caractérisée par la température sèche et la température humide. La température sèche qui indique la température réelle de l’air humide est obtenue avec un thermomètre ordinaire dont le réservoir est maintenu au sec. La température humide est obtenue avec un thermomètre dont le réservoir est constamment mouillé (gaze imbibée d’eau au contact de l’air étudié). La température humide est généralement plus basse que la température sèche du fait qu’à la surface du bulbe humide, l’eau se vaporise en absorbant de la chaleur. L’écart entre les deux températures est d’autant plus grand que l’air est éloigné des conditions de saturation. L’humidité relative de l’air peut être estimée à partir des températures sèche (ts) et humide (th) k¥p [1.4] HR = ------------ ¥ ( t s – t h ) p sat p pression totale en bar psat pression de vapeur saturante de l’eau à la température ts en bar k coefficient psychrométrique = 6,6.10 –4 pour th > 0 °C et 5,6.10 –4 pour th < 0 °C. L’asymétrie du rayonnement entre deux surfaces verticales placées de part et d’autre d’une personne est définie comme la différence de température radiante plane des 2 surfaces. Cette différence a permis dans des chambres climatiques de déterminer les limites où 5 % des individus placés près de différentes parois radiantes ressentent un inconfort alors qu’ils sont en équilibre thermique avec l’environnement. On a constaté qu’un rayonnement froid qui vient du haut et un rayonnement chaud sur le côté sont mieux supportés que la situation inverse. Il est recommandé que l’écart entre la température de surface des parois et la température ambiante ne dépasse pas 8 °C pour les parois vitrées et 5 °C pour les parois opaques, la température extérieure étant de 0 °C. La température du sol doit pouvoir être maintenue au-dessus de 17 °C. Dans le cas de parois chauffantes la température de surface ne doit pas dépasser 27 °C pour les plafonds et les parois verticales et 24 °C pour les planchers. Le gradient vertical de température ne doit pas dépasser 1 °C par mètre dans la zone d’occupation. La température de confort optimale est liée au taux d’humidité de l’air. Par exemple une température de 24 °C et une humidité relative de 80 % donne une impression de moiteur (pas d’évaporation à la surface de la peau) alors que la même température liée à une humidité relative de 20 % est très supportable. Le tableau 1.3 indique la température acceptable en été et en hiver en fonction du taux d’humidité. Tableau 1.3 – Températures opératives acceptables pour des taux d’humidité de 30 % et de 60 %. Conditions Humidité relative

Température opérative acceptable (°C)

0,5 clo

30 % 60 %

24,5-28 23-25,5

1 clo

30 % 60 %

20,5-25,5 20-24

Saison

Degré d’isolement des vêtements

été hiver

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1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.2 Principaux facteurs influençant la qualité de l’air intérieur

m Vitesse de l’air

La vitesse de l’air influence les échanges de chaleur par convection et augmente l’évaporation à la surface de la peau. Il est recommandé qu’elle ne dépasse pas 0,2m/s, et qu’elle soit de 0,13 m/s pour une personne assise en grand confort. Cependant, en été où les ambiances sont chaudes et humides, des déplacements d’air plus importants peuvent être tolérés (par exemple 1,25 à 2,5 m/s correspondant à une brise légère). L’emplacement des diffuseurs d’air, en particulier dans les bureaux, doit être bien choisi pour ne pas accroître le risque de courants d’air. Les diffuseurs placés en angle dans les bureaux produisent généralement une plus grande quantité d’air dirigée sur les occupants. m Indices de confort

Sur la base d’expériences menées en chambre climatique deux indices de confort ont été établis, le PMV (Predicted Mean Vote) et le PPD (Predicted Percentage Dissatisfied). Ils permettent de définir des plages de température de confort pour différents types de locaux et de situations. Le PMV ou indice de vote moyen prévisible est basé sur des calculs statistiques de l’avis moyen d’un groupe important de personnes sur la sensation de confort thermique ressentie. Il est déterminé en se référant à l’échelle suivante de sensations thermiques allant de – 3 à + 3 et qui prend en compte les 6 paramètres du confort thermique : + 3 : chaud, + 2 : tiède, + 1 : légèrement tiède, 0 : neutre, – 1 : légèrement frais, – 2 : frais, – 3 : froid. Une valeur du PMV de 0 correspond à un confort thermique optimal. La zone de confort s’étale de – 1 à + 1. L’indice PPD ou pourcentage prévisible d’insatisfaits indique le pourcentage d’insatisfaits en fonction de l’indice PMV. La figure 1.1 donne la correspondance entre les indices PMV et PPD. 100 90 80

PPD (%)

70 60 50 40 30 20 10 0 – 3 – 2,5 – 2 – 1,5 – 1 – 0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

PMV

Figure 1.1 – Correspondance entre les indices PMV et PPD.

On constate que dans la situation optimale (PMV = 0) le taux d’insatisfaits reste de 5 %. Un PMV compris ente – 1 et + 1 correspond à 25 % d’insatisfaits. Pour obtenir une

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1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.2 Principaux facteurs influençant la qualité de l’air intérieur

situation de confort thermique le PPD doit être inférieur à 10 % ce qui correspond à un PMV compris entre – 0,5 et + 0,5. Des tableaux ont été élaborés donnant la valeur du PMV pour différentes valeurs des 6 paramètres du confort thermique. Par exemple avec les paramètres suivants : niveau d’activité : 70 W/m2, habillement (été) : 0,5 clo, température opérationnelle : 24 °C, vitesse relative de l’air : 0,30 m/s, humidité relative :50 %, le PMV est de 0,6 ce qui correspond à une prévision de 15 % d’insatisfaits. m Zones de confort

Les zones de confort sont définies comme étant des environnements hygrothermiques pour lesquels 80 % des personnes sont satisfaites. Le diagramme de la figure 1.2 indique la zone de confort admissible en fonction du degré hygrométrique et de la température intérieure. Teneur en humidité (g/kg)

Degré hygrométrique 80

25

100 %

70

70 % 50 %

60 50

20

3

40

30 %

30

15

2

20

10

10

4

0

5

– 10

10 %

1

0 – 15 – 10

–5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Température (°C)

Figure 1.2 – Zones de confort.

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4: polygone de confort hygrothermique; 1, 2, 3: zones à éviter. 1: sécheresse; 2: développement de bactéries et champignons; 3: développement des acariens. (Source: revue Chauffage Ventilation Conditionnement).

Bien que des zones de confort théoriques ont été déterminées, les plages de confort ne sont pas les mêmes pour tous. Les personnes âgées et les jeunes enfants sont plus sensibles aux températures froides et aux vagues de chaleur que les adultes. La théorie du confort adaptatif a été proposée en intégrant les notions d’adaptation climatique et de capacité d’interaction qui correspondent : – à la modification du comportement en réponse à une situation ressentie (habillement, ouverture de fenêtres, modification des horaires) ; – aux modifications physiologiques du corps pour se protéger de la chaleur ou du froid ; – au comportement psychologique ; une plus grande tolérance est observée s’il y a contrôle de l’environnement, et la connaissance anticipée du climat.

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1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.2 Principaux facteurs influençant la qualité de l’air intérieur

Sur ces bases, quatre classes de confort ont été définies : – Classe A « très confortable » (au minimum 90 % de satisfaits) ; – Classe B « confortable » (au moins 80 % de satisfaits) ; – Classe C « inconfortable » (au moins 65 % de satisfaits) ; – Classe D « très inconfortable » moins de 65 % de satisfaits). Ces limites sont exprimées en fonction d’une température de référence qui est la moyenne de température des trois derniers jours. En effet la sensation de confort dépend des conditions extérieures. En hiver, une température de 18-19 °C est ressentie comme confortable, alors qu’en été elle apparaîtra comme fraîche si la température extérieure avoisine 35 °C. La campagne de l’OQAI a mis en évidence que la température ambiante est supérieure à 21 °C dans un logement sur deux ; 5 % des logements présentent une température dans les pièces de sommeil supérieure à 25,5 °C avec une amplitude dans ces pièces de 5,4 °C à 29,5 °C. L’humidité relative, HR, est supérieure à 49 % dans un logement sur deux et supérieure à 63,1 % dans les pièces de sommeil pour 5 % des logements.

1.2.3 Renouvellement de l’air. Gaz carbonique dû au confinement Le renouvellement de l’air intérieur est indispensable non seulement pour évacuer les polluants, les odeurs mais aussi pour évacuer la vapeur d’eau et le gaz carbonique rejetés par les individus et pour apporter l’oxygène nécessaire à la respiration. La ventilation des locaux avec une bonne distribution d’air (détaillée Chapitre 9), reste le système le plus efficace pour prévenir la pollution et garantir la santé et la sécurité des occupants. Un individu adulte consomme environ 15 à 50 litres d’oxygène par heure selon ses activités et rejette au repos 10 à 20 litres par heure de gaz carbonique ainsi que 2,5 litres par jour de vapeur d’eau. Le gaz carbonique (CO2), gaz incolore incombustible, inodore n’est pas toxique mais au-dessus d’une teneur de 2 000 ppm1 (0,2 % en volume) il entraîne fatigue, somnolence et maux de tête. L’OMS recommande une valeur limite dans les locaux de 1 000 ppm (400 ppm environ dans l’air extérieur). La France tolère 1 300 ppm dans les locaux sans fumeurs. Cette teneur est très souvent dépassée dans des locaux mal ventilés et occupés pendant de longues heures. De telles situations se rencontrent dans les bureaux ou encore dans les locaux occupés par des personnes âgées ou handicapées qui restent de longues heures assises dans leur salon. À titre d’exemple, la figure 1.3 reproduit le profil journalier de la teneur en dioxyde de carbone relevée dans la salle de séjour d’un F2 occupé par deux personnes âgées (83 et 85 ans). Les teneurs en CO2 dépassent très largement les valeurs limites recommandées. À de plus fortes concentrations rencontrées parfois dans les caves et les grottes où le CO2 plus lourd que l’air s’accumule dans les bas niveaux, les effets sur la santé peuvent être très graves. On observe par manque d’oxygène : – l’accélération de la respiration pour 2,5 % de CO2 en volume ; – des vertiges, de l’agitation pour 8 à 10 % de CO2 en volume ; – évanouissement, convulsions pour 10 à 15 % de CO2 en volume ; – paralysie, rupture de vaisseaux sanguins pour 15 à 20 % de CO2 en volume ; – la mort pour plus de 20 % de CO2 en volume. 1. Voir définition du ppm au paragraphe 1.5.1.

10

1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.2 Principaux facteurs influençant la qualité de l’air intérieur

1 400

11-12 h infirmière

Concentration (ppm)

1 200

14-18 h repos dans le séjour

1 000

800

600

10-11 h petit déjeuner

400

20-23 h, repas, TV dans le séjour

13-14 h repas

200

Temps (heures) 0

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Figure 1.3 – Profil des teneurs en CO2 dans une salle de séjour.

Le dioxyde de carbone dont les teneurs sont corrélées à l’humidité relative et à la biocontamination de l’air intérieur est utilisé comme un indicateur de la ventilation (voir page 185). La campagne de l’OQAI a montré que 50 % des logements ont des concentrations en CO2 dépassant 756 ppm pour les valeurs moyennes sur la semaine, 1 668 ppm en considérant le maximum des valeurs moyennes glissantes sur 1 heure et 1193 ppm pour les valeurs mesurées la nuit. Dans 5 % des logements, la concentration moyenne sur la semaine est supérieure à 1 484 ppm, le maximum sur une heure dépassant 4 450 ppm avec des valeurs maximales la nuit excédant 3 244 ppm.

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1.2.4 Air extérieur. Composition. Propriétés La qualité de l’air extérieur est généralement meilleure que celle de l’air intérieur bien que très variable d’un lieu à un autre. Le Chapitre 2 donne un aperçu des polluants de l’air ambiant extérieur, de leur diffusion et rappelle les actions engagées pour maintenir une bonne qualité sanitaire de l’air pour l’ensemble de la population. Ci dessous seront rappelées brièvement la composition d’un air extérieur sans pollution d’origine anthropique ainsi que ses propriétés relatives à sa température et à sa pression. La terre s’est formée il y a environ 4,6 milliards d’années. L’atmosphère primitive provenant du dégazage était composée principalement de vapeur d’eau (80 %) et de dioxyde de carbone (10 %) avec des traces de dioxyde de soufre (SO2), d’acides chlorhydrique et fluorhydrique (HCl, HF), d’hydrogène (H2), de monoxyde de carbone (CO), d’argon (Ar), d’ammoniac (NH3) et de méthane (CH4). L’oxygène atmosphérique n’est apparu qu’il y a 3 milliards d’années avec le début de la photosynthèse. L’atmosphère actuelle, couche d’air qui entoure la terre, s’étend sur 80 000 km d’altitude avec une pression de plus en plus faible quand on s’éloigne de la surface de la terre (101 303 Pa à 0 km d’altitude, 2,538 10 –3 à 120 km d’altitude, 1 bar = 105 Pa). On divise souvent l’atmosphère en fonction de sa température. On distingue ainsi : – la troposphère atteignant 8 km aux pôles et 18 km à l’équateur avec une température baissant de 20 °C à – 60 °C à une altitude de 12 km puis réaugmentant ;

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1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.2 Principaux facteurs influençant la qualité de l’air intérieur

– la stratosphère atteignant 60 km de hauteur renfermant la couche d’ozone avec une température augmentant jusqu’à 0 °C : – la mésosphère se situant entre 60 et 85 km environ et où la température atteint – 100 °C à 85 km d’altitude ; – la thermosphère où la température peut atteindre 1400 °C à 1000 km d’altitude. Des domaines étroits où la température reste constante et où les gaz se mélangent très lentement constituent des couches frontières entre ces différentes parties désignées par tropopause, stratopause, mésopause. Jusqu’à 100 km environ d’altitude les gaz sont mélangés de manière homogène. Audelà les gaz de faible masse moléculaire sont prépondérants. À partir de 80 km les gaz sont fortement ionisés. Le tableau 1.4 donne la composition moyenne d’un air existant dans des régions très peu peuplées et pouvant être considérées comme peu polluées. Il contient essentiellement de l’azote (teneur en volume : 78,084 %), de l’oxygène (20,946 %), et de l’argon (0,934 %). Les autres gaz, « gaz mineurs », ont une teneur volumique inférieure à 0,04 %. Certains émis par des sources naturelles peuvent être considérés comme polluants c’est-à-dire provoquer des effets néfastes sur l’environnement, les végétations et l’homme. Le tableau indique aussi le temps de séjour t (ou temps de vie) des différents composés impliqués dans une réaction chimique, c’est-à-dire le temps au bout duquel leur concentration atteint 1/3 de leur concentration initiale. Du fait des durées de vie très différentes des constituants liées au temps de mélange ou temps d’homogénéisation, les concentrations varient dans l’espace et dans le temps. Seules, les substances ayant un temps de vie très long (plusieurs années) supérieur à leur temps de mélange auront une répartition homogène dans l’atmosphère et une teneur constante. Tableau 1.4 – Composition d’un air « non pollué » situé près de la surface de la terre et temps de séjour (τ) des différents gaz (température et pression standard). Gaz

Formule

% en volume

Teneur en ppm*

Teneur Temps en µgm3 ** de séjour t

Quasi permanents Oxygène

O2

20,946

5 103 an

Azote

N2

78,084

≈ 106 an

Argon

Ar

0,934

Néon

Ne

18,18

Hélium

He

5,24

Krypton

Kr

1,14

Xénon

Xe

0,087

Dioxyde de carbone

CO2

≈ 330

5-6 an

Méthane

CH4

1,3-1,6

4-7 an

Hydrogène

H2

≈ 0,5

6-8 an

N2O

0,25-0,35

≈ 25 an

O3

(1-5) 10 –2

≈ 2 an

107 an

Variable

Oxyde de diazote Ozone

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1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.2 Principaux facteurs influençant la qualité de l’air intérieur

Tableau 1.4 – Composition d’un air « non pollué » situé près de la surface de la terre et temps de séjour (τ) des différents gaz (température et pression standard). (Suite) Gaz

Formule Par volume

Teneur en ppm*

Teneur Temps en µgm3 ** de séjour t

Hautement variables Eau

H2O

(0,4-400) 10 –2

10 j

Monoxyde de carbone

CO

0,05-0,25

0,2-0,5 an

Dioxyde d’azote

NO2

≈ (0,1-5) 10 –3

0,2-10

8-10 j

NH3

≈ (0,1-10)

0,1-10

≈5j

Dioxyde de soufre

SO2

≈ (0,03-30)

Sulfure d’hydrogène

H2S

Ammoniac

10 –3 10 –3

≈ (< 0,006-0,6) 10 –3

Composés organiques*** *ppm:

0,1-10

≈2j

< 0,01-1

≈ 0,5 j

5-50

≈2j

10 –6 en volume; **1 µg = 10 –6 g; ***: exceptés halocarbures et méthane.

Un composé mineur est dit ubiquitaire quand il est présent en tout lieu sur la terre en faible concentration. On appelle « puits » un processus, un mécanisme, un domaine de l’environnement causant la disparition d’une substance par absorption, adsorption, déposition, décomposition, etc.

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1.2.5 Ionisation de l’air L’atmosphère contient des ions positifs et des ions négatifs formés à partir des molécules de gaz sous l’action de sources d’énergie telles que le rayonnement naturel, le rayonnement solaire, les rayons cosmiques, les orages, les éclairs, les substances radioactives libérées par le sol, la pulvérisation de l’eau, (cascades, jets d’eau, fontaine, vagues), les flammes et le feu. Les principaux ions identifiés sont des ions carbone et des ions H+, H3O+, O+, N+, OH –, – H2O – et O 2 . Les ions sont classés selon leur taille et leur mobilité. Les ions négatifs sont généralement plus petits (diamètre de 0,001 à 0,030 µm) et plus mobiles que les ions positifs dont le diamètre peut atteindre 0,1 µm. Leur demi-vie est aussi très différente : de l’ordre de quelques minutes pour les ions négatifs et d’une demi-heure pour les ions positifs qui peuvent s’agglutiner sur les matières particulaires. La concentration des ions dans l’atmosphère varie avec la situation géographique, les conditions météorologiques et environnementales. Le rapport des concentrations en ions positifs et négatifs (charge spatiale) est généralement supérieur à 1. Dans l’air pur les concentrations moyennes sont de 500 ions négatifs par cm3 et de 600 ions positifs par cm3. La concentration des petits ions augmente en montagne, en forêt, près d’une cascade, d’une fontaine, en haute altitude, dans les campagnes moins peuplées que les villes, sous une douche, près d’une flamme, au soleil. Les ions positifs augmentent avec certains vents (föhn, sirocco, chinook, khamsin), les brouillards, les lieux encaissés. Dans les espaces, clos, la concentration en ions négatifs diminue fortement en particulier, dans les atmosphères intérieures confinées poussiéreuses ou polluées avec l’air conditionné, près des appareils électriques et avec certains revêtements synthétiques.

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1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.3 Perception de la qualité de l’air

L’effet des ions sur l’organisme n’est pas encore très bien connu bien qu’ils semblent être nécessaires à la vie. Les ions négatifs sont censés avoir un effet germicide, une inhibition de l’hormone sérotonine et de l’histamine entraînant un effet relaxant, la régulation de la tension artérielle, l’amélioration de la vigilance, la diminution de la douleur, de l’anxiété. Cependant les influences biologiques des ions négatifs sont encore contestées. L’ionisation artificielle est une technique utilisée dans le traitement de l’air pour éliminer les poussières en suspension et augmenter la concentration des ions négatifs.

1.3 Perception de la qualité de l’air L’air intérieur ne doit pas seulement être exempt de substances nocives mais aussi être perçu comme frais, sans odeur, non irritant. La connaissance de la composition de l’air intérieur ne permet pas d’évaluer le degré de la qualité de l’air perçu dans un local. En effet certaines substances à l’état de traces, sans incidence sur la santé, peuvent être malodorantes comme par exemple l’acide butyrique (C3H7COOH) produit par la transpiration et qui est détecté à partir de 4.10 – 3mg/m3. Pour quantifier la qualité de l’air intérieur, on utilise une méthode basée sur l’évaluation sensorielle de la qualité de l’air. Les sens, l’odorat et la sensibilité chimique trigéminale des muqueuses du nez et des yeux (ex : irritation) sont en effet les premières sources d’information de la perception de la qualité de l’air intérieur. Une unité de la perception : l’olf (du latin olfactus, odorat) a été définie afin d’évaluer la qualité de l’air en se basant sur le jugement subjectif de plusieurs personnes. L’olf correspond au taux des bio-effluents émis par « une personne standard » définie comme étant un adulte sédentaire moyen travaillant dans un local non industriel ayant une ambiance thermique neutre et dont le niveau d’hygiène correspond à celui procuré par 0,7 bain par jour. Toute source de contamination peut ainsi être évaluée en olf. La pollution perçue est ainsi définie par la concentration des bio-effluents qui causeraient le même inconfort que la concentration des polluants dans l’air. La charge de pollution sensorielle d’un bâtiment pris dans son ensemble (occupants, mobilier, ventilation) peut être ainsi extraite en additionnant les olfs des différentes sources de contamination présentes. Par exemple, pour une salle de classe, la charge sensorielle est estimée à 0,3 olf en moyenne par m2. De nombreuses études faites avec un groupe de personnes jugeant de la qualité de l’air, ont permis de tracer la courbe du nombre de personnes insatisfaites en fonction du débit de ventilation en litre par seconde et par olf. Par exemple pour un débit d’air de ventilation de 10 litres/s ¥ olf on trouve 20 % de personnes insatisfaites, c’est-à-dire jugeant la qualité de l’air inacceptable à leur entrée dans la pièce. La qualité de l’air perçue peut aussi être exprimée en décipols. Un décipol (du latin pollutio, souillures) correspond à la contamination produite par une personne standard (un olf ) sous un débit de ventilation de 10 l/s d’air non pollué. 0,1 1 décipol = ------- olf [1.5] 1/s La relation entre la qualité de l’air perçue, exprimée par le % de personnes insatisfaites (PPI) et celle exprimée en décipols est :

112 Ci en décipols = ---------------------------------------( 5,98 – ln PPI ) 4 14

[1.6]

1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.4 Méthodes d’investigation de la pollution de l’air intérieur

Le débit de ventilation à choisir dépend du niveau de qualité de l’air souhaité. Le tableau 1.5 présente des niveaux de qualité de l’air caractérisés par le pourcentage de personnes insatisfaites, la contamination en décipols et le taux de renouvellement d’air (l /s × olf requis). Tableau 1.5 – Niveaux de qualité de l’air intérieur. (Source: Encyclopédie de sécurité et de santé du travail.) Niveaux de la qualité de l’air

% PPI

Décipol

Taux de renouvellement d’air l /s ¥ olf

A

10

0,6

1

B

20

1,4

7

C

30

2,5

4

Bien que la perception sensorielle de la qualité de l’air soit une méthode d’un grand intérêt, elle est limitée. Il y a nécessité à connaître la teneur de certains composés dangereux pour la santé (substances cancérogènes, micro-organismes, etc.) qui ne sont pas décelés par les sens.

1.4 Méthodes d’investigation de la pollution de l’air intérieur

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1.4.1 Enquêtes De nombreuses enquêtes généralement basées sur des questionnaires ont été menées afin de déterminer les facteurs liés à la pollution intérieure et au ressenti des habitants. Ce sont des outils indispensables dans les campagnes de mesures pour interpréter les données quantitatives recueillies. Les questionnaires, dont il existe des modèles dans la littérature, doivent utiliser un vocabulaire et des expressions simples comprises par l’ensemble de la population. Les questions posées peuvent être ouvertes ou fermées c’est-à-dire que, dans ce dernier cas, le choix de la réponse se fait parmi une liste de réponses proposées. Des échelles graduées permettent de quantifier la fréquence ou l’intensité d’une variable. Par exemple, l’échelle visuelle analogique (EVA) est graduée de 0 à10. La fréquence est quantifiée en divisant par la longueur totale la distance entre 0 et la marque faite par l’enquêté. Le questionnaire, après avoir été testé sur un petit panel d’individus, est, soit adressé par courrier, soit généralement rempli lors d’un entretien par un technicien enquêteur. La validité du questionnaire dépend de la participation, de la motivation et de l’implication des enquêtés. Il doit respecter l’anonymat et la confidentialité des données. L’analyse des réponses est faite à l’aide de logiciels. On peut ainsi obtenir par exemple un tri à plat consistant en tableaux simples ou en diagrammes donnant le classement et le dénombrement des réponses à une question (par exemple effectifs ou fréquences associées à chaque modalité d’un caractère qualitatif) ou encore obtenir des tableaux de contingences à double entrée permettant de corréler simultanément deux variables avec plusieurs modalités (tri croisé). Dans ce cas la relation de dépendance entre les différentes

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1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.4 Méthodes d’investigation de la pollution de l’air intérieur

variables doit être statistiquement valable. Le logiciel permet de calculer le degré de dépendance comme par exemple le « test du chi 2 » qui consiste à déterminer la probabilité d’indépendance p qui doit se trouver inférieure à 0,1 pour valider la relation.

1.4.2 Campagnes de mesures Elles ont pour objectif la mesure d’un ou de plusieurs polluants à l’intérieur des locaux dans des conditions bien déterminées. À titre d’exemple, on trouvera ci-dessous quelques modalités de la campagne de mesure nationale menée par l’OQAI du 1er octobre au 21 décembre 2005 dans 567 logements tirés au sort, représentatifs du parc de résidences principales (24 millions) en France. Une trentaine de paramètres choisis sur la base de leur dangerosité et de leur fréquence d’apparition ont été suivis dans chaque logement pendant une semaine avec une statistique d’échantillonnage spécifique pour chaque polluant. Ils concernent des composés chimiques (composés organiques volatils, aldéhydes, monoxyde de carbone), des biocontaminants (allergènes de chiens et des chats, acariens), des paramètres physiques (particules, radon, rayonnement gamma), des paramètres de confort et de confinement (température, humidité relative, dioxyde de carbone, débit d’air extrait). Le tableau 1.6 résume les protocoles utilisés, les appareils installés en continu étant petits et peu bruyants. Tableau 1.6 – Protocoles de mesures utilisés lors de la campagne de l’OQAI. Paramètres

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Protocole de mesure

Lieux

Durée

COV et aldéhydes

Diffusion sur cartouche ou adsorption sur un support solide. Analyse au laboratoire

Chambre des parents, extérieur, garage

1 semaine

Monoxyde de carbone (CO)

Mesures en continu avec capteur électrochimique, valeurs mémorisées toutes les 5 mn

Séjour, pièces avec appareils de combustion, extérieur

1 semaine

Radon

Accumulation des particules α sur un film en nitrate de cellulose. Analyse au laboratoire

2 dosimètres dans la chambre et le séjour

2 mois

Rayonnement γ

Radiamètre de type Geiger-Muller

Séjour

45 mn

Allergène

Prélèvement de poussières. Analyse au laboratoire

Séjour en l’absence d’animaux

Prélèvement d’une heure à un débit de 20 l/mn

Acariens

Prélèvement de poussières 2 min/m2 sur le matelas avec un aspirateur. Analyse au laboratoire

Chambre des parents

5 à 10 mn

1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.4 Méthodes d’investigation de la pollution de l’air intérieur

Tableau 1.6 – Protocoles de mesures utilisés lors de la campagne de l’OQAI. (Suite)

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Paramètres

Protocole de mesure

Lieux

Durée

Particules

Aspiration, filtration, impaction d’air avec un Minipartisol (2 tests pour PM10 et PM2,5). Pesée des filtres au laboratoire

Séjour

1 semaine de 17 h à 8 h en semaine et 24h sur 24 le week-end

Paramètres de confort

Profil de température, dioxyde de carbone, humidité relative avec Q-Track et enregistreur Hygrolog

Chambre, séjour

Pas de temps de 10 min pendant 1 semaine

Débit d’air extrait

Appareil Swemaflow (principe utilisant une grille de fils chauds)

Bouche d’extraction

Mesure instantanée

La mesure des différents paramètres a été complétée par la recherche des sources et des déterminants de ces polluants. Trois types de questionnaires ont été élaborés et remplis à l’aide de 12 équipes de techniciens-enquêteurs. Le premier questionnaire a permis de saisir sur agenda électronique les données descriptives sur la composition des habitants, leurs activités, leurs habitudes de vie, sur les caractéristiques du bâtiment et du logement, sur l’environnement, sur l’ensemble des équipements. Le second questionnaire est un semainier et carnet journalier où l’occupant note tout son emploi du temps (activités et produits utilisés, les pièces occupées). Enfin le dernier questionnaire rempli et renvoyé par courrier concerne le recueil d’éléments sur la santé allergique et respiratoire des 1 612 enquêtés. L’exploitation des résultats par de nombreux experts appartenant à 50 organismes a permis de dresser un premier état de la qualité de l’air intérieur en France. Très brièvement on notera que 9 % des logements présentent des concentrations très élevées en plusieurs polluants simultanément, alors que 45 % présentent des niveaux très faibles. Selon le polluant, 5 à 30 % des logements présentent des valeurs supérieures à la concentration moyenne trouvée. Les données relatives à chaque polluant sont données dans les chapitres suivants. La base de références élaborée va permettre, pour les études en cours et à venir, de mettre au point des indicateurs de la pollution de l’air, de développer un indice ou niveau de la qualité de l’air intérieur, de participer à la mise en place d’un système d’aide à la décision, de définir une politique de prévention et de gestion du risque sanitaire tout en aidant à la mise en place d’une réglementation dans les bâtiments et dans le choix de produits d’aménagement et d’usage courant. D’autres campagnes sur d’autres lieux de vie (bureaux, écoles, locaux recevant le public) sont en cours.

1.4.3 Études en laboratoires La recherche fondamentale en laboratoire a pour objet des études sur les animaux, des humains volontaires ou des cellules.

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1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.4 Méthodes d’investigation de la pollution de l’air intérieur

Les études in vivo sur des animaux consistent à leur faire inhaler différents polluants et à déterminer des relations entre la dose et les effets puis à déterminer les concentrations sans effet toxique durable. On utilise aussi des animaux (« animaux sentinelles ») pour identifier dans un milieu donné les dangers potentiels pour la santé de l’homme. Plusieurs informations sont obtenues par : – le suivi de paramètres physiologiques (taille, poids, décès…) ; – l’étude des séquences comportementales (activités…) ; – la recherche dans les tissus de la concentration du ou des polluants, des altérations moléculaires et cellulaires, de la capacité à la bioconcentration des substances nocives ; – l’autopsie des animaux pouvant révéler des lésions organiques. L’inconvénient des études sur l’animal est la difficulté d’extrapoler les résultats à l’homme. Les études sur des humains volontaires sont fortement contrôlées. Elles consistent à exposer des personnes sensibles (allergiques et asthmatiques) et non sensibles à différents niveaux de polluants de l’air en atmosphère contrôlée. Elles permettent, entre autres, de déterminer les seuils déclenchant les effets. Cependant, elles sont limitées à des expositions de courtes durées et à des résultats d’exploration fonctionnelle. Les études in vitro sur des cellules du tractus bronchique et de tissus respiratoires permettent de déterminer les phénomènes biologiques et les mécanismes élémentaires.

1.4.4 Études épidémiologiques Les études épidémiologiques ont pour objectif d’étudier la fréquence et les déterminants d’un problème de santé auprès d’une population. Les données relevées dans l’étude sont exprimées sous forme de dose réponse et les différents facteurs (facteurs biologiques, environnementaux, mode de vie, soins de santé) sont décrits afin de rechercher les causes des effets observés et de pouvoir ainsi intervenir efficacement. Les nombreuses études épidémiologiques entreprises ont principalement concerné l’effet de la pollution atmosphérique dans son ensemble, les polluant étudiés étant ceux pour lesquels des études en laboratoire ont montré des effets spécifiques comme, par exemple, le dioxyde d’azote, le dioxyde de soufre, les particules fines, le monoxyde de carbone, les hydrocarbures aromatiques polycycliques, le benzène. Les études épidémiologiques sont très complexes du fait de la diversité des polluants et de leur interaction, des expositions multiples et variées des individus (dépendant du temps passé à l’intérieur des locaux, à l’extérieur, des expositions professionnelles) et de la différence de sensibilité des personnes exposées. Par ailleurs les risques que l’on cherche à mettre en évidence sont souvent des risques faibles et certaines études sont ainsi menées sur une population vulnérable « sensible » comme les jeunes enfants, les personnes âgées, les femmes enceintes et leur fœtus, les sujets ayant des pathologies cardiovasculaires et respiratoires, les diabétiques, les fumeurs, les travailleurs exposés à des produits chimiques, les personnes pratiquant une activité physique. On distingue des études épidémiologiques sur des effets sanitaires à court ou moyen terme (temps d’exposition de quelques jours à un an) et des études épidémiologiques sur des effets à long terme souvent représentées par des affections chroniques. Les études sur des effets à court terme de type écologique sont, soit des études de séries temporelles en population générale cherchant à relier les variations journalières d’un indicateur de santé à celles d’un indicateur d’exposition, soit des études de panel sur

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1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.4 Méthodes d’investigation de la pollution de l’air intérieur

quelques mois consistant dans le suivi de l’exposition et des effets sanitaires au niveau individuel. Par exemple en France, on peut citer : – l’étude ERPURS, Évaluation des risques de la pollution urbaine sur la santé qui a étudié les effets à court terme de la pollution en Île-de-France ; – l’étude PSAS-9, programme de surveillance air et santé dans 9 villes. Les études sur les effets à long terme sont des études de cohorte (plusieurs milliers de personnes) ou d’incidence s’étendant sur plusieurs années et où un groupe de personnes ne présentant pas de signe de la pathologie étudiée est suivi et les incidents identifiés. Elles sont encore assez rares. Par exemple en France, on peut citer : – l’étude GENOTOX’ER qui s’est attachée à décrire l’exposition aux particules atmosphériques et au benzène dans 4 agglomérations ; – l’étude VESTA qui a recherché le rôle de la pollution automobile dans l’apparition de l’asthme chez l’enfant. Toute étude épidémiologique comprend plusieurs étapes : – la définition claire des objectifs avec l’ensemble des partenaires et la population concernée ; – la sélection de la population de l’étude, dépendant de la distribution géographique, de la concentration des polluants ou encore des plaintes de la population avoisinante. Un groupe choisi peut comprendre un groupe de référence c’est-à-dire un groupe non exposé ou témoin dans un but comparatif. Les échantillons doivent être représentatifs de la population en terme de sexe, de classe d’âge, de profession, etc. ; – la mesure de l’exposition à des polluants s’appuyant sur des questionnaires, des relevés de niveaux de polluants dans l’air, une modélisation de la dispersion atmosphérique. Les données peuvent être soit individuelles grâce à des capteurs individuels portés par les sujets, soit agrégées ou écologiques issues très souvent des réseaux de surveillance de la population urbaine ; – la mesure des effets sur la santé (effets directs toxiques ou effets liés au stress) basée sur des indicateurs d’effet ; – l’analyse statistique des résultats et l’estimation de la courbe exposition-risque aidant à l’estimation de l’impact sanitaire (voir chapitre 4). Les principaux indicateurs de santé sont : – les mortalités ; – l’aggravation des maladies asthmatiques et des performances respiratoires ; – la morbidité objectivée par des tests pratiqués hors plaintes et symptômes ; – la morbidité diagnostiquée par consultation et hospitalisation ; – la morbidité étendue (absentéisme, admission hospitalière, consommation de soins et de médicaments). Du fait de la non-spécificité de ces indicateurs on doit prendre en compte tous « les facteurs de confusion » pouvant fausser les résultats (facteurs individuels ou collectifs comme les facteurs météorologiques, les épidémies, la présence de pollens…). On doit aussi faire la différence entre l’incidence de nouveaux cas survenus lors d’une période spécifiée et la prévalence qui est la totalité des cas à un moment donné.

19

1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.5 Représentation et traitement de données

1.5 Représentation et traitement des données Les données enregistrées en temps réel sur ordinateur peuvent être présentées sous forme de tableaux ou mieux à l’aide de différents diagrammes. Leur analyse repose fréquemment sur des méthodes statistiques. Les unités relatives à l’expression des teneurs en polluants sont précédemment rappelées.

1.5.1 Unités d’évaluation des polluants m Polluants gazeux

On exprime la teneur d’un polluant gazeux dans l’air, soit par son volume contenu dans 1m3 d’air, soit par sa masse dans 1 m3 d’air. En volume, les unités utilisées sont le ppm (partie par million) ou le ppb (partie par billion). Ainsi une teneur de 1 ppm signifie qu’un mètre cube d’air contient 1 cm3 de polluant. Une teneur de 1 ppb correspond à 1 mm3 de substance polluante dans 1 m3 d’air. La masse dans 1m3 est généralement exprimée en µg (µg/m3) (1µg = 10 –3 mg = 10 –6 g). La conversion de ppm en µg/m3 et vice versa est basée sur la loi des gaz parfaits : à 0 °C une mole de n’importe quel gaz occupe un volume de 22,4 l, sous la pression d’une atmosphère. Exemples

Soit à exprimer en µg/m3 une teneur de 0,4 ppm de NO2. Masse molaire de NO2 : 14 + 2 ¥ 16 = 46 g = 46.106 µg. Volume molaire 22,4 l ou 22,4.10 –3 m3. Dans 1 m3 d’air il y a 0,4 cm3 de NO2 soit 0,4.10 –6 m3, soit une masse de : 6

–6

46.10 × 0,4.10 ----------------------------------------- = 821 mg/m3 –3 22,4.10

Soit à exprimer en ppm une teneur en SO2 de 300 µg/m3. Masse molaire de SO2 : 32 + 2 ¥ 16 = 64 g ou 64 106 µg. 64 g de SO2 occupent un volume de 22,4 l ou 22,4.10 3 cm3. Dans 1 m3 300 µg de SO2 occupent un volume de : 3

300 ¥ 22,4.10 ----------------------------------64.10 6

= 0,105 cm3 ou 0,105 ppm.

m Biocontaminants

Les micro-organismes (bactéries, moisissures) prélevées sont placés dans une boîte de Pétri sur des milieux nutritifs. Après multiplication des germes dans des conditions de température et d’humidité optimales, on dénombre les colonies visibles en Unité Formant Colonies par unité de volume (UFC/m3). En général le nombre maximum d’unités formant colonies est obtenu au bout de 4 à 6 jours d’incubation. Les colonies sont ensuite identifiées par leur forme, l’aspect de leur surface, leur consistance, leur pigmentation et leur réponse à des réactions chimiques, biochimiques et enzymatiques (voir chapitre 8).

20

1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.5 Représentation et traitement de données

m Substances radioactives

L’activité radioactive d’un élément radioactif ou le nombre de désintégrations par seconde s’exprime en Becquerel (Bq) et en curie : – 1 becquerel correspond à 1 désintégration par seconde ; – 1 curie = 37.109 becquerels. La période ou temps de demi-vie est le temps pendant lequel la moitié des atomes présents initialement se désintègrent. La dose absorbée ou énergie absorbée par unité de masse s’exprime en gray : 1 gray = 100 rads → 1 joule/kg 1 rad → 100 ergs/g Pour tenir compte des différents rayonnements qui n’ont pas, à même dose absorbée, le même effet biologique, on a défini l’équivalent de dose exprimé en sievert (Sv) : équivalent de dose = dose absorbée ¥ Q ¥ N

[1.7]

Q : facteur de qualité, Q = 1 pour les rayonnements X, g, électrons, Q = 20 pour les particules a, Q = 10 pour les protons et neutrons, Q = 2,3 pour les neutrons thermiques N : distribution non prise en compte actuellement : 1 Sievert = 1 Gray ¥ Q 1 sievert = 100 Rems (Rad Equivalent Man)

[1.8]

La valeur limite d’exposition radioactive est actuellement fixée à 0,055 Sv par an. m Poussières

Les poussières en suspension dans l’air sont caractérisées par leur diamètre aérodynamique défini comme le diamètre d’une sphère de masse volumique 103 kg.m –3 dont la vitesse limite de chute en air calme est identique à celle de la particule dans les mêmes conditions de pression, température et humidité relative. Le diamètre aérodynamique intègre à la fois les dimensions géométriques de la particule, sa masse volumique et sa forme. Les particules dont le diamètre aérodynamique est inférieur à 10 µm, 2,5 µm, 1 µm sont désignées respectivement par PM10, PM2,5, PM1.

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m Fibres

La concentration des fibres en suspension dans l’air est exprimée en nombre de fibres f dans un volume d’air déterminé (f/l ou f/ml). m Ondes électromagnétiques

Elles sont caractérisées par leur longueur d’onde (unités de longueur) et leur fréquence en hertz ou s –1 (voir chapitre 7).

1.5.2 Diagrammes Plusieurs types de diagrammes sont utilisés pour présenter les données et en livrer une première analyse : courbes, histogrammes, camembert, arborescence, diagramme boxplot, radar, etc. La figure 1.4 présente un diagramme boxplot.

21

1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.5 Représentation et traitement de données

Humidité relative (%)

50

40

30

20

Jour

Nuit

Logement 1A

Jour

Nuit

Jour

Logement 2B

Nuit

Logement 3B

Jour

Nuit

Logement 4B

Figure 1.4 – Diagramme « Boxplot ».

Le diagramme boxplot ou « boîte à moustaches » est basé sur la représentation des 1re, 2e et 3e quartiles des mesures (voir ci dessous). Il permet de mettre en évidence la dispersion des données et d’écarter les valeurs aberrantes.

1.5.3 Statistiques Plusieurs logiciels dont Excel™ permettent d’obtenir à partir des données les courbes de variation entre deux variables ainsi que les paramètres de position (moyennes arithmétiques ou géométriques, médiane) et les paramètres de dispersion (écart type, quantités et extremum des différentes valeurs, coefficients de régression et de corrélation dans le cas d’une relation linéaire). Quelques définitions de ces paramètres sont brièvement rappelées ci-dessous. m Moyenne arithmétique

La moyenne x d’un échantillon de n valeurs xi (i = 1, n) est définie par l’équation : n 1 x = --[1.9] xi n i=1

∑

m Moyenne géométrique

La moyenne géométrique g de n valeurs xi est la racine nième du produit de ces n valeurs :

n

g = n

∏ xi

[1.10]

i=1 ou encore :

1 log g = --- ∑ log ( x i ) n 22

[1.11]

1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.5 Représentation et traitement de données

m Médiane

La médiane xm est la valeur de la variable qui partage la population des n valeurs xi rangées par ordre croissant, en deux groupes d’effectifs égaux. Si le nombre des valeurs est impair, la médiane est égale à la valeur centrale. Si le nombre des valeurs est pair elle est donnée par :

x N/2 + x N/2 +1 x m = ------------------------------- = x N + 1 2 --------2

[1.12]

m Écart type ou écart quadratique moyen

L’écart type s est la moyenne quadratique des écarts à la moyenne arithmétique des valeurs de la variable étudiée. C’est la racine carrée de la variance V(x) définie comme la moyenne arithmétique des carrés des écarts à la moyenne d’un échantillon de n valeurs xi…xn : n

1 2 V ( x ) = ------------ ∑ ( x i – x ) n–1

[1.13]

i=1

σ =

V(x)

[1.14]

Quand la distribution d’une population homogène est sensiblement symétrique l’intervalle qui va de x – s à x + s contient 68 % des données de l’échantillon.

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m Percentile – Quartiles

Le percentile est le pourcentage de mesures égales ou en dessous de la valeur de référence. Par exemple un percentile 95 calculé sur les données journalières signifie que 5 % des mesures sont au dessus de la valeur de référence ce qui correspond à 18 dépassements par an. Les quartiles sont les valeurs du caractère x qui partagent la distribution ordonnée de l’échantillon en 4 parties comprenant le même effectif, égal au quart de l’effectif global. Ainsi 25 % des valeurs sont inférieures ou égales au 1er quartile, 50 % des valeurs sont inférieures ou égales au 2e quartile et 75 % des valeurs sont inférieures ou égales au 3e quartile. L’intervalle interquartile (compris entre les valeurs des 1er et 3e quartile) correspond à la dispersion de 50 % des valeurs de l’échantillon autour de la médiane. On peut aussi définir des déciles et des centiles qui partagent l’échantillon en 10 et 100 parties égales. Le diagramme boxplot est construit à partir des quartiles d’un échantillon. Chaque échantillon est caractérisé par un rectangle dont la hauteur est ainsi égale à l’intervalle interquartile (extrémité haute et basse correspondant aux valeurs Q3 et Q1 respectivement). La largeur du rectangle arbitraire est traversée par une ligne correspondant à la valeur du 2e quartile (médiane) sa hauteur correspondant aux valeurs extrêmes acceptables. Les valeurs aberrantes sont celles qui se positionnent à plus d’une fois et demi l’intervalle interquartile.

23

1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.5 Représentation et traitement de données

m Coefficient de régression d’une droite

Lorsqu’on suppose avoir une relation linéaire entre deux variables (y = f(x), x étant une variable indépendante), on recherche la droite qui représente le mieux l’ensemble des valeurs observées, droite dite d’ajustement ou encore de régression. La méthode d’ajustement est généralement celle des moindres carrés : le carré de la somme des « erreurs » doit être le plus faible possible. Le coefficient directeur ou coefficient de régression de la droite est calculé par l’équation :

(x – x)∑ (y – y) a = ∑ -----------------------------------------------2 ( x – x ) ∑

[1.15]

x et y étant les moyennes arithmétiques des séries étudiées. m Coefficient de corrélation entre deux variables

Deux variables x et y sont dites en corrélation quand les valeurs observées suggèrent une dépendance relative réciproque entre x et y. On peut estimer la dépendance fonctionnelle entre les deux variables (intensité de la corrélation) à partir des deux droites de régression Dy (x) (y ← x) et Dx (y) (x ← y) en calculant le coefficient de corrélation R ou coefficient de Pearson :

R = ± a x ◊ a y avec –1 < R < 1

[1.16]

ax et ay étant les coefficients de régression des deux droites. La corrélation est réelle quand R est supérieur ou égal à 0,87 ce qui correspond à un coefficient de détermination R2 = 0,75. m Intervalle de confiance des mesures de biocontaminants

La distribution naturelle des micro-organismes suit rarement une distribution gaussienne sauf après transformation en valeurs logarithmiques, la multiplication des microorganismes pouvant être assimilée à une suite géométrique. On calcule log(X ), logarithme décimal de la moyenne géométrique des valeurs logarithmiques des valeurs des variables aléatoires Xi, puis la moyenne géométrique X (X = 10log( X ). Si la taille de l’échantillon est peu importante, la moyenne X peut être différente de la valeur vraie X v :

X v = X ± marge d’erreur

[1.17]

L’écart entre X v et X avec le seuil de confiance choisi (généralement supérieur à 90 %) est désigné par « Standard Error » (SE). Il est calculé à partir de la variance V de X . Pour un échantillon de taille n :

SE =

σ

V ( X ) = ------n

[1.18]

s étant l’écart type à la moyenne.

L’intervalle de confiance est obtenu à partir de SE :

X v = X + z SE 24

[1.19]

1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.6 Normes de la qualité de l’air

z dépend du seuil de confiance. Pour un échantillon où n est supérieur à 100 et pour un seuil de confiance de 95 %, z0,025 est égal à 1,96, ce qui exclut une probabilité de 2,5 % en queue de distribution de part et d’autre de la distribution gaussienne. Cependant dans le cas où un échantillon est plus faible (n < 100) on doit estimer s. On remplace z0,025 de la distribution normale par t0,025 dont la valeur est donnée dans les tables de Student en fonction du nombre de prélèvements : σ’ X v = X + t0,025 ¥ -----n

[1.20]

(s’ écart estimé).

1.6 Normes de la qualité de l’air Elles définissent un niveau de qualité de l’air et sont à la base de la gestion de la qualité de l’air. Pour un polluant donné, la concentration à ne pas dépasser est indiquée avec la durée d’exposition maximale. Sont ainsi données des valeurs limites, des valeurs guides, des valeurs cibles, des seuils de recommandation et d’alerte. En France pour l’air intérieur, il n’existe pratiquement pas de valeurs guides ou de valeurs limites sauf en hygiène du travail. L’agence Française de Sécurité Sanitaire de l’Environnement et du Travail a mis en place un groupe de travail pour élaborer les valeurs des valeurs guides relatives à la qualité de l’air intérieur, valeurs basées sur des critères sanitaires. En Europe des valeurs guides ont été élaborées, « Air Quality Guidline for Europe » de l’OMS et « Critical Appraisal of the Setting Implementation on Indoor Exposition Limits in Europe Union » (projet européen INDEX). On trouvera ci-dessous quelques définitions. m Valeur limite

Elle représente, sur la base de connaissances scientifiques, le niveau maximal de concentration de substances polluantes au-delà duquel une exposition de courte durée présente en effet nocif pour la santé humaine ou l’environnement.

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m Valeur limite d’exposition (VLE) ou valeur limite d’exposition professionnelle (VLEP)

Concentration maximale admissible du polluant donné dans l’air du local à laquelle le travailleur ne peut être exposé pour une durée inférieure ou égale à 15 minutes. m Valeur limite moyenne d’exposition

VME (hygiène du travail) : concentration maximale admissible pour un polluant donné dans l’air du travail à laquelle le travailleur ne peut être exposé pour une durée de 8 heures par jour (sans mettre en danger le salarié). m Valeurs limites réglementaires indicatives ou recommandées

Elles sont établies à partir de données toxicologiques obtenues principalement chez l’animal pour des effets déterminés avec seuil (Chapitre 4). Elles sont révisées en permanence et ne sont prises en compte que pour les voies respiratoires.

25

1 • La pollution de l’air intérieur, un enjeu de santé publique

1.6 Normes de la qualité de l’air

M Indicateurs biologiques d’exposition (IBE)

Valeurs de référence correspondant soit aux concentrations d’un produit chimique dans l’air expiré ou dans les liquides biologiques, soit à une réponse biologique à un produit chimique. – Valeurs guides : valeurs minimales à partir desquels les effets sur la santé sont observés (éditées par l’OMS). – Valeurs cibles ou objectifs de qualité : niveau fixé pour éviter à long terme un risque pour la santé humaine à atteindre si possible sur une période donnée. – Seuil de recommandation ou d’information : niveau à partir duquel une exposition peut présenter un risque pour la santé des personnes sensibles et qui déclenche une information de la situation par les pouvoirs publics. – Seuil d’alerte : niveau à partir duquel une exposition à courte durée présente un risque pour la santé humaine et qui entraîne des mesures immédiates par les pouvoirs publics. m Valeurs toxicologiques de référence

Les valeurs toxicologiques sont « les valeurs qui correspondent à la relation entre la dose d’exposition et l’apparition probable d’un effet sanitaire lié à une exposition répétée, allant de plusieurs jours à plusieurs années ». Elles sont définies pour une durée donnée et une voie d’absorption donnée (voir chapitre 4). Les valeurs limites réglementaires ou recommandées sont indiquées pour les principaux polluants de l’air intérieur (chapitres 5, 6, 7). Un tableau de synthèse est donné au chapitre 10.

26

2 • POLLUTION DE L’AIR AMBIANT EXTÉRIEUR

La pollution de l’air ambiant extérieur dépend des sources d’émission locales mais aussi de la diffusion et du transport des polluants, conduisant à une distribution très irrégulière de ceux-ci. Les sources peuvent être naturelles ou anthropiques, ponctuelles ou diffuses, fixes ou mobiles. La pollution est d’autant plus difficile à évaluer que les polluants émis directement par les sources et désignés comme « polluants primaires » sont transformés, selon leur stabilité chimique, par des réactions chimiques et photochimiques en d’autres espèces chimiques dites « polluants secondaires ». On doit ainsi prendre en compte la nature et la concentration des polluants primaires émis, leur diffusion, leurs transformations chimiques éventuelles et les retombées au sol parfois très loin des sources. La qualité de l’air extérieur qui assure la ventilation des locaux est très surveillée et fait l’objet d’une réglementation contraignante.

2.1 Sources et polluants

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2.1.1 Polluants primaires Les sources anthropiques c’est-à-dire dues aux activités humaines sont principalement : – les installations fixes de combustion (centrales thermiques, chaudières et fours industriels, installations de chauffage urbains et domestiques)… ; – le trafic routier et aérien, source de pollution diffuse ; – l’incinération des déchets ; – les installations industrielles et artisanales (métallurgie, sidérurgie, raffineries, pétrochimie, cimenteries, chimie) ; – l’agriculture et l’élevage. Plusieurs substances émises par des sources naturelles peuvent s’ajouter ou réagir avec les polluants primaires émis par les sources anthropiques. En particulier ce sont : – des composés du soufre dont le dioxyde de soufre rejetés par les volcans, les océans ou produits par les feux de forêt et la décomposition biologique ; – des oxydes d’azote émis par les volcans, les océans, la décomposition biologique et les éclairs ; – des particules en suspension (aérosols) émises par les volcans, les embruns marins, l’érosion éolienne, la pollinisation, les feux de forêt ; – des composés organiques comme les terpènes, l’isoprène, produits par la végétation ; – des éléments radioactifs provenant de l’écorce terrestre dont le radon.

27

2 • Pollution de l’air ambiant extérieur

2.1 Sources et polluants

La liste détaillée mais non exhaustive des polluants émis par l’ensemble de ces sources est présentée dans le tableau 2.1. L’effet sur la santé de ces polluants retrouvés dans l’air intérieur sont décrits dans les chapitres 5, 6 et 7. Tableau 2.1 – Principaux polluants atmosphériques, sources naturelles et anthropiques. (Sources : Centre Interprofessionnel Technique d’étude de la Pollution Atmosphérique – CITEPA) Polluants

Sources naturelles

Sources anthropiques

Composés minéraux Ammoniac NH3

Sources biologiques dans le sol, dégradation des déchets organiques

Composés chlorofluorés

Combustion du charbon, du fuel, traitement des déchets. Agriculture, élevage (70%), cultures (20%) Réfrigérants, mousses, propulseurs d’aérosols

Chlorure d’hydrogène HCl

Volcans, sources chaudes, dégradation du chlorure de méthyle CH3Cl

Combustion du charbon, chimie, incinération d’ordures

Dioxyde de soufre SO2

Volcans, océans, oxydation du sulfure d’hydrogène

Production d’électricité (23%), raffinage du pétrole (22%) ,résidentiel (8%), chimie (7,5%), industrie (6%)

Fluorure d’hydrogène HF

Volcans, sources chaudes

Briqueteries, industries de céramique

Monoxyde de carbone CO

Océans, feux de forêts, oxydation du méthane et d’hydrocarbures naturels (terpène), fermentation.

Combustions incomplètes hydrocarbures, fuel, bois, gaz, charbon), procédés industriels, métallurgie (29%) , résidentiel (31%), transport routier (29%°)

Oxydes d’azote NOx

Volcans, orages, feux de forêts, microorganismes anaérobies

Installations de combustion, automobiles, poids lourds diesel

Perfluoro carbures

Métallurgie (73%) aluminium, chimie (10%), biens d’équipement, matériaux de transport (7%)

Protoxyde d’azote N2O

Océans, dénitrification biologique dans le sol

Culture (67%), élevage (8,3%), chimie (9%), voitures (1,9%)

Sulfure d’hydrogène H2S

Fermentation anaérobie, volcans, sources chaudes

Raffinage du pétrole, cimenteries, gaz de cokeries, industries du papier

Métaux lourds Cadmium Cd

Incinération des déchets, métallurgie (25%), matériaux de construction (25%), résidentiel (5%)

Chrome Cr

Industries manufacturières (64%), résidentiel tertiaire (26%), transformation d’énergie (10%)

28

2 • Pollution de l’air ambiant extérieur

2.1 Sources et polluants

Tableau 2.1 – Principaux polluants atmosphériques, sources naturelles et anthropiques. (Suite) (Sources : Centre Interprofessionnel Technique d’étude de la Pollution Atmosphérique – CITEPA) Polluants

Sources naturelles

Sources anthropiques

Métaux lourds (suite) Cuivre Cu

Transport ferroviaire (34%), poids lourds, (16%), voitures (26%)

Mercure Hg

Production d’électricité (36%) , chimie (16%), traitement des déchets (16%), matériaux de construction (8,2%), transformation d’énergie (10%)

Nickel Ni

Raffinage pétrole (27%), production d’électricité (23%), chimie (8,7%), agroalimentaire (8,2%), métallurgie (7,9%)

Plomb Pb

Métallurgie (39%), matériaux de construction (22%), résidentiel (14%), transport aérien (13%), transformation d’énergie (7,6%)

Zinc Zn

Industries manufacturières (71%), résidentiel, tertiaire (23%), transformation d’énergie (6%)

Selenium Se

Industries manufacturières (84%), résidentiel, tertiaire (11%), transfert d’énergie (5%) Aérosols- poussières Volcans, océans, érosion, éoliennes, pollinisation, feux de forêts, microorganismes

Industries, travaux, carrières, transports, centrales thermiques, chauffage, etc.

Composés organiques

© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.

Composés organiques non méthaniques (COVNM)

Composés organiques chlorés, chlorure de méthyle CH3Cl

Résidentiel (31%), culture (9,5%), construction (8,9%), industries manufacturières (7,8%), voitures à essence (6%) Combustions lentes, mers, algues

Industries du PVC

Chlorure de méthyle (CH2Cl2), méthylchloroforme (CH3CCl3), trichloréthylène, tétrachloréthylène, tétrachlorure de carbone CCl4

Solvants (nettoyage, dégraissage…)

Chloroforme

Industries pharmaceutiques, solvant, blanchiment du bois, combustions

29

2 • Pollution de l’air ambiant extérieur

2.1 Sources et polluants

Tableau 2.1 – Principaux polluants atmosphériques, sources naturelles et anthropiques. (Suite) (Sources : Centre Interprofessionnel Technique d’étude de la Pollution Atmosphérique – CITEPA) Polluants

Sources naturelles

Sources anthropiques

Composés organiques (suite) Composés organiques soufrés : méthyl mercaptan CH3SH, sulfure de diméthyle CH3SCH3

Sources biologiques anaérobies

Traitements de cadavres d’animaux, fumiers d’animaux, papeteries, pâtes à papier, raffineries de pétrole (CH3SCH3)

Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)

Combustion résidentielle (40%), industries (22%), transports (30%)

Hydrofluorocarbures (HFC)

Industries chimiques (10%), secteur tertiaire, commercial (31%), voitures, agroalimentaire, expansion des mousses polyuréthanes (8%)

Méthane CH4

Fermentations, émission des marécages, océans, gisements de gaz et de pétrole

Elevage (74%), combustion incomplète (déchets) (18%), résidentiel (3,7%)

Polychloro biphényles (PCB)

Combustion résidentielle (39%), incinération des déchets (40%), chimie (15%)

Hexachlorobezène (HCB)

Incinération (40%), combustion résidentielle (39%), chimie (15%)

Dioxines, furanes

Industries manufacturières (12%), résidentiel combustion du bois (20%), incinération des déchets (65%)

Hydrocarbures légers

Sources biologiques aérobies, gisements naturels de gaz et pétrole

Pesticides

Emissions des raffineries, des voitures Herbicides, insecticides

2.1.2 Polluants secondaires issus des polluants primaires De très nombreuses réactions chimiques avec des vitesses souvent très différentes ont lieu dans l’atmosphère. Elles sont généralement initiées par action de la lumière visible et des rayons ultraviolets sur des polluants primaires. Elles conduisent soit à des radicaux très réactifs soit à de nouvelles espèces énergétiques pouvant à leur tour être dissociées ou entrer en réactions. Les ondes électromagnétiques peuvent être considérées comme un flux de grains d’énergie appelés photons. L’énergie des photons E dépend de la fréquence de l’onde, elle peut être calculée par l’équation suivante : E (J) = h × n h : constante de Plank = 6,625.10 –34 joules . seconde n : fréquence de l’onde en s –1

30

[2.1]

2 • Pollution de l’air ambiant extérieur

2.1 Sources et polluants

Pour qu’il y ait dissociation d’une liaison, il faut que la molécule absorbe un rayonnement suffisamment énergétique généralement de courtes longueurs d’onde. Après avoir rappelé quelques notions élémentaires sur la formation des radicaux dans la troposphère, seule, sera commentée succinctement, la formation des principales espèces constituant le « smog oxydant » ou brouillard photochimique. m Génération de radicaux

Un radical est une entité chimique ayant un électron célibataire. Il est souvent symbolisé par un point en exposant. Il peut résulter de la coupure homolytique d’une liaison de covalence formée par une paire d’électrons mise en commun entre deux atomes. Chaque segment prend un électron célibataire. Cette coupure peut se faire grâce à l’énergie des rayons UV. Par exemple : CH3CHO → CH3• + CHO• (λ =313 nm) Cette coupure s’oppose à la coupure hétérolytique de la liaison de covalence observée par exemple en solution aqueuse où l’atome le plus électronégatif capte le doublet ; il se forme un anion et un cation. Ex : H—Cl → H+ + Cl –). Un radical peut réagir avec une molécule en formant un nouveau radical. Dans la troposphère les radicaux les plus importants sont OH•, HO•2 et RO•2 (R : groupe alkyl). Le radical OH• très réactif a une durée de vie de l’ordre de la seconde. Il est principalement formé, en faible concentration, par réaction d’un atome d’oxygène à l’état excité avec une molécule d’eau : O* + H2O → OH• + OH• : L’atome d’oxygène provient essentiellement de la photodissociation de l’ozone. L’ozone absorbe dans le visible et l’UV. Le spectre électronique de l’ozone consiste en trois bandes diffuses : la bande de Chappuis (450 à 850 nm), la bande de Huggins (300 à 360 nm) et la bande de Hartley (200 à 300 nm). L’énergie de dissociation de la liaison O2—O est faible (101 kJ) et la photodissociation de l’ozone a lieu dans les trois régions d’absorption : – à l > 320 nm O3 → O2 + O (3P), atome d’oxygène à l’état fondamental ; – à l < 320 nm O3 → O2 + O* (1D), atome d’oxygène à l’état excité. Les radicaux OH• réagissent avec de nombreux composés en les oxydant (par exemple les hydrocarbures saturés et insaturés, le dioxyde d’azote, le dioxyde de soufre, le monoxyde de carbone, etc.).

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m Smog photochimique

Le « smog photochimique » est un brouillard brunâtre et oxydant se formant en milieu urbain lors de journées ensoleillées et en présence d’un trafic routier important. C’est un mélange d’ozone, de composés carbonylés (principalement des aldéhydes) et de péroxyacétylnitrate (PAN) formés à partir des polluants primaires émis par les moteurs des véhicules (oxydes d’azote et hydrocarbures). M Formation de l’ozone

Le dioxyde d’azote, NO2, émis par les automobiles absorbe dans le visible entre 300 et 500 nm avec un maximum vers 390-410 nm. Entre 313 et 404,7 nm, le dioxyde d’azote se dissocie en monoxyde d’azote et en un atome d’oxygène à l’état fondamental avec un bon rendement quantique. L’atome d’oxygène réagit avec une molécule d’oxygène en présence d’une molécule inerte M pour conduire à l’ozone :

31

2 • Pollution de l’air ambiant extérieur

2.1 Sources et polluants

hn NO2 → N + O O + O2 + M → O3 La nuit, en absence de lumière, le dioxyde d’azote se reforme par réaction de l’ozone et du monoxyde d’azote : NO + O3 → NO2 + O2 En fait ces réactions sont très complexes et dépendent des rapports de concentration des précurseurs. M Formation des aldéhydes

Les aldéhydes se forment par oxydation des hydrocarbures selon une chaîne de réactions amorcée par le radical OH et faisant intervenir le monoxyde d’azote : RCH3 + OH• → RCH•2 + H2O RCH•2 + O2 → RCH2O•2 RCH2O•2 + NO → RCH2O• + NO2 RCH2O• + O2 → RCHO + HO•2 HO•2 + NO → OH• + NO2 RCH3 + 2O2 + 2 NO → RCHO + 2 NO2 + H2O

Bilan :

M Formation du nitrate de péroxyacétyle (PAN)

Les aldéhydes formés peuvent à leur tour réagir avec le radical OH•. L’acétaldéhyde peut ainsi conduire à la formation du PAN en présence du dioxyde d’azote : CH3CHO + OH• ⇒ CH3CO + H2O CH3CO• + O2 → CH3C (O) O•2 CH3C(O)O•2 + NO2 → CH3C(O)O2NO2

Concentration (ppm)

0,5

Hydrocarbures

0,4

Aldéhydes 0,3

NO2

0,2

Ozone

NO 0,1

4

6

8

10

12

14

16

18

Heures de jour

Figure 2.1 – Évolution des précurseurs du smog photochimique et des oxydants qui le constituent.

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2 • Pollution de l’air ambiant extérieur

2.1 Sources et polluants

Le PAN, est un irritant des yeux et des voies respiratoires. Il peut se décomposer en NO2 et en radicaux péroxyacétyles, la réversibilité de la réaction dépendant du rapport NO/NO2. La figure 2.1 schématise l’évolution des oxydes d’azote, des aldéhydes et de l’ozone pendant une journée ensoleillée en présence d’un trafic routier important. On constate que les teneurs des hydrocarbures et du dioxyde d’azote diminuent au cours de la journée alors que se forment l’ozone et des aldéhydes.

2.1.3 Aérosols Les aérosols sont des polluants très nocifs à la fois primaires et secondaires. Non seulement, ils diminuent la visibilité, réduisent le rayonnement solaire mais ils affectent particulièrement la santé. Les fines particules (nanoparticules) pénètrent dans l’appareil respiratoire en apportant des bactéries, des métaux lourds et des hydrocarbures aromatiques polycycliques (voir chapitres 4 et 7). Du fait de leur importance, quelques-unes de leurs caractéristiques sont présentées ci-dessous, On appelle aérosols toute particule liquide ou solide en suspension dans l’air. Leur nature, leur taille, leur composition, leur concentration varient dans le temps et l’espace car ils proviennent de sources très variées. En les assimilant à une sphère, leur diamètre est compris entre 10 –3 et 100 µm. On distingue : les particules ultrafines ou noyaux d’Aitken de diamètre inférieur à 10 –1 µm, les particules fines de diamètre particulaire inférieur à 1µm, les grosses particules de diamètre inférieur à 10 µm et les particules grossières de diamètre compris entre 10 et 200 µm. La figure 2.2 donne quelques dimensions des particules dispersées dans la basse atmosphère. Aérosols Impuretés normales dans l’air extérieur au repos

Brouillard

Brume

Gouttes de pluie

Poussières et fumées métallurgiques Poussières de ciment Vapeurs d’oxyde de zinc

© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.

Virus de la mosaïque du tabac

Charbon pulvérisé Poussières d’insecticide

Virus et protéines

Spores végétales

Bactéries

Noir de charbon

Pollens

Fumées de tabac Ø des molécules de gaz

Vapeurs d’huile

Cendres volantes Ø du cheveu humain µm

0,0005 0,001

0,005 0,01

0,05 0,1

0,9

1

5

10

50

100

500 1 000

Figure 2.2 – Diamètre et nature de quelques aérosols. (Source : INRS note 1093.90.78.)

On estime à 3 milliards de tonnes par an le flux des particules éjectées dans l’atmosphère. Les aérosols primaires sont émis par des sources naturelles et anthropiques, les aérosols

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2 • Pollution de l’air ambiant extérieur

2.2 Dispersion et transport des polluants de l’air ambiant

secondaires généralement de taille inférieure à 1 µm résultent de réactions chimiques entre les composés gazeux. Les aérosols naturels sont principalement produits par l’action du vent sur les surfaces marines et continentales (1 500 Mt/an d’aérosols désertiques et 1 300 Mt/an d’aérosols marins). Leur composition est ainsi très proche du produit d’origine. Les poussières d’origine anthropique sont produites par les combustions domestiques ou industrielles, (suies, cendres), la fabrication du ciment, le traitement des métaux, l’usure des pneus, le traitement des déchets, etc. Ils contiennent principalement du carbone et des particules métalliques (fer, zinc, plomb, cuivre, cadmium…), des poussières industrielles. Les aérosols secondaires naturels ou anthropiques se forment à partir de la condensation de vapeurs saturées de la phase gazeuse. Il se forme des noyaux de condensation ou de cristallisation qui grossissent en agglomérant d’autres particules. Ces aérosols de conversion se produisent dans la gamme des noyaux d’Aitken. Ils contiennent, sous forme de sels, des ions sulfates, nitrates, ammoniums, chlorures, calcium, magnésium et de nombreux composés organiques dont des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) cancérogènes. Ils transportent aussi des micro-organismes et des éléments radioactifs. Ils participent à la formation des nuages et du brouillard en captant la vapeur d’eau. Les gouttes d’eau formées autour du noyau de condensation dissolvent les particules et absorbent des gaz (CO2, NOx, SO2, HCl, NH3). Si l’eau s’évapore il y a formation de nouveaux aérosols contenant entre autres des sulfates, des acides… Les très fines particules (d < 0,1 µm) ont une vie très courte car elles coagulent pour former des agrégats. Les particules de diamètre 0,1 à 10 µm sont éliminées par les pluies et ont une durée de vie de 4 à 6 jours en moyenne. Les particules de diamètre supérieur à 10 µm tombent rapidement sur la terre par gravité (sédimentation).

2.2 Dispersion et transport des polluants de l’air ambiant La dispersion et le transport des polluants atmosphériques dépendent de plusieurs paramètres : les conditions de rejet, les conditions météorologiques, les conditions orographiques. Des modélisations s’appuyant sur ces différents facteurs sont utilisées. Ce sont des outils indispensables pour évaluer l’impact d’une source de pollution dans l’environnement, concevoir des réseaux d’échantillonnage, aider à la décision, faire des études de risques ou simuler une pollution accidentelle.

2.2.1 Conditions de rejet Les conditions de rejet dépendent des propriétés physico-chimiques du polluant (pression de vapeur, stabilité chimique, points d’ébullition, de fusion, solubilité dans l’eau), du mode d’émission, des caractéristiques de la source, du déplacement du nuage, des échanges thermiques. m Nature du polluant

Dans la plupart des cas, les produits émis sont des gaz, certains pouvant contenir des particules. On distingue les « gaz lourds » plus denses que l’air pour lesquels les forces de gravité influencent la dispersion, les « gaz légers », moins denses que l’air et qui peuvent subir la poussée d’Archimède, les « gaz neutres » de même densité et de même température

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2.2 Dispersion et transport des polluants de l’air ambiant

que l’air, sans quantité de mouvement et dont la dispersion dépend essentiellement du vent et de la turbulence atmosphérique. m Modes d’émission de la source

Les rejets peuvent être instantanés ou continus. Les rejets instantanés, généralement produits par une rupture brutale du réservoir de stockage, génèrent, s’il n’y a pas d’obstacle, une extension initiale isotrope du nuage avec un volume gazeux sphérique ou semi-sphérique si l’émission a lieu au niveau du sol. Pour un rejet continu, le débit, la vitesse et la température du rejet peuvent être estimés. Les sources d’émission peuvent être ponctuelles (par exemple émission d’une cheminée), linéaires (par exemple émissions provenant d’une autoroute), diffuses (émissions produites par le chauffage domestique en ville). Elles sont caractérisées par leur surface, leur altitude par rapport au sol, leur durée (sources intermittentes ou continues), leur emplacement (sources fixes ou sources mobiles comme les voitures). Dans le cas d’un rejet en milieu confiné, on doit comparer le débit d’extraction au débit de fuite en tenant compte des fuites au niveau des parois. m Déplacement du nuage, échanges thermiques

Aux premiers instants de l’émission, la quantité de mouvement transporte le nuage de gaz vers l’avant quand le rejet est continu et augmente son expansion quand le rejet est instantané. Cette quantité de mouvement diminue progressivement. L’air entraîne le nuage et quand sa densité devient proche de celle de l’air, le vent et la turbulence atmosphérique sont les facteurs prépondérants de la dispersion du nuage. Lorsque le nuage atteint une couche d’inversion, il y a augmentation de la largeur du nuage, la composante de la quantité verticale de la quantité de mouvement étant transformée en composante horizontale. Outre les effets mécaniques, les échanges thermiques jouent un rôle sur la dispersion quand la température des gaz émis est très différente de celle de l’atmosphère et du sol, il y a dilution par convection thermique. m Différentes phases de dispersion des rejets émis par une cheminée

La dispersion des polluants rejetés par une cheminée peut être décomposée en 4 phases.

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M Première phase : ascension

Le panache va s’élever, sa trajectoire dépendant de sa densité, de sa granulométrie, de sa température, de sa vitesse d’éjection ainsi que de la vitesse et de la direction du vent au débouché de la cheminée. Généralement il y a surélévation du panache, cette surélévation étant d’autant plus importante que la température de l’effluent est élevée et que le rapport entre la vitesse d’éjection et la vitesse du vent est grand. On appelle hauteur effective de la cheminée la somme de la hauteur de la cheminée et de la surélévation verticale du panache. Une hauteur effective élevée réduit les risques de pollution locale, la concentration maximale au sol des polluants variant en raison inverse du carré de la hauteur effective. Au cours de son ascension, le panache se refroidit, sa vitesse d’ascension diminue, sa densité se rapproche de celle de l’air ambiant, le panache s’infléchit et devient plus ou moins horizontal.

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2.2 Dispersion et transport des polluants de l’air ambiant

Il peut s’établir une zone tourbillonnaire autour de la cheminée du fait des obstacles à l’écoulement des vents comme la cheminée elle-même et les bâtiments entourant la cheminée. Pour que le panache ne se rabatte pas, la vitesse de sortie des gaz doit être 2,5 fois celle du vent et la hauteur de la cheminée environ 2,5 fois celle des bâtiments environnants. M Deuxième phase : dispersion locale

Le panache n’a plus de mouvement propre, sa diffusion dépend des conditions météorologiques et de la turbulence atmosphérique. Le panache se dilue et peut atteindre le sol à une distance d’environ dix à vingt fois la hauteur effective de la cheminée. M Troisième phase : dispersion à l’échelle régionale (20 à 400 km)

Les polluants se diluent uniformément à l’intérieur d’une couche d’atmosphère appelée couche de mélange atmosphérique et dont l’épaisseur est de 1 à 2 km le jour et de 200 à 300 m la nuit, au cours de laquelle, la convection thermique est moins importante. Dans cette couche, les polluants peuvent subir des transformations chimiques et s’ils sont stables ils peuvent être transportés à plus haute altitude et même dans la stratosphère comme par exemple les chlorofluorocarbones responsables de la destruction de la couche d’ozone. Au cours de cette phase des polluants sont aussi transférés de l’air au sol par déposition atmosphérique. M Quatrième phase : transport à longues distances

Les polluants entraînés suffisamment haut à la faveur de mouvements ascendants peuvent être transportés à des milliers de kilomètres de leur point d’émission : c’est la pollution transfrontalière. On a pu le constater lors de la catastrophe de Tchernobyl en 1986. Une forte radioactivité est encore observée dans l’est de la France et en Corse.

2.2.2 Influence météorologique et environnementale La dispersion des polluants généralement émis à moins de 100 m au-dessus du sol dépend des conditions météorologiques. Leur évacuation peut se faire horizontalement par le vent et verticalement grâce à la turbulence atmosphérique. Le gradient vertical de vitesse et le gradient vertical de température sont influencés par les effets de frottement de l’air sur le sol et par les échanges de chaleur entre le sol et l’atmosphère (qui varient avec le cycle diurne et la nature du sol), les conditions météorologiques (ensoleillement, nébulosité). Le vent est un facteur important de la dispersion des polluants : sa direction oriente le panache de fumée et sa vitesse augmente la dispersion des polluants. m Turbulence atmosphérique, vent

La turbulence atmosphérique a un rôle important dans la dispersion des polluants. Elle se traduit par des mouvements à petite échelle dus à la variation de la vitesse du vent dans le temps et l’espace autour d’une valeur moyenne et de sa direction. Elle a deux origines : une origine mécanique générée par la présence d’obstacles ou par la rugosité des sols et une origine thermique due au gradient vertical de la température de l’air. Les situations de basses pressions correspondent généralement à une turbulence de l’air assez forte et donc à de bonnes conditions de dispersion. Inversement des situations

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2.2 Dispersion et transport des polluants de l’air ambiant

anticycloniques (hautes pressions) où il y a une bonne stabilité de l’air ne favorisent pas la dispersion et peuvent engendrer des épisodes de pollution. Le vent résulte de l’équilibre entre les forces de pression, la force de Coriolis et les forces de frottement. La direction de la force du gradient de pression va des hautes pressions vers les basses pressions. La force de Coriolis due à la rotation de la terre, perpendiculaire à la vitesse du vent dévie l’air vers la droite dans l’hémisphère nord et vers la gauche dans l’hémisphère sud. La force de friction due au relief et à la nature de la surface est sensible dans la couche limite atmosphérique. La couche limite atmosphérique est la partie de l’atmosphère où la présence du sol perturbe le champ de vitesse du vent. Son épaisseur varie de quelques centaines de mètres à 1 500 ou 2 000 m. Elle est constituée de deux parties schématisées figure 2.3 : – une couche supérieure ou couche d’Ekman dans laquelle l’effet de la force de Coriolis devient prépondérant avec l’altitude, – une couche en contact avec la surface du sol (jusqu’à 100 m) ou couche de surface dans laquelle les effets de la force de Coriolis sont négligeables devant les effets mécaniques engendrés par le sol et par la stratification thermique. Sa partie inférieure ou souscouche rugueuse de quelques millimètres à quelques dizaines de mètres est le siège d’un écoulement turbulent non homogène fonction de la rugosité du sol. Dans l’atmosphère libre à plusieurs centaines de mètres d’altitude, le vent sous l’action des forces de pression et de Coriolis (dit géostrophique) est uniforme, horizontal, peu turbulent et sa vitesse est constante.

Atmosphère

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Couche d’Ekman

Libre écoulement

Laminaire

Couche limite écoulement turbulent

Couche limite de surface

Figure 2.3 – Couche limite atmosphérique. (Source : Météo-Midi.)

La vitesse du vent augmente donc avec le gradient de pression et avec l’altitude, les différents obstacles ralentissant sa vitesse près de la surface du sol. On considère que les mécanismes de dispersion ne sont plus influencés par les obstacles à des distances supérieures à 10 fois la dimension de l’obstacle dans la direction du vent ou à 2,5 fois perpendiculairement à cette direction à la fois dans le plan horizontal et le plan vertical. La vitesse du vent varie entre le jour et la nuit. Le jour, la convection thermique ramène au sol l’air qui se déplace en altitude et les vents de surfaces sont renforcés. La nuit, la convection thermique est plus faible et les vents d’altitude sont renforcés.

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2.2 Dispersion et transport des polluants de l’air ambiant

La topographie locale d’un site (rues canyons, vallées, bords de mer, reliefs) influence aussi la circulation des masses d’air due à une action dynamique et thermique. Par vent faible, l’influence du relief local est prépondérant et des brises apparaissent au gré des contrastes thermiques. M Phénomène de brise littorale

La nuit, la terre se refroidit plus vite que la mer, une zone de basse pression se crée sur la mer et il se forme une brise soufflant de la terre vers la mer. Cette brise de terre dissipe les polluants d’une ville côtière vers la mer. Le jour, c’est le phénomène inverse qui se produit : la terre se réchauffe plus vite que la mer. La basse pression qui s’établit sur la terre crée un mouvement d’air de la mer vers la terre, c’est la brise de mer. La brise de terre est généralement moins forte que la brise de mer, la différence de température entre la mer et la terre étant plus faible la nuit que le jour. Ces brises se font sentir de quelques centaines de mètres à quelques kilomètres des côtes. M Phénomène de brise de pente

Une brise de pente peut se produire dans le cas d’un relief. Durant le jour, le sol incliné d’un relief se réchauffe plus vite que l’air libre au même niveau. L’air au contact du sol devient plus léger et tend à s’élever le long de la pente : c’est la brise montante ou anabatique. La nuit, inversement, l’air au contact du sol se refroidit, devient plus dense et s’écoule le long de la pente : c’est la brise descendante ou catabatique. M Effet canyon

Les rues canyons sont des rues étroites bordées de part et d’autre de la chaussée par des bâtiments de hauteur importante par rapport à la largeur de la rue. Dans ces rues où la principale source de pollution est la circulation automobile, les polluants stagnent si le vent vient de côté, il y a accumulation des polluants. m Variation verticale de température. États de stabilité de l’atmosphère

Sous l’influence des flux d’air ascendants ou descendants les particules émises subissent des variations de pression sans que la masse d’air reçoive ou fournisse de la chaleur (compression et détente adiabatiques). Comme illustré figure 2.4, la masse d’air en montant se dilate et sa température diminue, en descendant elle se contracte et sa température augmente, la variation de température étant due à la variation de pression en détente adiabatique. Détente

État initial

Compression

Figure 2.4 – Détentes et compressions adiabatiques.

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2.2 Dispersion et transport des polluants de l’air ambiant

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Le gradient adiabatique de température d’une quantité élémentaire d’air sec s’élevant en altitude à partir du sol est de 1 degré pour 100 mètres. L’état de stabilité de l’atmosphère se définit par rapport à ce gradient adiabatique sec aussi appelé droite de neutralité thermique ou neutre. En fait les conditions d’adiabatisme ne sont pas toujours réalisées et dans certains cas il peut y avoir inversion de température. On distingue ainsi trois types d’état de l’atmosphère : indifférence, instabilité, stabilité qui peuvent être caractérisés, comme schématisé figure 2.5, par l’allure d’un panache de fumée sortant d’une cheminée, ces états se retrouvant lors d’une inversion de température. Atmosphère indifférente : les conditions d’adiabatisme sont réalisées. Le panache ne peut amorcer aucun autre mouvement que celui donné par les forces initiales liées à l’émission. Le panache est conique et la concentration des polluants est la même dans toutes les directions à partir de l’axe du cône. Atmosphère instable : la décroissance de température est supérieure au gradient adiabatique sec, (décroissance de plus de – 0,5 °C par 100 m ou gradient de 0,5 °C/100m), l’atmosphère est dite suradiabatique. La parcelle d’air qui amorce un mouvement ascendant est plus chaude et légère que les masses d’air environnantes et elle poursuit son mouvement. Inversement, la masse gazeuse qui est soumise à un mouvement descendant se réchauffe moins vite que l’air ambiant, elle s’alourdit et poursuit sa descente. Le panache est tourmenté, sa dispersion verticale est favorisée, il y a phénomène de looping. L’atmosphère suradiabatique favorise la dispersion des polluants mais la concentration des polluants au sol peut être importante, le panache étant ouvert. Atmosphère stable : le taux de refroidissement de l’air est inférieur au gradient adiabatique sec, l’atmosphère est dite sous-adiabatique (moins de – 0,5 °C pour 100 m ou de gradient 0,5 °C/100 m). Si la masse d’air amorce un mouvement ascendant, étant plus froide donc plus dense que l’air ambiant elle revient à son état initial. La masse d’air qui amorce un mouvement descendant reste plus chaude donc plus légère que l’air ambiant et elle remonte pour revenir à son état initial. Le panache est étroit et allongé horizontalement dans le sens du vent (fanning). L’atmosphère sous-adiabatique freine l’extension verticale des polluants, elle est défavorable à la diffusion des polluants mais la concentration des polluants au sol est relativement faible.

Atmosphère indifférente (cône régulier un peu moins ouvert)

Atmosphère sur-adiabatique

Atmosphère sous-adiabatique

Figure 2.5 – Illustration de l’allure schématisée des panaches en fonction de la stabilité de l’atmosphère. M Inversion de température

Dans certaines conditions, on peut observer une inversion du gradient de température, c’est-à-dire une augmentation de la température avec l’altitude (figure 2.6). Cet état d’inversion de température est caractérisé par son altitude de début et de fin d’inversion,

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2.2 Dispersion et transport des polluants de l’air ambiant

par l’épaisseur de la couche d’inversion, et par la différence de température entre la base et le sommet. Elle se produit quand une masse d’air chaud surmonte une masse d’air froid. Cette situation se produit généralement par temps ensoleillé avec une nuit sans vent et un ciel clair. Durant la journée le sol est réchauffé par le soleil. Le soir le refroidissement du sol entraîne la formation d’une couche d’air froid surmontée par de l’air resté chaud en altitude. La couche d’inversion qui est maximale à l’aube va se dissiper progressivement avec le lever du soleil et le réchauffement du sol. La couche d’inversion constitue un couvercle qui empêche les polluants de se disperser, il n’y a plus de brassage de l’air et souvent leur concentration augmente, créant un épisode de pollution atmosphérique qui peut durer plusieurs jours si le soleil est insuffisant pour dissiper la couche d’inversion particulièrement en présence d’une couche de nuages. À Londres en 1952, en hiver une couche d’inversion a duré 9 jours conduisant à une concentration du dioxyde de soufre produit par les foyers de combustions. En 4 jours plus de 4 000 personnes sont décédées. Lors de l’émission par une cheminée d’un panache de fumée, deux cas peuvent se produire. La hauteur de la cheminée est plus haute que le sommet de la couche d’inversion, les polluants sont bien dispersés sans risque de retombée au sol. La hauteur de la cheminée est plus faible que le sommet de la couche d’inversion et les polluants ne sont pas dispersés. Selon l’état de stabilité de l’atmosphère au-dessus ou au-dessous de la couche d’inversion, les panaches peuvent prendre des formes particulières.

Figure 2.6 – Inversion de température. M Classification des états de stabilité de l’atmosphère

Des classes de stabilité atmosphérique présentées tableau 2.2 ont été définies (classification de Pasquill). Elles ont été établies en fonction de l’ensoleillement et de la vitesse du vent comme résumé tableau 2.3. Tableau 2.2 – Classes de stabilité de Pasquill. Classe de stabilité

Définition

Classe de stabilité

Définition

A

Très instable

D

Neutre

B

Instable

E

Légèrement stable

C

Légèrement instable

F

Stable

Note

Une forte insolation correspond à une élévation de 60 °C ou plus du soleil par rapport à l’horizon, une insolation modérée à une élévation comprise ente 35 et 60 °C et une faible insolation à une élévation de 15 à 35 °C.

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2.2 Dispersion et transport des polluants de l’air ambiant

Tableau 2.3 – Détermination des classes de stabilité atmosphérique adaptées de Pasquill. Vitesse du vent de surface (m/s)

Jour insolation

<2

2à<3

3à<5

5à<6

>6

Forte

A

A-B

B

C

C

Modérée

A-B

B

B-C

C-D

D

Légère

B

C

C

D

D

Jour ou nuit

Ciel couvert

D

D

D

D

D

Nuit Couverture nuageuse

> 50 %

–

E

D

D

D

< 40 %

–

F

E

D

D

2.2.3 Modélisation de la dispersion atmosphérique Plusieurs modèles peuvent être mis en œuvre : des modèles physiques, des modèles statistiques, des modèles numériques. Les modèles numériques qui s’appuient sur les études expérimentales et les logiciels statistiques permettent de tester rapidement et à moindre coût un nombre important de scénarios ou des solutions proposées pour diminuer les nuisances atmosphériques.

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m Modèles physiques

Ils consistent en la réalisation de maquettes à échelle réduite en laboratoire ou sur site. On peut ainsi reproduire les conditions de diffusion pour différentes vitesses et directions de vent, ainsi que pour différentes conditions d’émission en utilisant un gaz traceur inerte (généralement l’hexafluorure de soufre). Sur site, la trajectoire des polluants peut être suivie par injection du gaz traceur dans le panache. Les études sur maquette représentant le lieu étudié se font en veines hydrauliques ou en soufflerie turbulente. Les résultats permettent de valider les modèles mathématiques, de déterminer les phénomènes à modéliser, d’aider au développement des outils de calcul. Citons pour exemples : – l’étude en soufflerie réalisée à l’École Centrale de Lyon pour déterminer l’impact des écrans acoustiques sur la dispersion des polluants émis à proximité de l’autoroute A 47 dans la traversée de Givors, – l’étude du comportement des écoulements autour des côteaux de Pech-David pour quatre situations présentant des gradients d’inversion de température associés à des vents d’ouest et d’est, situations reproduites au 1/10 000 de la topographie de Toulouse, – des lâchers de traceur SF6 durant 6 jours avec des mesures de concentration au sol et à 100 m d’altitude à bord du Piper Azlec de Météo France à des distances entre 300 m et 6 km afin d’étudier la dispersion des polluants à courte distance en cas d’urgences environnementales et afin de valider le modèle Perle (campagne Capitoul), – la simulation des couches limites neutres, par Météo France, à l’aide de la veine hydraulique du CNRM (Centre national de recherche météorologique) dont le sol a été recouvert sur 12 m de briques Lego® pour représenter les rugosités du sol.

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2.3 Surveillance de la qualité de l’air ambiant extérieur

m Modèles statistiques

En amont des simulations de la dispersion des polluants, des études statistiques sont nécessaires comme l’étude des données météorologiques d’un site, l’estimation de la dispersion des nuages de polluants. Dans ces modèles un panache est assimilé à la superposition des localisations successives prises par un grand nombre de particules soumises au mouvement turbulent de l’atmosphère simulée. m Modèles numériques

Ils doivent prendre en compte tous les nombreux paramètres impliqués dans la dispersion des polluants. On distingue : – les modèles analytiques basés sur la solution gaussienne de l’équation de diffusion sous l’action du vent et de la turbulence ; – les modèles intégraux basés sur l’intégration dans le temps et dans l’espace des équations fondamentales simplifiées de la mécanique des fluides ; – les modèles maillés tridimensionnels basés sur l’intégration dans le temps des équations fondamentales de la mécanique des fluides.

2.2.4 Retombées et transformations des polluants Au cours de leur transport, de nombreux polluants participent à des réactions chimiques et photochimiques et sont souvent transformés en produits plus toxiques. Une bonne part d’entre eux retombe sur le sol. On distingue les dépôts secs et les dépôts humides. Les dépôts secs constitués de polluants primaires et secondaires correspondent aux retombées au sol de polluants gazeux et de particules en absence de précipitations. Ces retombées sont dues en partie à la gravité et aux interactions chimiques au niveau du sol comme par exemple l’adsorption sur la surface externe des plantes. Les dépôts humides correspondent aux retombées des polluants incorporés au sein des précipitations (pluie, neige, brouillard). Il y a condensation de la vapeur d’eau autour des fines particules ou solubilisation des polluants au sein des gouttelettes des nuages ou du brouillard. Les dépôts secs se manifestent à une distance proche des sources (10 km) alors que les dépôts humides peuvent être ressentis à de grandes distances et dans des zones non polluées. Les dépôts de composés acidifiants (NH3, NO/NO2 et SO2) se font pour une bonne part sous forme de dépôts secs gazeux par adsorption sur la surface externe des plantes.

2.3 Surveillance de la qualité de l’air ambiant extérieur La loi sur l’air (LAURE) du 30 décembre 1996 rend obligatoire la surveillance de la qualité de l’air, la définition d’objectifs de qualité et l’information au public. Un certain nombre de plans (plan régional de qualité de l’air, plan de protection de l’atmosphère, plan de déplacement urbain) ont été institués et des dispositifs de surveillance de la qualité de l’air ont été mis en œuvre. Le ministère de l’Écologie et du Développement durable (MEDD) est responsable de la mise en œuvre de la politique nationale de surveillance, de prévention et d’information. Il s’appuie sur l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME), le Laboratoire central de surveillance de la qualité de l’air (LCSQA) et la Fédération ATMO.

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2.3 Surveillance de la qualité de l’air ambiant extérieur

2.3.1 Plans de prévention m Plan régional de qualité de l’air (PRQA)

Le Plan régional de qualité de l’air est un outil d’information, de concertation et de planification à l’échelon régional. Il fixe les orientations à moyen et long terme visant à prévenir ou à réduire la pollution atmosphérique afin d’en atténuer les effets sanitaires. Les orientations portent entre autres sur : – la surveillance de la qualité de l’air et de ses effets sur la santé et les conditions de vie, sur les milieux naturels et agricoles et sur le patrimoine ; – la maîtrise des pollutions atmosphériques dues aux sources fixes d’origine agricole, industrielle, tertiaire ou domestique ; – la maîtrise des émissions de polluants atmosphériques dues aux sources mobiles notamment aux moyens de transport ; – l’information du public. Le projet de Plan régional de qualité de l’air est élaboré par le préfet de la région assisté par une commission fixée par arrêté du préfet, composée des représentants des services d’État, des collectivités territoriales de la région, des représentants des organismes de surveillance, de consommateurs, d’usagers des transports, des représentants du comité régional de l’environnement et des conseils départementaux d’hygiène ainsi que de personnes qualifiées. Le projet est mis à la disposition du public et soumis pour avis aux conseils généraux des départements de la région, aux conseils municipaux de la région, aux autorités organisatrices du déplacement urbain. Tous les cinq ans la mise en œuvre du PRQA fait l’objet d’une évaluation par le préfet et par la commission, cette évaluation pouvant conduire à une révision du plan.

© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.

m Plan de protection de l’atmosphère (PPA)

Dans toutes les agglomérations de plus de 250 000 habitants et dans les zones où les valeurs limites de qualité d’air sont dépassées, le préfet doit élaborer un plan de protection de l’atmosphère. Ce plan a pour objet de ramener à l’intérieur de la zone concernée les concentrations des polluants à un niveau inférieur aux valeurs limites, en dressant notamment les mesures qui pourraient être prises par les autorités administratives compétentes, mesures concernant le fonctionnement et l’exploitation de certaines installations (chaudières, usines), l’usage des combustibles et des carburants, l’utilisation des véhicules, le contrôle des émissions. Le PPA définit également les modalités de déclenchement d’alerte. Le projet de plan, évalué tous les cinq ans est soumis au Conseil départemental de l’environnement et des risques sanitaires et technologiques (CODERST), instance de concertation et de conseil pour la prise de décision du préfet (ce conseil a remplacé le comité départemental d’hygiène). m Plan de déplacement urbain (PDU)

Dans toutes les villes de plus de 100 000 habitants, un plan de déplacement urbain est obligatoire pour rationaliser l’organisation des transports, de la circulation et du stationnement. Il recherche à améliorer la sécurité des déplacements, à diminuer le trafic routier, à augmenter l’usage des transports collectifs et du covoiturage, à développer les déplacements économes peu polluants (bicyclette, marche à pieds), à aménager les réseaux

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2 • Pollution de l’air ambiant extérieur

2.3 Surveillance de la qualité de l’air ambiant extérieur

de voirie, à organiser les zones de stationnement, à rationaliser les conditions d’approvisionnement en marchandises tout en maintenant les activités commerciales et artisanales. Il fait l’objet d’une évaluation tous les cinq ans, la révision devant intervenir dans un délai maximum de trois ans.

2.3.2 Associations agréées de surveillance de la qualité de l’air (AASQA) La surveillance de la qualité de l’air a été confiée à des Associations agréées de surveillance de la qualité de l’air (loi de 1901). Au nombre de 40 sur le territoire national, les AAQSA sont regroupées dans la Fédération ATMO. La figure 2.7 montre leurs implantations et l’annexe 1 indique leur sigle, leur adresse, et leur site Web. Chaque AASQA regroupe des représentants de l’État, de l’ADEME, des associations de défense de l’environnement, des collectivités territoriales, des industriels, des émetteurs de polluants, des consommateurs.

Figure 2.7 – Implantation des AASQA en France.

Les associations agréées ont pour principales missions : – des missions de base : gestion de plusieurs réseaux de mesure, organisation des campagnes de mesures, mise en œuvre de modèles de prévision, de spatialisation ou de diagnostic pour anticiper le dépassement des seuils réglementaires, diffusion des données et en particulier de l’indice ATMO,

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2 • Pollution de l’air ambiant extérieur

2.3 Surveillance de la qualité de l’air ambiant extérieur

– des missions d’expertises : orientation de projets urbains industriels et routiers, prévision dans l’avenir des évolutions des paramètres, évaluation des futurs besoins et mise en place de stratégies de surveillance, – des missions pédagogiques et stratégiques : valorisation des connaissances, conseils, formation sensibilisation du grand public et des universitaires. Dans ses tâches, les AASQA sont aidées par l’ADEME et le laboratoire LCSQA. L’ADEME, assure la coordination technique de la qualité de l’air et gère les bases de données nationales de qualité de l’air. Le LCSQA apporte son soutien scientifique et technique aux associations. Il est composé de l’École des mines de Douai, de l’Industrie nationale de l’environnement industriel et des risques (INRI) et du Laboratoire national d’essais. Il contribue à l’amélioration de la qualité des mesures, au maintien de leur traçabilité, aux performances des instruments, à la certification, à la réduction des incertitudes, à la mise en place de la chaîne d’étalonnage, à la recherche de nouveaux étalons de référence.

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2.3.3 Réseaux de mesures La surveillance de la qualité de l’air est effectuée dans des stations fixes de mesure et par des camions laboratoires. Des campagnes de mesure sont aussi entreprises. On compte sur le territoire national 750 sites permanents, 2 100 analyseurs, 24 camions laboratoire. Les sites de mesure sont répartis sur le territoire selon un plan d’échantillonnage argumenté. Ils doivent caractériser les différents types de micro-environnements dans lesquels les personnes sont exposées. Selon leur emplacement, on distingue les stations de fond, les stations urbaines, les stations de proximité, les stations dites d’observation. Les stations dites de fond : elles désignent des stations éloignées de toute source directe de pollution. Elles mesurent une pollution minimum à laquelle la population est soumise dans ce secteur. On distingue les stations de fond urbaines et les stations de fond rurales, régionales localisées à plus de 50 km de l’agglomérations dans une zone comprenant une population inférieure ou égale à 500 habitants et située à 2 km au moins de toute infrastructure telle qu’une voie de circulation, un entrepôt. Ces dernières évaluent les transferts de pollution en provenance de l’agglomération sous l’action du vent, la pollution surtout photochimique, la charge ionique des précipitations. Les stations urbaines situées dans l’agglomération où il y a une forte densité de population sans exposition directe, représentatives d’une pollution moyenne. Les stations de proximité placées directement près d’une source de pollution, représentatives du niveau d’exposition maximum. Ce sont en particulier les stations trafics placées à quelques mètres du trafic ou encore au centre d’un carrefour. À Paris, on en trouve cinq situées place de l’Opéra, boulevard Haussmann, dans les 2e et 9e arrondissement, rue de Rivoli, près du Châtelet dans les 1er et 4e arrondissements. Les stations dites d’observation à vocation d’étude. Elles sont situées dans des zones à population faible ou sensible mais présentant une source de pollution importante ou particulière, (exemples : zones de production agricole où une source locale de pollution peut contaminer la chaîne alimentaire par des polluants bio-accumulatifs, zone aéroportuaire…). Les stations sont équipées d’un ou de plusieurs analyseurs prélevant l’air extérieur et mesurant chacun en continu 24 h sur 24 et 7 j sur 7, de manière automatique, un polluant spécifique. Un nombre limité de composés est mesuré. Ce sont des indicateurs caractéristiques d’une source de pollution, ayant des effets néfastes connus et quantifiés.

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2 • Pollution de l’air ambiant extérieur

2.3 Surveillance de la qualité de l’air ambiant extérieur

Dans l’Union européenne, le suivi de 13 polluants au moins est obligatoire. Ce sont en particulier le dioxyde de soufre, les oxydes d’azote, les particules fines en suspension, le plomb, le benzène, les hydrocarbures polycycliques aromatiques les composés organiques volatils, le monoxyde de carbone, des métaux (plomb, arsenic, nickel, cadmium, mercure), l’ozone. La chaîne de mesure comprend : la canne de prélèvement (air prélevé par aspiration grâce à une pompe), la ligne d’échantillonnage formée de tubes en un matériau inerte (téflon) de moins de 6 m qui achemine les polluants jusqu’à l’analyseur en limitant les transformations chimiques de l’échantillon. L’échantillon arrive dans l’analyseur avec un débit constant, il est mesuré en continu par une méthode (physique ou optique) spécifique de chaque polluant. Un ordinateur, avec un système d’acquisition de données, collecte les résultats des mesures. Les données moyennées, tous les 1/4 d’heure, sont stockées dix jours sur le site. Les données sont ensuite rapatriées par un serveur sur un poste central via une liaison modem où elles sont stockées dans une base de données informatisée. Les résultats sont validés, analysés, diffusés. Pour les particules en suspension et les métaux, on réalise un tourbillon dans la tête de prélèvement pour éliminer par centrifugation les particules supérieures à 10 microns, (les lignes d’échantillonnage sont verticales). Pour les polluants traces qui nécessitent un grand volume d’air (hydrocarbures aromatiques, HAP, métaux), l’analyse est différée, elle est effectuée en laboratoire. Le tableau 2.4 présente quelques techniques de mesure. La technique DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy ou spectroscopie d’absorption optique différentielle) permet de mesurer avec un seul instrument plusieurs polluants simultanément sur plusieurs centaines de mètres sans effectuer de prélèvements. Un rayon lumineux est transmis entre un émetteur et un récepteur, la lumière transmise étant analysée par spectroscopie. Airparif qui a installé ce dispositif sur deux sites (entre le toit du bâtiment d’Airparif et d’une part le sommet de la tour Saint-Jacques et d’autre part le toit du bâtiment Morland, à 20 et 30 m du sol) mesure ainsi 6 polluants sur un rayon de 1 600 m et 3 polluants sur un rayon de 220 m. Tableau 2.4 – Techniques de mesure utilisés par les analyseurs des stations de mesure. Polluants

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Principe

Monoxyde de carbone Absorption d’un rayonnement infrarouge CO à 4,6 µm et 2,3 µm

Comparaison avec une cellule contenant une concentration connue de CO

Dioxyde de soufre SO2 NF X 43-019

Fluorescence UV SO2 + hν → SO2* SO2* → SO2 + hν

SO2 excité par un rayonnement UV (lampe à vapeur de zinc) qui ré-émet en revenant à l’état fondamental, un rayonnement UV dont l’intensité est proportionnelle à la concentration de SO2 (Loi de Beer-Lambert)

Ozone O3

Absorption UV à 254 µm

Le mélange gazeux passe alternativement par une voie de référence où l’ozone est décomposé par un catalyseur et la voie de mesure (Loi de Beer-Lambert)

2 • Pollution de l’air ambiant extérieur

2.3 Surveillance de la qualité de l’air ambiant extérieur

Tableau 2.4 – Techniques de mesure utilisés par les analyseurs des stations de mesure. (Suite) Polluants

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Oxydes d’azote NOx

Principe Chimiluminescence NO + O3 → NO2* + O2 NO2* → NO2 + hν

La réaction de NO avec l’ozone produit NO2 à l’état excité. La désexcitation de NO2* produit une émission dans le proche IR (1,2 µm) recueillie par un photomultiplicateur (Loi de Beer-Lambert) On analyse 2 échantillons : 1er échantillon introduit directement donne la concentration en NO le 2e échantillon est préalablement traité dans un four à quartz à haute température : NO2 est réduit en NO puis analysé. On obtient NO+NO2 initial.

Les camions laboratoires permettent d’effectuer des mesures complémentaires périodiques, de vérifier la validité de l’implantation, la bonne installation des stations fixes, d’évaluer la nature et l’intensité de la pollution régionale et enfin de déterminer de futurs sites de stations fixes. Ces véhicules sont généralement équipés d’analyseurs pour SO2, ozone, CO, oxydes d’azote, poussières fines, hydrocarbures, benzène, et de capteurs météorologiques. Les têtes de prélèvement sont installées sur le toit du camion. Le camion est équipé d’un climatiseur pour assurer la température adéquate de fonctionnement des appareils et de bouteilles de gaz pour le calibrage des appareils. Après analyse les données sont stockées dans une centrale d’acquisition puis rapatriées au poste central grâce à un modem. Les camions laboratoires possèdent leur propre unité centrale pour traiter les données et procéder au suivi des appareils, ainsi qu’un GPS et une station météorologique (température, humidité relative, direction et vitesse du vent mesurées à environ 10 m du sol). Airparif qui gère la pollution en Île-de-France pour 11 millions de Franciliens, possède 46 stations automatiques (31 urbaines et périurbaines, 8 rurales, 6 trafics, 1 d’observation), 134 instruments de mesure, 7 dispositifs mobiles, 121 analyseurs ainsi que des outils de modélisation. L’ensemble des résultats permet d’établir une cartographie de la pollution atmosphérique des villes et de déterminer l’indice ATMO. Plusieurs études expérimentales ponctuelles et des campagnes de mesures sont aussi réalisées afin d’améliorer la connaissance de la qualité de l’air.

2.3.4 L’indice ATMO L’indice ATMO, indice journalier de la qualité moyenne de l’air des grandes agglomérations, a été mis en place par l’ADEME et appliqué au niveau national en 2000. Il est obligatoirement calculé et diffusé dans les agglomérations de plus de 100 000 habitants par l’AASQA de la région. L’ADEME regroupe l’ensemble des informations et diffuse un bulletin quotidien de la qualité de l’air sur son site Internet et sur le site www.buldair.org. L’indice calculé par plusieurs villes de moins de 100 000 habitants a le label ATMO si

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2 • Pollution de l’air ambiant extérieur

2.3 Surveillance de la qualité de l’air ambiant extérieur

le dispositif de surveillance comporte le même nombre de capteurs et le même positionnement, sinon l’indice est dit Indice simplifié de Qualité de l’Air (IQA). L’indice ATMO est calculé conformément à l’article 3 de l’arrêté du 22 juillet 2004 à partir de quatre polluants mesurés automatiquement par les stations urbaines de fond : le dioxyde d’azote (NO2), le dioxyde de soufre (SO2), l’ozone (O3) les particules en suspension de moins de 10 µm de diamètre (PM10). La qualité de l’air est évaluée par un chiffre allant de 1 à 10 : 1, 2 : très bon, 3, 4 : bon, 5 : moyen, 6, 7 : médiocre, 8, 9 : mauvais, 10 : très mauvais. Un système de code couleur est associé aux valeurs des indices : vert de 1 à 4, orange de 5 à 7, rouge de 8 à 10. Pour déterminer la valeur de l’indice on affecte un sous-indice variant de 1 à 10 à chaque composé mesuré. Le tableau 2.5 donne la valeur de ces sous-indices en fonction des concentrations mesurés (moyennes des maximums horaires relevés sur l’ensemble des stations). L’indice ATMO correspond au sous-indice le plus important. Par exemple on a relevé des concentrations de 260 µg/m3 en SO2, 90 µg/m3 en NO2, 140 µg/m3 pour O3, 45 µg/m3 pour PM10 ce qui correspond aux sous-indices 7 pour SO2, 4 pour NO2, 6 pour O3, 5 pour PM10. L’indice ATMO sera de 7, médiocre. Entre 1998 et 2006, l’indice ATMO en Île-de-France a montré 81,5 % de jours de très bon à bon, 17,4 % de moyen à médiocre et 1,13 % de jours de mauvais à très mauvais. L’indice ATMO ne permet pas de caractériser les pollutions au voisinage immédiat d’une source de pollution (voie de circulation, installations industrielles). Tableau 2.5 – Valeurs des sous-indices utilisées pour définir l’indice ATMO. Indice

Qualificatif

SO2 µg m –3

NO2 µg m –3

O3 µg m –3

Pouss. µg m –3

1

Très bon +

0-39

0-29

0-29

0-9

2

Très bon

40-79

30-54

30-54

10-19

3

Bon +

80-119

55-84

55-79

20-29

4

Bon

120-159

85-109

80-104

30-39

5

Moyen

160-199

110-134

105-129

40-49

6

Médiocre

200-249

135-164

130-149

50-64

7

Médiocre +

250-299

165-199

150-179

65-79

8

Mauvais

300-399

200-274

180-249

80-99

9

Mauvais +

400-599

275-399

250-359

100-124

10

Exécrable

≥ 600

≥ 400

≥ 360

≥ 125

M Indice trafic horaire

Un indice trafic horaire a été mis en place par Airparif pour informer les usagers de la qualité de l’air des grandes voies de circulation. Les mesures sont réalisées avenue des Champs-Élysées (8e), place Victor-Basch (14e), porte d’Auteuil (boulevard périphérique), près de l’autoroute A1 à Saint-Denis. Le calcul est fait à partir des teneurs en NO2 et des PM10, l’échelle de 1 à 10 est associée à très bon, bon, moyen médiocre, mauvais, très mauvais. M Procédures d’alerte

Les procédures d’alerte concernent SO2, NO2, O3.

48

2 • Pollution de l’air ambiant extérieur

2.3 Surveillance de la qualité de l’air ambiant extérieur

Quand le seuil d’alerte ou niveau de pollution, au-delà duquel une exposition de courte durée présente un risque pour la santé humaine, est atteint, les pouvoirs publics prennent des mesures pour limiter l’ampleur et les effets des pollutions. Le seuil d’information et de recommandation correspond à la moitié du seuil d’alerte. Les pouvoirs publics informent de la situation et mettent en garde les personnes sensibles (enfants) et recommandent la mise en œuvre de mesures. Le niveau 6-7 correspond approximativement au déclenchement de la procédure d’information et de recommandation du public pour l’indice global régional. Le niveau 8-9 correspond approximativement au déclenchement de la procédure d’alerte du public pour l’indice global régional. Le tableau 2.6 indique les différents seuils pour l’ozone, le dioxyde de soufre et le dioxyde d’azote. Les seuils issus des directives européennes et du Conseil supérieur d’hygiène publique de France sont revus régulièrement en fonction de la réglementation. Tableau 2.6 – Seuils de recommandation et d’alerte pour SO2, NO2, O3 (en µg/m3). Dioxyde d’azote NO2

Ozone O3

Dioxyde de soufre SO2

Niveau de mise en vigilance des services

120

130

200

Niveau d’information

200

180

300

Niveau d’alerte

400

240 300 360

600

Remarque : pour l’ozone il y a 3 niveaux d’alerte avec les contraintes suivantes : – 1er seuil dépassé pendant 3 heures consécutives : limitation de vitesse ; – 2e seuil dépassé pendant 3 heures consécutives : limitation des transports de transit dans l’agglomération ; – 3e seuil : la moitié des véhicules équipés de la pastille verte peuvent rouler.

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2.3.5 Évolution de la qualité de l’air L’important programme de modernisation et d’extension des réseaux de mesures ainsi que la diffusion en temps réel des résultats au public, la modélisation et la prévision ont permis de diminuer fortement la pollution de l’air extérieur. On note ainsi entre 2000 et 2007 une baisse notable du plomb (– 49 %), du dioxyde de soufre (– 27 %), des oxydes d’azote (– 13 %), des composés organiques volatils (– 31 %), des particules PM10 (– 17 %). Des méthodes de mesure des particules plus sophistiquées vont permettre de mieux prévenir l’impact de particules fines.

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3 • PRINCIPALES SOURCES DES CONTAMINANTS DE L’AIR INTÉRIEUR DES ESPACES CLOS ET SEMI-CLOS

Les lieux de vie sont nombreux et variés tant par leur structure, leurs matériaux, leurs équipements, et les activités de leurs occupants. Seules les sources à l’origine des contaminants de l’air des habitations, des bureaux, des établissements fréquentés par le public (écoles, hôpitaux, lieux de loisirs…) et des transports seront décrites. L’air intérieur des locaux industriels qui est contrôlé par des normes spécifiques et qui est l’objet d’une surveillance régulière ne sera pas considéré. Les différentes maladies professionnelles sont listées dans l’annexe 2. Aux contaminant produits par l’ensemble des sources présentes dans les espaces clos et semi-clos, il faut ajouter les contaminants de l’air extérieur en tenant compte de leur transfert dans le bâtiment. Les édifices peuvent en effet exercer une protection contre certains polluants de l’air extérieur. Des études entreprises par le CSTB, l’ADEME, le LHVP ont montré que le dioxyde d’azote et le benzène sont transférés intégralement dans le logement alors que 20 à 25 % des poussières fines ne sont pas transférés dans les logements. Des modèles ont été proposés pour prédire la pénétration des particules extérieures à travers une fissure. Le modèle de Taulbee qui prend en compte la différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur ainsi que la taille des particules met en évidence que les particules sub-microscopiques pénètrent totalement dans l’ambiance intérieure alors que les particules de diamètre supérieur à 5 µm sont stoppées. Le dioxyde de soufre ne pénètre qu’à 60-70 % de sa teneur extérieure. Par ailleurs les teneurs en polluants extérieurs sont modifiés par de nombreux facteurs comme l’adsorption par des matériaux, et les réactions homogènes ou hétérogènes avec les polluants de l’air intérieur donnant parfois d’autres polluants (voir paragraphe 3.4). L’ozone en particulier s’absorbe facilement sur les surfaces et réagit avec les COV émis par les activités humaines et les matériaux. Son temps de demi-vie est estimé entre 2 et 11 minutes. Le tableau 3.1 indique quelques rapports moyens des concentrations intérieures/extérieures de quelques polluants relevés en milieu urbain. Par rapport à l’air extérieur, la contamination de l’air intérieur varie dans l’espace et surtout dans le temps. Les caractéristiques et les effets sur la santé des principaux polluants émis dans les milieux intérieurs font l’objet des chapitres 5, 6, 7.

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3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.1 Habitats individuels et collectifs

Tableau 3.1 – Rapport des concentrations intérieures/extérieures de quelques polluants en milieu urbain. Substance/ groupe de substance

Rapport des concentrations Intérieures/extérieures

Dioxyde de soufre Dioxyde d’azote

– 0,5 ≤ 5-12 (sources intérieures)

Ozone

0,1-0,3

Dioxyde de carbone Monoxyde de carbone

1-10 ≤ 5-11 (sources intérieures)

Formaldéhyde

≤ 10

Autres composés organiques

1-50

Particules en suspension

0,5-1 (sans FTA)* 2-10 (avec FTA)*

* FTA fumée de tabac ambiante.

3.1 Habitats individuels et collectifs

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La figure 3.1 illustre schématiquement les principales sources de pollution à l’intérieur des habitations. Ce sont : – les matériaux de construction, les revêtements, les éléments d’isolation et de décoration, – les appareils de combustion,

Figure 3.1 – Principales sources des polluants dans l’habitat. (Source : APPA ; schéma de J. Touvet.)

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3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

– – – – – – –

3.1 Habitats individuels et collectifs

les occupants, les animaux domestiques, les plantes, les nombreuses activités des occupants, les équipements ménagers et de loisirs, l’humidité, les déchets, les systèmes de traitement d’air, les systèmes de ventilation.

3.1.1 Les matériaux de construction, de décoration, d’isolation Tous les matériaux organiques naturels ou synthétiques émettent des composés organiques volatils qui peuvent être relargués pendant des mois. Ce sont en particulier : – les panneaux de bois agglomérés de particules ou contreplaqués, lamellés-collés qui émettent principalement du formaldéhyde, substance cancérogène surtout quand ils sont fabriqués avec des colles urée-formol ; – les revêtements de mur ou de sol : dalles, moquettes, planchers, faux plafonds ; – les matériaux d’isolation : polystyrène, mousses en particulier la mousse urée formol ; – les peintures, vernis, lasures, colles et décapants. Le taux d’émission dépend, entre autres, de l’âge du matériau, de sa surface, de sa porosité, de sa texture et de facteurs extérieurs tels que l’humidité, l’alcalinité, la ventilation, la température. On distingue : – les émissions primaires qui sont dues aux composants utilisés, l’émission est importante après la fabrication et disparaît petit à petit (de 60 à 70 % après 6 mois, parfois 1 an) ; – les émissions secondaires dues à l’adsorption de polluants de l’air intérieur. Les processus d’adsorption peuvent être suivis par des réactions sur les surfaces avec transformation chimique. Il y a formation de nouvelles substances qui sont à leur tour émises dans l’air intérieur (voir paragraphe 3.5). Les meilleurs capteurs sont les dalles d’isolation phonique, le papier peint non plastifié, les moquettes synthétiques. La capacité d’adsorption et de désorption des matériaux influence la recontamination de l’air intérieur et ralentit l’élimination des composés organiques volatils (COV). Les COV, sauf ceux qui sont adsorbés, sont éliminés rapidement par la ventilation. Le tableau 3.2 donne quelques concentrations et quelques taux d’émission de composés organiques volatils totaux. Des matériaux comme les laines de verre et de roche, l’amiante peuvent libérer des matières particulaires. Les briques, le béton, le plâtre, peuvent émettre du radon et les peintures anciennes du plomb. Les composés organiques émis sont très nombreux et souvent toxiques. En particulier, le formaldéhyde, cancérogène, émis par les panneaux de particules, de fibres, en bois aggloméré, en mousse urée formol et par des peintures à phase « solvant », se trouve à des teneurs très supérieures à la valeur guide (10 µg/m3). Dans certaines maisons, on a mesuré des moyennes de 600 µg/m3 avec des pics à 3 000 µg/m3. Les revêtements de sol en matériaux naturels comme le bois de feuillus, le liège, la laine, la pierre sont peu émissifs. Cependant certains additifs et produits d’étanchéité

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3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.1 Habitats individuels et collectifs

Tableau 3.2 – Concentration de composés organiques volatils totaux (COVT) et taux d’émissions associés à divers revêtements de sols et de parois. (Source : Encyclopédie de sécurité et de santé au travail) Type de matériau

Concentration (mg/m3) Taux d’émission (mg/m3/h)

Papiers muraux Vinyle et papier

0,95

0,04

Vinyle et fibre de verre

7,18

0,30

Papiers peints

0,74

0,03

Hession ??

0,09

0,005

PCV*

2,43

0,10

Textile

39,60

1,60

Textile

1,98

0,08

Linoléum

5,19

0,22

Fibre synthétique

1,62

0,12

28,40

1,40

Plastique tendre

3,84

0,59

PCV homogène

54,80

2,30

2,00

0,43

Revêtements muraux

Revêtements de sols

Caoutchouc

Peintures Latex acrylique Vernis époxy clair Vernis polyuréthane à deux composants Vernis durci à l’acide

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*

5,45

1,30

28,90

4,70

3,50

0,83

PCV : polychlorure de vinyle.

utilisés dans les finitions de béton du bois ou dans la fixation de carreaux de céramique peuvent émettre des produits toxiques. De même, tous les adhésifs utilisés pour fixer les parquets, les moquettes, le linoléum, le vinyle sont une source de polluants. Les moquettes et les revêtements en vinyle qui contiennent des plastifiants, produisent les taux d’émission les plus élevés. Les moquettes en fibres végétales (cisal, chanvre, jute) sont très poreuses et les produits utilisés pour réduire cette porosité sont souvent toxiques. La plupart des moquettes en coton sont traitées par des produits ignifuges ou antitâches. Les thibaudes des moquettes en fibres synthétiques ou des moquettes modulaires en latex émettent du styrène et du butadiène. Les adhésifs, les colles émettent du phényl et de l’éthyl cyclohexène, du formaldéhyde, de l’acétaldéhyde, du styrène. Les laques et peintures à huile émettent des solvants toxiques pendant et après leur mise en œuvre. Les peintures à l’eau, bien qu’inodores, peuvent émettre pendant plusieurs mois des fongicides et du formaldéhyde. Les tapis émettent non seulement des vapeurs telles que du 4-phénylcyclohexène (4-PC) du styrène, du toluène, du formaldéhyde, du benzène mais aussi des substances aéroportées (bactéries acariens, champignons).

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3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.1 Habitats individuels et collectifs

Les produits de traitement du bois sont aussi très nocifs quand le traitement se fait sur place. Ils contiennent des biocides, du pentachlorophénol, du lindane, des triazoles, des éthers de glycol, des hydrocarbures. Les fibres naturelles utilisées dans les matériaux d’isolation et de revêtement (chanvre lin coton, sisal jute), les laines de verre et de roche, les fibres artificielles organiques, qui contiennent des additifs et des liants peuvent émettre du formaldéhyde, du phénol, des particules et des fibres minérales artificielles. Les résines conventionnelles à base de formol sont employées dans les panneaux à particules. Des chercheurs de l’INRA (Institut de recherche agronomique) ont mis au point, pour ces panneaux, une « résine » à partir de matières agricoles (particules de bois aggloméré) et de matériaux composites à base de fibres naturelles. Ces résines sont réalisées à partir de matières premières riches en protéines comme les glutens de blé ou de maïs ou les concentrats de protéines d’oléoprotéagineux (colza, soja). Le tableau 3.3 liste les principales familles de composés organiques utilisés dans la constitution des matériaux. Tableau 3.3 – Principales familles de composés organiques dans les matériaux. Sources Bois aggloméré

Familles de composés organiques Aldéhydes (formaldéhyde) Aldéhyde (formaldéhyde)

Isolants

HC aromatiques (styrène) Cétones (acétone) Alcanes (nonane) HC aromatiques (toluène, styrène, triméthylbenzène) HC halogénés (trichloréthylène)

Colles

Esters (acétate d’éthyle et de vinyle) Alcools (propanol, isopropanol, butanol) Cétones (acétone) Aldéhydes (formaldéhyde, acétaldéhyde) Éthers de glycol (éthylglycol, méthylglycol) Alcanes (nonane, décane, undécane, diméthyloctane) HC aromatiques (toluène, xylène, éthylbenzène, éthyl iso toluène)

Cires

HC halogénés (trichloréthylène) Esters (acétate d’éthyle) Cétones (acétone, méthylacétone) Terpènes (limonène, pinène) HC aromatiques (styrène)

Moquettes

Aldéhydes (formaldéhyde) Amines (4-phénylcyclohexène, vinylcyclohexène, 2-éthyl 1-hexanol), siloxanes

Papiers peints

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Aldéhydes (formaldéhyde)

3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.1 Habitats individuels et collectifs

Tableau 3.3 – Principales familles de composés organiques dans les matériaux. (Suite) Sources

Familles de composés organiques HC aromatiques (toluène) HC aliphatiques (xylène, benzène)

Peintures phase solvant

Alcools (éthanol, butanol) Cétones (acétone) Esters (acétate d’éthyle) Alcools (propanol, isopropanol)

Peintures phase aqueuse

Éthers de glycol (butanol, hexanol) Aldéhydes (éthylglycol, méthylglycol) Fongicides (formaldéhyde) Cétones (acétone)

Textiles

Aldéhydes (formaldéhyde) Esters (acétate d’éthyle)

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HC: hydrocarbures

La France n’a pas encore le label « très faiblement émissif » mais il est possible pour les industriels et les particuliers de faire tester les COV émis par les produits de construction par un laboratoire du CSTB. Un taux d’étiquetage des caractéristiques sanitaires et environnementales des matériaux de construction sera mis en place en 2010 pour au moins 50 % des produits. Les produits labellisés NF environnement ou ayant l’Écolabel européen sont à préférer. Le marquage CE, indispensable pour la mise sur le marché, indique que le produit est conforme aux spécifications techniques mais ce marquage n’est pas un label relatif à l’hygiène et à la santé sauf pour les panneaux de bois caractérisés par la marque E1 (émission de formaldéhyde limitée à 0,1 ppm) ou la marque E2 (émission supérieure à 0,1ppm) et qui bénéficient de normes reportées tableau 3.4. La certification « NF maison individuelle maison HQE » a été créée (voir chapitre 10). L’écolabel européen représenté par une fleur aux pétales bleus et aux feuilles et cœur verts, garantit un certain nombre de critères environnementaux : efficacité, biodégradabilité, utilisation de base en matières actives d’origine végétale, protection de la santé, absence de substances allergisantes, de biocides, de matières indésirables comme le formol, l’alkyl phénol, les ammoniums quaternaires. Il concerne aussi le matériel électronique (ordinateurs, télévisions), literie, revêtements des sols durs, peintures et vernis, ampoules électriques, lave-vaisselle, réfrigérateurs, aspirateurs, lave-linge, nettoyants universels et sanitaires, liquides vaisselle, détergent textile, papier absorbant. L’INES (Information sur l’impact environnemental et sanitaire) met à la disposition des maîtres d’ouvrage et maîtres d’œuvre, des utilisateurs de produits, des entrepreneurs du bâtiment une base de données sur les impacts environnementaux et sanitaires de plusieurs produits. La directive européenne 2004/42/CE transposée en droit français par le décret n° 2006-623 et par l’arrêté du 29 mai 2006 fixe la teneur maximale en COVT (composés organiques totaux) des produits de revêtement pour 2007 et 2010 (voir chapitre 10). Des valeurs limites pour les locaux de travail existent pour les produits les plus dangereux. De nombreuses expériences en laboratoire et dans des maisons types ainsi que des modélisations sont engagées pour améliorer la qualité des matériaux.

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3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.1 Habitats individuels et collectifs

Tableau 3.4 – Normes de fabrication françaises. Types de panneaux

Classe

Teneur en formaldéhyde

1

≤ 8 mg/100 g panneau sec

2

> 8 mg ≤ 30 mg/100 g panneau sec

Fibres

A

≤ 9 mg/100 g panneau sec

B

> 9 mg ≤ 40 mg/100 g panneau sec

Contreplaqués

A

≤ 3,5 mg/m3/h

B

> 3,5 mg ≤ 8 mg/m3/h

C

≤ 8 mg/m3/h

Particules

3.1.2 Appareils de combustion domestiques Les appareils utilisant des combustibles carbonés (gaz, charbon, fioul, bois, kérosène) pour le chauffage des locaux, la production d’eau chaude sanitaire, la cuisson des aliments, et les cheminées peuvent émettre du monoxyde de carbone, des oxydes d’azote, des composés organiques volatils (aldéhydes, benzène, phénols, hydrocarbures aromatiques polycycliques), du soufre et des particules. Les teneurs de ces sous-produits de combustion sont d’autant plus importantes dans l’air intérieur qu’il n’y a pas d’évacuation à l’air libre, un mauvais état des conduits (conduits obstrués ou fissurés), une mauvaise utilisation du carburant, un mauvais fonctionnement des appareils, l’usure, un mauvais entretien. Tous les appareils de combustion et en particulier les chauffe-eau, les chaudières, les poêles au pétrole, à catalyse, au butane, les chauffages de fortune ou d’appoint (braseros, barbecues, four ou brûleurs, groupe électrogène alimenté à l’essence ou au gaz,) mal installés ou mal entretenus sont responsables d’émission de monoxyde de carbone, gaz pouvant entraîner des intoxications mortelles. Le monoxyde de carbone se forme lors de combustion incomplète surtout à bas régime de matières carbonées (C + 1/2 O2 → CO). Une combustion complète (C + O2 → CO2) nécessite un apport d’air suffisant, par exemple 10 m3 d’air sont nécessaires pour brûler 1 m3 de gaz naturel. Les appareils non raccordés nécessitent des pièces bien ventilées. Seuls les chauffe-eau de 8,72 kW ayant un dispositif de sécurité et les appareils mobiles de chauffage d’appoint d’une puissance inférieure à 4,65 kW peuvent ne pas être raccordés à un conduit d’évacuation des gaz. Ces chauffe-eau ne doivent pas être installés dans une salle de bain, une salle de séjour, une chambre à coucher ni une pièce munie d’une ventilation mécanique contrôlée. Ils ne doivent pas desservir des récipients de plus de 50 litres et si possible ne fonctionner en continu plus de 5 à 8 minutes. Les conduits de fumée desservant un appareil raccordé sont souvent à l’origine d’une intoxication oxycarbonée. Plusieurs causes peuvent créer une situation à risques : – conduits fissurés bouchés ou obstrués par des suies, un nid d’oiseau, des gravats ; – inversion de tirage provoquée par une hotte placée dans la même pièce que l’appareil de combustion. Les gaz de combustion refoulent dans la cuisine lorsque l’extracteur de la hotte fonctionne ; – conduit de fumée non isolé thermiquement. Lors d’un abaissement de température, il peut y avoir inversion de tirage ; – conduit de fumée débouchant en contrebas ; – conduit de fumée avec un coude.

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3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.1 Habitats individuels et collectifs

Les conduits de fumée doivent être ramonés 2 fois par an pour les appareils alimentés au charbon ou à un combustible liquide et une fois par an pour le gaz. Des textes réglementaires sont à respecter pour l’installation. Le conduit de cheminée doit dépasser le faîtage de la maison d’au moins 40 cm. Les appareils vétustes ou mal entretenus (flammes orangées, décollées, traces de suie à la partie supérieure) doivent être révisés. L’entretien des appareils à combustion par un professionnel est recommandé une fois par an. Les cuisinières à gaz et les brûleurs émettent des oxydes d’azote (NO + NO2) du fait de la haute température. Dans les produits de combustion et le front de flamme, (région très chaude près du brûleur), les réactions suivantes se produisent : N2 + O → N + NO N +O2 → NO + NO NO2 résulte de l’oxydation irréversible de NO en NO2 : 2 NO + O2 → 2 NO2 Le kérosène est une source de NO2 plus importante que le gaz de pétrole liquéfié, le propane liquide est moins polluant que le gaz naturel. Des pics en NO2 de 1 000 à 2 000 µg/m3 peuvent être atteints en une heure, dans les cuisines mal ventilées. Un four et 3 brûleurs produisent 900 µg/m3 en moins de 30 min. Les taux de NO2 sont 2 à 4 fois plus élevés dans une maison chauffée au gaz par rapport à celle dont le chauffage est électrique (45 à 135 µg/m3). Les foyers, les poêles, les cheminées utilisant le bois sont sources de nombreux polluants autres que CO et NO. Le chauffage au bois représente une source importante de contaminants comme des COV, des hydrocarbures aromatiques, des particules fines (moins de 2,5 microns). Des bois durs (chêne, bouleau) et secs (6 mois de séchage) sont à utiliser plutôt que des bois mous (sapins, pin, épinette) qui produisent beaucoup de créosote. Il est recommandé de choisir un poêle ou une cheminée certifiés.

3.1.3 Les êtres vivants : occupants humains, animaux, plantes

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Chaque individu peut émettre 10 000 bactéries par minute au repos et jusqu’à 50 000 en activité. Elles sont émises par l’air exhalé, la peau, les cheveux. Le métabolisme humain influe sur la qualité de l’air en réduisant la quantité d’oxygène et en augmentant les concentrations de dioxyde de carbone. La transpiration, la respiration augmentent la vapeur d’eau et les odeurs. Le tableau 3.5 indique quelques composés émis par l’homme. Tableau 3.5 – Quelques composés émis par l’homme.

Émissions humaines

Acétone

50,7 mg/jour

Acétaldéhyde

6,2 mg/jour

Acide acétique

19,9 mg/jour

Alcool méthylique

74,4 mg/jour

Les animaux domestiques sont source d’allergènes (voir chapitre 7). Quelques plantes d’appartement sont susceptibles de produire des allergies respiratoires comme les plantes arbustives, les plantes décoratives empotées, les fleurs coupées ou séchées.

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3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.1 Habitats individuels et collectifs

Le Ficus benjamina, plante à feuillage, contient dans sa sève (latex) un allergène pouvant se retrouver sur les feuilles, la tige ou dans la poussière et produisant des rhino-conjonctivites, de l’asthme, un œdème des paupières. Les plantes à fleurs sont source de pollens. Quelques plantes d’intérieur (Papyrus, Staphyphimium, Ficus benjamina) ont été reconnues pour provoquer des allergies par leurs pollens Les plantes décoratives peuvent retenir des moisissures et des parasites. Cependant, beaucoup d’autres plantes sont recommandées pour leur action dépolluante : Outre l’adsorption du dioxyde de carbone en présence de lumière, elles retiennent des composés organiques volatils et du monoxyde de carbone (voir chapitre 9).

3.1.4 Les activités humaines La cuisson des aliments, les activités de bricolage, le nettoyage, la désinfection, le tabagisme la présence de journaux, les vêtements rapportés du pressing sont des sources générant de très nombreux polluants. m Cuisson des aliments

Outre que la cuisson au gaz produit des oxydes d’azote, les fritures émettent de nombreux aldéhydes dont l’acétaldéhyde et l’acroléine due à l’oxydation thermique de l’huile. Par exemple l’huile d’olive extra-vierge souvent recommandée en émet 14,5 ± 2,2 mg/h.l après 1h de cuisson à 180 °C et 26,1 ± 0,1 mg/h.l après 2 h de cuisson à 240 °C. m Bricolage

Le bricolage augmente la teneur des particules dans l’air et l’utilisation de colles, de vernis, de solvants, de peintures, de laques, etc., est à l’origine de nombreux composés organiques nocifs. m Produits d’entretien

Nettoyer est devenu une obsession incitée par la publicité. Des quantités souvent excessives de produits très divers sont utilisés pour le nettoyage général comme les produits d’entretien universels, les produits d’entretien pour sanitaires, les cires pour les meubles, les détergents pour la vaisselle, le four et les sols (agents détergents cationiques, sels de sodium, soude, potasse), la lessive et les assouplissants pour le linge, les produit de nettoyage des vitres, des moquettes, les produits de décapage ou d’entretien des sols, les produits des surfaces plastiques ou métallique, les détartrants, les dégraissants. La plupart des produits, d’ailleurs non étiquetés, sont très dangereux pour la santé et contiennent des composants volatils classés cancérogènes comme le formaldéhyde, le dichlorométhane, le paradichlorobenzène, le chlorophénol, l’isopropanol, le xylène, la morpholine. Les sprays, les mousses, qui font l’objet de beaucoup d’intérêts économiques en jeu, sont encore plus néfastes du fait que de fines gouttelettes sont projetées dans l’air. D’après des analyses de Que choisir, il a été montré que les nettoyants Ajax™ et Saint Marc™ au savon de Marseille, émettent du formaldéhyde de l’ordre de 25 mg/m3 dans la pièce 1/2 h après le nettoyage. Mr Propre™ émet 1 400 µg/m3 de composés organiques volatils totaux, dont des hydrocarbures aromatiques, des éthers de glycol, ceci 1/2 h après usage, teneur très supérieure à la teneur de 200 µg/m3 à ne pas dépasser. L’eau de javel™ qui a une action nettoyante et désinfectante (2 en 1) est le produit le plus utilisé soit pur soit dilué ou encore comme composant de détergents. L’eau de javel est une solution aqueuse plus ou moins concentrée d’hypochlorite de sodium (ClONa). Le produit commercial se présente sous forme liquide de dilutions différentes.

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3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.1 Habitats individuels et collectifs

L’eau de Javel est caractérisée soit par son degré chlorométrique (Chl) correspondant au volume en litre de chlore gazeux libéré par litre de solution après réaction totale avec un acide (une solution de 1 °chl libère 1 litre de chlore gazeux) soit par son pourcentage de chlore actif (masse en g de chlore gazeux libéré à partir de 100 g de produit – 100 g d’une solution à 5 % de chlore actif libère 5g de chlore). À pH < 5, il y a libération de chlore. L’eau de javel est un bon désinfectant mais il doit être utilisé modérément. Il ne doit pas être mélangé avec d’autres produits en particulier avec l’ammoniac (formation de chloramines) ou à des produits organiques, le chlore libéré pouvant réagir et donner des organochlorés produits toxiques et persistants. m Biocides

On désigne par biocide tous les produits qui agissent par action chimique ou biologique pour détruire et repousser les organismes nuisibles. Souvent considérés comme pesticides non agricoles, ils concernent entre autres les insecticides, les désinfectants ménagers, les produits de traitement du bois. Ils sont susceptibles d’avoir des effets nuisibles sur l’homme, les animaux et l’environnement. La directive européenne 98/8 CE du 16/02/1998 relative à la mise sur le marché de produits biocides a été transposée en France par l’ordonnance du 11/04/2001, ordonnance complétée par les décrets du 11/04/2001, du 26/02/2004 et des règlements en 2003, 2005 et 2006 (2032/2003, 1048/2005, 1840/2006). La directive présente une liste exhaustive de 23 types de produits répartis en 4 groupes : – groupe 1 : désinfectants et produits biocides généraux (exemple : produits biocides destinés à l’hygiène humaine) ; – groupe 2 : produits d’entretien (exemple : produits antimoisissure, produits de protection pour les pellicules, le bois, le cuir) ; – groupe 3 : produits antiparasitaires (insecticides, acaricides, répulsifs, appâts) ; – groupe 4 : autres produits (exemple produit antisalissures). Seuls sont autorisés les produits biocides efficaces présentant des risques acceptables. En France l’autorisation est délivrée par le ministère de l’Écologie et du Développement durable après évaluation de leurs dangers, de leurs risques et de leur efficacité. La composition de tous les produits sur le marché doit être déclarée et l’étiquetage est obligatoire. Un inventaire des produits biocides sur le marché français a été réalisé en 2004 et plusieurs centaines de produits biocides non conformes ont été retirés du marché à partir du 1er septembre 2006. Le tableau 3.6 présente quelques polluants émis par les produits d’entretien. © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.

Tableau 3.6 – Quelques constituants des produits d’entretien avec leurs taux d’émission. Source Agents nettoyants et pesticides

Composé

Taux d’émission

Chloroforme

15 µg/m3/h

1,2-dichlorométhane

1,2 µg/m3/h

1,1,1-trichloroéthane

37 µg/m3/h

Tétrachlorure de carbone

71 µg/m3/h

m-dichlorobenzène

0,6 µg/m3/h

p-dichlorobenzène

0,4 µg/m3/h

n-décane

0,2 µg/m3/h

n-undécane

1,1 µg/m3/h

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3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.1 Habitats individuels et collectifs

Tableau 3.6 – Quelques constituants des produits d’entretien avec leurs taux d’émission. (Suite) Source

Composé

Taux d’émission

Antimites

p-dichlorobenzène

14 000 µg/m3/h

Nettoyage à sec des vêtements

Tétrachlorométhylène

0,5-1 mg/m3/h

Cire liquide pour sols

COVT (triméthylpentène et isomères dodécane)

96 g/m3/h

Cirage pour le cuir

COVT (pinène et 2-méthyl-1-propanol)

3,3 g/m3/h

Détergents

COVT (limonène, pinène et myrcène)

Solvants ménagers

Toluène, éthylbenzène

Décapant pour peintures

Dichlorométhane, méthanol, toluène, propane

Protection des tissus

1,1,1-trichlorométhane, propane, distillats de pétrole

Peintures latex

2-propanol, butanone, éthylbenzène, toluène

Assainisseurs

Nonane, décane, éthylheptane, limonène

240 mg /m3/h

m Tabagisme

Fumer est maintenant interdit dans tous les lieux publics clos et semi-clos depuis 2007. Cependant, dans encore un grand nombre de logements, la fumée de tabac est une source importante de pollution et d’effets sur la santé. Non seulement la fumée inhalée par le fumeur diminue son espérance de vie mais la fumée secondaire (fumée dégagée par l’extrémité libre de la cigarette et celle exhalée par le fumeur) touche les non-fumeurs : c’est le tabagisme passif. Plus de 3 000 espèces chimiques ont été identifiées dans la fumée soit sous forme de gaz soit sous forme de très fines particules. La plupart de ces composés sont toxiques (monoxyde de carbone, cyanure d’hydrogène, oxydes d’azote, nicotine par exemple) ou cancérogènes (plus de 60) (benzène, formaldéhyde, goudrons, hydrocarbures aromatiques polycycliques, benzopyrène, cadmium, etc.) Quelques espèces parmi les plus nocives sont indiquées tableau 3.7. Chez l’enfant le tabagisme passif augmente les infections respiratoires, les crises d’asthme et chez tous il provoque des accidents coronariens, des cancers du poumon, de l’hypertension, des irritations de la gorge, des yeux et de la muqueuse respiratoire. Tableau 3.7 – Quelques substances trouvées dans la fumée du tabac. Composés Composés inorganiques

Phase gazeuse

Phase particulaire

Monoxyde de carbone Ammoniac Oxydes d’azote Cadmium Polonium 210 Mercure

Aliphatiques saturés

60

Méthane

Mercure

3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.1 Habitats individuels et collectifs

Tableau 3.7 – Quelques substances trouvées dans la fumée du tabac. (Suite) Composés Aliphatiques insaturés

Phase gazeuse

Phase particulaire

Isoprène

Terpènes

Acétylène

Limonène

Butadiène Aromatiques monocycliques

Benzène Toluène Styrène

Aromatiques polycycliques

Naphtalène Anthracène Pyrènes

Alcools

Méthanol

Stérols Cathécol

Phénols

Dihydroxybenzène Polyphénols Quinone Crésol

Aldéhydes-Cétones

Formaldéhyde Acétaldéhyde Acroléine

Acides

Acide formique

Acide palmitique

Acide acétique

Acide oléique Acide linoléique

Hétéroxydes oxygénés

Furane

Benzofurane

Composés azotés

Méthylamine

Aminophtalène

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Vinyl pyridine Acide cyanhydrique

Nitrosamines

Acrylonitrile

Pyridine

Pyrole

Quinoléine

Pyrolidine Pyrazène

Nicotine Alcaloïdes Goudrons

m Produits d’hygiène (déodorants, cosmétiques, savons…)

Les individus sont très sensibles aux odeurs. Les mauvaises odeurs provoquent inconfort, désagrément et sont souvent des motifs de plaintes. Les odeurs sont caractérisées par leur intensité, leur qualité, leur tolérabilité et leur seuil de limite olfactive. Certaines

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3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.1 Habitats individuels et collectifs

odeurs permettent de reconnaître une substance connue (ex : odeur de vinaigre de l’acide acétique, d’œuf pourri du dihydrogène de soufre) bien que d’autres soient le résultat de plusieurs senteurs provenant de nombreux composés différents à l’état de traces et parfois inoffensifs. Le facteur de sécurité olfactive (FSO) est le rapport entre la concentration minimale de la substance à laquelle apparaissent des effets irritants ou toxiques et leur seuil olfactif. La capacité olfactive diminue avec l’âge, le tabac et certaines maladies. De nombreux produits sont proposés abusivement aux consommateurs pour lutter contre la pollution olfactive et respirer un « air pur » ou « sentir bon ». En fait, ces déodorants masquent les mauvaises odeurs et les produits qu’ils émettent s’ajoutent aux substances présentes. Leur composition n’est pas connue. Ils représentent une source de composés organiques volatils (en particulier des aldéhydes qui peuvent avoir des effets nocifs à long terme). Une enquête réalisée par « Que Choisir » révélait que le produit « Ushaia™, fleur de vanille » émet du benzène (211 µg/m3), du diéthylphtalate (125 µg/m3), du formaldéhyde (69 µg/m3) valeurs très au-dessus des valeurs permises. Les diffuseurs qui sont utilisés parfois 24h/24 émettent aussi de très fortes teneurs de composés organiques volatils irritants et allergisants comme le limonène. La combustion des bâtonnets d’encens produit des particules et des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) cancérogènes. m Équipements électroménagers, de loisirs et de communication

Tous les appareils fonctionnant à l’électricité créent des champs électromagnétiques de basse fréquence pouvant avoir une action néfaste sur l’organisme, en particulier, à faible distance de l’appareil (voir chapitre 7). Les fours à micro-ondes mal entretenus (mauvaise étanchéité) émettent des ondes électromagnétiques pouvant interagir avec les tissus biologiques. Les écrans cathodiques des ordinateurs et des postes de télévision émettent des radiations électromagnétiques pulsées (REMP) de basse fréquence et des rayons UV pouvant être ressentis jusqu’à 7 fois la longueur de la diagonale de l’écran. Cependant, les écrans récents sont de meilleure qualité et émettent peu de radiations. Néanmoins, une trop longue utilisation d’un ordinateur peut être à l’origine du « syndrome de fatigue visuelle liée à l’ordinateur » (SFVO) se traduisant, non seulement, par des troubles visuels mais aussi par des douleurs dans la nuque, aux épaules et par une fatigue générale. m Éclairage

L’AFSEE a attiré l’attention sur le danger présenté par les lampes basse consommation et les tubes fluorescents émettant de la lumière « dite naturelle » et destinées à remplacer les lampes classiques à incandescence. Ces lampes en vente libre au public, sans aucun contrôle, émettent des rayons UVA et UVB dont le niveau non connu peut être très élevé. L’exposition de manière prolongée à ces lampes recommandées dans les bureaux, les magasins, les écoles peuvent être à l’origine de risques pour la santé (voir chapitre 7). Par ailleurs, le culot des lampes basse consommation émet un rayonnement électromagnétique quand celles-ci fonctionnent. La détection de valeurs supérieures du champ électrique à 2 V/m dans les 20 premiers centimètres de distance (valeur supérieure aux valeurs recommandées) est à prendre en compte, compte tenu que ce rayonnement peut provoquer une fatigue visuelle, des maux de tête, etc. (voir chapitre 7).

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3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.1 Habitats individuels et collectifs

3.1.5 Humidité L’humidité est un facteur de prolifération des moisissures, des bactéries et des acariens et elle peut entraîner la dégradation de certains matériaux (corrosion, gonflement, salpêtre, etc.) Les sources d’humidité dans l’habitat sont nombreuses : – infiltrations d’eau par manque d’étanchéité, – fuites d’eau provenant du toit ou des canalisations, inondations, – occupants. Un individu rejette en moyenne de 40 à 250 grammes d’eau (respiration, sudation) selon qu’il est assis ou en mouvement, – lessive, toilette (douche, bains dans un local mal ventilé), séchage du linge, – cuisson, vaisselle, – réfrigérateur, – aquarium non couvert, – humidificateurs mal réglés. Au contact des surfaces dont la température est inférieure à la température de rosée de l’eau, la vapeur d’eau contenue dans l’air se condense (apparition de buée sur les vitres, tâches humides sur les murs). La condensation peut non seulement se produire sur les surfaces mais aussi au sein des matériaux poreux par adsorption et capillarité. Il y a équilibre entre l’humidité d’une maçonnerie et celle de l’air ambiant. Les matériaux sont perméables à la vapeur d’eau. Les matériaux les plus perméables sont les briques pleines, le plâtre, le béton cellulaire, la laine minérale. Il ne faut pas recouvrir une cloison poreuse d’une finition imperméable sur ses deux faces du fait de l’existence de fines fissures où l’eau de condensation ne peut s’évaporer et entraîne l’apparition de moisissures. Les matériaux sont des régulateurs de l’humidité.

3.1.6 Déchets

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Chaque individu produit 1,5 kg de déchets par jour en moyenne dont environ 30 % d’ordures compostables, 25 % de papiers et carton, 13 % de verre, 11 % de matières plastiques. Les déchets organiques gardés dans la cuisine quelque temps sont à l’origine d’une biocontamination. Beaucoup de logements collectifs sont encore munis de videordures dans la cuisine ou sur le palier bien que la tendance soit de les supprimer ou de les condamner. Leur présence est souvent une source de nombreux germes dont des staphylocoques, et des streptocoques et elle entraîne une prolifération des blattes.

3.1.7 Les systèmes de traitement de l’air Les systèmes individuels de traitement de l’air peuvent être à l’origine de pollution. m Purificateurs d’air

Ils sont censés diminuer les concentrations des micro-organismes, des aérosols microparticulaires et des fumées de tabac et les allergènes d’animaux. On en distingue 3 sortes : – les purificateurs avec filtre mécanique munis d’un ventilateur, – les purificateurs électroniques basés sur l’électroprécipitation des particules, – les purificateurs aéro-ioniseurs qui se chargent électriquement.

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3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.2 Les bureaux

Les purificateurs ont une efficacité limitée. Ils peuvent produire de l’ozone et disperser dans l’air des polluants filtrés. m Humidificateurs d’air

Ils doivent être vérifiés et maintenus chaque jour en état de propreté. L’eau stagnante peut être source de la prolifération des biocontaminants. Ils peuvent provoquer ou être à l’origine de « la fièvre d’humidification » avec des symptômes semblables à ceux de la grippe ou même de la légionellose. m Ioniseurs

Compte tenu des propriétés des ions négatifs on en trouve dans les logements, les écoles, les hôpitaux. Les ions négatifs sont produits par décharge Corona ou par fragmentation – de l’eau (ions O 2 ). Dans les sources à effet Corona, un fort voltage (> 8 000 V) peut produire de l’ozone et des dioxydes d’azote. Par ailleurs, ils produisent un champ magnétique de 50 kHz qui peut être dangereux à faible distance. Les ioniseurs par fragmentation d’eau augmentent l’hygrométrie.

3.1.8 Les systèmes de ventilation – climatisation La ventilation des locaux est indispensable. Une mauvaise ventilation est souvent à l’origine de nombreux effets sur la santé due à l’accumulation des polluants et de conditions de confort inacceptables. De telles situations arrivent par une ouverture insuffisante des fenêtres, l’encrassement des grilles d’entrée et d’extraction d’air, l’obturation des entrées et d’extraction d’air par du papier adhésif ou des meubles, en particulier observés chez les personnes âgées en hiver pour éviter le froid. La climatisation mal réglée et mal entretenue a également de nombreux impacts sanitaires tels que : – des pathologies respiratoires (en particulier le nez qui coule) à cause de la différence de température entre l’extérieur et le local, – des irritations oculaires dues à une atmosphère trop sèche, – des irritations de la peau et irritation respiratoire liées à l’émission de poussières par l’appareil mal entretenu, – des manifestations allergiques, l’air recyclé ayant tendance à concentrer les allergènes, – des pathologies infectieuses comme la légionellose.

3.2 Bureaux Les bureaux sont les seconds lieux de vie dans le secteur tertiaire après les habitations (35 h de présence par semaine en moyenne). Quelques études nationales et internationales ont mis en évidence, dans l’air intérieur, des teneurs non négligeables de composés organiques volatils très nocifs, d’ozone, de poussières fines et ultrafines, de biocontaminants. Il y a une grande diversité du parc : immeubles neufs ou rénovés souvent de grande hauteur, immeubles anciens, au centre des villes ou dans des zones d’activité, parcs technologiques avec accueil du public ayant une réglementation particulière. Les bureaux sont à vocation administrative ou commerciale. Une idée précise du parc et de l’agencement intérieur n’est pas encore bien connue. Cependant plusieurs études ont été menées

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3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.3 Établissements fréquentés par le public

pour déterminer la qualité de l’air et le confort ressentis par les occupants et pour recenser les sources de pollution. Les sources principales des polluants de l’air intérieur des bureaux sont : – les matériaux de construction, le mobilier qui, comme dans les logements, peuvent émettre des composés organiques volatils, – les éléments de décoration (moquettes, linoléums, panneaux de bois, papier peint, tissus, etc.), – les équipements de bureau : imprimantes, photocopieuses. Les imprimantes lasers et les photocopieuses produisent de l’ozone, le rayonnement des lampes UV dissociant l’oxygène de l’air. Les imprimantes lasers émettent aussi des composés organiques volatils (toluène, éthylbenzène, m-paraxylène, styrène). L’encre des imprimantes à jet d’encre émet des particules de carbone (PM10). Le papier fraîchement imprimé émet du styrène, – les ordinateurs, surtout ceux à tube cathodique, émettant du phénol, du toluène, du 2 éthylhexanol, du formaldéhyde, du styrène, surtout quand ils sont allumés, – les systèmes de ventilation et les centrales de traitement de l’air pouvant générer poussières, moisissures, organismes microbiens, – le nombre important d’occupants travaillant généralement dans une atmosphère confinée et dont les activités et les comportements individuels sont à l’origine de contaminants biologiques (transport de poussières, de poils, de squames d’animaux), et d’émissions de composés organiques dus aux produits d’hygiène corporelle.

3.3 Établissements fréquentés par le public Il y a encore peu d’informations sur la qualité de l’air intérieur des établissements fréquentés par le public. Seules quelques études récentes concernant les écoles, les crèches, les piscines, les patinoires, les hôpitaux, les gymnastes, les stands de tir ont été entreprises.

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3.3.1 Écoles, crèches Les composés identifiés dans l’air intérieur sont les mêmes que dans d’autres environnements clos mais avec une concentration plus importante de certains polluants, comme les composés organiques volatils, dus à une utilisation fréquente de colles et de peintures. En particulier les aldéhydes, les cétones sont à une teneur plus élevée que dans les logements et les bureaux. Par ailleurs, le nombre important d’occupants et une mauvaise ventilation favorisent la biocontamination. La performance des élèves est affectée par un confinement important dû à une concentration élevée de dioxyde de carbone. L’air extérieur est souvent de mauvaise qualité (présence d’oxydes d’azote et de benzène), les établissements étant souvent situés à proximité d’une gare routière ou d’une voie de circulation.

3.3.2 Piscines Les produits de traitement de l’eau (hypochlorite de sodium, chlore gazeux) produisent des chloramines volatiles (NH2Cl, NHCl2, NCl3) et des trihalométhanes (principalement du chloroforme CHCl3 mais aussi des halométhanes CHCl2Br CHClBr2). Des études ont mis en évidence une concentration moyenne de 45 à 112 µg/l en chloroforme

65

3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.3 Établissements fréquentés par le public

probablement cancérogène et de 57 à 222 µg/l en trihalométhanes totaux pour des températures entre 22,3 et 34 °C. Les chloramines sont formées par réaction des produits de chloration et des composés ammoniaqués émis par les nageurs (sueur et parfois urine). Leur concentration dépend du nombre de nageurs, du taux de chloration de l’eau, de la température, de la circulation de l’air. La valeur de confort recommandée pour NCl3 ne doit pas dépasser 0,5 mg/m3. L’air intérieur a de plus une importante hygrométrie, dû à l’évaporation de l’eau à la surface des piscines chauffées et la teneur en dioxyde de carbone est souvent très élevée. Les piscines peuvent être responsables de troubles sanitaires dont la prévalence de l’asthme.

3.3.3 Patinoires Les surfaceuses à propane, essence ou diesel utilisées pour lisser la glace émettent dans les gaz d’échappement du moteur du monoxyde de carbone, des oxydes d’azote, des particules fines (PM1) et des composés organiques volatils. Les oxydes d’azote sont plus importants avec les surfaceuses à propane alors que les surfaceuses à essence produisent plus de monoxyde de carbone. L’équipement de ces surfaceuses avec des pots catalytiques diminue les concentrations émises. Les surfaceuses à moteur électrique sont recommandées. Leur utilisation donne une concentration moyenne en NO2 de 11µg/m3 au lieu de 276 µg/m3 avec une surfaceuse à propane. Des intoxications oxycarbonée ont été constatées et aggravées lors d’exercices soutenus en particulier pour le hockey et le patinage artistique.

3.3.4 Gymnases L’étude menée par le LHVP dans plusieurs gymnases parisiens a montré que les concentrations des polluants de l’air intérieur étaient voisines de celles des polluants de l’air extérieur à l’exception des poussières PM10 qui semblent corrélées aux activités.

3.3.5 Stands de tir D’importantes teneurs en oxydes d’azote NOx, en nitrates et en particules métalliques dont le plomb se retrouvent dans l’air intérieur et cela d’autant plus que la ventilation n’est pas toujours efficace du fait que les activités ont souvent lieu en sous-sol pour la sécurité et le bruit.

3.3.6 Hôpitaux Les hôpitaux sont des lieux très particuliers à hauts risques où sont confinés les patients, le Personnel et les visiteurs. Les locaux sont nombreux et à vocation très différente. On dénombre des chambres, des salles de soin, des services de réanimation, des services sanitaires, des blocs opératoires, des services administratifs et de logistique. La problématique de l’air intérieur est ainsi très complexe. Les sources principales de pollution sont : – les revêtements intérieurs souvent en PVC, en fibres minérales, en panneaux stratifiés mélaminés, les peintures composées de résines acryliques ou vinyliques en phase aqueuse générant dans l’air intérieur du formaldéhyde, des phtalates (diéthyl et dibutyl), de l’acétaldéhyde des fibres,

66

3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.4 Espaces semi-clos

– les produits de nettoyage, de désinfection et de stérilisation contenant principalement des biocides, – le flux de visiteurs quotidiens, source de particules et de biocontaminants, – les activités spécifiques à l’hôpital dont l’anesthésie. Les gaz anesthésiques sont du protoxyde d’azote (N2O) pour les actes légers et des substances halogénées pour les actes lourds (desflurane et sévoflurane ajoutés à un mélange de N2O et d’oxygène) qui se retrouvent dans l’atmosphère à des teneurs souvent plus élevées que les teneurs recommandées, – les matériels informatiques, les photocopieuses, les télévisions, les téléphones.

3.4 Espaces semi-clos

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3.4.1 Habitacles des voitures de tourisme L’habitacle est un espace confiné dans lequel s’accumulent les polluants des abords immédiats c’est-à-dire ceux émis en particulier par les véhicules avoisinants. Une étude a été commandée par l’Agence française de sécurité sanitaire de l’environnement et du travail sur l’exposition de 150 Franciliens en fonction de leur mode de transport à l’aide de colliers équipés de capteurs de pollution. AirParif a fait une série de mesures avec des appareils automatiques ainsi qu’à l’extérieur immédiat du véhicule pour comparer la qualité de l’air au sein du trafic et dans l’habitacle d’un véhicule. Le polluant choisi a été le dioxyde d’azote qui est un bon indicateur du trafic routier à bord d’un véhicule. Les mesures ont été effectuées toutes les 10 secondes, vitres fermées, ventilation sur la position 1 et sans fumeurs, en roulant sur la voie de droite sur des axes variés (petite rue de banlieue, autoroutes urbaines, boulevard périphérique boulevards parisiens, avenue des Champs-Élysées, boulevard Saint-Germain). Plusieurs constatations ont été faites : – l’automobiliste est plus exposé qu’un piéton sur le trottoir. L’habitacle ne protège pas de la pollution et la teneur des polluants mesurés à l’intérieur est comparable à celle mesurée à l’extérieur du véhicule le long de la portière mais plus forte que celle mesurée hors de la route. Par exemple, les relevés faits à l’intérieur de l’habitacle et le long de la voiture roulant sur les Champs-Élysées pendant 1/4 h le 26 juin 2007 indiquent une teneur de 171 µg/m3 de dioxyde d’azote dans la voiture contre une teneur de 100 µg/m3 sur la station fixe du trottoir des Champs-Élysées et de 25 µg/m3 dans le jardin des Halles ; – une très forte augmentation des niveaux est observée quand le trafic est plus intense ; – les concentrations des polluants sont plus stables à l’intérieur qu’à l’extérieur. Il y a moins de fluctuations à l’intérieur qu’à l’extérieur. Ainsi le 18 mai 2007, sur le boulevard périphérique, avec un trafic fluide, des niveaux entre 110 et 260 µg/m3 ont été mesurés dans l’habitacle contre 40 et 520 µg/m3 à l’extérieur ; – un pic de pollution se répercute après plusieurs secondes mais persiste plus longtemps dû au faible renouvellement d’air ; – le niveau de pollution est plus fort dans un tunnel montrant l’influence de l’infrastructure.

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3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.5 Polluants secondaires générés dans l’environnement intérieur

3.4.2 Parcs de stationnement Quelques campagnes de mesures ont mis en évidence de fortes concentrations de polluants incompatibles avec des durées d’exposition importantes. Cependant les risques sont difficiles à identifier du fait du grand nombre de polluants (dus à l’échappement et à l’évaporation des carburants) et des durées d’exposition variables. Jusqu’au 31 décembre 2006, les parcs de stationnements couverts étaient soumis à la réglementation des installations classées. Actuellement un arrêté, avec des dispositions administratives et réglementaires pour éviter tout risque sanitaire, a été confié à l’AFFSET. Le monoxyde de carbone et le monoxyde d’azote ont été choisis comme indicateurs de pollution.

3.4.3 Couloirs du métro Dans le métro parisien, la concentration moyenne en particules se situe entre 30 et 200 µg/m3 avec des pics de 375 µg/m3 contre une moyenne de 47 µg/m3 dans l’air extérieur de Paris, et de 23 µg/m3 pour la pollution de fond ; 70 % de particules ont un diamètre de 2,5 µm (80 % à l’extérieur). Actuellement cinq stations sont équipées d’une station de mesures. Depuis janvier 2008, la RATP publie les résultats sur son site. On trouve les mêmes polluants que dans l’air extérieur sauf pour l’ozone mais avec un excès de particules spécifiques dues au meulage des rails et aux systèmes de freinage mécaniques. À chaque passage, les trains les soulèvent et les remettent en suspension. Le taux moyen des particules surveillées (PM2,5 et PM10) est de 150 µg/m3 à 200 µg/m3 avec des pics à 500 µg/m3 aux heures de pointe et de 800 µg/m3 dans le RER A. L’amélioration des systèmes de freinage sur les nouveaux trains et l’amélioration de la ventilation souvent insuffisante sont envisagées.

3.5 Polluants secondaires générés dans l’environnement intérieur Les réactions chimiques homogènes ou hétérogènes ayant lieu entre différents polluants présents dans l’air intérieur peuvent conduire à des produits plus réactifs que leurs précurseurs. Les études entreprises, tant expérimentales que numériques, ont principalement porté sur la réactivité de l’ozone, un des rares polluants dont le rapport entre les concentrations extérieures et les concentrations intérieures est très supérieur à 1. En phase gazeuse, les réactions de l’ozone avec quelques alcènes insaturés et les oxydes d’azote conduisent, entre autres, à des aldéhydes, des cétones, des acides, des aérosols organiques et à des radicaux (OH• et NO•3) très réactifs. Les réactions hétérogènes de l’ozone sur les surfaces, encore mal connues, seraient plus importantes que les réactions homogènes. m Modèle ICEM (Indoor Chemistry and Exposure Model)

Ce modèle permet de calculer la concentration intérieure d’un polluant (Ci) en ppm en prenant en compte la concentration extérieure du même polluant (C0) en ppm, le facteur de pénétration du polluant de l’extérieur vers l’intérieur xi (entre 0 et 1), le taux de renouvellement de l’air neuf l (en min –1), la vitesse d’émission du polluant à l’intérieur toutes sources confondues (Ei) en mol/min), le volume molaire des gaz F (en m3/mol –1),

68

3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.5 Polluants secondaires générés dans l’environnement intérieur

la vitesse de la réaction entre polluants, i et j, Rij (en ppm/min), la vitesse de dépôt du polluant sur les surfaces intérieures Vdi (en m/min), la surface de l’intérieur a (en m2), le volume intérieur V (en m3) et le temps t (en min).

Ei dC i --------- = x i λC 0 – λC i + F ----- + dt V

n

∑ Ri,j – Vdi ◊ Ci a

[3.1]

j=1

3.5.1 Réactions en phase gazeuse Seules les réactions dont la vitesse est plus grande que le taux de renouvellement de l’air peuvent avoir des conséquences sur la qualité de l’air intérieur. m Ozone et hydrocarbures insaturés

La première étape de la réaction est la formation d’un ozonide instable qui se décompose en un composé carbonylé et en un radical très réactif, le radical de Criegee. Les radicaux de Criegee peuvent soit se stabiliser par collision et conduire à des acides carboxyliques ou à des cétones et du peroxyde d’hydrogène soit se décomposer en donnant le radical OH• et divers composés. La figure 3.2 schématise le mécanisme. R2 *

O O R2

R1

R4

O

+ [R1CH2R3COO] * Radical de Criegee

R1

+ O3 R3

O

R2

R4

R1

R4

R3

O

Ozonide

+ [R2R4COO] * R3

Radical de Criegee

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Figure 3.2 – Schéma réactionnel de l’action de l’ozone sur des composés éthyléniques.

Plusieurs études ont été entreprises pour identifier les produits d’oxydation de la réaction de l’ozone avec quelques hydrocarbures insaturés comme le d-limonène, l’a-pinène, le b-pinène, le styrène. Par exemple, on observe selon les conditions expérimentales (température, concentrations relatives, humidité…) : – du 4-acétyl-1-méthylcyclohexène, du formaldéhyde avec le d-limonène, – du pinonaldéhyde, du norpinonaldéhyde, du formaldéhyde, des acides formiques, pinoniques avec l’a-pinène, – du benzaldéhyde et du formaldéhyde avec le styrène. Outre ces composés observés en phase gazeuse, des aérosols organiques peuvent se former. Ce sont des particules inférieures à 2,5 µm constituées à partir de produits d’oxydation ayant une faible pression de vapeur. Ils sont surtout observés avec des terpènes, l’a-pinène, le d-limonène, le styrène.

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3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.5 Polluants secondaires générés dans l’environnement intérieur

m Réaction de l’ozone avec les oxydes d’azote

L’ozone réagit rapidement avec le monoxyde d’azote (NO) pour conduire au dioxyde d’azote, la constante de vitesse du second ordre étant de l’ordre de 4,43 10 –4 ppb s –1 à 25 °C. O3 + NO → NO2 + O2 Le dioxyde d’azote formé participe à des réactions hétérogènes mais une très faible teneur peut réagir avec l’ozone si la concentration est assez importante pour former le radical nitrate NO•3 ; la constante de vitesse est faible 7,87 10 –7 ppb s –1 à 25 °C. NO2 + O3 → NO•3 + O2 On ne constate pas ainsi une augmentation de la teneur en NO2. m Réactions secondaires du radical OH•

Elles sont thermodynamiquement et cinétiquement très favorisées (vitesse plus grande que celle impliquant l’ozone). Le radical OH réagit principalement avec les oléfines soit en éliminant un atome d’hydrogène avec formation d’eau, soit en s’additionnant sur la double liaison. Il se forme des radicaux alkyls. •OH

.OH

+

+ RH → •R + H2O

R1

R3

.

R 1R 2 C (OH) CR 3R 4 R4

R2

Les radicaux alkyls réagissent avec l’oxygène pour conduire à des radicaux alkylperoxydes qui réagissent à leur tour entre eux ou avec NO, NO•3, HO•2 pour conduire à des dérivés carbonylés ou des acides. Par exemple la réaction du radical OH• avec l’isoprène conduit à la formation de la métacroléine CH2=C (CH3)CHO et à la formation de la méthylvinylcétone CH3 C(O) CH=CH2. Il a été aussi constaté que le radical OH• peut réagir avec le dioxyde d’azote pour conduire à l’acide nitrique. Des modèles ont été élaborés pour simuler les teneurs intérieures du radical OH•. Sa teneur augmente de façon non linéaire avec la concentration extérieure de l’ozone, le taux d’émission des alcènes à l’intérieur du local, le taux de renouvellement d’air et diminue lorsque la concentration extérieure de monoxyde d’azote augmente. m Réactions secondaires du radical NO•3

Le radical NO•3, comme le radical OH• réagit avec les alcènes soit en éliminant un atome d’hydrogène avec formation d’acide nitrique soit en s’additionnant sur la double liaison : •NO 3

. NO 3

R1

+ RH → •R + HNO3

R3

+ R2

R4

.

R1R2 C (NO3) CR3R 4

Les radicaux formés réagissent à leur tour. En particulier le radical formé dans la première réaction conduit à des nitrates carbonyles. Par exemple le radical formé par réaction de

70

3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.5 Polluants secondaires générés dans l’environnement intérieur

NO•3 et de l’acétaldéhyde peut conduire après réaction avec l’oxygène et le dioxyde d’azote au peroxyacétaldéhyde nitrate (PAN), polluant formé aussi dans l’air extérieur. Le PAN :

O ( CH3 C

) O

ONO2

est thermodynamiquement instable. Sa décomposition en radical :

O ( CH3 C O

.

)

O

et NO2 est réversible ; l’équilibre dépend du rapport NO/ NO2 et est déplacé vers la décomposition quand le rapport est élevé. Le radical NO•3 peut redonner NO2 par dissociation ou par réaction avec NO :

.

NO3

hn

NO2 + O(3P)

NO•3 + NO → 2 NO2

3.5.2 Réactions hétérogènes

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m Dépôt d’ozone sur les matériaux

De nombreux produits de construction et de décoration sont susceptibles de réagir avec l’ozone en libérant des aldéhydes et des particules submicroniques. L’ozone réagit avec les composés adsorbés soit directement dans le matériau, soit au niveau de la couche limite. La vitesse de dépôt de l’ozone sur les surfaces dépend de la nature des surfaces, des conditions environnementales dont en particulier le taux de renouvellement de l’air. Dans les habitations testées par l’étude pilote de l’OQAI, une moyenne de 0,028 à 0,15 cm.s –1 a été trouvée pour un rapport surface/volume constant. Une augmentation d’un facteur 2 est constatée en présence de dalles acoustiques. Parallèlement à la disparition de l’ozone, on observe une augmentation des composés organiques volatils particulièrement d’aldéhydes. En présence de panneaux de contreplaqué, on constate une augmentation du formaldéhyde. En présence de moquette, on constate une augmentation du formaldéhyde, de l’acétaldéhyde, d’acétone, d’hexaldéhyde, de nortaldéhyde, d’heptanal. En présence de linoléum, on constate une augmentation de formaldéhyde, d’acétaldéhyde, d’acétone Des études en laboratoire de la vitesse de dépôt de l’ozone sur différents matériaux ont été entreprises. Par exemple on a trouvé une vitesse apparente de 0,073 cm.s –1 (ordre de grandeur) pour les moquettes, de 0,068 cm.s –1 pour le papier peint, de 0,086 cm.s –1 pour les peintures, de 0,12 cm.s –1 pour les panneaux de plâtre, et une vitesse inférieure à 0,001 cm.s –1 pour le linoléum.

71

3 • Contaminants : air intérieur des espaces clos et semi-clos

3.5 Polluants secondaires générés dans l’environnement intérieur

En ne prenant pas en compte les réactions homogènes de l’ozone on a :

[ O 3 ] mat Ra ------------------- = ------------------------------------[ O3 ]0 S Ra + V d ⎛ ----⎞ ⎝ V⎠ mat Ra taux de renouvellement de l’air, h–1 Vd vitesse moyenne de dépôt, m.h–1 S surface du matériau, m2 V volume du matériau, m3 m Dépôt de NO2 sur les matériaux

Le dioxyde d’azote peut générer de l’acide nitreux HONO et de l’acide nitrique en se déposant sur des surfaces humides. L’acide nitreux peut à son tour réagir sur le dioxyde d’azote pour conduire à de l’acide nitrique et au monoxyde d’azote : –

2 NO2 + H2O/surface → HONO(aq) + (H+ NO 3 )aq ↓↑ HONO(gaz) – NO2 + HONO(aq) → (H+ NO 3 )aq + NO Le dioxyde d’azote peut aussi réagir sur des particules de chlorure de sodium qui est un produit utilisé dans les systèmes de ventilation et de climatisation. À la surface de ces filtres, il pourrait ainsi se former du nitrate de sodium (solide) et du ClNO (gaz) : NaCl(s) + 2 NO2 → ClNO(g) + NaNO3 Il a été aussi suggéré la réaction : NaCl(s) + NO2 → [Cl NO2]– + Na+ L’acide nitreux gazeux est un composé très réactif irritant pour les voies respiratoires. Sa concentration représente 17 % de la concentration intérieure en NO2 avec une corrélation significative entre les niveaux de NO2 et de HNO2. Des études réalisées dans quelques habitations suggèrent que d’autres réactions complexes pourraient être à l’origine de HONO. En particulier, sa concentration intérieure est inversement corrélée au niveau d’ozone.

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4 • ÉVALUATION DU RISQUE SANITAIRE. PRINCIPALES PATHOLOGIES DUES À LA POLLUTION DE L’AIR INTÉRIEUR DES BÂTIMENTS

Les chapitres 5, 6, 7 détaillent, pour quelques polluants de l’air intérieur (chimiques, physiques, biologiques), leurs effets sur la santé et précisent, quand elles existent, les teneurs à ne pas dépasser pour éviter tout risque. Le risque est la probabilité de survenue d’un effet néfaste indépendant de sa gravité alors que le danger d’un agent correspond à l’effet sanitaire néfaste qu’il peut engendrer sur un individu lorsqu’il est mis en contact avec celui-ci. Les valeurs limites recommandées ou les seuils réglementaires pour les différents polluants sont issus de l’évaluation du risque sanitaire lié à la pollution de l’air intérieur. L’évaluation repose sur une démarche méthodologique développée dans les années 1980 par l’Académie des sciences des États-Unis désignée par « évaluation quantitative des risques sanitaires » (EQRS). Cette méthode, basée sur « l’utilisation de faits scientifiques pour définir les effets sur la santé d’une exposition d’individus ou de population à des matériaux ou à des situations dangereuses » permet non seulement de préciser les valeurs limites d’exposition humaine mais aussi de traiter des situations génériques, de réaliser des études d’impact, d’établir des priorités dans le calendrier des réglementations et des programmes de recherche. Outre la détermination de l’effet du risque susceptible de développer une maladie, du fait de l’exposition à un polluant, elle permet une évaluation d’impact sanitaire (EIS) c’est-à-dire l’estimation du nombre de cas d’un effet sanitaire (généralement le cancer) attribuable dans une période donnée à un polluant. La première partie de ce chapitre est ainsi consacré aux principes de l’évaluation des risques sanitaires. La deuxième partie évoque les principales pathologies liées à la pollution de l’air intérieur. Un individu adulte aspire en moyenne 15 m3 d’air par jour soit environ 20 kg. L’appareil respiratoire est ainsi la voie privilégiée pour les aérocontaminants chimiques ou biologiques. Parmi les pathologies observées, on distingue des pathologies mal définies dont les symptômes ne peuvent être liés à un polluant précis (syndrome des bâtiments malsains, sensibilité chimique multiple) et des pathologies spécifiques (pulmonaires, infectieuses, toxiques).

4.1 Évaluation quantitative des risques sanitaires (EQRS) La méthode pour évaluer quantitativement les risques sanitaires est structurée en quatre étapes :

73

4 • Évaluation risque sanitaire. Principales pathologies …

4.1 Évaluation quantitative des risques sanitaires (EQRS)

– l’identification des dangers potentiels dus à un ou plusieurs polluants indépendamment de la probabilité d’effets néfastes, – l’estimation de la relation entre la dose d’exposition et la réponse de l’organisme (dose-effet, dose-réponse), – l’évaluation des expositions (niveaux, durée, voies de pénétration, populations concernées), – la synthèse de la démarche (présentation et discussion des résultats). Cette démarche fait appel aux données scientifiques existantes et à la modélisation du réel afin d’aider à la décision en situation d’incertitude.

4.1.1 Identification des dangers Cette étape, qui consiste à lister toutes les substances ou agents dangereux auxquels les populations peuvent être exposées, n’est pas facile à réaliser du fait d’une carence de connaissances et de la complexité des situations. On distingue deux grands types de dangers : les effets aigus liés à une exposition courte à forte dose et qui disparaissent quand cesse l’exposition et les effets chroniques dus à une exposition faible et prolongée. Les dangers sont identifiés à partir des travaux reportés dans la littérature, d’observations médicales, d’études toxicologiques sur les animaux dont l’extrapolation à l’homme n’est pas toujours valable et d’études épidémiologiques souvent mal adaptées à des expositions à de faibles doses. Par ailleurs, les individus sont généralement soumis à des expositions d’agents toxiques multiples dont les phénomènes d’interaction sont mal connus. Leurs effets peuvent être additifs, ou synergiques (l’action combinée des deux agents est supérieure à la somme de leurs effets individuels) ou encore antagonistes (l’effet combiné des deux agents est inférieur à la somme de leurs effets individuels). Les molécules toxiques pouvant avoir des effets cancérogènes, mutagènes ou toxiques pour la reproduction font l’objet de classifications présentées ci-dessous. m Substances cancérogènes

Pour évaluer le risque cancérogène, plusieurs classifications sont utilisées en particulier celle de l’Union européenne, celle du CIRC/IARC (Centre international de recherche sur le cancer / International Agency for Research on Cancer) émanant de l’Organisation mondiale de la santé (OMS) et celle de l’Agence américaine de protection de l’environnement (US-EPA). Le classement UE ne porte que sur des substances chimiques alors que le classement CIRC porte sur des agents chimiques, biologiques, physiques. M Classification de l’Union européenne

– Catégorie 1, C1 :substances cancérogènes – Catégorie 2, C2 : substances cancérogènes probables (forte présomption) – Catégorie 3, C3 : substances cancérogènes possibles M Classification du CIRC/ IARC

– Groupe 1 : agent cancérogène pour l’homme – Groupe 2A : agent probablement cancérogène pour l’homme

74

4 • Évaluation risque sanitaire. Principales pathologies …

4.1 Évaluation quantitative des risques sanitaires (EQRS)

– Groupe 2B : agent cancérogène possible pour l’homme – Groupe 3 : non classifiable quant à sa carcinogénicité pour l’homme – Groupe 4 : agent probablement pas cancérogène pour l’homme M Classification de l’US-EPA

– Groupe A : cancérogène chez l’homme – Groupe B1 : cancérogène probable chez l’homme mais preuves limitées chez l’homme – Groupe B2 : cancérogène probable chez l’homme mais preuves non observées chez l’homme et preuves limitées chez l’animal – Groupe C : cancérogène possible chez l’homme, preuves inadéquates chez l’homme et limitées chez l’animal – Groupe D : inclassable, preuves insuffisantes chez l’homme et l’animal – Groupe E ; probablement non cancérogène chez l’homme (aucune indication de cancérogénicité chez l’homme et l’animal). m Substances mutagènes (substances induisant la mutation et la modification du matériel

génétique d’un organisme)

– catégorie 1 : substance mutagène pour l’homme – catégorie 2 : forte présomption d’une action mutagène – catégorie 3 : effets mutagènes possibles m Substances toxiques pour la reproduction (substances à l’origine d’altération des

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fonctions ou de la capacité de reproduction, effets non héréditaires néfastes sur la descendance)

– catégorie 1 : substance toxique pour la reproduction chez l’homme – catégorie 2 : forte présomption d’une action toxique sur la reproduction – catégorie 3 : substance préoccupante mais preuves insuffisantes Le classement d’une substance en catégorie 1 ou groupe1 ou A est établie à partir de données épidémiologiques prouvant l’existence d’une relation de cause à effet, l’exposition conduisant à un cancer. Les substances de catégorie 2 ou de groupe 2 et 3 reposent sur des résultats d’études à long terme sur les animaux. Pour la catégorie 2, il y a une forte présomption confortée par des informations d’origine métabolique et biochimique. Pour la troisième catégorie, les effets sont possibles mais ces substances sont insuffisamment étudiées. Des études complémentaires sont nécessaires pour prendre une décision finale. Le classement de l’Union européenne a un caractère réglementaire. Les substances sont soumises à autorisation pour une mise sur le marché ou une nouvelle utilisation, pouvant être soumise à révision ou révocation. Les substances cancérogènes comme les substances mutagènes et toxiques doivent être étiquetées (arrêté du 20 avril 1994). Les catégories 1 et 2 sont caractérisées par le symbole « T » accompagné d’une phrase de risque « R »). Le tableau 4.1 indique les différents symboles utilisés actuellement, symboles qui seront prochainement modifiés (voir annexe 3).

75

4 • Évaluation risque sanitaire. Principales pathologies …

4.1 Évaluation quantitative des risques sanitaires (EQRS)

Tableau 4.1 – Étiquetage des substances cancérogènes, mutagènes et toxiques pour la reproduction. Substances cancérogènes Classement

Symbole

Phase de risque

Seuil (1)

Seuil (2)

T

R45 ou R49

≥ 0,1 %

≥ 0,1 %

Catégorie 2

T

R45 ou R49

≥ 0,1 %

≥ 0,1 %

Catégorie 3

Xn

R40

≥1%

≥1%

Catégorie 1

Substances mutagènes Classement

Symbole

Phase de risque

Seuil (1)

Seuil (2)

Catégorie 1

T

R46

≥ 0,1 %

≥ 0,1 %

Catégorie 2

T

R46

≥ 0,1 %

≥ 0,1 %

Catégorie 3

Xn

R68

≥1%

≥1%

Substances toxiques pour la reproduction Symbole

Phase de risque

Seuil (1)

Seuil (2)

Catégorie 1

Classement

T

R60 et/ou R61

≥ 0,5 %

≥ 0,2 %

Catégorie 2

T

R60 et/ou R61

≥ 0,5 %

≥ 0,2 %

Catégorie 3

Xn

R62et/ou R63

≥5%

≥1%

T: Toxique Xn: Nocif (1): préparations autres que gazeuses, nocif (2): préparations gazeuses. R40: Effet cancérogène suspecté. Preuves insuffisantes. R45: Peut cause le cancer. R46: Peut causer des altérations génétiques héréditaires. R49: Peut cause le cancer par inhalation. R60: Peut altérer la fertilité. R61: Risque pendant la grossesse d’effets néfastes pour l’enfant. R62: Risque possible d’altération de la fertilité. R63: Risque possible pendant la grossesse d’effets néfastes pour l’enfant. R68: Possibilité d’effets irréversibles.

4.1.2 Évaluation de la relation entre exposition et conséquences sanitaires Il s’agit de déterminer la relation spécifique entre des niveaux d’exposition à un polluant dangereux exprimé par une dose ou une concentration dans l’air et, soit la survenue d’effets graves observés (relation dose-effet), soit l’incidence observée d’un effet donné (relation dose-réponse). La relation dose-effet indique la nature ou la gravité d’un effet toxique en fonction de l’exposition de courte ou de longue durée. Elle augmente avec la dose d’exposition. Ce sont des effets à seuil de dose (effets déterministes) qui ne surviennent que si une certaine dose est atteinte. Les effets peuvent être biochimiques, histologiques, morphologiques altérant un organe un système ou une fonction. La relation dose-réponse indique la fréquence de survenue d’un effet en fonction de l’exposition. Les effets sont sans seuil de dose (effets stochastiques). L’effet sans seuil apparaît quelle que soit la dose reçue, la probabilité croît avec la dose reçue mais non avec l’intensité de l’effet. Ces effets sont des effets cancérogènes génotoxiques.

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4.1 Évaluation quantitative des risques sanitaires (EQRS)

Une valeur toxique de référence (VTR) dépendant de la nature des effets (déterministes ou stochastiques) va être extraite des relations dose-effet et dose-réponse.

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m

Définition des valeurs toxiques de référence (VTR)

Chaque polluant va ainsi être caractérisé par une ou plusieurs valeurs toxiques de référence (VTR) spécifiques d’un effet donné (cancérogène, non cancérogène), d’une durée d’exposition (aiguë, subchronique ou chronique) et d’une voie d’exposition (orale, respiratoire ou cutanée) définis. Pour les substances à seuil de dose c’est-à-dire non cancérogènes, la VTR représente, pour une exposition donnée, par voie respiratoire, la quantité théorique (exprimée en mg/m3) d’un polluant toxique pouvant être inhalée par un sujet sensible ou non sans conséquence sur sa santé (risque considéré comme nul en dessous de ce seuil). Cette valeur correspond selon l’origine de l’organisme l’ayant élaborée à : – la « référence concentration (RfC) » ; – le « Minimal Risk Levels » ; – la « concentration admissible dans l’air ». Pour les substances cancérogènes pour lesquelles il n’y a pas de seuil de dose, la VTR correspond à : – l’« excès de risque unitaire » (ERU) ; – « l’inhalation Unit Risk » (IUR) ; – « l’excess lifetime Cancer Risk » (CR) – la concentration tumorigène « TD05 ou TC05 ». L’excès de risque est la différence entre le risque chez le groupe exposé et le groupe de référence, c’est la partie supplémentaire du risque lié à l’exposition. L’excès de risque unitaire (comme l’IUR ou le CR) est ainsi la probabilité supplémentaire, par rapport à un sujet non exposé, qu’un individu développe un effet associé à une exposition pendant sa vie entière à une unité de dose (ou de concentration) de la substance dangereuse. L’ERU est exprimé pour la voie respiratoire en inverse de masse de polluant/m3 (mg/m3) –1. Il y a ainsi une probabilité de développer un cancer pour une dose nulle de l’agent toxique inhalé. L’excès de risque unitaire correspond à la pente de la droite obtenue en postulant une relation linéaire entre une dose ou concentration d’exposition et la probabilité d’occurrence d’un cancer dans une population. La droite résulte de l’extrapolation de la relation dose-réponse obtenue pour des doses d’exposition élevée. On choisit généralement la limite supérieure de l’intervalle de confiance à 95 % de la pente de la droite qui relie la probabilité de réponse à la dose toxique et dont le domaine de validité correspond à un risque compris entre 0 et 1 %. La TD05 (ou TC05) représente la dose totale ou la concentration qui induit une augmentation de 5 % de l’incidence des tumeurs attribuables à l’exposition ou des décès dus à ces tumeurs. m Élaboration des valeurs toxiques de référence

Les VTR (valeurs toxiques de référence) sont établies par des instances nationales ou internationales pour un effet donné, une voie et une durée d’exposition. Elles peuvent être consultées sur Internet. Par exemple, lors de sa campagne, l’Observatoire de la qualité de l’air a au préalable sélectionné des VTR établies par :

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4.1 Évaluation quantitative des risques sanitaires (EQRS)

– l’Organisation mondiale de la santé qui a rédigé un ouvrage de référence : « Guidelines for Air Quality » donnant des valeurs guides pour différentes durées d’exposition ; – l’Agence de protection de l’Environnement (US-EPA) qui propose pour des expositions de longue durée des valeurs toxiques de référence pour des effets chroniques cancérogènes et non cancérogènes – l’Agency for Toxic Subtances and Disease Registry (ATSDR) qui présente des indices toxicologiques pour les effets non cancérogènes en distinguant des durées d’exposition inférieures à 15 jours (exposition aiguë), entre 15 et 365 jours (exposition subchronique) et supérieures à un an (exposition chronique). L’élaboration des VTR est très difficile et basée sur plusieurs hypothèses. Elle prend en compte des études épidémiologiques rigoureuses, des expérimentations sur des animaux ayant un profil biologique et un métabolisme proche de l’homme, les hypothèses formulées sur les mécanismes d’action à l’origine des effets produits, les données disponibles dans la littérature, des modélisations. Outre la transposition des données animales à l’homme, il est parfois nécessaire d’extrapoler des effets observés pour de fortes doses à des expositions plus faibles et de longue durée. La construction des VTR évolue sans cesse avec l’avènement de nouvelles méthodes et l’amélioration des connaissances scientifiques sur la compréhension des processus biologiques. Récemment l’AFSSET a proposé une nouvelle méthode de calcul des VTR pour les produits reprotoxiques (toluène, éther éthylique, éthylène glycol). Les principales étapes de leur construction sont brièvement présentées ci-dessous pour les effets à seuil et les effets sans seuil. M Effets toxiques à seuil

Le schéma général d’élaboration comprend : – la détermination de l’effet critique c’est dire la détermination du premier effet nocif ou adverse qui survient quand on augmente la dose et qui est jugé pertinent pour l’élaboration de la VTR ; – la détermination d’une dose critique, à partir des données existantes qui servira de point de départ à l’extrapolation de la VTR aux faibles doses. Elle correspond à la dose la plus élevée pour laquelle on n’observe pas d’augmentation statistiquement ou biologiquement significative en fréquence ou en sévérité d’un effet nocif dans un groupe exposé à la substance par rapport à un groupe non exposé (dose maximale sans effet nocif observable (DMSENO), ou « No Observed Adverse Effect Level (NOAEL)» en anglais. On peut aussi utiliser la méthode BMD (« benchmark ») qui ne permet pas l’extrapolation aux faibles doses mais qui permet de s’affranchir de la variabilité inhérente aux expérimentations animales. Elle repose sur un ajustement statistique des données d’observation. Elle indique la limite inférieure de l’intervalle de confiance à 95 % de la dose qui provoque une augmentation de 1, 5, 10 % de l’effet critique ; – la transposition à l’homme, si nécessaire, de la dose critique déterminée pour une espèce animale. On effectue une correction allométrique à partir des données toxicinétiques pour évaluer la concentration équivalente humaine en tenant compte de la nature de l’agent inhalé et du site respiratoire ou extrarespiratoire où sont observés les effets critiques ; – l’utilisation de facteurs d’incertitude pour obtenir un niveau d’exposition de sécurité pour l’homme. Chaque facteur est estimé de façon plus ou moins empirique. Ils

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4.1 Évaluation quantitative des risques sanitaires (EQRS)

prennent en compte la variabilité interindividuelle (population fragile ou moyenne) et interespèces, l’incertitude due à des études à moyen terme au lieu d’études sur la vie entière, l’incertitude liée à la validité des études toxicologiques, etc. M Effets toxiques sans seuil de toxicité

L’élaboration est très complexe du fait que la cancérogenèse est un processus à plusieurs étapes et des modèles mathématiques ont dû être développés pour essayer de reproduire le phénomène biologique en prenant en compte les données sur la relation dose réponse. On distingue trois étapes pour construire une VTR : – la détermination d’un équivalent de dose pour l’homme à partir des données animales en supposant que les espèces déclenchent le même effet toxique si elles absorbent la même dose par unité de surface corporelle et en tenant compte d’un rapport 3/4 entre les surfaces corporelles et les poids corporels. Ainsi, l’équivalent de dose pour l’homme exprimé en mg/(poids du corps)3/4/jour peut être calculé par l’équation suivante : DeqH = dA × (70/PA)3/4

[4.1]

où DeqH : dose équivalente humaine, dA : dose administrée à l’animal, PA : masse de l’animal en kg, 70 : masse standard humaine en kg. Tableau 4.2 – VTR à seuil et sans seuil de quelques substances voie d’exposition : inhalation et exposition chronique. (Source : INERIS rapport DRC-07-86-177-08805 B.) Substances Aldrine Benzène Cadmium Chlorure de vinyle Dieldrine

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Formaldéhyde

VTR sans seuil

4,9

(µg/m3) –1

RIVM USEPA

2,9

10 –5

(µg/m3) –1

ATSDR OEMMA

2 10 –2 µg/m3

4,2 10 –3 (µg/m3) –1

OEMMA

0,1 mg/m3

8,8 10 –6 (µg/m3) –1

USEPA

4,6 10 –3 (µg/m3) –1

RIVM USEPA

5,1 10 –4 (µg/m3) –1

OEMMA

0,0102 mg/m3

3,5

10 –4

mg/m3

3 10 –3 mg/m3

3,1

10 –4

(µg/m3) –1

0,5 µg/m3

0,3 mg/m3

OEMMA RIVM

1,2 10 –5 (µg/m3) –1

Plomb et dérivés inorganiques

Toluène

Organisme-source

10 –3

Lindane Polychlorobiphényle (PCB)

VTR à seuil ERU

3,5 10 –4 mg/m3

OEMMA

OEMMA

ATSDR: Agency for Toxic Substances and Dicrease Registry (États-Unis). OEMMA: Office of Environnemental Health Hazard Assessment (États-Unis). RIVM: Institut National de la Santé publique et de l’Environnement des Pays-Bas (Rijksinstitut voor Volksgezondheit en milieu). USEPA: United States Environmental Protection Agency (États-Unis).

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4.1 Évaluation quantitative des risques sanitaires (EQRS)

L’équivalent de risque unitaire (ERU) est alors obtenu en (mg/kg/jour) –1 par : DeqH’ = dA × (70/PA)1-3/4

[4.2]

– la modélisation des données expérimentales. Plusieurs modèles sont utilisés : des modèles statistiques et des modèles mécanistes ; – l’extrapolation vers les domaines de faibles doses et de faibles risques. Elle consiste à déterminer la pente de la droite représentant le risque de développer un cancer en fonction de la dose, pente constituant la base du calcul de la VTR. La droite peut être obtenue soit à partir d’une équation mathématique établie par modélisation des données expérimentale, soit par extrapolation linéaire graphique jusqu’à l’origine à partir du point correspondant à la dose critique. À titre d’exemple, le tableau 4.2 liste des valeurs toxiques de références à seuil et sans seuil de toxicité. Elles ont été relevées dans le rapport d’étude de l’INERIS (n° DRC-0786177-088058, juin 2007).

4.1.3 Évaluation de l’exposition L’évaluation de l’exposition, définie comme le contact entre l’enveloppe externe d’un organisme vivant et une situation ou un agent dangereux, est déterminée par la mesure de la dose externe et si possible de la dose interne. La dose externe est la quantité de l’agent dangereux, chimique, biologique, physique mise au contact avec l’organisme par voie pulmonaire, orale ou cutanée. Pour les agents chimiques, elle est exprimée en masse de substance par unité de masse corporelle et unité de temps (mg/kg/jour). La dose interne est la quantité de l’agent nocif absorbé c’est-à-dire qui a traversé une barrière biologique tel que l’épithélium respiratoire par exemple. L’estimation de l’exposition aux polluants de l’air intérieur des locaux est encore très mal connue. La démarche permettant d’évaluer au mieux les niveaux d’exposition ou « évaluation des niveaux d’exposition » est difficile à déterminer du fait de la grande variété de polluants émis avec une intensité variable dans le temps et d’un environnement à l’autre. Elle doit évaluer : – la contamination du milieu en tenant compte de la distribution des contaminants dans le temps et l’espace après avoir fait l’inventaire des polluants et une sélection de ceux à mesurer, – les caractéristiques de la population concernée (nombre, âge, sexe, profil physiologique, sensibilité, pathologies…), – les voies de pénétration des agents toxiques, – la fréquence et la durée de contact pour chaque exposition. m Évaluation de la dose externe

La dose de polluants inhalée dépend de : – la concentration des polluants, – la durée d’exposition, – la quantité d’air respiré qui varie selon l’activité physique. Elle nécessite de connaître les différents espaces occupés, la dose externe résultant d’une évaluation globale et intégrée des différentes expositions.

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4.1 Évaluation quantitative des risques sanitaires (EQRS)

Elle est ainsi sommée sur l’ensemble des micro-environnements fréquentés : Dose externe = Σ Ci × t [4.3 ] C : concentration ou immiscions (concentration moyenne), t : temps, i : nombre de micro-environnements. La mesure des concentrations de polluants dans l’air en contact avec les individus, peut se faire directement ou indirectement. La mesure directe au point de contact est obtenue avec des capteurs portés par les individus. Cette méthode précise est en fait peu utilisée du fait qu’elle est difficile à mettre en œuvre sur un grand nombre de volontaires et est très coûteuse. La méthode indirecte de quantification de l’exposition humaine s’appuie non seulement sur des mesures des teneurs des polluants mais aussi sur des modélisations qui croisent les teneurs de quelques polluants, indicateurs des micro-environnements, avec le budget espace-temps et les activités représentatifs des différents groupes d’âge et groupes sociaux et sur des modélisations de dispersion et ou de transfert à partir d’un terme source. À défaut des mesures faites, les doses auxquelles sont exposées les populations sont estimées en s’appuyant sur des scénarios d’exposition réalistes et plausibles qui combinent les caractéristiques des populations et la contamination des milieux environnementaux. Plutôt que des estimations moyennes d’expositions, on exprime les résultats sous forme de distribution. Dans les bâtiments, les concentrations de l’air intérieur sont enregistrées en continu, ou avec un pas de temps très court ou ponctuellement une fois par jour ou par semaine dans chaque pièce ou partie du local. Le calcul de la concentration d’exposition des personnes peut être cumulé sur la journée pour chaque pièce, la personne étant présente dans la pièce, ou cumulée sur une journée complète.

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m Évaluation de la dose interne

La dose interne est évaluée à l’aide de biomarqueurs d’exposition. Le biomarqueur « reflète la réponse biologique à une exposition c’est-à-dire un changement observable et/ou mesurable au niveau moléculaire, biochimique, cellulaire, physiologique ou comportemental qui révèle l’exposition présente ou passée à au moins une substance chimique à caractère polluant ». Le biomarqueur est analysé généralement dans le sang, les urines, le sérum. On doit tenir compte du bruit de fond c’est-à-dire de la concentration de l’élément considéré due à des sources naturelles ou à des sources anthropiques non présentes dans le milieu étudié et disposer de valeurs guides et de normes. Les biomarqueurs peuvent être la substance chimique polluante elle-même ou l’un de ses métabolites ou encore son association avec une molécule cible. En fait si les biomarqueurs sont intéressants dans le cas d’une contamination élevée reconnue pour organiser un dépistage, la dose biologique efficace étant connue, ils ne sont pas utilisés pour l’évaluation quantitative des risques sanitaires les résultats obtenus étant, dans ce cadre, limités et difficilement interprétables pour les raisons suivantes : – les biomarqueurs peuvent être communs à plusieurs toxiques ou disparaître au moment du prélèvement ; – le lien entre le biomarqueur et l’exposition (dose réponse) à un polluant spécifique est souvent mal connu ; – la relation entre la concentration en biomarqueur et risque d’apparition d’effets sur la santé est aussi faiblement connue ; – la part de la dose interne attribuable à une source n’est pas déterminée.

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4.2 Indicateurs de risque

m Budget-espace-temps

Le budget espace-temps est obtenu à l’aide de questionnaires. Comme cela a été mentionné, l’OQAI a élaboré deux types de questionnaires lors de sa campagne : un carnet journalier avec un pas de temps de 10 mn et un semainier avec un pas de 15 minutes afin de savoir les durées passées dans chacun des environnements.

4.1.4 Caractérisation des risques Cette dernière étape combine les informations issues des trois premières étapes afin d’élaborer des indicateurs de risque, certains permettant une évaluation de l’impact sanitaire. Deux indicateurs, le quotient de danger (QD) pour les substances à seuil ou sans seuil et l’excès de risque individuel (ERI) pour les effets sans seuil sont calculés directement à partir de la démarche EQRS. Deux autres indicateurs, le risque attribuable (RA) et le risque relatif (RR), sont issus des études épidémiologiques. L’évaluation de l’impact sanitaire ou excès de risque collectif est obtenue à partir de l’excès de risque individuel mais peut aussi être estimée pour toutes les substances à seuil ou sans seuil à partir du quotient de danger ou à partir des risques attribuables et relatifs.

4.2 Indicateurs de risque 4.2.1 Quotient de danger (QD) Le quotient de danger (QD) pour les substances à seuil ou non est le rapport entre la dose d’exposition (D) et la valeur toxique de référence (VTR) : QD = D/VTR

[4.4]

Le quotient de danger n’est pas une probabilité, il correspond au facteur entre la dose d’exposition et la valeur toxique de référence. Ainsi un quotient de danger de 2 signifie que la dose d’exposition est deux fois plus élevée que la valeur toxique de référence sans préjuger de voir l’effet dû au risque se manifester.

4.2.2 Excès de risque individuel (ERI) Il est calculé pour les substances dangereuse sans seuil. Pour un « individu type » il est défini à partir de l’excès de risque unitaire (ERU), de la dose journalière reçue (Dj) et du rapport entre la durée d’exposition (Te) et la durée d’espérance de vie humaine choisie à 70 ans : ERI = ERU × Dj × (Te/70)

[4.5]

L’excès de risque individuel est basé sur l’hypothèse d’une dose journalière constante, d’un risque vie entière proportionnel à la dose journalière même faible sans prendre en compte l’âge. L’OMS fixe la limite du seuil d’acceptabilité à 10 –5. Cela signifie que pour une population de 100 000 individus exposés à un polluant donné, on observera un cas de cancer en plus du nombre des cancers survenus en absence du polluant. À titre d’exemple, le tableau 4.3 donne les ERI correspondant à deux substances émises par différents désodorisants intérieurs. Ces ERI ont été évalués suite à une étude réalisée à l’École nationale de la santé publique de Rennes*. Ce travail a nécessité :

82

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4.2 Indicateurs de risque

– la connaissance des substances émises par les différents types de désodorisants, – la mesure des concentrations des substances émises, – le choix raisonné des VTR, – l’évaluation des doses d’exposition. Le tableau 4.3 donne des valeurs d’excès de risque individuel pour quelques substances toxiques sans seuil. Tableau 4.3 – Excès de risque individuel associé à deux molécules cancérigènes sélectionnées pour les différents désodorisants d’intérieur. Encens

Bougies parfumées

Benzène

1,1 10 –5

1,2 10 –5

Formaldéhyde

1,4 10 –5

3,9 10 –6

Diffuseurs électriques

Gels

Liquides

Sprays

1 10 –5 1,6 10 –5

8,4 10 –7

*Coftier A, Galland C, Saint-Ouen M,- Atelier santé environnement-IGS-ENSCP-2005.

4.2.3 Risque relatif (RR) Le risque relatif (RR) est le rapport entre le risque encouru par un groupe d’individus exposés à un polluant avec celui choisi comme référence pour un groupe non exposé. C’est encore la probabilité d’occurrence de la maladie pour un groupe exposé par rapport à un groupe non exposé. Par exemple, si pour un facteur de risque causal, le risque relatif est de 3 et qu’un seul cas de maladie pour 100 000 individus non exposés est pris comme référence, on estimera que pour des individus exposés à ce facteur, la fréquence de survenue de la maladie augmentera de 1 à 3 soit une occurrence de 3 cas pour 100 000 personnes. En fait, la proportion de malades dépend de la fréquence d’exposition. Ainsi, un RR faible, ne présagera pas du problème de santé publique mis en cause lors de l’exposition d’une population à la pollution atmosphérique urbaine.

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4.2.4 Risque attribuable (RA) Le risque attribuable (RA) ou encore la fraction étiologique du risque en population (FERp) permet, contrairement au risque relatif d’estimer l’importance d’un facteur de risque en santé publique. C’est la proportion de cas attribuable (PCA) qui indique la proportion de cas pathologiques dans la population imputable à un facteur de risque, facteur qui doit être un agent causal de la maladie. La proportion de cas attribuable (PCA) peut être calculé à partir du risque relatif (RR) par l’équation suivante où f est la proportion de personnes exposées : PCA = f(RR–1)/(1+ f(RR–1)) [4.6] Si f = 1, PCA = RR–1/RR [4.7]

4.2.5 Impact sanitaire (IS) L’impact sanitaire correspond au nombre potentiel de cas de cancer en excès lié à une exposition donnée au sein d’une population, survenant ou susceptible de survenir dans

83

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4.3 Indice de hiérarchisation sanitaire (IH)

cette population sur une période déterminée. Il est quantifié à partir de la valeur « moyenne » de l’ERI multipliée par l’effectif de la population. Il peut également s’exprimer par le pourcentage de la population qui dépasserait un quotient de danger de 1 ou un excès de risque supérieur à 10 –5. Il peut aussi être estimé à partir des études épidémiologiques pour certains fléaux comme l’amiante, le tabagisme. Il dépend alors du risque relatif, du risque de base dans la population et de la fréquence de l’exposition de cette population.

4.3 Indices de hiérarchisation sanitaire (IH) Pour interpréter les résultats d’une campagne de mesures, il y a nécessité à construire des indicateurs d’exposition reflétant au mieux les concentrations auxquelles la population est soumise. À partir des informations collectées lors de la campagne de l’OQAI, il a été proposé d’établir un indice de hiérarchisation sanitaire pour chaque polluant de l’air intérieur, cet indice (IH) tenant compte de la toxicité aiguë du produit, de sa toxicité chronique, de son pouvoir cancérogène et de la fréquence à laquelle l’agent peut être retrouvé à l’intérieur des habitats. Quatre sous-indices sont évalués : l’indice de toxicité aiguë (IA), l’indice d’effets potentiels chroniques (IEPC), l’indice de cancérogénicité (IK), l’indice de fréquence intérieure (IF) et l’indice de toxicité chronique (Ic) qui correspond en fait à IK + IEPC. L’indice de hiérarchisation est alors construit à partir de ces sous-indices : IH = IA + (IK + IEPC) + IF = IA + IC + IF

[4.8]

L’indice de toxicité aiguë (IA) est évalué en croisant les concentrations intérieures (Cint) avec la VTR aiguë : IA = Cint/VTRaiguë

[4.9]

L’exposition aiguë est caractérisée à partir du 95e percentile des concentrations mesurées et la VTR aiguë correspond à la concentration dans l’air sur de courtes périodes pouvant produire théoriquement des effets sanitaires nocifs. Chaque substance est attribuée d’un score allant de 0 (IA < 1) à 5 (IA > 1). L’indice de cancérogénicité (IK) compris entre 0 (cancérogène pour l’homme) et 5 (non cancérogène pour l’homme) est déterminé à partir des critères de classification rappelé paragraphe 4.1.1. L’indice « d’Effet Potentiel Chronique (IEPC) est estimé à partir des concentrations médianes (CP50) et de la VTR : IEPC = CP50 /VTR

[4.10]

Le score attribué va de 0 (IEPC 〈0.01) à 5 (IEPC〉 1). L’Indice de « fréquence intérieure » (IF) compris entre 0 et 5 attribue un poids plus important aux polluants les plus fréquemment détectés. L’indice de hiérarchisation, compris entre 0 et 20, obtenu en sommant les différents indices, a permis de définir quatre classes de priorité reportées tableau 4.4 et de classer les substances polluantes selon ces classes comme indiqué tableau 4.5. Pour les biocides qui pénètrent dans l’organisme par voie orale et respiratoire une adaptation des indices a été effectuée.

84

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4.4 Appareil respiratoire

Tableau 4.4 – Indices de hiérarchisation caractérisant les substances du tableau 4.5. Indice de hiérarchisation

Classe

≥ 15

A (substances hautement prioritaires)

entre 10 et 14

B (substances très prioritaires)

entre 5 et 9

C (substances prioritaires)

〈5

D (substances non prioritaires) Tableau 4.5 – Hiérarchisation des polluants.

Groupe

Nombre de substances

A

7

formaldéhyde, benzène, acétaldéhyde, particules, radon, ester de phtalate (DeHP) et dichlorvos

B

12

dioxyde d’azote, allergènes de chien, d’acariens, toluène, trichloréthylène, dieldrine, plomb, paraffines chlorées à chaîne courte, tétrachloréthylène, aldrine, allergènes de chat, monoxyde de carbone

C

32

biocides, champs électromagnétiques très basse fréquence, composés organiques volatils, éthers de glycol, endotoxines et fibres minérales artificielles, ester de phtalate (DEP, DnBP), organoétains (MBT, DBT, TBT, MOT, DOT), retardateurs de flamme bromés

D

22

biocides, éthers de glycol, esters de phtalate (DMP, DPP), organos étains (TeBT, TCHT, TPT), alkyl phénol

Quelques substances

Dans le groupe D ont été mises 8 substances « inclassables » parmi lesquelles le 2-éthoxyéthylacétate, le 2-méthoxyéthanol, le 2-méthoxyéthoxyéthylacétate, l’alkyl phénol (4NP), les phtalates (DPP), l’endosulfan, le 2-éthoyéthanol et l’oxadiazon.

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4.4 Appareil respiratoire 4.4.1 Description L’appareil respiratoire schématisé figure 4.1 comprend les deux poumons rattachés aux voies d’accès de l’air : les fosses nasales, le pharynx, le larynx, la trachée-artère et les bronches. Les parois squelettiques des fosses nasales sont tapissées par une muqueuse richement vascularisée dans la région inférieure renfermant de nombreuses glandes à mucus et des cellules superficielles de l’épithélium munies de cils vibratiles. Elle réchauffe et humidifie l’air inspiré en retenant les poussières. Le pharynx situé devant la colonne vertébrale est long d’environ 15 cm avec une forme d’entonnoir de 4 à 5 cm de large à la partie supérieure et de 2 cm en bas. Il communique

85

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4.4 Appareil respiratoire

Diaphragme Diaphragme

Phase de l’inspiration

Phase de l’expiration

Figure 4.1 – Schéma de l’appareil respiratoire.

avec les fosses nasales et la bouche. Il est constitué d’une tunique fibreuse doublée intérieurement d’une tunique muqueuse et extérieurement d’une tunique musculaire. Le larynx solidaire du pharynx et de l’œsophage est situé au-dessus de la trachée-artère. C’est l’organe de la phonation. Il est constitué de pièces cartilagineuses reliées entre elles et aux organes voisins par des ligaments et des muscles. Il est tapissé par la muqueuse des voies respiratoires qui forme deux paires de replis, la paire inférieure correspondant aux cordes vocales. À la suite du larynx devant l’œsophage se trouve la trachée-artère de 12 cm de long et de 12 mm de diamètre. Elle est soutenue par 15 à 20 anneaux cartilagineux horizontaux de 3 à 4 mm de hauteur en forme de fer à cheval fermés en arrière par un tissu musculaire. L’intérieur de la trachée-artère est tapissé par un épithélium stratifié cilié avec dans l’épaisseur de la muqueuse des glandes tubuleuses dont la sécrétion retient les grosses poussières de l’air inspiré qui sont ensuite repoussées par les cils vibratiles de l’épithélium. À sa base, la trachée se divise en deux bronches souches qui pénètrent dans les poumons par le hile (fosse de 2 cm d’épaisseur). Les bronches souches extrapulmonaires (2 cm de long pour la droite, 5 cm pour la gauche) ont une structure analogue à la trachée mais avec des anneaux cartilagineux complets. Dans la région du hile, elles se ramifient en bronches lobaires, trois pour le poumon droit et deux pour le poumon gauche. Les deux poumons, organes spongieux, mous élastiques sont entourés par une membrane séreuse la plèvre et séparés l’un de l’autre par un espace interpleural ou médiastin comblé par le cœur, les gros vaisseaux thoraciques, la trachée et l’œsophage. Ils sont isolés des organes abdominaux par le diaphragme sur lequel ils reposent par leur base. Le poumon droit (environ 700 g) est divisé en trois lobes par deux scissures et le poumon gauche (600 g) en deux lobes séparés par une scissure. Le poumon est formé par l’arbre bronchique formé des bronches lobaires qui se ramifient en bronches puis en bronchioles, l’arborisation terminale formant le lobule pulmonaire. L’arbre bronchique par le rétrécissement de ses conduits réchauffe l’air et le filtre, les poussières et les microbes se déposant sur les parois. Le mucus visqueux sécrété par les glandes des bronches retient ces éléments et les ramène vers le larynx grâce aux cils vibratiles où ils sont expulsés par des efforts de toux sous forme de crachats. Le lobule pulmonaire, petite masse d’un volume de 1 cm3 est l’unité structurale élémentaire du poumon schématisée figure 4.2.

86

4 • Évaluation risque sanitaire. Principales pathologies …

Vaisseau lymphatique Bronche lobulaire

4.4 Appareil respiratoire

Filets nerveux du sympathique Artère lobulaire

Lobule pulmonaire

Bronchiole

Veine périlobulaire

Lobule Vésicule pulmonaire

Figure 4.2 – Schéma d’un lobule pulmonaire.

À une extrémité du lobule pulmonaire se trouve le pédicule qui est une gaine fibreuse contenant une petite bronche, une artère, des lymphatiques et des filets nerveux. À l’intérieur du lobule, la bronche se divise en un grand nombre de bronchioles (50 à 80) ayant un épithélium cilié, chacune d’elles s’épanouissant en un bouquet de conduits, les canaux alvéolaires terminés par des petites cavités de 0,1 à 0,3 mm les alvéoles pulmonaires. Chaque alvéole comprend une membrane propre où est appliqué sur la face intérieure un réseau capillaire sanguin très riche. C’est au niveau des alvéoles dont la surface est de 80 à 100 m2 que se font les échanges respiratoires. Ces échanges gazeux entre l’air et le sang au niveau des parois alvéolaires sont appelés « hémastose ». La paroi des capillaires de 4 µm d’épaisseur, au contact des alvéoles a une surface de 75 à 150 m2.

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4.4.2 Fonction La fonction respiratoire consiste à faire parvenir dans toutes les cellules du corps la quantité d’oxygène nécessaire au métabolisme cellulaire et à éliminer le dioxyde de carbone (CO2) au fur et à mesure qu’il se produit. Elle est due à deux sortes de processus : des processus mécaniques sous la dépendance du système nerveux, correspondant à des mouvements alternatifs de la cage thoracique (inspiration, expiration) et des processus chimiques consistant en échanges gazeux entre le sang et l’air et entre le sang et les différents tissus cellulaires. L’inspiration qui fait pénétrer l’air est un phénomène actif provoqué par la contraction du diaphragme et des muscles élévateurs des côtes. L’expiration calme est un phénomène passif. Les phases respiratoires d’inspiration et d’expiration se succèdent rythmiquement sans temps d’arrêt, l’inspiration étant plus brève que l’expiration (rapport de durée : 10/15). La fréquence respiratoire varie avec l’âge, le sexe, le travail, les émotions, le sommeil, la digestion. Elle est de 40 à 50 par minute pour un nouveau-né, de 16 à 18 par minute pour un adulte au repos. Une altération du rythme respiratoire ou dyspnée apparaît dans beaucoup de maladies. La capacité totale de l’appareil pulmonaire rempli d’air au maximum est théoriquement de 5 litres. Cependant, en respiration normale, l’air qui entre et sort est d’environ 0,5 litre et 0,36 litre pénètre seulement dans les alvéoles. On distingue ainsi 4 volumes respiratoires : – l’air courant correspondant à la quantité d’air inspiré et expiré dans la respiration calme (0,5 l),

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4 • Évaluation risque sanitaire. Principales pathologies …

4.4 Appareil respiratoire

– l’air complémentaire qui représente lors d’une inspiration forcée l’air supplémentaire que l’on peut inspirer en sus de l’air courant. Il peut s’élever à 1,5 l en moyenne, – l’air de réserve qui est la quantité d’air que l’on peut expirer après une expiration forcée soit en moyenne 1,5 l de plus que l’air courant, – l’air résiduel qui est l’air qui ne peut être expulsé même après une expiration forcée de grande amplitude. Il est évalué à 1,5 l. La capacité vitale des poumons correspond à la somme des volumes de l’air courant, de l’air de réserve et de l’air complémentaire. La capacité moyenne correspond au volume d’air restant dans les poumons après une expiration calme : c’est la somme des volumes de l’air de réserve et de l’air résiduel dans laquelle se dilue l’air frais inspiré. En fait 1/10 de la quantité d’air se renouvelle par fractions au contact de l’air courant, c’est le coefficient de ventilation. Les courants d’air de la ventilation pulmonaire sont produits par des variations de pression entre l’air pulmonaire et l’atmosphère. Cette différence de pression est de 2 à 4 mm de mercure en respiration normale (dépression et augmentation de la pression intrapulmonaire respectivement dans l’inspiration et l’expiration), de –75 à –146 mm de Hg lors d’une inspiration forcée et de + 105 à 250 mm de Hg lors d’une expiration forcée. Dans les alvéoles il n’y a pas de courants d’air mais une atmosphère stagnante qui garde une composition constante, les échanges gazeux avec l’air pur se faisant par diffusion gazeuse. Le volume minute est de 6 à 8 l chez l’homme. Ainsi en 24 h, il passe 10 000 l d’air et 8 000 l de sang parcourant les capillaires. L’organisme absorbe 450 à 500 l d’oxygène et rejette 400 à 500 l de dioxyde de carbone (CO2). L’air expiré qui est saturé en vapeur d’eau (500 g d’eau éliminés en 24 heures) est plus pauvre en oxygène et plus riche en gaz carbonique que l’air inspiré. Le quotient respiratoire qui représente le volume de dioxyde de carbone rejeté au volume d’oxygène consommé est en moyenne de 0,82 mais varie avec la nature de l’alimentation. Dans l’organisme les échanges gazeux au niveau des alvéoles et au niveau des tissus se font par l’intermédiaire du sang. Par diffusion gazeuse, le sens des échanges est déterminé par les différences des pressions partielles de chaque gaz dans les deux milieux séparés par une membrane. Au niveau des alvéoles, l’oxygène de l’air alvéolaire qui a une tension plus forte que celle de l’oxygène du sang noir diffuse à travers l’endothélium capillaire dans le sang, se dissout dans le plasma et se combine avec l’hémoglobine (Hb) des globules rouges (Hb + O2 → HbO2). Au niveau des tissus, l’oxygène diffuse du sang dans les tissus où sa tension est plus basse, l’oxyhémoglobine se dissocie (HbO2 → Hb + O2). Inversement au niveau des tissus, le dioxyde de carbone qui a une tension plus élevée que dans le sang diffuse dans le plasma et se combine dans les globules sous forme de carbhémoglobine avec le radical aminé de l’hémoglobine ou sous forme d’acide carbonique avec l’eau, acide carbonique donnant du bicarbonate de potassium dans le plasma. Au repos, la consommation de O2 est de 300 cm3/min. Il y en a 850 cm3 dans le sang. On trouve 50 à 70 cm3 de CO2 pour 100 cm3 de plasma. 5 % du dioxyde de carbone est sous forme d’acide carbonique libre, (CO2, H2O) et 95 % sous forme de bicarbonate.

4.4.3 Troubles de la respiration Le manque d’oxygène des tissus peut entraîner la mort par asphyxie. On distingue l’asphyxie aiguë et l’asphyxie lente.

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4 • Évaluation risque sanitaire. Principales pathologies …

4.5 Pathologies respiratoires non spécifiques

Les principales causes de l’asphyxie aiguë sont l’obstruction des voies respiratoires par strangulation, la noyade, la diphtérie, la paralysie des centres respiratoires (anesthésiques, curare), l’intoxication par le monoxyde de carbone qui empêche la fixation de l’oxygène sur l’hémoglobine. L’asphyxie lente ou anoxie peut avoir pour causes : – la diminution de la pression d’oxygène dans l’atmosphère, – l’hypoventilation (occlusion d’une bronche, poliomyélite), – l’insuffisance du parenchyme pulmonaire (œdème pulmonaire, pneumonie, sclérose pulmonaire), – l’anomalie de la circulation pulmonaire (sténose de l’artère pulmonaire, persistance du trou de botal), – la diminution du nombre d’hématies ou de leur taux en hémoglobine (anoxie anémique), – les causes circulatoires (défaillance cardiaque, obstruction veineuse), – l’intoxication par les cyanures qui empêche les tissus d’utiliser l’oxygène apporté.

4.5 Pathologies respiratoires non spécifiques

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4.5.1 Sick Building Syndrom (SBS) ou syndrome des bâtiments malades ou malsains (SBM) Le syndrome des bâtiments malsains est encore appelé « la maladie des tours à bureau, maladie des gratte-ciel ou des grands ensembles ». Ce concept apparu en 1980 désigne un ensemble de symptômes complexes liés au séjour dans les bâtiments en particulier dans les bureaux mais non corrélés à des agents spécifiques. Ces symptômes de nature respiratoire, oculaire, cutané et sensoriels disparaissent généralement quand on quitte le bâtiment, par exemple, quand on part en vacances. Les signes cliniques les plus fréquents sont : – l’irritation et l’obstruction nasales, – la rhinite, – la conjonctivite, la sécheresse et l’irritation des muqueuses des yeux, de la peau et de la gorge, – la toux, l’essoufflement, – les migraines, la fatigue, les troubles du sommeil, – les nausées, la perte sensorielle du goût et des odeurs, – la sensation d’éblouissement. Ces données cliniques ont été mises en évidence par des études épidémiologiques mais aussi par des questionnaires qui évaluent non seulement la nature des symptômes mais aussi leur fréquence, en tenant compte parfois des variations saisonnières et des facteurs environnementaux. Si la causalité entre le séjour dans le bâtiment et les signes cliniques est indéniable, les facteurs à l’origine du SBS restent difficiles à préciser, les causes étant multiples. Le SBS est dû à la fois à des facteurs chimiques, physiques mais aussi psychologiques. On a constaté que les allergiques et les immunodépressifs y sont particulièrement sensibles. Le terrain atopique, le stress professionnel, la charge de travail, les problèmes relationnels, augmentent l’intensité et la fréquence des facteurs liés à la

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4 • Évaluation risque sanitaire. Principales pathologies …

4.6 Pathologies respiratoires spécifiques

qualité de l’air. Des études sont entreprises sur l’impact d’une amélioration globale de l’air (renouvellement d’air, purification, ventilation…).

4.5.2 Multiple Chemical Sensitivity (MCS) ou sensibilité chimique multiple C’est une exacerbation de la sensibilité aux produits chimiques. L’individu ne peut plus tolérer toute exposition à des produits chimiques courants (produits d’entretien, matériaux de construction, moquettes, peintures, encre, déodorants, essence, barbecue, produits de toilette, nettoyage à sec, pesticides) sans ressentir des symptômes tels que : – difficultés respiratoires, asthme, – sensibilité aux ondes électromagnétiques, aux bruits forts, aux lumières intenses, – troubles neurologiques, – douleurs musculaires et articulaires, – diminution de la concentration et de la mémorisation, – troubles de la vision, désorientation, – perte d’odorat, – irritation des yeux, des sinus et de la gorge, – troubles digestifs, fatigue, engourdissement, – fourmillements, convulsions, palpitations, – arythmie cardiaque, maux de tête, changement d’humeur. Ces troubles apparaissent pour de très faibles concentrations, plus faibles que celles considérées sans danger. La sensibilité chimique multiple peut apparaître au début de la puberté et surtout vers 35-50 ans. Il n’y a aucun traitement car les mécanismes et les causes sont inconnus. Il n’y a pas d’évidence qu’un mécanisme immunologique soit impliqué bien que les symptômes ressemblent à l’allergie. La MCS peut être initiée par une exposition toxique aiguë ou chronique d’un produit mais elle s’élargit à d’autres produits et à des concentrations de plus en plus faibles. C’est un handicap important, maladie reconnue aux États Unis où les bâtiments publics, les magasins, les hôtels, les établissements de santé doivent être adaptés à l’accueil de ces malades par un environnement sans aucun parfum. Cependant quelques scientifiques pensent que c’est une maladie psychosomatique

4.6 Pathologies respiratoires spécifiques L’appareil respiratoire est la voie d’exposition privilégiée pour les aéro- contaminants biologiques et chimiques (gaz et particules). Les toxiques absorbés sont transportés par la circulation sanguine pour atteindre l’organe cible ou pour être stocké dans différents tissus. Ils peuvent éventuellement atteindre le fœtus par le placenta. Ils sont excrétés soit directement par les reins soit par la bile, l’urée ou les selles, généralement après avoir été transformés en métabolites par des réactions enzymatiques au niveau du foie. Ainsi si les atteintes pulmonaires sont les plus fréquentes tous les organes peuvent être le siège d’effets pathologiques. On distingue les pathologies respiratoires dues à la pollution chimique, les pathologies infectieuses dues à la pollution biologique et les pathologies dues à des intoxications.

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4 • Évaluation risque sanitaire. Principales pathologies …

4.6 Pathologies respiratoires spécifiques

4.6.1 Pathologies non infectieuses Les principales pathologies sont résumées dans le tableau 4.6. Tableau 4.6 – Quelques pathologies liées à la pollution chimique. Organe

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Appareil respiratoire

Pathologie ou syndromes

Substances de l’air intérieur incriminées

Irritation : toux, bronchite aiguë, broncho-pneumonie obstructive

Chlore, ozone, oxydes d’azote, aldéhydes, styrènes, poussières, (métaux, bois, textile)

Sensibilisation : allergies respiratoires, rhinite allergique, asthme, alvéolite allergique extrinsèque

Aldéhydes, poussières métalliques, poussières végétales, biologiques, solvants organiques

Cancers : cancers bronchiques, mésothélium pleural, cancer du larynx, cancer des cavités nasales ou des sinus

Tabac, poussières métalliques, amiante, radon, hydrocarbures aromatiques polycycliques, benzène, toluène, formaldéhyde, solvants organiques

Plaques pleurales

amiante

Système Hypertension artérielle, cardiovasculaire myocardiopathie, troubles du rythme cardiaque, insuffisance coronarienne

Plomb, cadmium, monoxyde de carbone

Reins et voies urinaires

Altération du parenchyme rénal, insuffisance rénale chronique, syndrome néphrétique, cancer de la vessie

Plomb, cadmium, mercure, hydrocarbures halogénés, HAP, amines aromatiques

Foie

Hépatites, cancer

Hydrocarbures aliphatiques halogénés, métaux et métalloïdes, styrène, solvants organiques, trichloréthylène, organochlorés et phosphorés

Sang et moelle osseuse

Anémie, polyglobulie, leucémies

Benzène, métaux, éthers de glycol

Œil

Conjonctivite

Poussières, pesticides, oxydes d’azote, ozone, solvants, benzène, toluène, détergents

Os

Déminéralisation osseuse

Cadmium

Système nerveux

Altération des neurones et de leurs récepteurs

Monoxyde de carbone, poussières métalliques, solvants organiques, styrène, vapeurs de mercure

L’incidence des allergies augmente chaque année et on estime qu’une personne sur deux en 2010 souffrira d’une maladie allergique. Les allergies respiratoires provoquées par des pneumo-allergènes (pollens, acariens, moisissures, poils d’animaux) sont au

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4 • Évaluation risque sanitaire. Principales pathologies …

4.6 Pathologies respiratoires spécifiques

premier rang des maladies chroniques de l’enfant. La rhinite allergique évolue souvent vers l’asthme, pathologie responsable de 2 000 décès par an. L’allergie est une réaction immunitaire anormale de l’organisme contre des substances antigéniques (allergènes). Il se forme des anticorps spécifiques de type immunoglobine E(IgE) qui au lieu d’attaquer et de détruire les germes nocifs vont se diriger vers des substances non nocives pour beaucoup d’individus. Les IgE vont passer dans le sang et se fixer à la surface des mastocytes et de certaines cellules sanguines, les polynucléaires basophiles. Quand l’allergène se présente de nouveau, il se fixe sur les IgE et provoque la dégranulation des mastocytes, il y a libération des médiateurs responsables des réactions allergiques. L’allergie est toujours précédée par une phase de sensibilisation qui peut prendre de plusieurs mois à plusieurs années. Le terrain génétique est prépondérant dans les pathologies allergiques mais la pollution industrielle y contribue aussi. On appelle atopie la prédisposition héréditaire à fabriquer des IgE. Chez les enfants les manifestations allergiques commencent généralement avec une allergie alimentaire (lait) provoquant de l’eczéma et sont suivies par l’apparition d’asthme et de rhinite (figure 4.3). Rhinite

Incidence

Asthme

Eczéma

Allergie alimentaire

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Âge (années)

Figure 4.3 – Évolution de manifestation allergique en fonction de l’âge. (Source : D. Charpin, M. Gouitaa, Épidémiologie des maladies respiratoires)

La rhinite allergique est caractérisée par une obstruction nasale, des écoulements, du prurit, des éternuements. L’asthme est un symptôme inflammatoire chronique de la muqueuse bronchique. Il se manifeste par des sifflements, de la toux, des essoufflements (dyspnée), une oppression thoracique. Il génère de la fatigue, un manque de sommeil. Dans le cas d’une intoxication massive, une alvéolite allergique extrinsèque peut se développer. Elle se traduit par de la fièvre, des frissons, une oppression thoracique, de la toux, une dyspnée. La forme chronique peut entraîner une détérioration des tissus pulmonaires et une fibrose. Son mécanisme immunologique est encore mal connu, il serait différent de celui de la rhinite allergique et de l’asthme et ferait intervenir des anticorps IgG. Certaines pathologies non allergiques apparaissent à une exposition élevée de microorganismes, recouvrant les mêmes symptômes que la rhinite allergique et l’asthme alors

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4 • Évaluation risque sanitaire. Principales pathologies …

4.6 Pathologies respiratoires spécifiques

qu’elles ne mettent pas en jeu d’anticorps spécifiques. Parmi elles, le syndrome toxique des poussières organiques peut apparaître dans des locaux possédant des humidificateurs d’air ou des systèmes d’air conditionné mal entretenu. Il se traduit par de la fièvre, une toux sèche, une oppression thoracique, des douleurs musculaires et articulaires.

4.6.2 Pathologies infectieuses L’effet pathogène produit par un agent infectieux (bactérie, virus, moisissures), capable de se multiplier dans l’organisme, peut être de type invasif en créant inflammation et ulcération des tissus ou de type toxique suite à la production et l’action des toxines sécrétées par le micro-organisme. Les effets produits peuvent être chroniques, cancérogènes et entraîner la mort. Le pouvoir pathogène d’un micro-organisme résulte de l’action du micro-organisme (capacité à coloniser l’organisme et à induire des troubles cliniques) et de la réceptivité de l’hôte c’est-à-dire de son statut immunitaire. On trouve ainsi les micro-organismes pathogènes spécifiques pénétrant chez un individu bien portant et les micro-organismes pathogènes opportunistes ne provoquant des effets néfastes que chez des sujets « fragiles » aux défenses immunitaires amoindries. On distingue : – les pathologies infectieuses des voies respiratoires supérieures : rhume, rhinopharyngite (souvent compliquée par une otite moyenne aiguë), sinusite ; – les pathologies infectieuses des voies respiratoires inférieures : bronchites et trachéobronchites aiguës, bronchite chronique, bronchiolite (chez les enfants de moins de 2 ans), pneumonie (nosocomiale, ou communautaire), broncho-pneumonie ; – la légionellose (voir page 128) ; – l’aspergillose (voir page 123).

4.6.3 Pathologies dues à une intoxication par inhalation Ce sont principalement les intoxications produites par le monoxyde de carbone et le plomb décrites chapitre 5. Les pathologies liées à l’air intérieur sont classées en fonction de leur impact sanitaire. Le classement va de 1 à 3. L’impact le plus fort est attribué aux pathologies suivantes : la tuberculose, la coqueluche, les méningites, la diphtérie, les infections virales, les manifestations allergiques ORL et l’asthme.

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5 • POLLUTION CHIMIQUE

La pollution chimique à l’intérieur des locaux est très diverse. Ce chapitre présente les effets sur la santé des polluants les plus dangereux et fréquemment trouvés : – des composés inorganiques : monoxyde de carbone, ozone, oxydes d’azote, métaux lourds : – des composés organiques : solvants, benzène, toluène, xylène, éthers de glycols, pesticides, hydrocarbures aromatiques polycycliques, phtalates.

5.1 Monoxyde de carbone L’intoxication par le monoxyde de carbone est responsable chaque année en France d’environ 6 000 intoxications et de 300 décès. Le monoxyde de carbone (CO) est un gaz incolore, inodore, de densité proche de l’air (d = 1,0357) qui se forme lors des combustions incomplètes de substances carbonées (Chapitre 3). Dans les logements, il résulte très souvent de conduits de fumées obstrués, d’absence de ventilation, d’appareils mal entretenus ou vétustes, d’appareils d’appoint, etc., ce qui fait que les familles socialement et économiquement les plus défavorisées sont les plus exposées. La consommation de tabac est une source aussi d’exposition au CO (le taux de COHb est de 5 à 10 % pour 1 à 2 paquets de cigarettes et de 3 % dans le sang). Dans les cuisines où l’on utilise le gaz, les teneurs en CO sont trois fois plus importantes et proportionnelles au nombre de brûleurs. En absence de toute source intérieure de monoxyde de carbone, la teneur en CO dans les espaces clos est celle de l’air extérieur, cette teneur pouvant être importante si les locaux sont situés près d’une route à grande circulation, d’un parking ou d’un garage. 0,1 % de CO dans l’air tue en 1 heure, 1 % de CO en 15 mn et pour 10 % la mort est instantanée. Le monoxyde de carbone inhalé par les poumons (seule voie de pénétration) diffuse à travers la membrane alvéolo-capillaire et 80 % se fixent sur l’hémoglobine avec une affinité de 200 à 250 fois supérieure à celle de l’oxygène. Il se forme de la carboxyhémoglobine (HbCO) qui diminue la capacité de transport de l’oxygène du sang aux différentes cellules (hypoxie cellulaire). 10 à 15 % du CO réagissent aussi avec la myoglobine de la cellule musculaire et 5 % réagissent avec des composés contenant de l’hème comme par exemple le cytochrome a3, enzyme terminale de la chaîne respiratoire intramitochondriale. Le monoxyde de carbone traverse la barrière hématoencéphalique et placentaire. La formation de carboxyhémoglobine est irréversible. Au repos, la demi-vie d’élimination de CO dans l’air expiré est d’environ de 3 à 4 heures pour un sujet inhalant de l’air, de 20 à 60 min pour des sujets inhalant de l’oxygène et

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5 • Pollution chimique

5.1 Monoxyde de carbone

de 23 min à une pression de 3 atmosphères. Dans le sang fœtal sa demi-vie est de 7 heures. Chez les personnes en bonne santé et dans une atmosphère sans source de CO, il y a toujours du COHb dans le sang entre 0 et 1 %. Les effets d’une exposition aiguë au monoxyde de carbone sont multiples et souvent peu spécifiques. Ils dépendent de la concentration du CO, de la durée d’exposition, de l’état de santé et de la sensibilité du sujet. On peut observer : – des céphalées, des nausées, des vomissements, – des douleurs thoraciques, de la tachycardie, de la tachypré, des convulsions, de l’œdème pulmonaire, un arrêt cardiaque, – des étourdissements, des troubles de la mémoire, le coma, – des hémorragies rétiniennes. Une intoxication grave peut laisser des séquelles cardiaques et neurologiques. Le tableau 5.1 indique les effets probables pouvant être observés en fonction de la concentration en pourcentage de la carboxyhémoglobine dans le sang sur lequel repose généralement le diagnostic clinique. Tableau 5.1 – Principaux symptômes rencontrés en fonction de la concentration de COHb dans le sang.

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Concentration de COHb en % dans le sang

Symptômes

2,5 à 5 %

Légers maux de tête, nausées, fatigue, vertiges, hausse du débit artériel

5à9%

Maux de tête, difficultés à mémoriser, réduction de la vigilance, troubles du sommeil, troubles cardiovasculaires ou respiratoires chez les personnes à risques

10 à 20 %

Céphalées, réduction de l’activité mentale, dyspnée suite à un effort modéré

20 à 29 %

Céphalées sévères, vertiges, battements cardiaques accélérés, nausées, dyspnée

30 à 40 %

Faiblesse musculaire, maux de tête sévères, vomissements, confusion, troubles visuels et auditifs, perte de réflexes, irritabilité, somnolence

40 à 50 %

Convulsions, perte de connaissance, vomissements, hystérie, confusion

50 à 70 %

Convulsions, coma et mort à plus de 66 %

Les intoxications au monoxyde de carbone ne font l’objet d’aucune déclaration obligatoire, elles sont transmises partiellement au directeur général de la santé. Dans les bâtiments il n’existe pas de valeur limite. La surveillance est limitée au milieu de travail. L’organisation mondiale de la santé a proposé des valeurs guides établies en considérant qu’un taux de HbCO de 2,5 % dans le sang représentait le maximum admissible pour assurer la protection du grand public avec une activité physique légère ou modérée. Ces valeurs indiquées tableau 5.2 tiennent compte du temps d’exposition.

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5 • Pollution chimique

5.1 Monoxyde de carbone

Tableau 5.2 – Valeurs guides recommandées par l’OMS pour le monoxyde de carbone selon les durées d’exposition. Temps d’exposition

Valeur guide

24 h

5 ppm (6 mg.m3)

8h

10 ppm (12 mg.m3)

1h

26 ppm (30 mg.m3)

30 mn

52 ppm (60 mg.m3)

15 mn

87 ppm (100 mg.m3)

En milieu professionnel, la valeur d’exposition moyenne pondérée (VEMP) est de 35 ppm (40 mg/m3). 1 200 ppm correspond au danger immédiat pour la vie et la santé (DIVS). Selon le décret n° 2002-13 du 15/02/2002 la valeur limite du CO pour la protection humaine s’élève à 10 mg/m3 pour le maximum journalier de la moyenne glissante sur 8 heures. L’AFSETT recommande par ailleurs l’adoption d’un niveau d’intervention de 10 mg/m3 (mesuré sur un pas de temps supérieur à une minute), teneur conduisant à la nécessité de procéder à un diagnostic pour identifier l’origine de la pollution. Les effets du monoxyde de carbone à très basse concentration sont peu connus du fait qu’on ne mesure HbCO qu’uniquement s’il y a intoxication. Les symptômes ressentis pour une faible concentration sont très proches de ceux de la grippe et ne sont donc pas spécifiques de l’intoxication au monoxyde de carbone. Il est ainsi envisagé d’installer des capteurs dans les logements sociaux. Le traitement de l’intoxication au CO demeure l’administration d’oxygène à 100 % à l’aide d’un masque ou d’un tube pendant un temps de 4 heures à 48 heures selon la sévérité de l’intoxication. Il y a dissociation du CO lié à l’hémoglobine. On utilise aussi depuis 1960 l’oxygénothérapie hyperbare dans le cas d’un coma, d’une perte de conscience, d’une instabilité cardiovasculaire, d’acidose métabolique sévère et pour plus de 40 % de HbCO. L’oxygénothérapie hyperbare (OHB) consiste à faire inhaler de l’oxygène à une pression supérieure à la pression atmosphérique (au moins 1,3 fois). L’OHB augmente l’oxygène disponible en augmentant la quantité dissoute dans le plasma. En 2008, des mesures ont été mises en place pour réduire de 30 % la mortalité par intoxication au CO. Ce sont : – la mise en place d’un nouveau système de surveillance des cas avérés ou soupçonnés d’intoxication (circulaire du 14/12/2005) ; – le renforcement de la réglementation ; – la sensibilisation des professionnels de la santé ; – le renforcement de la campagne de prévention et d’information. La campagne 20072008 s’appuie sur des dépliants et des affichettes, dont 4 fiches information pour les lieux de rassemblement en espace clos (culte, spectacles, sport…). Les détecteurs de CO sont recommandés, le préchauffage interdit. Dans le parc des logements de la campagne de l’OQAI, les niveaux de monoxyde de carbone sont voisins de zéro dans la plupart des logements. Des maxima sont cependant

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5 • Pollution chimique

5.2 Ozone

ponctuellement observés en particulier dans les pièces de service : 130 à 233 ppm (sur 15 min), 90 à 174 ppm (sur 30 min), 53 à 120 ppm (sur 1 h), 31 à 36 ppm (sur 8 h).

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5.2 Ozone L’ozone (O3) est un polluant secondaire qui se forme dans l’air sous l’effet des UV par transformation chimique de polluants primaires (oxydes d’azote, composés organiques, oxygène, monoxyde de carbone [voir paragraphe 2.1.2]. Si à l’intérieur des bâtiments la source principale de l’ozone est l’air extérieur, d’autres sources génèrent de l’ozone comme les cuisinières à gaz, les imprimantes laser, les halogènes, les photocopieuses, les décharges électriques, les purificateurs d’air, les lampes UV bronzantes. Cependant comme cela a été mentionné, la teneur en ozone dans l’air intérieur est toujours inférieure à celle de l’air extérieur, l’ozone s’absorbant sur les surfaces et réagissant avec les composés organiques émis par les matériaux et les activités humaines (page 71). L’ozone est un gaz à odeur forte (seuil olfactif à 0,01 ppm ou 0,02 mg/m3), qui se liquéfie en un liquide bleu à – 111,9 °C. Très oxydant il pénètre profondément dans les voies respiratoires et peut réagir avec de nombreux composés cellulaires au niveau pulmonaire. L’augmentation des niveaux d’ozone est en relation avec l’augmentation de la mortalité et les hospitalisations pour des pathologies respiratoires. Ses effets sur la santé dépendent de la concentration, de la durée d’exposition, de la ventilation pulmonaire, de la sensibilité personnelle. Même à de très faibles concentrations, l’ozone est dangereux et peut entraîner des lésions permanentes, des réactions inflammatoires bien que, lors d’expositions quotidiennes répétées, il y a adaptation fonctionnelle aux effets de l’ozone. À une concentration très faible, (par exemple 0,1 ppm pendant 6 h) on observe une hypersensibilité bronchique provoquant une inflammation des tissus respiratoires. À la suite d’une exposition aiguë de 0,25 à 0,75 ppm ; il y a toux, essoufflement, dyspnée, maux de tête, nausées. À des concentrations supérieures à 1 ppm, il y a irritation des yeux, réduction de la fonction respiratoire, cyanose, fatigue extrême. On considère qu’une teneur de 50 ppm pendant 30 min peut entraîner la mort. Il n’y a pas d’effets plus prononcés chez les fumeurs. Les effets à long terme sont encore mal connus. Il y aurait une augmentation de l’incidence de l’asthme. Chez les enfants asthmatiques on observe une augmentation de la toux et des crises d’asthme. En France, il n’y a pas de valeur toxicologique de référence. L’OEHHA (Office of Environmental Health Hazard Assessment) propose une VTR de 0,18 mg/m3 (0,09 ppm), pour 1 heure d’exposition avec un facteur d’incertitude de 1,3. Le seuil de recommandation et d’information est de 180 µg/m3 et le seuil d’alerte de 240 µg/m3. La valeur limite en 2010, le maximum journalier de la moyenne sur 8 h devra être de 120 µg/m3, le nombre de dépassements ne devant pas dépasser 25 pour une année (moyenne calculée sur 3 ans).

5.3 Oxydes d’azote (NO, NO2) La concentration des oxydes d’azote (NO, NO2) dans l’air intérieur est généralement plus faible que celle de l’air extérieur (rapport de 0,7-0,8 en moyenne) sauf dans les locaux mal ventilés contenant des appareils au gaz (veilleuses de chauffe-eau, cuisinières,

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5 • Pollution chimique

5.4 Métaux

radiateurs), des poêles au bois, des cheminées à foyer ouvert et les locaux où vivent des fumeurs. L’oxyde d’azote NO se forme lors de combustions à températures élevées et réagit avec l’oxygène pour former du dioxyde d’azote. Le dioxyde d’azote est un gaz jaunâtre d’odeur piquante ressentie entre 200 et 400 mg/m3 mais pour lequel il y a accoutumance. Sa température d’ébullition est de 21,5 °C et sa densité de 1,587. Il se dimérise facilement pour former du N2O4. À 27 °C il y a 80 % de N2O4 et 20 % de NO2. Des études faites dans des cuisines équipées de cuisinières à gaz ont montré que lors du fonctionnement d’une cuisinière à gaz des pics de NO2 peuvent atteindre 1 000 à 2 000 µg/m3 en 1 heure, concentration très largement supérieure au seuil d’alerte de 400 µg/m3 (ou 0,2 ppm) en moyenne sur une heure. Le kérosène utilisé dans les chauffages d’appoint est une source de NO2 plus importante que celle du propane liquide moins polluant que le gaz naturel. Comme pour le monoxyde de carbone, la teneur des oxydes d’azote de l’air intérieur qui pénètre dans les locaux est plus importante si une route à forte circulation, un parking ou un garage sont situés à proximité. Cependant les mesures des teneurs en NO2 avec des tubes passifs peuvent être entachées d’erreurs dans la mesure où l’acide nitreux HONO qui se forme aussi à l’intérieur des logements est mesuré conjointement avec NO2. Le dioxyde d’azote est beaucoup plus toxique que le monoxyde d’azote. À forte concentration (supérieure à 2 000 µg/m3), l’inhalation de NO2 peut créer des lésions, des inflammations de l’épithélium, des bronchioles terminales et des alvéoles avec genèse de radicaux libres et de médiateurs chimiques. Il peut pénétrer dans le sang où il est – – transformé en nitrite ( NO 2 ) puis en nitrate ( NO 3 ). Aux concentrations du milieu intérieur on observe fréquemment une irritation des yeux, du nez de la gorge. L’hyper réactivité bronchique augmenterait chez les sujets sains, cette hyperactivité pouvant apparaître chez des sujets asthmatiques pour de faibles concentrations. Chez les enfants, le dioxyde d’azote favorise les infections microbiennes des bronches. À long terme, le dioxyde d’azote peut accroître les symptômes respiratoires comme la bronchite, la toux, les rhinites. Des études épidémiologiques ont mis en évidence une augmentation de la mortalité et des hospitalisations pour pathologies respiratoires, pour des niveaux moyens de pollution intérieure. En France, en 2010, la teneur en NOx ne devra pas dépasser 40 µg/m3 en moyenne annuelle avec un dépassement autorisé de + 20 en 2008, et de + 10 en 2009 (décret 2002-2/3 du 15/02/2002). Le seuil de recommandation est de 200 µg/m3 en moyenne horaire.

5.4 Métaux Plusieurs métaux toxiques sont présents dans l’atmosphère à l’état de traces sous forme de fines poussières. Inhalés, ils peuvent pénétrer jusqu’aux alvéoles pulmonaires et pénétrer dans le sang. Leurs effets sur la santé sont très graves et les pouvoirs publics ont réglementé certaines de leurs émissions. On les désigne improprement par le terme « métaux lourds ». Ce terme préalablement réservé à des métaux toxiques ayant une masse volumique de plus de 5 g/cm3 désigne actuellement une cinquantaine de métaux et quelques métalloïdes comme l’arsenic. Les métaux lourds proviennent des diverses activités industrielles, des incinérateurs, des déchets miniers combustibles charbon, pétrole, etc. Les lichens et les mousses sont

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5 • Pollution chimique

5.4 Métaux

utilisés comme bio-indicateurs de leur présence. Les principaux métaux lourds toxiques observés dans l’air intérieur sont le plomb, le mercure, le cadmium et l’arsenic. Le cadmium et le mercure sont en particulier adsorbés efficacement par voie pulmonaire du fait qu’ils sont volatils à température ambiante. D’autres métaux comme, par exemple le cuivre, le chrome, le fer, le magnésium, le zinc, le manganèse qui sont indispensables à l’état de traces au développement et à la croissance de l’organisme (oligo-éléments) peuvent entraîner de graves troubles du métabolisme quand ils sont à des concentrations élevées. Le tableau 5.3 indique pour les principaux métaux lourds de l’air intérieur les valeurs limites annuelles, exprimées en fraction massique des poussières, à ne pas dépasser et la date de leur mise en œuvre. Tableau 5.3 – Valeurs limites annuelles des principaux métaux lourds. Moyenne annuelle Valeur limite

Cd (Cadmium) 5

ng/m3

7,5 ng/m3 2003 5 ng/m3 2000

Pb (Plomb)

Ni (Nickel)

ng/m3

ng/m3

500

20

30 ng/m3 2005 20 ng/m3 2010

As (Arsenic) 6 ng/m3 9 ng/m3 2005 6 ng/m3 2010

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5.4.1 Plomb Le plomb est un métal blanc gris, mou, de masse volumique 11 340 kg/m3, malléable, résistant à la corrosion dont les usages ont été et sont encore très nombreux (construction, imprimerie, batteries, accumulateurs, munitions, canalisations, produits chimiques, écrans, verre…). C’est un métal qui, absorbé, entraîne des troubles graves particulièrement chez les jeunes enfants. Le cation Pb2+ se lie très facilement avec de nombreux composés oxygénés, azotés, soufrés. Il interagit ainsi avec les phosphates, les thiolates présents dans les enzymes et les acides nucléiques. Il peut se fixer au niveau de la membrane cellulaire des reins, du foie du cerveau conduisant à leur dysfonctionnement et perturber la biosynthèse des protéines. Les sources d’exposition par le plomb sont principalement les activités industrielles, l’essence au plomb (plomb tétra-éthyle), les peintures dans les bâtiments construits avant 1948, les travaux de bricolage, les cosmétiques, l’eau du robinet, le cidre, les aliments (lait, vin, coquillages, gibier, champignons), les conserves conditionnées dans des boîtes en alliage plomb-étain, le tabac (8 à 23 µg de plomb par cigarette). Le tableau 5.4 donne quelques applications de composés inorganiques du plomb pour lesquels une exposition est possible. L’intoxication par le plomb se fait par voie digestive en particulier chez les jeunes enfants qui portent à la bouche des écailles de peinture ancienne, par voie respiratoire et dans une faible mesure par voie cutanée. L’inhalation de poussières atmosphériques contaminées est la plus dangereuse car le plomb peut atteindre la circulation sanguine. L’excrétion du plomb est principalement urinaire et facile mais le plomb passé dans le sang diffuse principalement dans les os et les tissus mous (cerveau, foie, rein…). Les os fixent 94 % du plomb mais en cas de carence martiale (carence en fer) ou en calcium, le plomb est relargué dans le sang. Sa durée de vie est de 30 jours dans les tissus mous, un an dans les os trabéculaires et de 10 à 20 ans dans les os compacts. Le plomb peut franchir la barrière placentaire et intoxiquer le fœtus. Le chromate de plomb que l’on trouve dans les peintures et les pigments pourrait avoir une action cancérogène sur l’homme.

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5.4 Métaux

Tableau 5.4 – Quelques composés du plomb et leurs applications. Tétraméthyle, tétra-éthyl de plomb Chromate de plomb PbCrO4 Céruse (blanc de plomb) (PbCO 3)2 , Pb(OH)2 Oxyde de plomb (minium) Pb3O4 PbO

Carburant (moteur à essence) antidétonant

Interdit dans l’essence automobile Permis dans la benzine d’aviation

Peintures Pigments

Autorisé pour artistes

Peintures couleurs Pigments

Autorisé pour artistes

Protection antirouille

Autorisé pour artistes

Cosmétiques

L’intoxication aiguë ou chronique par le plomb est appelée saturnisme. Cependant, les signes cliniques (anémie, douleur abdominale, troubles du sommeil…) ne sont pas spécifiques et le saturnisme peut passer inaperçu. Il est en fait détecté par la teneur en plomb dans le sang (plombémie) dans le cas d’une intoxication récente ou dans les dents ou les os, les cheveux et les ongles si l’intoxication est ancienne. Le plomb sanguin ne représente que 1 à 2 % de la quantité présente de l’organisme. En fait en France, la teneur en plomb dans l’atmosphère a considérablement diminué depuis l’abandon de l’essence au plomb (janvier 2000) et suite à l’interdiction des peintures au plomb, à la rénovation des appartements anciens insalubres, à l’action des pouvoirs publics. Cependant, des produits importés contiennent du plomb en particulier des jouets pour enfants. En 2007, 6 millions de jouets avec une peinture à base de plomb venant de Thaïlande et de Chine ont été retirés des marchés, suite au décès de deux enfants aux États-Unis. La plombémie moyenne de la population est de l’ordre de 5 µg/l. m Le saturnisme

Le saturnisme est une maladie à déclaration obligatoire et déclarée maladie professionnelle en 1919. L’intoxication aiguë due à une exposition massive (plus de 1 000 µg/l) des composés au plomb est assez rare mais peut survenir chez les jeunes enfants après inhalation ou ingestion des écailles de peintures contenant du plomb jusqu’à 3 mg par gramme. Quelques heures après la prise (2 à 48 h) il apparaît des douleurs abdominales, des coliques, des vomissements pouvant s’accompagner d’une hémolyse, d’une hépatite cytolytique, d’une atteinte tubulaire rénale, de céphalées. L’intoxication aiguë doit être soignée très rapidement pour ne pas générer une intoxication chronique. Elle peut entraîner la mort par collapsus cardiovasculaire. L’intoxication chronique (accumulation de dérivés du plomb dans les tissus) se manifeste par : – une inhibition de l’hématopoïèse (fabrication et remplacement de cellules sanguines par des cellules souches de moelle osseuse). On observe une élévation de l’ALA (acide delta-amino li vulinique) sérique et de la protoporphyrine intra-érythrocytaire et une anémie hypochrome monocytaire ; – des troubles digestifs : douleurs abdominales, constipation, coliques ;

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5.4 Métaux

– des troubles rénaux : insuffisance rénale, néphropathies tubulo-interstitielles, apparition de goutte ; – des signes neurologiques : troubles du sommeil, hallucinations, céphalées, pertes de mémoire, troubles du comportement, diminution des acquisitions, régression du développement intellectuel. Chez les jeunes enfants (6 mois-6 ans) on observe un déficit cognitif et une diminution du QI irréversibles ; – de l’hypertension artérielle ; – des effets néfastes sur les fœtus (malformation, retard de croissance). m Pré-saturnisme

Le premier cycle clinique est le liseré gingival de Burton, ligne bleu noirâtre sur le collet des dents constitué de sulfure de plomb, accompagné parfois de plaques pigmentées jugales, plaques de Gubler qui peuvent être absentes en cas d’une bonne hygiène dentaire. Les autres signes sont : une anémie, une faiblesse des muscles des mains, une plombémie, du plomb dans les urines, le semis de Sonkin, tâche grisâtre au pourtour de la macula. La toxicité des composés du plomb dépend de leur hydrosolubilité. Les nitrates, chlorures, et acétates sont les plus nocifs. m Saturnisme infantile

La commission de toxivigilance a établi une classification des niveaux d’intoxication. Pour chaque classe il est défini le mode de prise en charge et le suivi de l’intoxication chez l’enfant comme résumé tableau 5.5.

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Tableau 5.5 – Mode de prise en charge chez l’enfant. Classe

Plombémie (µg/ l)

I

< 100

II A

100-149

Suivi clinique et biologique jusqu’à 3 ans Actions de prévention si grand nombre d’enfants atteints dans une commune

II B

150-249

Dosage tous les 3-4 mois, mais recherche de sources, d’une carence martiale Conseils sanitaires à la famille si 2 dosages consécutifs à cette teneur Enquête environnementale avec prélèvement

III

250-449

Bilan hospitalier, identification et élimination de la source Évaluation de l’intoxication

IV

450-699

Hospitalisation pour traitement (chélation) Identification, élimination des sources dans les 48 heures

V

≥ 700

Prise en charge Pas d’intervention, surveillance jusqu’à 3 ans

Urgence médicale, hospitalisation Traitement immédiat Élimination des sources

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5.4 Métaux

m Traitement du saturnisme

Le traitement consiste en l’administration d’agents chélatants qui fixent le plomb et permettent son excrétion. Les principaux chélatants utilisés sont dérivés de l’éthylène diamine tétracétique (EDTA) calcique pour le plomb osseux, et du 2-3 dimercapto1-propanol (BAL) pour le plomb dans les tissus mous, soient le 2-3 dimercapto-1propanolsulfate de sodium (DMPS), la N-(2-mercaptopropyl) glycine, l’acide méso2-3 dimercapto succinique (DMSA) ou la D pénicillamine. Pour les travailleurs, la valeur limite biologique à ne pas dépasser est fixée à 400 µg de plomb par litre de sang pour les hommes et à 300 µg/l pour les femmes. La valeur moyenne d’exposition (VME) pour le plomb et ses composés est fixée à 0,1 mg/m3 exprimé en plomb métallique. Dans l’air, la teneur doit être inférieure à 0,05 mg/m3 pendant 8 h. Dans les maisons, les valeurs limites sont pour les peintures de 1,5 mg/g et pour les poussières de 300 µg/m2. m Lutte contre le saturnisme

Une réglementation de plus en plus contraignante a été élaborée depuis 1993 comme décrit chapitre 10. Elle est complétée par de nombreuses actions régulièrement entreprises comme : – la sensibilisation des médecins à l’aide de la plaquette d’information Île de France et du bulletin « saturnisme info » pour les médecins de l’Essonne ; – la diffusion de documents d’information par l’administration ; – l’insertion d’une note d’information dans les carnets de santé (à partir de décembre 2001) ; – la gratuité du dépistage ; – la prise en charge à 100 % par la caisse d’assurance maladie ; – le suivi médical pour une plombémie égale ou supérieure à 100 µg/l. La DDASS (Direction départementale des affaires sanitaires et sociales) réalise des enquêtes environnementales suite au desiderata et contrôle les travaux prescrits au propriétaire.

5.4.2 Cadmium Le cadmium, sous-produit du traitement des minerais de zinc, de plomb et de cuivre, est utilisé principalement dans la fabrication de piles, de stabilisant du plastique, de revêtements anticorrosion, de pigments de peinture, d’alliages dentaires, d’insecticides, d’huile de moteur. Les poumons peuvent en absorber une grande partie sous forme de fumées du fait qu’il émet des vapeurs. En particulier on le trouve dans la fumée des cigarettes et on estime que la consommation d’un paquet de cigarettes entraîne une exposition à 2 à 4 µg de cadmium. Les poussières d’oxyde de cadmium, peuvent pénétrer par voie respiratoire dans les bronches et les alvéoles pulmonaires. L’oxyde de cadmium passe dans le sang sous forme de cation (Cd++) et se répartit dans l’organisme principalement dans les reins (organe cible) et les os. La principale voie d’élimination du cadmium est l’urine mais l’élimination est très lente, le temps de demi-vie étant de l’ordre de 10 à 30 ans. L’exposition à long terme à des doses faibles peut causer des effets irritants pour le nez, le système respiratoire, le système digestif et entraîner des lésions rénales et des risques

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5.4 Métaux

d’ostéoporose. À plus forte dose, en particulier en milieu professionnel, il peut être à l’origine de l’augmentation des cancers du poumon, du nasopharynx et de la prostate. Il peut également diminuer la formation d’anticorps et aurait un effet sur le développement de la glande mammaire et du fœtus. Les tests d’urine, de cheveux et d’ongles permettent de tester l’exposition chronique au cadmium. Le cadmium pourrait aussi être à l’origine de la chute des poils et des cheveux, d’anémie d’arthrite, de migraines, de maladies cardiovasculaires. La Commission européenne a classé le sulfate et l’oxyde de calcium comme cancérogènes probables par inhalation pour l’homme et le sulfure de cadmium comme cancérogène pour l’homme. La concentration du cadmium dans le sang est de 5 µg/l, la dose hebdomadaire tolérable est de 7 µg/kilo/semaine.

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5.4.3 Nickel Les principales sources d’exposition anthropiques du nickel et de ses composés sont la métallurgie, la sidérurgie, l’incinération des déchets, l’épandage des boues d’épuration, la combustion du charbon ou du fuel. Le nickel et ses sels ont de nombreuses applications : alliages, accumulateurs Ni-Cd, batteries alcalines, pigments minéraux, catalyseurs, mordant pour textiles, colorants pour le verre et la porcelaine, ciseaux, prothèses dentaires, bijoux, etc. Les sels inorganiques de nickel (chlorure, sulfate, oxyde, nitrate…) sont moins toxiques que les composés organiques comme le nickel tétra carbonyle qui existe en phase vapeur et a un potentiel allergène et mutagène. Les voies d’exposition au nickel sont principalement l’exposition aux poussières, l’ingestion d’aliments (fruits, chocolat, légumes secs), le tabac (2 à 20 µg pour 40 cigarettes/jour). Dans l’atmosphère des habitations on trouve principalement le sulfate, l’oxyde de nickel et le nickel métallique. La voie respiratoire est la plus dangereuse. Le nickel a une durée de demi-vie plasmatique de 20 à 35 heures. Dans l’organisme il est distribué dans les reins, mais aussi dans le foie, le cœur, les poumons, les tissus adipeux, le cerveau, le système périphérique nerveux. Il est excrété par voie urinaire, sudorale et fécale. La dangerosité dépend de la solubilité de ses composés. Les composés les plus solubles sont éliminés au bout de 20 à 40 heures, les plus insolubles de quelques semaines à plusieurs années. Ce sont surtout les travailleurs qui sont les plus exposés. Le nickel peut provoquer, à fortes concentrations, inflammation chronique, fibrose, lésions rénales tubulaires, réactions cutanées et à plus faibles concentrations des céphalées, vertiges, nausées, irritation de la gorge, allergie respiratoire. Bien que le nickel soit un oligo-élément, le nickel métallique et ses composés sont classés « cancérogènes pour l’homme » ou « cancérogènes possibles pour l’homme » ou encore « préoccupant pour l’homme » selon les différents organismes. L’excès de risque unitaire pour le nickel métal est estimé à 2,6 10 –4 (µg/m3) –1 par Santé Canada et à 1,5.10 –3 (µg/m3)–1 par l’OMS. On estime une teneur d’exposition de 1 à 3 ng/m3 à distance des sources, de 1 à 10 ng/m3 dans les sites urbains et de 20 ng/m3 dans les zones industrielles. La directive de l’Union européenne 2004/107/CE 15/12 2004 a fixé une valeur cible de 20 ng/m3 à ne pas dépasser à partir du 31/12/2012.

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5 • Pollution chimique

5.5 Composés organiques volatils

Les valeurs moyennes d’exposition en milieu professionnel (VME) dans l’air sont de : – 1 mg/m3 pour le carbonate, le dihydroxyde, le sous-sulfure (Ni3S2), l’oxyde, le sulfure, le trioxyde de nickel ; – 0,1 mg/m3 pour le sulfate et le tétracarbonyle de nickel.

5.5 Composés organiques volatils 5.5.1 Généralités Les composés organiques volatils, symbolisés par le sigle COV, sont définis comme des composés organiques ayant une tension de vapeur de 10 Pa ou plus à une température de 20 °C1. On dénombre dans l’air intérieur une centaine de composés organiques volatils appartenant à des familles chimiques différentes comme résumé tableau 5.6 pour les COV les plus présents dans l’air intérieur. Dans les locaux, leurs sources sont très nombreuses (Chapitre 3). Comme on l’a déjà mentionné, leur concentration dans l’air intérieur varie avec le temps et l’espace (sources intermittentes, absorption sur les matériaux, réactions secondaires, taux de renouvellement d’air). La campagne de l’OQAI a mis en évidence que, dans presque toutes les habitations, leur concentration était supérieure à celle de l’air extérieur en particulier pour les aldéhydes et le formaldéhyde. Excepté pour les éthers de glycol, tous les COV mesurés (18) étaient présents dans 80 à 100 % des logements, les composés les plus ubiquitaires étant le formaldéhyde, l’acétaldéhyde, l’hexaldéhyde, le toluène, et les méta- et para-xylènes. Ils se répartissaient comme suit : – 3 à 8 composés à de très fortes concentrations dans 8 % des logements ; – 1 ou 2 composés à fortes et très fortes concentrations dans 14 des logements ; – 4 à 7 composés à des concentrations supérieures à la valeur médiane ; – l’ensemble des composés à des concentrations inférieures à la médiane dans 45 % des logements. Dans les garages attenant aux logements les concentrations respectives des COV sont significativement supérieures. Les effets sur la santé des COV peuvent être très variés compte tenu de leur hétérogénéité. Ils peuvent être à l’origine des symptômes du syndrome des bâtiments malsains ou d’effets sur des fonctions de l’organisme (effets neurologiques, respiratoires, sanguins, hépatiques, rénaux, cardiovasculaires, effets cancérogènes et mutagènes). Les effets sur la santé pourraient apparaître à partir d’une concentration de 3 000 µg/m3 en composés organiques volatils totaux (COVt). Dans le cadre d’études sur la qualité de l’air intérieur, Molhave (Indoor Air 1991, 4, 357-376) a proposé une échelle de valeurs des COVt pour décrire la gêne occasionnée par ces polluants dans l’air intérieur comme indiqué tableau 5.7. Cependant les effets rapportés au-dessous de 25 mg/m3 peuvent être attribués à d’autres pathologies. En fait, seuls les effets de quelques COV sont bien documentés. Une évaluation du risque sanitaire est très difficile à mettre en œuvre dans la mesure où il n’est pas possible de considérer les COV dans leur ensemble. Le risque sanitaire doit être évalué pour chaque COV individuellement comme décrit Chapitre 4 et un travail de hiérarchisation est nécessaire. 1. L’OMS a défini les COV comme des composés ayant un point d’ébullition compris entre 50 et 260 °C ce qui exclut les aldéhydes dont le formaldéhyde. Une directive européenne les inclut dans les COV.

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5 • Pollution chimique

5.5 Composés organiques volatils

Tableau 5.6 – Sources spécifiques des familles de composés organiques volatils les plus fréquemment rencontrés dans les ambiances intérieures (CSTB). Famille Aldéhydes

Hydrocarbures aromatiques

Dérivés halogénés

Composés

Sources

Formaldéhyde

Panneaux de particules, panneaux de fibres, bois brut, magazines et livres neufs, peintures, colles, fumée de cigarette, photocopieuses

Acétaldéhyde

Fumée de cigarettes, panneaux de bois brut, panneaux de particules, isolants

Benzaldéhyde

Peintures, parquets traités

Hexaldéhyde

Panneaux de particules, magazines et livres neufs, peintures, produits de traitement du bois, panneaux de bois brut

Acroléine

Fritures

Benzène

Carburants, fumée de cigarette, produits de bricolage, meubles, produits de construction et de décoration

Éthyl benzène

Automobiles, cires

Toluène

Peintures, vernis, colles, encres, moquettes, tapis

m,p-xylène

Peintures, vernis, colles, insecticides

Styrène

Matières plastiques, matériaux isolants, automobiles, fumées de cigarettes

Cyclohexane

Peintures, vernis, colles

Décane

White-spirit, colles, cires, vernis à bois, nettoyant sol, moquettes, tapis

1,4- dichlorobenzène

Antimites, désodorisants, taupicides

Dichlorométhane

Robinetterie de salle de bain, moquettes, tapis, cires

1,1,1- trichloroéthane Formulation de colles

© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.

Terpènes

Alcools

Trichloréthylène

Peintures, vernis, colles, dégraissant matériaux et robinetterie

Tétrachloréthylène

Nettoyage à sec, moquettes, tapis, cires

± α-pinène

Désodorisants, parfums d’intérieur, produits d’entretien

Limonène

Désodorisants, parfums d’intérieur, cires, nettoyant sol

3-carène

Cires, nettoyants, savon, revêtement en bois, tapis, moquettes

1-méthoxy-2 propanol Laques, peintures, vernis, savons, cosmétiques 2-butoxyéthanol

Peintures, vernis, fongicides, traitement des bois, calfatage siliconé

2-dioxyéthanol

Peintures, laques, vernis

2-éthyl-1-hexanol

Solvants aqueux

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5 • Pollution chimique

5.5 Composés organiques volatils

Tableau 5.7 – Effets potentiels des COVt, en fonction de la teneur, rencontrée dans des locaux non industriels. Concentration < 0,2 mg/m3

Pas d’effet

mg/m3

Irritation et inconfort possible

mg/m3

Maux de tête

0,2-3 3-25

Effets sur la santé

> 25 mg/m3

Maux de tête et effets neurotoxiques possibles

On trouvera ci-dessous quelques détails sur le formaldéhyde et sur quelques solvants dangereux.

5.5.2 Formaldéhyde Le formaldéhyde (HCHO) désigné aussi par méthanal ou aldéhyde formique est un gaz incolore, inflammable, soluble dans l’eau, se polymérisant facilement et dont l’odeur piquante est perçue à partir d’une teneur comprise entre 60 et 220 µg/m3 environ. C’est un des composés les plus polluants de l’air intérieur. Dans les locaux, en particulier dans les habitations ses sources sont très nombreuses et sa teneur dans l’air intérieur est généralement supérieure à celle de l’air extérieur. Il est émis principalement par : – les colles et les résines (urée, formol, phénol-formol) utilisés comme dans les fabrications de bois aggloméré, les panneaux de particules, le contreplaqué, les planchers flottants, les boiseries, les cloisons… ; – les mousses isolantes urée, formol (MUF) qui ont été à l’origine dans les années 1960-1970 de nombreux problèmes de santé. Interdites dans de nombreux pays, leur usage est réglementé en France par l’arrêté du 6 mai 1988 (n° 88-833). L’injection de mousse urée-formol ne peut être faite que dans les murs qui comportent une lame d’air continue et non ventilée de 10 cm d’épaisseur au plus, avec du côté extérieur une ou plusieurs parois en maçonnerie et du côté intérieur une paroi en éléments collés ou maçonnés de briques creuses ou pleines enduites, de blocs de béton enduits ou de carreaux de plâtre. Une valeur limite de 230 µg/m3 ne doit pas être dépassée dans les maisons isolées avec une mousse urée-formol ; – la laine de verre et de roche, les tissus d’ameublement ; – la peinture et les produits cosmétiques ; – les désinfectants et aseptisants utilisés dans les hôpitaux ; – les germicides insecticides, fongicides, fixateurs de spécimens histologiques. L’émission diminue avec le temps mais certains produits comme des panneaux non scellés aux extrémités peuvent émettre de faibles quantités pendant des années. Le formaldéhyde peut aussi être absorbé sur certains matériaux et être ensuite réémis plus tard. L’inhalation du formaldéhyde est la voie principale de pénétration dans l’organisme. Les principaux effets du formaldéhyde sur la santé qui apparaissent pour une teneur de 500 µg/m3 en moyenne, sont les suivants : – irritation des yeux, du nez, de la gorge, saignement de la muqueuse nasale ; – maux de tête, rhinite, nausées, grosse fatigue, vertiges ; – pertes de mémoire, trouble de concentration et du sommeil, anxiété.

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5 • Pollution chimique

5.6 Solvants

Une exposition chronique peut entraîner des difficultés respiratoires et des crises d’asthme (altération du système immunitaire). Chez certains sujets, le formaldéhyde peut être un déclencheur d’une sensibilisation aux produits chimiques multiples. Il a été classé par le CIRC (Centre international de recherche sur le cancer) comme cancérogène pour l’homme – groupe 1 – (risque de cancer des sinus des fosses nasales) et en C3 en France. L’OMS a recommandé une valeur guide de 100 µg/m3 pour les personnes normales et de 10 µg/m3 pendant 30 min pour les personnes sensibles. En France il n’existe pas de réglementation concernant les valeurs limites du formaldéhyde dans l’air intérieur des habitations. En milieu professionnel la VME a été fixée à 600 µg/m3 pour 8 heures de travail pendant 5 jours. En Norvège, la valeur guide en atmosphère domestique est de 60 µg/m3. La Commission européenne a établi la norme E1 pour le contreplaqué : 1 m2 de contreplaqué placé dans 1 m3 à une température de 23 °C, à une humidité relative de 45 %, et à un taux de renouvellement d’air de 2, ne doit pas augmenter la concentration de formaldéhyde de plus de 120 µg/m3. La campagne pilote de l’OQAI a mis en évidence que le formaldéhyde est présent dans les classes d’écoles avec parfois des niveaux de pollution proches de 100 µg/m3. 50 % des logements présentent des concentrations supérieures à 20 µg/m3 pour une teneur de 4 µg/m3 en moyenne dans l’air extérieur. D’autres études menées par le CSTB et l’ASPA ont mis en évidence une forte variabilité des niveaux de formaldéhyde en fonction du renouvellement de l’air. H2CO est un composé ubiquitaire. L’organisme humain en produit.

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5.6 Solvants De nombreux solvants font partie des composés organiques volatils. Ce sont des liquides à température ordinaire, inflammables, se vaporisant facilement surtout quand ils sont pulvérisés. Ils sont largement répandus du fait de leur utilisation domestique très importante. Ils sont utilisés comme dégraissants, détachants, décapants, purifiants, adjuvants dans les peintures, les vernis, les colles, les pesticides. Ils sont répartis en quatre grandes familles. On distingue les solvants oxygénés (alcools, cétones, éther-oxydes, les esters carboxyliques…), les solvants hydrocarbonés (hexane, hydrocarbures aromatiques, les terpènes…), les solvants halogénés, les solvants particuliers (amides, sulfoxydes…). Les solvants chlorés caractérisés par un ou plusieurs atomes de chlore, sont peu réactifs, et faiblement inflammables mais très volatils. Ils sont instables en présence de lumière ou au contact des métaux et libèrent du chlore. Les plus utilisés sont le trichloréthylène, le tétrachloroéthène, le chlorure de méthyle, le chloroforme et le 1,1,1 trichloroéthane. Aucun solvant n’est inoffensif. Tous les solvants pénètrent facilement dans l’organisme par voie respiratoire et peuvent soit être fixés dans les tissus riches en lipides, soit être rejetés dans l’air expiré, soit encore être métabolisés dans le foie puis excrétés dans les urines et les selles. Une exposition régulière à faible dose peut conduire à des désordres neurologiques et psychiatriques désignés par « psycho-syndrome organique aux solvants (POS) » et se traduisant par de la fatigue, une baisse de la libido, des troubles du sommeil, des difficultés de concentration, une tendance à la dépression, une perte de mémoire.

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5.7 Benzène, toluène, xylène (BTX)

Certains solvants entraînent des pathologies spécifiques dont quelques-unes sont reportées tableau 5.8. Tableau 5.8 – Toxicité spécifique de certains solvants. Solvant

Pathologie

Hexane, méthylbutylcétone

Neuropathies périphériques

Trichloréthylène

Polynévrite, hyperexcitabilité du myocarde

Chloroforme

Hyperexcitabilité du myocarde

Amine, diméthylformamide

Cytolyse hépatique

Aniline, nitrobenzène

Méthémoglobinémie

Éthylglycol, méthylglycol et leurs acétates

Hématotoxicité et diminution spermatogenèse

Benzène

Leucémie, anémie haptique

Monochlorure de vinyle

Angiosarcome

Solvants chlorés

Cytolyse hépatique

Quelques détails sont donnés ci-dessous pour des solvants courants très nocifs.

5.7 Benzène, toluène, xylène (BTX) Les BTX sont des hydrocarbures monocycliques constitués d’un cycle benzénique. Très utilisés comme solvant, ils sont très toxiques, principalement le benzène qui est classé cancérogène dans le groupe 1.

5.7.1 Benzène, C6H6 Le benzène est un liquide incolore à température ordinaire, d’odeur caractéristique, inflammable, insoluble dans l’eau. Ayant une forte tension de vapeur, il s’évapore facilement. Sa teneur dans l’air extérieur a fortement diminué ces dernières années. La moyenne annuelle est de 1 µg/m3 en sites urbains de fond et de 5 à 20 µg/m3 en sites urbains sauf près d’un parc de stationnement ou de stations à essence où la teneur peut dépasser 500 µg/m3. La Commission européenne a fixé à 5 µg/m3/an la valeur limite dans l’air ambiant d’ici 2010 (actuellement elle est de 10 µg/m3 loin de l’objectif de qualité de 2 µg/m3/an). Cependant dans l’air intérieur, les concentrations en benzène ont été trouvées supérieures à celles de l’air extérieur bien que dispersées ce qui suppose des sources spécifiques encore non connues mais qui pourraient potentiellement être des produits de bricolage, d’entretien ainsi que certains revêtements de décoration. La campagne menée par l’OQAI a montré que dans 63 logements la teneur dans les cuisines et les chambres était de 1,5 fois plus élevée que dans l’air extérieur, 10 % des logements ayant une teneur atteignant 8 µg/m3. Le benzène inhalé se distribue rapidement dans les organes riches en lipides : foie, système nerveux, moelle épinière. Il est éliminé dans l’air expiré et dans les urines. Dans l’environnement domestique, l’exposition à de faibles doses peut conduire à une toxicité chronique se traduisant par une toxicité hématologique (par exemple une

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5 • Pollution chimique

5.8 Autres composés organiques

diminution des lymphocytes), une aplasie médullaire et à long terme par des effets mutagènes et des effets cancérogènes (leucémies lymphoïdes, myoloïdes et monocytaires…). Le benzène est remplacé de plus en plus par le toluène. Il est particulièrement surveillé par diverses approches. De nombreuses études dont certaines multicentriques et des programmes de recherche sont engagés afin de mieux connaître l’exposition individuelle au benzène et en trouver les sources dans l’air intérieur.

5.7.2 Toluène, ou méthylbenzène C6H5CH3 Le toluène est un liquide incolore très soluble dans les graisses. Reconnu non cancérogène (par manque de données), il est cependant très toxique et peut s’accumuler dans les tissus du système nerveux central. Il est cependant éliminé plus facilement que le benzène du fait qu’il est rapidement métabolisé dans le foie et excrété dans l’urine. La toxicité chronique au toluène peut entraîner des effets sur le système nerveux (perte de mémoire, troubles du sommeil, maux de tête, difficulté de concentration, nervosité). D’autres effets sur la vue, l’ouie, le foie, les reins, ont été reportés mais les informations lacunaires existantes ne permettent pas d’établir une association entre l’exposition au toluène et ces effets. L’OMS recommande de ne pas dépasser 260 µg/m3 en moyenne journalière.

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5.7.3 Xylène ou diméthyl benzène [C6H5(CH3)2] Le xylène est un liquide incolore, transparent, peu volatil, inflammable, à odeur aromatique détectée à 1,0 ppm qui existe sous forme de 3 isomères ortho, méta, para selon la position relative des deux groupes méthyl sur le cycle benzénique. Le xylène commercial est un mélange variable des trois isomères, d’éthylbenzène et de différentes impuretés telles que le triméthyl benzène, le phénol, le thiophène, le toluène. Il est très utilisé dans les peintures, les vernis, les résines, les encres d’imprimerie, les produits nettoyants, dégraissants et décapants, les produits antiparasitaires. Soluble dans le sang, il se retrouve principalement dans les tissus adipeux. Bien que classé toxique, il s’accumule peu dans l’organisme du fait qu’il est rapidement métabolisé en acide méthylhippurique et excrété dans les urines. Il n’est pas considéré comme cancérogène et mutagène. Il peut être un irritant pour la peau et les muqueuses et avoir un effet sur le développement du fœtus du fait qu’il traverse la barrière placentaire. Une exposition chronique peut engendrer des maux de tête, de la fatigue, des troubles du sommeil, de l’équilibre et de la mémoire. La valeur guide recommandée ne doit pas dépasser 870 µg/m3 (0,2 ppm). Dans l’air intérieur la teneur moyenne est de 2,9 à 44 µg/m3.

5.8 Autres composés organiques Parmi les nombreux composés organiques peu volatils présents dans l’air intérieur, les pesticides, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), les éthers de glycol et les phtalates sont particulièrement dangereux. Plusieurs pesticides et les HAP font partie des polluants organiques persistants (POP). On désigne par polluants organiques persistants divers composés présentant les caractéristiques suivantes : – toxicité prouvée sur la santé humaine,

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5 • Pollution chimique

5.8 Autres composés organiques

– persistance dans l’environnement, – bioaccumulation dans les tissus vivants, – transport à longue distance. Les substances qui font partie des POP appartiennent à trois catégories : – les substances qui sont des sous-produits de réaction : dioxine, furane, HAP, hexachlorobenzène (HCB) ; – les pesticides (hexachlorobenzène, aldrine, dieldrine, lindane, DDT, etc.) ; – quelques produits chimiques industriels (polychlorobiphényles ou PCBs, hexachlorocyclohexane ou HCH, hexachlorobenzène ou HCB). Les POPs ont des effets très nocifs. La plupart sont cancérigènes probables ou possibles. Pour la population non exposée professionnellement, la principale voie d’exposition est l’alimentation. Le règlement européen (CE) 850/2004 du 29 avril 2004 intègre les dispositions de la convention de Stockholm et du protocole d’Aarhus concernant l’élimination de certains POPs, la limitation de production, la réduction et l’élimination de rejets de POPs, la gestion des stocks et des déchets…

5.8.1 Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des composés chimiques présentant des risques toxicologiques importants même à faible concentration. Leurs molécules sont formées de noyaux aromatiques fusionnés (de 2 à 7) ne comprenant que des atomes de carbone et d’hydrogène. Le tableau 5.9 liste les 8 HAPs considérés comme polluants prioritaires par le décret n° 2455(2001/CE). Ils sont classés cancérogènes par le CIRC. L’US EPA (United States Environment Protection Agency) donne 16 HAP comme substances prioritaires. Les HAPs purs sont des solides colorés, cristallins, très peu solubles dans l’eau (sauf le naphtalène). On les trouve dans l’environnement sous forme de vapeur ou adsorbés sur la matière particulaire. Le naphtalène se sublime à température ambiante et est donc présent à l’état de vapeur. Les HAPs comprenant 3 à 6 cycles sont présents en phase vapeur et phase particulaire. La production des HAPs est très peu importante. Ils sont générés lors de combustions incomplètes de la matière organique, lors de processus naturels (volcanisme) et ils sont émis par les moteurs automobiles en particulier les moteurs diesels. Les HAPs sont utilisés comme intermédiaires dans les polymères, les teintures, les solvants, les insecticides (naphtalène) les ramollissants des caoutchoucs. La créosote issue de la distillation de la houille est un mélange de nombreux HAPs. Son usage, sous contrôle, (traitement du bois) est réservé exclusivement aux industriels. Dans les locaux et en particulier dans les habitations, les sources principales des HAPs sont la combustion du charbon et du bois dans les petits poêles et les cheminées ainsi que l’utilisation d’antimites (naphtalène). Les individus sont exposés aux HAPs principalement par l’ingestion de nourriture, l’inhalation de fumée de tabac et de poussières. Les HAPs ont un pouvoir important de bio-accumulation dans les tissus. Dans l’organisme, ils sont transformés en métabolites pouvant réagir avec des macromolécules cellulaires et se lier à l’ADN. Parmi les HAPs, le benzo(a)pyrène classé 2A par le CIRC est le plus mesuré et le mieux documenté. Il peut induire le cancer du poumon. Il est utilisé pour exprimer l’exposition globale aux HAPs dans l’air et évaluer les risques

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5 • Pollution chimique

5.8 Autres composés organiques

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Tableau 5.9 – Quelques HAP considérés comme polluants prioritaires.

Napthtalène C10H8 2B

Anthracène C14H10 Gr3

Benzo(k)fluoroanthène C20H12 2B

Benzo(g,h)perylène C22H12 Gr3

Benzo(b)fluoroanthène C20H12 2B

Indénol(1.2.3-c,d)pyrène C22H12 2B

Benzo(a)pyrène C20H12 2A

Fluoranthène C16H10

d’effets cancérogènes. Cependant la quantification de ses adduits à l’ADN dans les globules blancs du sang, par exemple, est difficile à mettre en œuvre et on lui préfère le dosage dans les urines du 1-hydroxypyrène (1-OHP) un métabolite majeur du pyrène. Les HAPs ont des propriétés cancérogènes et mutagènes et peuvent réduire la réponse du système immunitaire.

5.8.2 Phtalates Les phtalates sont des esters de l’acide phtalique (figure 5.1) qui sont utilisés comme additifs dans les matières plastiques pour les rendre souples et flexibles ou encore comme agents fixateurs dans les cosmétiques. Ce sont des liquides visqueux, très peu volatils, peu solubles dans l’eau ayant une forte affinité pour les graisses et les alcools lourds. Dans les matières plastiques (en particulier les polychlorures de vinyle PVC) ils

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5 • Pollution chimique

5.8 Autres composés organiques

sont très peu liés aux polymères et ainsi peuvent diffuser dans d’autres milieux (air, eau, aliments). L’inhalation de phtalates peut aussi être due aux aérosols des cosmétiques. Ils peuvent aussi être libérés par voie intraveineuse lors de l’utilisation de sacs de sang et de tubulures dans le milieu médical. O

C2H5

O

C

OH

C

O

CH2

CH

C4H9

C

OH

C

O

CH2

CH

C4H9

O

O

Acide phtalique

C2H5

Phtalate de di-(2-éthylexyl)

Figure 5.1 – Formules développées de l’acide phtalique et du phtalate de di-2 éthylhexyle (DEHP).

Dans les espaces clos et en particulier dans les habitations leur teneur dans l’air peut être relativement élevée du fait des nombreux produits de consommation courante qui en contiennent (sacs de plastique, cadres de fenêtre, nappes, tuyaux, rideaux de douche, dallage, jouets, détergents, colles, encre, parfums, shampoings, vernis à ongle, etc.). Le tableau 5.10 présente quelques phtalates les plus couramment utilisés dans les habitations. Tableau 5.10 – Principaux phtalates rencontrés dans la vie quotidienne. Catégorie de phtalates

Utilisation

Phtalate de di-2éthylhexyle (DEHP) Parfums, produits flexibles en PVC, sacs d’emballage plastique, poches de sang, cathéters, gants,… Phtalate de di-isononyle (DINP)

Revêtements de sols en vinyle, jouets gants, matériel d’emballage

Phtalate de di-n-octyle (DOP)

Produits flexibles en plastique

Phtalate de di-butyle (DBP)

Parfums, déodorants, vernis à ongle, encre, insecticides

Phtalate de di-éthyle (DEP)

Parfums, déodorants, shampoings, vernis à ongle, fixatifs, gels mousse pour cheveux, lotions

Phtalate de benzylbutyle (BBP)

Parfums, fixatifs pour cheveux, revêtements de sols en vinyle, colle

Phtalate de diméthyle (DMP)

Déodorants

La toxicité des phtalates les plus utilisés n’est pas encore totalement connue. Les expériences sur les animaux ont montré qu’ils peuvent être à l’origine d’atrophie testiculaire, d’atteinte hépatique, de baisse de fertilité, d’une diminution du poids fœtal. Le DHEP, le plus utilisé (figure 5.1) possède le potentiel de toxicité le plus élevé. Il est classé en catégorie 2 pour la reproduction et le développement du fœtus. L’OQAI l’a placé dans la catégorie des produits très prioritaires. L’Union européenne a interdit 3 phtalates dans trois jouets et articles de puériculture (le DEMP, le DBP et le BBP). Trois autres le DINP, le DnOP et le DIDP (di iso décyle)

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5 • Pollution chimique

5.8 Autres composés organiques

sont interdits pour les jouets destinés aux enfants de moins de trois ans ainsi qu’aux produits de soins. le DEMP, le DBP sont aussi interdits dans les cosmétiques. Des mesures sont envisagées pour limiter l’utilisation des phtalates dans les instruments médicaux.

5.8.3 Éthers de glycol Les éthers de glycol sont très utilisés grâce à leur propriété d’être à la fois hydrophiles (solubles dans l’eau) et lipophiles (solubles dans les graisses). Ils sont présents dans les peintures, les vernis, les teintures, les déodorants, les produits de nettoyage, en particulier les nettoyants pour vitres, les savons liquides, les cosmétiques et dans certains produits pharmaceutiques. Ce sont des liquides incolores, d’odeur légèrement éthérée, ayant une tension de vapeur de 0,9 à 12,5 mm de mercure avec une viscosité moyenne. Il en existe environ 80 dont 40 ont donné lieu à une mise sur le marché. Les éthers de glycol sont principalement des dérivés de l’éthylène glycol OH-CH2CH2-OH (éthers de type E) et du propylène glycol, OH-CH2-CHOH-CH3,(éthers de type P). On distingue : – les éthers monoalkylés (R’-O-CH2-CHOH-R) R’, groupe alkyl (méthyl, butyl, etc.) ; – les éthers dialkylés (glymes) CH3-O(CH2-CH2O)n-CH3, n = 1, 2, 3 ; – les éthers esters (généralement dérivés de l’acide acétique) :

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R’-O-CH2 -CH-O-C-R’ ⎢ ⎢⎢ R O Par exemple l’éthylène glycol n-butyl éther (EGBE) est présent dans les produits d’entretien et les teintures, l’éthylène glycol phényl éther (EGPhE) est utilisé comme conservateur et le diéthylène glycol butyl éther (DEGBE) se retrouve dans les vernis et les colles. Des études épidémiologiques et des études sur les animaux ont mis en évidence des propriétés toxicologiques très diverses de ces produits. Les principales sources d’exposition étant l’inhalation et le contact cutané, les éthers de glycol peuvent être à l’origine : – d’irritations cutanées, oculaires ; – de troubles neurologiques, métaboliques et rénaux ; – d’effets sur la reproduction comme l’altération de la fertilité chez l’homme et la femme, des malformations congénitales, des avortements spontanés. Les éthers de glycol sont un sujet de préoccupation sanitaire et depuis 1997 des dispositions réglementaires ont été prises pour certains composés. Les éthers de glycol classés « Toxiques pour la reproduction » de catégorie 2 sont interdits à plus de 0,5 % dans les produits de consommation courants et ceux de catégorie 3 à une concentration minimale de 5 %. Ce sont pour la catégorie 2 : l’éthylène glycol méthyl éther et son acétate (EGME et EGEMEA), l’éthyl glycol éthyl éther et son acétate (EGEE et EGEEA), l’éthylène (di-éthylène, tri-éthylène) glycol diméthyl éther (EGDME, DEGDME, TEGDME), le 1-propylène glycol 2-méthyl éther (1-PG 2-ME) et pour la catégorie 3, le di éthylène glycol méthyl-éther (DGME). Actuellement la plupart d’entre eux ne sont plus commercialisés. À la demande de l’AFSSET, l’INSERM a réalisé un bilan des nouvelles données toxicologiques et épidémiologiques sur les éthers de glycol produits de 1998 à 2005.

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5 • Pollution chimique

5.8 Autres composés organiques

Des études épidémiologiques sur les éthers de glycol en milieu professionnel ont été financées par le ministère de Travail en 2001 et 2004. Depuis 2005, la concentration de 3 éthers de glycol dans les cosmétiques a été limitée : ce sont l’EGBE (éthylène glycol n butyl éther), le DEGBE (diéthylène glycol butyl éther), le DEGEE (diéthylène glycol éthyl éther). Une incitation à la suppression de certains éthers destinés au grand public a été demandée aux industriels (charte d’engagement). Actuellement, un bilan et l’analyse des expositions de la population générale et professionnelle aux éthers de glycol est en cours. Une campagne (2004-2005) d’information a été organisée avec l’Institut national de prévention et d’éducation pour la santé et le ministère de la Santé à l’aide de dépliants. Des mesures de prévention au travail ont été prises (port d’équipements et de gants, remplacement des substances dangereuses, captage des émissions, encoffrement des systèmes). Le contrôle dans les résines par un indicateur biologique est en cours d’élaboration. Il y a nécessité à une mise à jour régulière des connaissances et au financement de programmes de recherche sur les éthers les plus employés et d’études sur les émissions des éthers de glycol pour les éléments mobiliers et immobiliers ainsi qu’à la valorisation et à la diffusion des résultats obtenus par les travaux français sur l’identification des effets toxiques et de l’exposition. Les futures campagnes de l’OQAI mesureront les éthers de glycol les plus dangereux.

5.8.4 Pesticides Ce sont des biocides conçus pour détruire les organismes indésirables et nuisibles. De formule très complexe, ils appartiennent à plus de 150 familles chimiques. On trouve principalement : – des hydrocarbures chlorés comme par exemple le lindane ou l’hexachlorocyclo hexane, le pentachloro phénol, le dichloro diphényl trichloroéthane ou DDT, – des esters d’acide phosphorique (par exemple parathion, malathion), – des carbamates comme l’aldicarbe, – des dérivés de l’urée (isoproturion, aldine, dieldrine), – des composés hétérocycliques (triazines substituées), – des acides phénoxyacétique chlorés (ex acide 2,4-dichlorophénoxyacétique ou 2,4-D), – des pyréthrinoïdes de synthèse (ex deltaméthrine). Les pesticides commerciaux renferment le pesticide, désigné par ingrédient actif et des produits de formulation ajoutés pour améliorer les propriétés du pesticide et dont la composition n’est pas mentionnée sur l’étiquette. Les pesticides sont généralement classés selon les organismes sur lesquels ils agissent. On distingue ainsi les acaricides (mites, acariens), les avicides (oiseaux), les insecticides (insectes), les herbicides (plantes indésirables), les fongicides (champignons, mousses), les pisacides (poissons), les rodenticides (rongeurs), les nématicides (nématodes), les bactéricides (bactéries). Leur mode d’action est variable. Les insecticides interfèrent sur le système nerveux et empêchent la mue des insectes, les herbicides inhibent la photosynthèse, les fongicides inhibent la synthèse des acides aminés et interfèrent sur la division cellulaire. Les pesticides peuvent être transportés sur de longues distances et par dégradation chimique et photochimique, conduire à des aérosols et des polluants secondaires.

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5 • Pollution chimique

5.8 Autres composés organiques

Dans l’air intérieur, les poussières remises en suspension sont des réservoirs de pesticides. Ceux-ci s’y dégradent moins facilement que dans l’air extérieur du fait qu’ils sont protégés de la lumière et de la pluie. Ce sont les tapis qui renferment les plus hauts taux de résidus même après aspiration, résidus qui peuvent être inhalés par les jeunes enfants. La présence de pesticides dans l’air intérieur des maisons a été récemment confirmée (2008) par l’étude EXPOPE réalisée par l’INERIS (Institut national de l’environnement industriel et du risque) et la faculté des sciences pharmaceutiques et biologiques de l’université Paris V. Cette étude d’évaluation des niveaux d’exposition a consisté en une campagne de mesure menée en Île-de-France sur 31 composés (insecticides, herbicides ou fongicides) chez 73 enfants habitant en pavillon et 57 enfants habitant en appartement, tous âgés de 6 à 7 ans et scolarisés. L’exposition des enfants a été réalisée avec des questionnaires et des prélèvements d’air et de poussières déposées sur le sol. Les résultats (mai 2008) montrent que dans 94 % des cas, au moins un pesticide appartenant à la famille des pyréthrinoïdes et des carbamates a été trouvé au domicile. Du lindane reconnu cancérogène et perturbateur endocrinien pourtant interdit en France depuis 1998 a été détecté dans 88 % des habitations. Cependant une corrélation entre les substances trouvées et les produits utilisés par les occupants n’a pas été précisément établie. La plupart des pesticides sont très toxiques et certains sont cancérogènes. Par exemple les organochlorés inhibent l’acétylcholinestérase du système nerveux et provoquent des nausées, des vertiges, des tremblements, des céphalées. Les pyréthrinoïdes agissent sur les noyaux centraux du système nerveux central. L’exposition aux pesticides pourrait aussi induire des malformations sexuelles chez les nouveaux nés, appauvrir le sperme, augmenter les cancers du sein et des testicules. Du fait de leur dangerosité, de nombreuses substances ont été interdites. En 1990 on comptait 800 substances actives autorisées en Europe. Elles ne sont plus que 500 environ et en 2010 elles devraient être de 350 à 400. Lors du Grenelle de l’Environnement en France (2008) 30 pesticides ont été interdits avec une réduction de 50 % de leur usage. Il n’y a pas encore de réglementation nationale et européenne concernant la teneur en pesticides dans l’air ambiant. L’INRS a demandé une évaluation scientifique approfondie des pesticides trouvés à l’intérieur des habitations. Des études ont aussi été entreprises depuis 5 ans par différentes AASQA mais du fait de la diversité des molécules actives et des difficultés techniques liées à leur prélèvement et à leur analyse, ces études sont encore insuffisantes. En milieu urbain on a enregistré des teneurs de 270 ng/jour.

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6 • POLLUTION BIOLOGIQUE

L’inhalation de contaminants biologiques présents dans l’air peut générer des pathologies respiratoires infectieuses aiguës, subaiguës, toxiques, favoriser la survenue de pathologies allergiques ou les aggraver. Les biocontaminants les plus fréquemment rencontrés dans l’air intérieur des bâtiments et qui peuvent être directement inhalés en entraînant potentiellement un effet sanitaire sont les allergènes domestiques (acariens, blattes, squasmes de chat et de chien) les moisissures, les bactéries et les virus.

6.1 Allergènes domestiques Généralement les allergènes domestiques sont portés par les poussières. Les allergènes de blattes ou d’acariens sont portés en majorité sur de grosses particules (diamètre supérieur à 10 µm) alors que les allergènes de chat sont trouvés fréquemment sur des particules de diamètre très inférieur à 5 µm qui peuvent pénétrer jusqu’aux voies respiratoires distales. Selon la nature de l’allergène le seuil de concentration au-delà duquel apparaît la sensibilisation est d’environ de 2 à 10 µg par gramme de poussière. Les allergènes qui entraînent la production d’IgE (voir chapitre 4) sont désignés à l’aide d’une nomenclature précise. Les trois premières lettres indiquent l’origine (ex : Fel pour félin-chat, Der pour les acariens dermatophagoïdes), la quatrième lettre suivie d’un numéro de purification (1, 2, 3…) indique le genre (ex. : d pour domesticus).

6.1.1 Acariens Les acariens associés à la présence de l’homme vivent à l’intérieur des habitations (acariens dits acariens de la poussière de maison) ou prolifèrent dans les granges ou les silos à grains (acariens dits de stockage). Ce sont des arthropodes à 4 paires de pattes, ayant une taille de 1/4 de mm et dont la durée de vie est de 50 à 100 jours (figure 6.1). Les acariens appartiennent à la classe des arachnides (sous-groupe des arthropodes). On compte environ 40 000 espèces d’acariens divisés en plusieurs familles. Les acariens de la poussière de maison font partie des pyroglyphidés (47 espèces, 17 genres), les 2 principaux étant Dermatophagoïdes et Euroglyphus, ceux de stockage appartiennent aux acaridés, aux glyciphagidés et aux chortoglyphidés. Les acariens de la famille des pyroglyphidés consomment les débris de peau morte de l’homme. Ils sont trouvés dans les matelas, les canapés, les couvertures, les fauteuils les oreillers, etc. Ils sont majoritaires d’août à octobre où le taux d’humidité est plus important

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6 • Pollution biologique

6.1 Allergènes domestiques

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Figure 6.1 – Espèces courantes d’acarien.

qu’en hiver, les conditions optimales de leur développement étant une température de 20 °C et une hygrométrie de 80 %. Dans les poussières, la concentration des acariens (considérés comme ayant un effet d’exposition) est en moyenne de 50 à 200 acariens par gramme de poussières avec des maxima pouvant atteindre 3 000 par gramme. Ce sont les fèces des acariens qui représentent une source majeure d’allergènes. De 10 à 40 µm, elles ne pénètrent qu’en faibles quantités dans les poumons mais provoquent cependant une inflammation pulmonaire en cas d’exposition prolongée. Parmi les allergènes identifiés et caractérisés, deux de groupe 1 et 2 sont prépondérants pour la majorité des sujets sensibilisés aux acariens. Ce sont : – Der p 1 présent à des taux de 0,1 à 10 µg par g de poussières, 10µg/g de poussière étant le seuil au-delà duquel apparaissent des signes cliniques. C’est une glycoprotéine de 222 acides aminés de masse moléculaire de 25 kDa* dont l’activité enzymatique s’exercerait au niveau des jonctions serrées de l’épithélium bronchique et du récepteur de faible affinité pour le IgE ; – Der p 2 qui est une protéine de 129 acides aminés, non glycosylée de masse moléculaire 14 kDa dont la fonction biologique est encore inconnue. La prévalence de la sensibilisation aux acariens dans la population générale est de 10 % et de 45 à 85 % pour la population asthmatique ; 2 µg de Der p dans 1g de poussières entraîneraient des réactions enzymatiques. En dehors des acariens présents dans la poussière des maisons, on en trouve de faibles taux sur les lieux de travail, les sièges des écoles, les bibliothèques, les musées, les hôpitaux, les sièges des transports. Ils sont à l’origine de rhume chronique et d’asthme bronchique atopique. Lors de la campagne de l’Observatoire de la qualité de l’air les teneurs suivantes ont été trouvées : Allergènes

Médiane

Percentile 95

Der f 1

2,2 µg/g

86,3 g/g

Der p 1

1,6 µg/g

36,5 g/g

Un test de mesure est vendu en pharmacie : test Acarex. Le seuil de sensibilisation a été fixé à 2 µg par g de poussière. * Da, dalton, unité de masse utilisée en spectrométrie de masse et en biologie. 1 Da = 1,00794 uma. 1 Da = 1 g/mole.

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6 • Pollution biologique

6.1 Allergènes domestiques

6.1.2 Blattes On en compte de 4 000 à 5 000 espèces ayant une taille allant de 1 à 5 cm. Dans nos régions, on trouve trois principales espèces : Blatella germania, Blatella orientale et Periplaneta americana. L’espèce la plus répandue est Blatella germanica (figure 6.2). De 10 à 15 mm, elle est de couleur marron clair. Elle a une forme ovale et aplatie, possède deux antennes très longues, des pinces buccales de type broyeur, deux ailes posées à plat sur l’abdomen (peu utilisées) plus longues chez la femelle. Elle est sexuée et ovipare. Ses œufs sont rangés dans une capsule rigide carénée de 6 mm appelée oothique que la femelle transporte sur le bord inférieur de l’abdomen jusqu’à l’éclosion. Elle vit de 6 à 10 mois et pond 12 à 15 œufs, 5 à 6 fois dans son existence. On la trouve principalement dans la cuisine (gaine de ventilation, vide sanitaire, vide ordure, coffres et moteurs électriques), mais aussi dans la literie et les canapés. Elle vit essentiellement la nuit, se nourrit de déchets organiques. Elle s’insinue dans la moindre fente, fissure, interstice. Ses conditions optimales de développement sont une température de 25-32 °C et une hygrométrie de 70 %.

Figure 6.2 – Blatte, espèce Blatella germanica.

Les Blatella germanica sont source de nombreux allergènes : Bla g1 (que l’on retrouve aussi dans Periplaneta americana), Bla g2 qui est une protéase, Blag 4, une calycine, Bla g5, une gluthalione-5-transférase, Bla g6, une troponine. Les allergènes sont principalement présents dans les fèces desséchées qui sont en suspension dans l’air, en particulier Bla g1 et Bla g2 mais aussi pour quelques-uns sur l’exosquelette (carapace). La prévalence de la sensibilisation aux blattes varie de 14 à 60 % selon les auteurs. Elles entraînent rhinites et (ou) asthme pour un terrain atopique. Outre leurs propriétés allergènes ce sont des vecteurs de gènes pathogènes. Il est très difficile de se débarrasser des blattes. On ne les voit pas le jour mais la nuit en allumant. Leur éradication nécessite une application d’insecticide par un professionnel et un nettoyage poussé. Il existe aussi des appâts empoisonnés.

6.1.3 Allergènes du chat Le chat est très souvent une cause d’allergie. La sensibilité aux allergènes du chat a été observée pour 15 à 25 % de la population et 14 à 68 % des enfants asthmatiques sont sensibles au chat. Les poils et les squames du chat contiennent au moins 12 protéines qui sont des allergènes.

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6 • Pollution biologique

6.2 Moisissures

L’allergène majoritaire est Felis domesticus ou Fel d 1 et minoritairement l’albumine du chat, protéine de 69 kDa. Fel d 1 a une masse d’environ 35 à 40 kDa. C’est un homo-dimère non covalent, chaque monomère étant formé de deux chaînes reliées par un pont disulfure. Sa fonction est inconnue et il a été suggéré qu’il aurait une implication dans le transport d’hormone. C’est une glycoprotéine résistant bien à la chaleur et au pH basique. On la trouve dans la salive, un peu dans les urines, le lait, les follicules pileux, mais surtout dans la fourrure car elle serait produite dans la peau par des glandes sébacées. Sa concentration dans les poussières varie avec le jour et l’heure. Elle est plus importante avec les chats mâles du fait que les glandes sébacées et la sécrétion de Fel d 1 sont sous le contrôle de la testostérone (plus de 60 % pour le mâle par rapport à la femelle). Dans un appartement où vit un chat, la concentration en Fed dans les poussières a été trouvée de 30 µg par g de poussière pour la moquette et de 600 µg/g de poussière sur le divan. Fel d 1 se fixe sur les vêtements qui en est donc un vecteur important (surtout laine, polyester, moins le coton). On retrouve ainsi Fel d 1 dans des lieux où il n’y a pas de chat (écoles, bureaux, cinéma…). On suppose que les allergènes du chat, dont une partie est portée par des poussières de diamètre inférieur à 5 µm, pourraient se solubiliser dans les sécrétions des muqueuses respiratoires ce qui expliquerait la rapidité de la survenue des principaux symptômes : rhinites congestives, démangeaison du nez, conjonctivite, parfois asthme. Un taux de Fel d 1 supérieur à 8 µg/g de poussière suffirait pour déclencher une gêne chez un individu sensible. Les mesures de Fel d 1 réalisées par l’OQAI ont montré dans les habitations une concentration médiane inférieure à 0,18 ng/m3 et un percentile 95 de 2,8 ng/m3. Cependant, la présence d’un chat ou d’un chien au domicile d’une famille à tendance allergique protégerait les nourrissons des maladies allergiques et de l’apparition de l’asthme.

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6.1.4 Allergènes du chien La prévalence de la sensibilisation aux allergènes de chiens varie de 3 à 14 % dans une population non sélectionnée et jusqu’à 40 % chez les enfants asthmatiques. L’allergène principal est Canis familiaris 1 (Can F 1) présent dans le sérum, la salive, l’urine, le pelage, la peau et qui est trouvé surtout sur les poussières de tapis, en particulier sur des particules inférieures à 5 µm qui portent 20 % des Can F 1. Les allergènes du chien (Can F 1 et Can F 2 respectivement de 23-25 kDa et de 1922 kDa) ont en commun des épitopes avec Fed 1 qui sont des lipocalines salivaires. Can F 1 est produite par l’épithélium lingual et Can F 2 par la langue et la glande parotide. 5 % des logements investis par l’OQAI avaient des teneurs supérieures à 1,8 ng/m3 en allergènes de chien : médiane percentile 95 < 1,02 ng/m3 1,8 ng/m3 Transportés à l’intérieur des lieux publics, les allergènes de chien peuvent être à l’origine de rhinites, conjonctivites, éternuements, démangeaisons chez les individus ayant un terrain atopique.

6.2 Moisissures Les moisissures sont des champignons microscopiques (de 1 à 200 µm) provenant des plantes, des feuilles et du sol, qui peuvent se développer dans l’air intérieur sur des substrats. En concentration importante, elles sont responsables de pathologies respiratoires.

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6 • Pollution biologique

6.2 Moisissures

D’après l’enquête logement, réalisée en 2002 par l’Institut national de la statistique, 23 % des logements seraient contaminés par les moisissures.

6.2.1 Caractéristiques Ces champignons, dont il existe plusieurs dizaines de millions d’espèces, sont pluricellulaires avec des noyaux entourés d’une membrane et contenant des chromosomes. Sans chlorophylle ils puisent dans le milieu ambiant les éléments nutritifs nécessaires à leur développement (matières organiques, éléments minéraux, oxygène, eau). Dans les lieux clos les moisissures se développent sur des matériaux inertes variés : murs, papier peint, carton, plancher, placoplâtre, colle, caoutchouc, cadre de fenêtres, textiles, tapis, moquette, cuir, terreau, aliments… L’humidité relative dont elles ont besoin est de 65-75 % avec un optimum de 80 à 90 %. La température est aussi un paramètre important. Les exigences thermiques varient selon les espèces. Leur croissance est caractérisée par une température minimale, optimale, maximale. La plupart des moisissures se développent entre 20 et 25 °C. L’appareil végétatif est composé de filaments ou hyphe dont l’ensemble est appelé mycélium. Les moisissures se multiplient par des spores, le mode de reproduction pouvant être sexué ou asexué. Les spores ou conidies de 2 à 200 µm (en majorité de 2 à 20 µm) sont produites en très grand nombre Elles sont de couleur et de forme variées. Ce sont des cellules déshydratées au métabolisme réduit pouvant survivre très longtemps dans des conditions défavorables. Elles sont souvent groupées en chaînes ou en têtes portées à la surface du mycélium (conidiophores). Certaines ont une paroi épaisse et restent collées entre elles par un mucus. D’autres plus nombreuses sont sèches, dissociables et légères. Elles se dispersent facilement sous l’influence d’un courant d’air, d’un choc, d’un frottement. Selon les conditions de l’atmosphère, leur taille et leur forme, elles se sédimentent sur les surfaces plus ou moins vite. Les espèces les plus connues que l’on trouve dans les logements, les bureaux, les écoles appartiennent aux genres Cladosporium (50 espèces), Penicillium (200 espèces), Alternaria (40 à 50 espèces), Aspergillus (185 espèces), Ulocladium (9 espèces), Généralement, la flore fongique est plus diversifiée dans l’air intérieur des logements que dans l’air extérieur à cause de la présence de matériaux très divers, d’humidité et de plantes. Bien que certaines moisissures aient des propriétés antibactériennes, certaines sont pathogènes. Une vingtaine d’espèces sont pathogènes pour l’homme. En effet lors des processus de dégradation des matières nutritives, les moisissures libèrent des métabolites secondaires appelées mycotoxines qui sont aussi contenues dans les spores et des composés organiques volatils. Par ailleurs leur paroi cellulaire contient une composante nocive le (1-3) D glucane, agent irritant. L’inhalation de certaines spores peut aussi conduire à des pathologies respiratoires. En particulier plusieurs espèces d’Aspergillus sont responsables d’atteintes pulmonaires de différentes formes, fonction de l’état immunologique et immunitaire désignées par Aspergilloses. Tous les individus inhalent des spores produites par milliers (1 à 2 à spores par m3).

6.2.2 Effets pathogènes Les moisissures ambiantes n’ont pas d’effets sur la santé de la majorité des individus sauf si leur concentration est anormalement élevée ou si l’exposition est de longue durée. Cependant dans le cas de personnes ayant des problèmes respiratoires ou un système immunitaire déficient ou dans le cas de très jeunes enfants ou de personnes âgées, l’exposition aux moisissures peut être responsable de symptômes respiratoires et de

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6 • Pollution biologique

6.2 Moisissures

maladies bien que les quelques études épidémiologiques réalisées n’ont pas permis d’établir une relation entre l’exposition aux moisissures et des effets spécifiques sur la santé du fait d’absence de standardisation des protocoles de prélèvement et d’identification, et de la difficulté à distinguer les effets avec ceux dus à d’autres contaminants potentiels. Ainsi, la relation dose-effet n’a pas été déterminée et aucun seuil d’exposition sous lequel il n’y a pas de risque n’a été défini. Il n’en demeure pas moins que des études ont montré l’existence d’une association entre l’exposition aux moisissures et certains symptômes. On estime que la contamination est : – faible pour une surface couverte inférieure à 0,3 m2 ou pour moins de 200 UFC/m2 sur des surfaces non poreuses ; – moyenne pour une surface couverte entre 0,3 et 3 m2 ou pour 200 à 500 UFC/m2 ; – forte pour une surface couverte supérieure à 3 m2 ou pour une teneur supérieure à 500 UFC/m2. On distingue quatre types de pathologies : pathologies allergique, irritative, infectieuse, toxique. Le tableau 6.1 présente quelques moisissures pathogènes dans l’habitat. Tableau 6.1 – Quelques moisissures pathogènes fréquemment rencontrées dans l’habitat. Espèce

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Alternaria alternata

Matériaux colonisés

Effets pathogènes

Papier peint Bois et plantes Poussières de maison

Allergisant

Aspergillus flavus

Poussières de maison

Infectieux, allergisant, toxique

Aspergillus fumigatus

Filtres et conduits

Infectieux, allergisant, toxique (alvéolite)

Aspergillus niger

Polyuréthane, tapisserie, textile, cuir

Infectieux

Aspergillus versicolor

Colle, papiers peints, produits céramique

Allergisant, toxique (alvéolite possible)

Chaetomonium

Matériaux cellulosiques humides

Allergisant

Cladosporium spharerosperium

Textiles, cuir, caoutchouc vulcanisé

Allergisant

Fusarium spp

Bois et plantes, peinture et adhésifs

Infectieux, allergisant, alvéolite

Penicillium brevicompactum

Cuir, liège, bois, textile, matières plastiques, papier peint, peinture, adhésif, poussières de maison

Allergies

Stachybotrys chartarum

Matériaux cellulosiques humides

Allergisant toxique

Trichoderma viride

Textiles, papiers peints

Allergisant toxique

m Allergies (hypersensibilité)

Les spores, les fragments fongiques, les composants des parois cellulaires et du cytoplasme sont des substances immunogènes provoquant des réactions allergiques variées

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6 • Pollution biologique

6.2 Moisissures

et complexes dépendant de l’âge, de l’état de santé, de la sensibilité et de la nature de l’exposition. On peut observer : – une réaction d’hypersensibilité après inhalation (allergie de type 1) se traduisant par conjonctivite, rhinite, bronchite, aggravation de l’asthme ; – une aspergillose broncho-pulmonaire allergique ; – une alvéolite allergisante extrinsèque (allergie de type 3) c’est-à-dire une pneumopathie aiguë ou subaiguë pouvant évoluer en insuffisance respiratoire chronique due à une infiltration inflammatoire et granulomateuse de l’interstitium et des espaces aériens terminaux. La forme aiguë se traduit par un état pseudo-grippal avec toux, fièvre, céphalée, douleur thoracique et si cela se prolonge par un amaigrissement et asthénie. La forme subaiguë est caractérisée par une dyspnée expectorale, une asthénie, une anorexie. m Irritations

Elles sont dues aux b(1-3)glucanes présentes dans les parois fongiques et aux composés organiques issus du métabolisme primaire des moisissures. Les b(1-3)glucanes sont des polymères de glucose de haut poids moléculaire qui peuvent être des agents irritants pour les voies respiratoires. Les composés organiques volatils ou MCOVs (Microbial Volatil Organic Coumpouds) sont responsables de l’odeur de moisi. Ils ne sont pas spécifiques d’une espèce particulière, leur synthèse dépendant, entre autres, du substrat. Ces composés sont de nature très diverse. On a ainsi pu identifier dans des poussières domestiques des alcools (1-éthanol, 3-méthyl butanol, 1-octène 3-ol, 2 octène 1-ol, 2-éthyl 1-hexanol) des cétones (hexa, hepta, octo, none, 2 cyclohexène 1-ol), des terpènes (a et b pinène, limonène, 3-méthyl furane). Ces composés qui peuvent diffuser au travers des matériaux poreux des bâtiments pourraient être à l’origine d’irritations des yeux, du nez, de la gorge, d’écoulement nasal, de congestion des voies respiratoires supérieures. m Effets toxiques : les mycotoxines

Les mycotoxines sont des composés organiques non volatils qui se retrouvent dans l’air sous l’effet de courants d’air. De faible poids moléculaire (200 à 10 000 daltons), elles sont localisées dans le mycélium et surtout dans les spores. Une même espèce fongique peut produire différentes toxines selon la nature du substrat et des conditions environnementales (température, intensité lumineuse, dioxyde de carbone,…) et différentes moisissures peuvent produire la même toxine. Plus de 400 mycotoxines ont été identifiées, 20 sont dangereuses pour l’homme. Parmi elles, ont été identifiés divers trichothécénes produits en particulier par Stachybotrys et Fusarium sp. et des aflatoxines produites principalement par Aspergillus flavus. En particulier, les trichothécénes de Stachybotrys, toujours présents dans l’habitat humide, ont été mis en cause en 1994 dans des cas de décès de nouveaux nés aux États Unis par hémorragie intra-alvéolaire. D’autres trichothécénes inhiberaient la synthèse protéique entraînant des lésions de l’ADN des cellules encaryotes , la stachylysine serait responsable de lésions vasculaires hémorragiques. La toxicité des mycotoxines est encore mal connue. Elles pourraient être responsables d’effets immunosuppresseurs sur la cellule du système immunitaire (destruction des macrophages alvéolaires, grandes cellules constituant le premier mécanisme de défense contre les agents infectieux), de l’exacerbation de l’asthme, d’effets sur la tension artérielle, du syndrome pseudo-grippal avec fièvre.

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6 • Pollution biologique

6.2 Moisissures

Les symptômes varient avec le type, la nature du contact, l’irritation des muqueuses, ils peuvent se traduire par des étourdissements, des nausées, des maux de tête, des effets neurophysiologiques. Ils sont comparables à ceux décrits dans le syndrome des bâtiments malsains. Le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) a classé l’aflatoxine B1 dans le groupe 1 (cancérogène pour l’homme) et les toxines de Fusarium dans le groupe 2B (cancérogène possible pour l’homme). m Infections

Les mycètes appartenant au genre Aspergillus sont responsables de pathologies infectieuses par colonisation des voies respiratoire, pathologies désignées par aspergilloses qui ne concernent cependant que les malades immunodéprimés (malades en chimiothérapie, malades atteints du sida, grands brûlés). Les Aspergillus sont présents dans 23 % des échantillons de poussières de l’habitat et dans 12 % des poussières de matelas. Ils sont à l’origine de la contamination nosocomiale rencontrée dans les hôpitaux. M Aspergilloses

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Les aspergilloses sont des mycoses dues principalement à Aspergillus fumigatus (en majorité), Aspergillus aflatoxine flavus et Aspergillus niger chez l’homme et les animaux (présents dans le rhinopharynx des sujets sains). Aspergillus fumigatus forme des colonies d’aspect velouté gris turquoise (figure 6.3). Chacun de ses conidiophores porte environ 10 000 conidus de petite taille (2,5 à 3,5 µm) d’aspect globuleux et subglobuleux. Aspergillus fumigatus se développe sur la matière organique en décomposition. Ubiquitaire, on le retrouve partout dans l’atmosphère, sur le papier, les textiles, les matières synthétiques, etc. Il a une bonne tolérance à la chaleur (12 à 53 °C) et une reproduction asexuée. Les spores s’accumulent dans les poussières. Véhiculées dans l’air, elles sont inhalées par tous les individus. À cause de leur petite taille, elles peuvent atteindre tous les compartiments des poumons chez les individus dont les défenses naturelles sont amoindries.

Figure 6.3 – Aspergillus fumigatus.

Il existe plusieurs formes d’aspergilloses plus ou moins graves : aspergillose bronchopulmonaire allergique, aspergillome, sinusite aspergillaire, aspergillose invasive.

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6 • Pollution biologique

6.3 Bactéries

M Aspergillose broncho-pulmonaire allergique

Elle se manifeste par la toux, des sifflements, des crachats muqueux brunâtres. Elle est rencontrée chez les patients asthmatiques. Elle est soignée par des corticostéroïdes. Non soignée, elle peut évoluer vers une fibrose des poumons. M Aspergillome

Il y a formation d’une tumeur due au développement des champignons dans une cavité préexistante dans les poumons. Les spores germent et forment une boule mycélienne qui secrète des toxines et des allergènes. Les symptômes sont une perte de poids, une toux chronique, une fatigue avec hémoptysie dans 0 à 80 % des cas. Son traitement (intervention chirurgicale, ou injection d’un antifongique) dépend de la gravité de l’infection. M Sinusite aspergillaire

Les spores se localisent au niveau des sinus et germent en formant un amas de mycélium. Le malade ressent des maux de tête chroniques, un malaise facial et a le nez bouché. Le drainage des sinus, un traitement antifongique ou une intervention chirurgicale sont requis. Chez le patient immunodéficient, la sinusite aspergillaire peut évoluer vers une aspergillose invasive. M Aspergillose invasive

Le champignon principalement A. fumigatus, pénètre dans les poumons et peut se propager par le sang jusqu’au cerveau et aux autres organes comme les yeux, le cœur, les reins. Le diagnostic est difficile et souvent tardif. La pathologie se manifeste par de la toux, de la fièvre, une pneumonie, l’expectoration de glaires. Le diagnostic est difficile et souvent tardif. L’issue est souvent fatale. De 1994 à 1999 l’aspergillose nosocomiale invasive a été signalée dans 18 hôpitaux et depuis 2001, 38 cas ont encore été signalés. C’est la première cause de mortalité infectieuse dans les hôpitaux.

6.3 Bactéries Les bactéries sont des êtres unicellulaires procaryotes (organismes sans noyaux) qui se reproduisent par simple division. La majorité des espèces (on en connaît 5 000 sur 40 000) ont une taille variant de 1 à 5 µm. Elles sont présentes dans tous les environnements et dans tous les milieux. Dans le milieu intérieur on trouve en moyenne de 100 à 100 000 UFC/m3 et 108 UFC/m3 dans les milieux agricoles. À l’intérieur des bâtiments, on distingue les réservoirs des bactéries humaines et animales et les réservoirs environnementaux. Si certaines bactéries sont pathogènes pour l’homme, la plupart ont une grande importance dans les cycles biogéochimiques, dans le traitement des eaux usées, dans l’agroalimentaire et l’industrie. La classification des bactéries est basée sur leur morphologie, leurs caractéristiques cellulaires ou biochimiques, leur métabolisme et leur pathégonicité.

6.3.1 Caractéristiques La cellule contient du cytoplasme, un unique chromosome circulaire (ADN) fixé à la membrane plasmique, des plasmides (petits amas d’ADN circulaires), une paroi externe

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6 • Pollution biologique

6.3 Bactéries

pecticellulosique entourant la membrane plasmique. Le cytoplasme assure les réactions du métabolisme, la synthèse des protéines, la duplication de l’ADN et la synthèse de l’ARN. Certaines bactéries ont un flagelle ancré dans la membrane qui assure le déplacement. On distingue plusieurs formes qui sont associées à un groupe particulier comme schématisé figure 6.4 : – des bactéries rondes ou cocci. Lors de leur division, les cellules filles restent collées par paires (diplocoques) avec une forme linéaire (streptocoques) ou en grappe (staphylocoques) ; – des bactéries allongées : (bacilles) ou incurvées (vibrions) ; – des bactéries de forme hélicoïdale ou spirelles.

Figure 6.4 – Différentes formes de bactéries.

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Formes des bactéries A) cocci, B) bacilles, C) vibrions (IDGA). ( Source: Marc Thiret, INRIA.)

Selon la réponse de la paroi cellulaire au test de Gram (utilisation du réactif violet de gentiane, du réactif de Ligol, d’alcool à 90° et de la fushine basique ou de la safranine) on distingue deux grands groupes de bactéries : les bactéries Gram+ se colorant en violet et les bactéries à Gram – se colorant en rose. Les mycobactéries sont mal colorées par le test de Gram et sont caractérisées par la coloration de Ziehl-Nielsen où elles apparaissent rouges sur fond bleu. Elles sont classées dans les Gram+. La paroi cellulaire des Gram+ contient de nombreuses couches de peptidoglycane (90 % de la paroi) associé à des polymères d’acide teichoïque (polymère du glycérol et du rebitol phosphate). Celle des Gram – a une ou deux couches de peptidoglycane (5 à 20 % de la paroi) associé à des lipopolysaccharides et des lipoprotéines. Les liposaccharides sont à l’origine de l’endotoxine très toxique des bactéries à Gram –. Certaines bactéries Gram+ produisent des spores et dans ce groupe on trouve des bactéries thermophiles dont la croissance est favorisée par des températures élevées (entre 45 et 70 °C). Selon leur besoin en oxygène, on distingue les bactéries aérobies, les bactéries anaérobies facultatives, les bactéries microaérophiles ayant besoin d’une faible teneur en O2 pour se développer, les bactéries anaérobies strictes qui survivent dans l’environnement sous forme sporulée (Clostridium par exemple) et qui deviennent pathogènes quand elles pénètrent dans l’organisme par production d’endotoxines. Les bactéries ont des métabolismes différents. Par exemple certaines sont autotrophes, chimiohétérotrophes, photo-autotrophes ou photohétérothropes.

6.3.2 Pathologies Les voies de pénétration des bactéries sont diverses. Les principales sont : – la voie digestive (exemples Salmonella, Enteroscope coli) ;

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6 • Pollution biologique

6.3 Bactéries

– la voie respiratoire (exemples : Mycobactéries - Tuberculose, Corynibactéries diphtheriae) ; – la voie cutanée (exemples : Staphylococcus aureus, Clostridium tetani) ; – la voie génitale (Neisseria gonorrhoeae, Chlamydia trachomatis). Selon leur pouvoir pathogène on distingue : – les bactéries hautement pathogènes provoquant une maladie ou ayant un dangereux potentiel pour l’entourage de l’hôte porteur ; – les micro-organismes opportunistes potentiellement pathogènes ne devenant dangereux que lorsque leur concentration augmente, ou lors de leur migration vers un autre organe, ou encore s’il y a affaiblissement des défenses naturelles (âge, immunodépression). Le pouvoir pathogène des bactéries dépend de leur pouvoir invasif et de leur pouvoir toxico gène. La colonisation des voies respiratoires peut se faire par inhalation de poussières ou de fines particules d’eau. Les réservoirs sont multiples, en particulier, quand ils sont humides et souillés de matières organiques. Dans les milieux intérieurs, les réservoirs des bactéries sont les individus, les animaux domestiques et l’environnement. Les individus, même sains, sont porteurs de bactéries. On en trouve principalement dans l’oropharynx, le pharynx, sur la peau, le périnée, le vagin et dans l’intestin. La transmission dans l’air se fait par voie orale et fécale. Ainsi les bactéries situées dans le rhinopharynx sont aéroportées par les gouttelettes de Pflügge, gouttelettes de salive, de sécrétions des voies aériennes supérieures émises lors de la parole, de la toux et des éternuements. Les chiens, les chats, les oiseaux et les petits rongeurs sont aussi porteurs de bactéries. En milieu agricole, l’homme se contamine principalement au contact des bovins et des ovins. Les travailleurs des abattoirs sont aussi exposés en particulier à l’agent de la Brucellose. La colonisation des voies respiratoires peut se faire par inhalation des poussières ou de fines particules d’eau. Les oiseaux d’eau domestiques, les douches, les systèmes de climatisation qui créent des aérosols d’eau, sont porteurs de bactéries hydriques dont certaines très pathogènes comme les légionelles. Les humidificateurs peuvent aussi contenir différentes sortes de bactéries et de toxines. m Pathologies respiratoires

Le tableau 6.2 présente quelques bactéries rencontrées dans l’air intérieur de l’habitat, responsables de pathologies respiratoires. Les bactéries pathogènes peuvent agir directement sur un homme sain ou être opportunistes c’est-à-dire n’être dangereuses que pour un organisme déficient. Suite à un déséquilibre de la relation hôte-bactérie, elles peuvent se multiplier à l’intérieur de l’organisme ou agir par libération de toxines. Les études françaises concernant les effets des agents bactériens dans les locaux sont peu nombreuses. Elles ont concerné principalement les bureaux ayant l’air conditionné. Les espèces les plus rencontrées sont Staphylococcus, Microccus et Bacillus. L’aérocontamination bactérienne est très variable dans le temps, les saisons, les conditions climatiques extérieures. Dans les écoles, les espèces les plus fréquentes sont Staphylococcus aureus, les enterobactéries (Escherischia coli, Enterobacter), streptocoques thermophiles. Dans les cinq appartements étudiés par le LENAE*, les espèces identifiées étaient essentiellement des Gram+ : Bacillus circulan et Staphylococcus epiderma. * LENAE : Laboratoire d’étude des nuisances atmosphériques et de leurs effets (université Paris-Nord).

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6 • Pollution biologique

6.3 Bactéries

Tableau 6.2 – Quelques pathologies respiratoires produites par des bactéries portées par l’homme ou par les animaux ou dues à des facteurs environnementaux. Réservoir Homme

Bactérie

Pathologie

Oropharynx

Streptoccus pneumonia (pneumocoque) diplocoque Gram+ capsulé

Bronchite, broncho-pneumonie, pneumonie franche lobaire aiguë

Oropharynx

Haemophilus influenzae Bronchite, broncho-pneumonie, surinfection en cas de grippe Gram –

Pharynx

Mycoplasma pneumoniae Gram +

Pharyngite, bronchite, pneumonie atypique

Oropharynx

Moraxella catarrhalis Gram –

Bronchite aiguë, sur infection dans le cas de bronchites chroniques Pharyngites, bronchite, bronchopneumonie, pneumonie atypique, facteur déclenchant ou favorisant l’asthme, rôle potentiel dans l’athérosclérose

Chlamydia pneumoniae

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Animal

Transmission interhumaine à partir d’un patient ayant la tuberculose et système de ventilation

Mycobacterium tuberculosis Gram+

Tuberculose

Chat Chèvre Bovins, Ovins

Coxiella burnetti Gram –

Fièvre Q (pneumonie atypique avec ou sans atteinte hépatique associée)

Brucella melitensis

Brucellose ou fièvre de Malte

Porc

Biovar suis*

Septicémie, myalgies, asthénie, sueurs, polyadénopathies, splénomégalie avec effet secondaire (os, foie, cœur…)

Bovins

Biovar abortus

Ovins

Biovar canis

Mammifères Chlamydia psittaci domestiques Gram – Oiseaux (perroquets, perruches)

Psicattose ou ornithose Syndrome pseudo-grippal, pneumonie atypique avec possibilité de myocardite, endocardites, hépatites, arthrite, pancréatite, thyroïdite

* Biovar (anciennement biotype) : groupe de souches d’une espèce se distinguant des autres souches de la même espèce par ses caractéristiques physiologiques.

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6 • Pollution biologique

6.3 Bactéries

Tableau 6.2 – Quelques pathologies respiratoires produites par des bactéries portées par l’homme ou par les animaux ou dues à des facteurs environnementaux. (Suite) Réservoir Animal (suite)

Bactérie

Pathologie

Francisella tularensis Gram – : Biovar tularensis Biovar paleartica Biovar novicida

Syndromes principaux de forme ulcéro-glandulaire, de forme glandulaire De pneumonie, forme orthopharyngée Forme oculo-glandulaire et forme thyphoïdique

Legionella Gram –

Voir paragraphe

Réservoir hydrique

Pseudomonas Aeruginosa (bacille pyocyanique) Gram –

Infections respiratoires servies principalement chez le patient diabétique ou atteint de mucoviscidose

Réservoir hydrique

Acinetobacter Baumanni Cocco bacilles à Gram – Colonisation cutanée

Pneumonie nosocomiale en service de soins intensifs

Réservoir hydrique

Genre Mycobacterium

Atteinte respiratoire chez les patients immunodéficitaires

Rongeur

Environnement Réservoir hydrique

m Légionellose

La légionellose est due à des bactéries du genre Légionella (48 espèces) qui vivent dans tous les milieux aquatiques naturels et artificiels et qui peuvent ainsi se développer dans tous les réseaux d’eau domestique et en particulier dans les systèmes de climatisation, les humidificateurs, les dispositifs de refroidissement, les douches, les robinets, les appareils d’inhalation thérapeutique. Leur transmission aérienne se fait par l’intermédiaire d’aérosols d’eau générés dans l’air et qui sont inhalés. Ces bacilles de gram négatif ont une prolifération et une survie exceptionnelle dues au fait qu’ils se multiplient à l’intérieur de certaines amibes et peuvent ainsi, dans des conditions néfastes, rester à l’intérieur des kystes amibiens. La principale légionella responsable de pathologie humaine est la bactérie Légionella pneumophila appelée couramment bacille pyocianique. Des études du Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) ont montré qu’elle peut survivre dans l’air pendant plusieurs jours même sans humidité. Elle est difficile à éliminer dans l’eau compte tenu qu’elle résiste aux concentrations de chlore généralement utilisées. On trouve deux formes de pathologies : – Une forme très grave dite « maladie du légionnaire », nom dû à la première épidémie (180 cas) déclarée en 1976 lors d’un congrès de l’American Legion à Philadelphie réunissant 4 500 anciens combattants dans un hôtel climatisé. Elle se déclare entre 2 à 10 jours. C’est une pneumonie avec une fièvre supérieure à 40° qui se traduit par un état grippal, des maux de tête, des douleurs musculaires, des troubles digestifs, une insuffisance respiratoire et une infection grave (bactériémie) pouvant entraîner

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6 • Pollution biologique

6.3 Bactéries

la mort. On constate en général 15 % de décès dont 40 % chez les personnes âgées ou fragilisées, les personnes immunodépressives, les consommateurs de tabac et d’alcool. – Une forme bénigne atténuée qui guérit spontanément, dite « fièvre de Pontiac » d’une durée d’incubation de 24 à 48 heures et qui se traduit par un syndrome grippal sans atteinte pneumonique. Il a été suggéré qu’elle pourrait avoir pour origine l’endoxine produite par la bactérie. La maladie du légionnaire fait l’objet d’une déclaration obligatoire depuis 1987. On la soigne ou on la prévient lors d’une épidémie par des antibiotiques (érythromycine, fluoroquinone). Elle est détectée par des cultures de sécrétions bronchiques, par la recherche d’antigènes dans les urines, par l’augmentation d’anticorps entre deux prélèvements sanguins et par immunofluorescence directe positive. On réduit le risque par l’entretien des circuits et des installations pouvant diffuser des aérosols aqueux et on recherche la qualité microbiologique de l’eau par des prélèvements et des analyses. D’autres bactéries ayant un réseau hydrique telles que celles appartenant au genre Mycobacterium (mycobactéries non tuberculeuses)ou au genre Acinetobacter (coccobacille à Gram négatif ) ainsi que Burkolderia cepacia, Stenotrophomonas maltophilia), peuvent également causer de graves pathologies respiratoires. m Agents toxiques des bactéries

On distingue deux groupes de toxines : les exotoxines, molécules bioactives sécrétées pendant la croissance des bactéries, et les endotoxines qui sont des constituants de la membrane cellulaire extérieure des bactéries Gram – et qui sont libérées pendant la lyse bactérienne. À ces agents toxiques comme pour les moisissures, les peptydoglycanes, composants de la paroi cellulaire des bactéries (principalement les Gram+), sont des agents potentiels pouvant causer des inflammations pulmonaires.

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M Exotoxines

Ces protéines thermolabiles sont rejetées dans le milieu extérieur et peuvent être inhalées, ingérées ou être en contact avec la peau et les muqueuses. Elles présentent en général une structure comportant un fragment A (activé) et un fragment B (binding, liaison), qui permet l’introduction de A dans le cytoplasme de la cellule à travers sa membrane. Les toxines ont souvent un mode d’action spécifique. On distingue entre autres : – des cytotoxines formant des pores après insertion dans la membrane (exemple : toxine-a du staphylocoque) ; – des toxines à mode d’insertion intracellulaire qui sont en fait des enzymes dégradant les différents constituants de la membrane cellulaire ; – des entérotoxines qui créent des sécrétions intestinales importantes ; – des toxines appelées « super-antigènes » qui induisent des réponses immunes pathogènes chez l’hôte (exemple : toxine du syndrome de choc toxique produit par des staphylocoques aureus) ; – des neurotoxines (exemple : toxine tétanique créant une paralysie spastique, toxine botulique créant une paralysie flasque). Les exotoxines servent à la préparation de vaccins. On utilise des toxines ayant perdu leur toxicité mais ayant gardé leur pouvoir immunogène. Elles permettent d’obtenir du sérum.

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6 • Pollution biologique

6.4 Virus

M Endotoxines

Les endotoxines sont des lipopolysaccharides (LPS) constitutifs de la paroi externe des bactéries de Gram négatif. Elles peuvent être libérées dans l’air à partir de micro-vésicules (de 30 à 50 nm) de la membrane ou après la mort et la décomposition des cellules bactériennes. Leur teneur est importante dans les milieux professionnels tels que les milieux agricoles, le traitement des eaux usées, etc., mais on les trouve aussi dans les écoles, les logements, les avions, etc. Les endotoxines sont des molécules très complexes de haut poids moléculaire (2 000 à 20 000 daltons) dont la composition est spécifique de chaque espèce bactérienne. Elles sont constituées d’une partie lipidique (« lipide A ») ayant une ossature de glucosamine et siège de l’activité pro-inflammatoire et d’une partie polysaccharidique composée ellemême d’un élément le « noyau ou core » constitué de saccharides et d’une partie appelée chaîne latérale O ou antigène O constitué aussi de saccharides et responsable des activités antigéniques du LPS. Les troubles non infectieux se traduisent par des symptômes grippaux (fièvre, frissons, douleurs musculaires ou myalgies, toux sèche), une obstruction des voies respiratoires, une réduction de la capacité respiratoire, des diarrhées. Il n’existe pas de VLE ni de VME pour les endotoxines. Dans un essai de hiérarchisation des paramètres effectué par l’observatoire de la qualité de l’air, il a été proposé une VTR aiguë de 4,1 µg/m3 pour des sujets ventilant en moyenne 10 l/min pendant 8 h et une VTR chronique de 92 ng/m3 pour une exposition de 15 jours chez un individu ventilant en moyenne 10 l/min avec des effets de bronchospasme, établie à partir d’études chez l’homme.

6.4 Virus Les virus, dont on en connaît 5 000 sur 130 000 existant, ont de 20 à 300 nm de diamètre. Contrairement aux bactéries, les virus ne sont pas visibles au microscope, ne sont pas retenus par le filtre en porcelaine de Chamberland et ne peuvent être cultivés sur un milieu nutritif approprié. Ils sont constitués d’un génome et d’une capside (virus dit nu), parfois entouré d’une enveloppe membraneuse (virus dit enveloppé) schématisé figure 6.5. Les virus enveloppés (exemple : virus de l’herpès, et du sida) sont souvent plus fragiles que les virus nus (exemple virus de la poliomyélite). capside génome

enveloppe et spicules

Figure 6.5 – Schéma d’un virus nu et d’un virus enveloppé.

Le génome ne contient qu’un seul type d’acide nucléique (ARN ou ADN) qui code diverses protéines virales (protéine de structure, enzyme, protéines de régulation). Le

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6 • Pollution biologique

6.4 Virus

génome est protégé par une capside qui est un assemblage de petites protéines virales identiques portant les déterminants viraux qui se lient spécifiquement à des récepteurs cellulaires. La capside a une symétrie hélicoïdale (virus en bâtonnet), cubique ou icosaédrique (virus sphérique) ou mixte. La capside peut être entourée par une enveloppe de nature protéique qui est le plus souvent issue de la membrane plasmique ou nucléaire de la cellule hôte et qui porte les déterminants qui se lient aux récepteurs cellulaires, glycoprotéines incluses dans l’enveloppe appelée spicule. Le virus se reproduit par réplication de son génome au sein d’une cellule hôte vivante. Le virus est un parasite intracellulaire absolu. La multiplicité des virus peut conduire à la mort de la cellule ou à la formation de lésion cellulaire létales. Les voies respiratoires supérieures et inférieures de l’homme et de l’enfant sont infectées par de nombreux virus. La transmission d’un patient malade à un autre individu se fait par l’intermédiaire de gouttes de Pflügge. Les principaux virus ayant un tropisme prépondérant pour les cellules ciliées des muqueuses respiratoires sont le virus influenza (grippe), le virus para influenza, le virus respiratoire syncitral, l’adénovirus, le rhinovirus, le coronavirus. Ces virus provoquent des rhumes, laryngites, trachéites, bronchites, pneumonies… D’autres maladies virales sont causées par des virus à tropisme plus large comme le virus herpes simplex, le virus varicelle-zona, le cytomégalovirus, le virus Epstein-Barr (virus de la mononucléose infectieuse), le virus de la rougeole, le virus de la rubéole, le virus des oreillons, les entérovirus, le virus des hépatites, le virus du sida. Les animaux sont aussi infectés par de nombreux virus (singes, chauve-souris, rongeurs, oiseaux, ongulés, carnivores, animaux de compagnie, reptiles, amphibiens…). Bien que la transmission d’un agent pathogène de l’animal à l’homme soit rare, certains virus s’adaptent à l’homme, parfois en se modifiant. C’est le cas par exemple du virus Ebola, du virus du Chikungunya, des virus de Salmonella, du virus de la grippe aviaire et plus récemment du virus de la grippe A H1N1 porcine originaire du Mexique.

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m Virus de la grippe

Le virus de la grippe est un virus enveloppé dont l’enveloppe porte deux sortes de spécules, les spécules d’hémagglutines (HA) et des spécules de neuramidases (NA). Il existe trois types de virus grippaux distincts par leurs protéines de capside : le virus influenza A (le plus fréquent), le virus influenza B et le virus influenza C qui est bénin (forme sphérique de 80 à 100 nm de diamètre). Le virus de la grippe est un virus très contagieux, responsable d’épidémies hivernales (mortalité moyenne de 0,1 %) et de pandémies. Les grandes pandémies de grippe meurtrière ont eu lieu en 1918 (grippe espagnole due au virus H1N1), en 1957 (grippe asiatique due au virus H2N2), en 1968 (grippe de Hong Kong due au virus H3N2). Une future pandémie humaine avait été annoncée en 2006 due à un virus asiatique H5N1 hautement pathogène (grippe aviaire) responsable de peste aviaire dans les élevages de volailles bien qu’il n’y ait aucune raison de penser que le virus H5N1 ait un réassortiment vital et puisse atteindre l’homme. Le virus de la grippe pénètre par le nez et la gorge par inhalation et se multiplie dans l’appareil respiratoire jusqu’aux bronchioles par réplication virale (incubation de 1 à 3 jours). Il y a formation de lésions réversibles de l’épithélium respiratoire cilié, cette nécrose se manifestant par toux, écoulement nasal, fièvre brutale à 40 °C avec des douleurs musculaires, articulaires, maux de tête, rachialgies et myalgies, asthénie, frissons. Le malade reste contagieux au moins 6 jours. Bien qu’au bout de 3 à 4 jours, il n’y a

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6 • Pollution biologique

6.4 Virus

plus de symptômes, la grippe peut avoir un certain nombre de complications, une pneumopathie bactérienne due par exemple à Staphylococcus aureus ou une pneumopathie virale maligne caractérisée par un œdème hémorragique des alvéoles et due à des états d’insuffisance cardiaque ou respiratoire. M Soins curatifs

Il faut rester au lit, au chaud, faire baisser la fièvre et désinfecter les voies nasales. On peut aussi, si nécessaire, prendre des antiviraux (Amantadine, Rimantadine, Relenza et GS 4104) qui limitent l’infection en bloquant le virus dans les cellules hôtes et en empêchant sa dissémination. M Soins préventifs : la vaccination

Du fait des différentes souches de virus grippaux qui ont la faculté de muter par modification antigénique de la neuramidase ou de l’hémagglutine, le vaccin est trivalent comprenant des souches A, H3N2, A, H1N1,B ou des plus récentes. Il assure une protection de 40 à 80 %.

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7 • POLLUTION PHYSIQUE

La pollution physique de l’air intérieur est principalement due aux particules, au radon, élément radioactif, et aux champs électriques et magnétiques. On considère que l’effet sanitaire principal des particules est dû à leur taille ou à leur forme et non à leur composition chimique. Dans cette catégorie on classe les poussières, l’amiante et les autres fibres.

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7.1 Poussières Bien qu’elles soient un mélange complexe de substances organiques et minérales, les poussières sont classées en fonction de leur diamètre aérodynamique. On s’intéresse particulièrement aux particules dites grossières de diamètre compris entre 2,5 et 10 µm désignées par PM10, aux particules fines de diamètre compris entre 1 et 2,5 µm et aux particules ultrafines de 1 et moins de 1 µm. Comme mentionné précédemment, l’air extérieur est chargé de nombreuses particules de nature, de taille et d’origine très différentes représentant un risque sanitaire grave. Une relation significative entre les niveaux de PM10 et de PM2,5 et les variations du nombre journalier d’hospitalisation pour des problèmes respiratoires ou des troubles cardio-vasculaires a été mise en évidence. À ces aérosols de l’air extérieur s’ajoutent des poussières produites par des sources intérieures : tabagisme, activités de bricolage, cuisson, nettoyage, chauffage au bois, squames d’animaux, aérosols issus des réactions chimiques entre polluants gazeux. Les concentrations particulaires pondérales de l’air intérieur sont difficiles à quantifier et même à évaluer. Les teneurs sont influencées par les échanges d’air entre l’extérieur et l’intérieur et par les conditions de ventilation. Les particules ultrafines ne sont pas encore systématiquement évaluées, seuls quelques appareils permettent leur dénombrement. Les poussières se déposent et sont remises en suspension dans l’air quand les individus se déplacent ou quand on ouvre une porte particulièrement la porte d’entrée. Des expérimentations menées dans une pièce sur des particules (d ≥ 0,5 µm) produites in situ avec un renouvellement d’air régulier montre que, pour une même vitesse d’air, la cinétique de déposition des particules augmente lorsque la pièce est meublée en particulier pour les particules les plus fines qui se déposent sur les surfaces horizontales et verticales alors que les particules plus volumineuses s’éliminent sur le sol par gravimétrie. Lorsque la vitesse de l’air augmente (de 5 cm/s à 19 cm/s), la cinétique de déposition augmente plus pour les particules les plus volumineuses. Selon leur diamètre, les poussières pénètrent plus ou moins profondément dans le système respiratoire. Plus les particules sont fines, plus elles pénètrent profondément

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7 • Pollution physique

7.1 Poussières

dans les poumons et plus elles y restent longtemps, certaines toujours. Les poussières supérieures à 10 µm sont arrêtées par les poils du nez et par les muqueuses nasales et la partie qui se dépose dans les poumons est évacuée par les cils qui tapissent la surface intérieure des voies respiratoires. Les PM5 restent à 95 % dans les zones extrathoraciques, 5 à 10 % pénètrent dans la trachée et les bronches, moins de 5 % atteignent les alvéoles. Les poussières fines peuvent parvenir jusqu’aux alvéoles et y rester donnant une coloration noirâtre de la surface externe du poumon, elles peuvent être à l’origine de pathologies telles qu’une limitation de la fonction pulmonaire, l’affaiblissement du système immunitaire, l’inflammation et la détérioration du tissu pulmonaire, l’inflammation des voies aériennes, l’augmentation de la viscosité du plasma, une vasocontriction artérielle, l’exacerbation de l’asthme, des épisodes de toux, des troubles cardio-vasculaire, le cancer du poumon. Le Pr Peter Gehr, directeur de l’institut d’anatomie de l’université de Berne, a montré que les poussières ultrafines inférieures à 0,1 µm peuvent pénétrer dans les globules rouges et les cellules et atteindre le noyau cellulaire dans lequel est stockée l’information génétique, elles peuvent donc se propager dans tout l’organisme des organes jusqu’au cerveau. Les poussières par ailleurs contiennent des toxines, des spores, des champignons des agents pathogènes, des métaux lourds. Les PM inférieures à 2,5 mm contiennent 85 % de matière organique dont certaines substances dangereuses comme des pesticides, des hydrates de carbone aromatiques polycycliques. D’après l’OMS, une augmentation de 10 µg/m3 du niveau des PM10 augmente le risque de décès pour cause cardio-vasculaire de + 0,9 % et pour cause respiratoire de + 1,3 %, la même augmentation en PM 2,5 conduisant à des augmentations de + 9 % et de 14 % respectivement. On estime ainsi que l’exposition aux PM2,5 réduit l’espérance de vie. Des valeurs guides données par l’OMS correspondent à des objectifs acceptables et réalisables : PM2,5 10

µg/m3

PM10 20 µg/m3 (moyenne annuelle)

(moyenne annuelle)

25 µg/m3 (moyenne sur 24 h)

50 µg/m3 (moyenne sur 24 h)

Pour les PM10 l’Union européenne a défini les valeurs limites suivantes : Limite journalière moyenne

50 µg/m3

Nombre de jours de dépassement autorisés

Max 35 (depuis le 01/01/2005)

Min 7 (01/01/2010)

Limite annuelle moyenne

40 µg/m3 (01/01/2005)

20 µg/m3 (dès 01/01/2010)

Pour les particules PM2,5, les députés et le conseil ont défini dans un premier temps une valeur cible de 25 µg/m3 valable dès 2010. À partir de 2015 cette valeur deviendra une limite contraignante. Le Parlement européen a proposé une deuxième valeur indicative de 20 µg/m3 à atteindre le 1er janvier 2020 qui sera révisée par la Commission en 2013. Par ailleurs le mesurage des poussières va intégrer l’analyse chimique.

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7 • Pollution physique

7.2 Amiante

Le traitement de l’air permet, entre autres, d’éliminer les poussières par filtration (filtration par voie humide ou électrostatique ou passage par une masse fibreuse dense – voir chapitre 9). Lors de la campagne de l’OQAI, il été trouvé que 50 % des logements ont des teneurs en particules supérieures à 19,1 µg/m3 pour les PM2,5, et à 31,3 µg/m3 pour les PM10. 5 % des logements ont des concentrations supérieures à 133 µg/m3 en PM2,5 et à 182 µg/m3 en PM10.

7.2 Amiante L’amiante, qui peut être filé et tissé, a des propriétés physiques et chimiques remarquables. Entre autres, il présente de faibles conductivités thermique, acoustique, électrique, une résistance mécanique élevée à la traction et à la flexion, une inertie chimique aux acides et aux bases, une résistance à l’usure et aux micro-organismes. Ses qualités intéressantes et son faible coût d’acquisition ont fait que l’amiante a été très utilisé pour la fabrication de nombreux produits industriels et dans la construction des bâtiments. Cependant, les produits contenant de l’amiante libèrent des fibres quand ils commencent à se détruire. Ces fibres, quand elles sont inhalées, peuvent produire des lésions pulmonaires dont la gravité dépend de leur nature et de leurs dimensions. L’amiante est désormais interdit en France, depuis 1997, pour les applications courantes et pour la construction de bâtiments neufs.

7.2.1 Composition

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L’amiante, désigné sous le terme abesto (terminologie dérivée du latin abestos signifiant incombustible), est d’origine naturelle. De structure cristalline et fibrillaire, il est constitué de silicates hydratés associés à du magnésium (Mg), ou à du fer (Fe), ou à du sodium (Na) formés au cours du métamorphisme des roches et pouvant contenir de petites quantités de minéraux non fibreux comme le quartz, le feldspath, le mica. Les deux variétés principales de l’amiante sont la serpentine ne comportant qu’une espèce cristalline la chrysotile et les amphiboles comportant cinq espèces différentes : l’anthophyllite, l’amosite, l’actinolite, la tremolite et la crocidolite. Le tableau 7.1 donne les principales caractéristiques des espèces d’amiante les plus utilisés industriellement et commercialisées (chrysotile, crocidolite, amosite). La figure 7.1 montre des fibres de crocidolite.

Figure 7.1 – Fibres de crocidolite.

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7 • Pollution physique

7.2 Amiante

Tableau 7.1 – Caractéristiques des variétés d’amiante les plus industrialisées. Chrysotile

Crocidolite

Amosite

Couleur

blanc

bleu

brun

Variété

serpentine

amphibole

amphibole

Composition

3MgO.2SiO2.2H2O

Na2O.Fe2O3.3FeO. 8SiO2.H2O

11FeO.3MgO; 16SiO2.2H2O

Système cristallin

orthorhombique

monoclinique

monoclinique

40 mm 0,02-0,03 µm

70 mm 0,06-1,2 µm

70 mm 0,1µm

Longueur max et diamètre des fibres

7.2.2 Production. Applications L’exploitation des gisements d’amiante a été entreprise dès le XVIIIe siècle en Russie. Vers 1970, les gisements de chrysotile étaient principalement exploités au Canada et en Russie et les gisements d’amosite au Transvaal en Afrique du Sud. L’exploitation industrielle et commerciale a augmenté jusqu’en 1975 où 5 millions de tonnes étaient mondialement extraites et destinées en grande partie à la fabrication de matériaux amiante-ciment. Après traitement mécanique, l’amiante a été utilisé principalement dans le secteur du bâtiment mais aussi dans d’autres secteurs d’activités industrielles et à usages domestiques (textile, jouets, revêtement de routes, filtres, tamis, housse à repasser, gants, grille-pain, appareils de chauffage et papier carton). On distingue généralement les produits où les fibres d’amiante sont agglomérées avec un liant comme une résine ou du bitume (amiante non friable) et les produits où l’amiante est faiblement lié ou non lié (amiante friable). Le flocage consiste en un crépi de revêtement obtenu par projection collage sur les structures métalliques, les plafonds, les conduits conférant une résistance au feu et une amélioration de l’acoustique. Le flocage peut être en couche épaisse (> 2 cm) de basse densité friable mais contenant en masse de 50 à 90 % d’amiante ou en couche mince (< 1,5 cm) plus dure, contenant 50 % d’amiante. Dans le bâtiment les autres principales applications de l’amiante concernent : – les dalles de revêtement de sol, – les joints d’étanchéité, – les tuyaux et conduits de cheminée, – les plaques pour toitures et façades, – les panneaux pour cloisons, – les colles, mastics, peintures, – les produits de friction (ascenseurs), – les appuis de fenêtres.

7.2.3 Effets sur la santé Selon le temps d’exposition et les caractéristiques des fibres d’amiante présentes dans l’air (longueur, diamètre, densité exprimée généralement en nombre de fibres par volume),

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7 • Pollution physique

7.2 Amiante

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on distingue plusieurs pathologies liées à leur inhalation et qui sont accentuées par l’exposition à la fumée du tabac : – des atteintes pleurales bénignes non tumorales se traduisant par des épanchements pleuraux (pleurésie) et par l’épaississement de la plèvre puis se calcifiant avec le temps et constituant des plaques sur la plèvre. Ces plaques pleurales bilatérales et asymétriques épaisses de quelques millimètres à 1 cm peuvent occasionner une diminution de la capacité respiratoire mais ne se transforment pas en tissu cancéreux. Elles sont détectées par tomodensimétrie (TDM) thoracique ; – l’asbestose qui est une sclérose non tumorale du tissu pulmonaire apparaissant après un temps de latence de 10 à 20 ans et pouvant entraîner une insuffisance respiratoire et dégénérer en cancer broncho-pulmonaire ; – des mésothéliomes apparaissant généralement au niveau de la plèvre. Le mésothéliome pleural ou cancer primitif de la plèvre dont le délai de latence est de 40 ans ne connaît aucun traitement ; – des cancers broncho-pulmonaires se déclarant 15 à 20 ans après l’exposition et qui peuvent être soignés s’ils sont détectés précocement. L’ensemble de ces pathologies est prise en charge au titre 30 du régime général de la Sécurité sociale et au tableau n° 42 du régime agricole. Plus les fibres d’amiante sont longues et fines, plus elles sont dangereuses car difficiles à éliminer par l’organisme. Les fibres les plus dangereuses seraient celles ayant moins de 3 µm de diamètre et de 10 à 200 µm de longueur. Leur nombre par litre ou ml est déterminé par microscopie optique en lumière polarisée, par microscopie électronique à balayage et par microscopie à transmission. Les deux premières techniques ne distinguent pas les fibres d’amiante des autres fibres contrairement à la 3e technique (plus chère et plus longue) qui couplée à la cristallographie permet de déterminer la variété de fibres d’amiante. L’exposition à l’amiante est diverse et variée : exposition de salariés travaillant l’amiante, exposition des populations vivant à proximité d’une exploitation industrielle de l’amiante, exposition environnementale due à la dégradation de matériaux contenant de l’amiante. Il est difficile d’estimer les risques de pathologies liées à l’amiante et aucune dose seuil n’a été retenue. Pour les travailleurs la valeur limite d’exposition calculée sur une heure (VME) est de 0,1 fibre/ml, valeur légale qui ne doit être dépassée mais qui ne présage pas du risque zéro.

7.2.4 Prévention La dangerosité de l’amiante a été reconnue en France dès 1945 où l’asbestose a été prise en charge comme maladie professionnelle. Cependant, si les premières règles de protection des travailleurs en contact avec l’amiante (valeur limite d’exposition, suivi médical) sont apparues en 1977, suite à la reconnaissance par le CIRC du potentiel cancérogène de toutes les formes d’amiante, ce n’est que très tardivement que les impacts sanitaires sur la population de l’amiante contenue dans les bâtiments et les produits usuels ont été pris en compte. C’est principalement à l’initiative du Comité anti-amiante de l’université de Jussieu construite avec de grandes quantités d’amiante à partir de 1965 que l’interdiction complète de l’amiante pour la construction et les produits en contenant a été signifiée en 1996 (décret n° 96-133 du 24 décembre).

137

7 • Pollution physique

7.2 Amiante

En 1999, une directive européenne (n° 1999/77/CEE du 27 juillet) a interdit l’amiante au 1er janvier 2005 dans tous les États membres. Cependant il subsiste des matériaux amiante en particulier dans les bâtiments. Plusieurs textes réglementaires ont été publiés pour : – la recherche et la surveillance de l’état de conservation de l’amiante dans le bâtiment, – la protection des travailleurs spécialisés dans l’enlèvement de l’amiante ou en contact avec l’amiante, – l’organisation de la protection individuelle et collective, – l’entretien et la maintenance sans danger de l’amiante, – l’agrément des organismes habilités à mesurer la concentration des fibres d’amiante. Les travailleurs en contact avec l’amiante sont soumis à une surveillance médicale spéciale et doivent être informés des risques encourus. Les entreprises procédant au retrait ou au confinement de l’amiante doivent établir un plan de travail, indiquer le choix des procédés et les méthodes de protection de la population avoisinante. Ce plan est soumis au médecin du travail, à l’inspection du travail et aux agents du CRAM (Caisse régionale d’assurance maladie). Compte tenu de l’état de latence d’apparition des symptômes, on constate actuellement une augmentation continue du nombre de pathologies bénignes et du nombre de décès dus au cancer. L’INRS s’est fortement investi depuis 1950 sur les risques cancérogènes liés à l’amiante et à la promotion de la protection des travailleurs (méthode de prélèvement, dispositif de protection, spectre…). Il a entrepris, entre autre, des recherches sur l’action de l’amiante sur l’organisme : 7 000 gènes ont été analysés afin d’élucider les mécanismes conduisant à la transformation des cellules saines en cellules cancéreuses. Depuis 2003, il a mis en place des outils nécessaires au suivi de l’état de santé des travailleurs enlevant l’amiante. Toutes les maladies dérivant de l’exposition à l’amiante, mêmes les plus bénignes, donnent lieu à une indemnisation ou à une allocation de cessation anticipée d’activité. Il a été créé un Fond d’indemnisation des victimes de l’amiante, la FIVA. Le patient doit justifier de la maladie, de l’exposition et du préjudice subi pour en bénéficier.

7.2.5 Traitement et enlèvement de l’amiante. Déchets Quand les matériaux contenant de l’amiante commencent à se dégrader ou si le niveau dans l’air des fibres est supérieur à 25 fibres/ litre, il est nécessaire de procéder, soit au confinement de l’amiante, soit à son enlèvement, ces travaux étant mis en œuvre avec une vigilance de tous les instants respectant les dispositions réglementaires (décret du 30 juin 2006 et arrêté du 14 mai 1996). Il ne faut pas cependant vouloir se débarrasser a tout prix de l’amiante quand celui ci est en particulier semi-dur ou dur (comme l’amiante non friable et fortement liée au ciment par exemple). Le confinement de l’amiante consiste, soit en « l’imprégnation à cœur » par pulvérisation, soit à l’encoffrement du matériau. « L’imprégnation à cœur » comprend plusieurs étapes : injection d’un liant jusqu’au cœur du support, application d’un durcisseur, recouvrement de l’ensemble par un élastomère. L’encoffrement qui isole les parties contaminées est une solution intéressante mais rarement retenue car elle suppose un support en bon état et plus aucune intervention dans le coffrage.

138

7 • Pollution physique

7.3 Fibres artificielles

L’enlèvement de l’amiante est une solution définitive souvent préférée à l’imprégnation à cœur qui a une durabilité limitée. Elle impose la réhabilitation du bâtiment c’est-à-dire la pose d’un produit de substitution adapté aux fonctions de protection de l’amiante (thermique, phonique…). Les travaux de traitement ou de retrait de l’amiante sont contrôlés après leur finition. Les travaux de désamiantage ouvrent un nouveau secteur industriel en plein essor. Cependant les entreprises concernées doivent justifier de leurs compétences. Elles doivent fournir un certificat de qualification délivré par un organisme certificateur agréé. L’éradication et le traitement de l’amiante comprennent aussi la gestion de tous les déchets occasionnés par les travaux (déchets de flocage et de calorifugeage, déchets de matériel et d’équipement, déchets de nettoyage). Tous ces déchets dits déchets dangereux sont soumis à une stricte réglementation pour leur conditionnement et leur transport. Actuellement, les fichiers d’élimination concernent l’installation d’un stockage de déchets industriels spéciaux de classe 1 et la vitrification. La vitrification, solution à préférer pour les déchets friables de flocage et de calorifugeage consiste à porter les déchets à 1 600 °C à l’aide d’une torche à plasma. Les déchets sont transformés en un verre (le vitrifiat) qui est ensuite concassé et peut être réutilisé dans le bâtiment et les travaux publics.

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7.3 Fibres artificielles Suite à l’interdiction de production et d’application de l’amiante, l’industrie a recherché des produits de substitution ayant les qualités de l’amiante et présentant moins de risques potentiels pour la santé. On trouve des matériaux non fibreux (perlite, vermiculite, mousses de silicates, argiles, mica) et des matériaux fibreux naturels ou artificiels. Le tableau 7.2 présente les différents matériaux fibreux avec leur utilisation et quelquesunes de leurs caractéristiques. Quelques études épidémiologiques sur les salariés ou des études expérimentales sur l’animal ont été réalisées. Elles concernent quelques fibres minérales artificielles (laine de verre, de roche, fibres céramiques réfractaires, aramides) et des fibres minérales naturelles comme les Wollastonites. Cependant les effets sur la santé de tous ces matériaux sont loin d’être totalement évalués. Des valeurs moyennes d’exposition sur 8 heures (VME) ont également été publiés par le ministère du Travail. En fait, seules les fibres ayant un diamètre supérieur à 3 µm et un temps de biosolubilité dans l’organisme très court, peuvent être considérées comme non dangereuses. Les fibres céramiques sont classées comme cancérogènes de catégorie 2. Les laines minérales sont classées de façon globale comme cancérogènes de type 3 (cancérogénité non prouvée). Ainsi la directive 97/69/CE du 5 décembre 1997 introduit, entre autres, les laines minérales, les fibres céramiques réfractaires comme substances dangereuses. La classification, l’emballage et l’étiquetage des différentes substances sont indiqués dans l’arrêté du 28 août 1998 et les dispositions réglementaires relatives aux fibres minérales artificielles sont données dans la circulaire DRT 99/10 du 13 août 1999. Des fiches de poste et des données de sécurité ont été fournies aux médecins du travail. Des mesures de prévention (techniques, pose, équipements de protection) doivent être mises en œuvre par les professionnels.

139

7 • Pollution physique

7.4 Radon

Tableau 7.2 – Produits de substitution de l’amiante. VME

Fibres naturelles

minérales

mousse d’argile wollastonite attapulgite sépiolite

végétales

cellulose chanvre, coton lin

métalliques

laine d’acier et de cuivre

minérales

fibre de verre textile laine de verre laine de roche

1 fibre/cm3

fibres céramiques réfractaires fibre de carbone

0,6 fibre/cm3

Fibres artificielles organiques

Quelques utilisations cloisons, faux-plafonds, panneaux, plaques

5 mg/m3 (fraction alvéolaire) 10 mg/m3 (fraction inhalable) 0,2 mg/m3 (fraction thoracique)

bourres, flocage, isolants thermiques et acoustiques, colles, enduits, mousses bardage, gaines, tuyaux isolateurs électriques, joints, freins, embrayages

polyacrylonitrile (PAN) polyvinylalcool (PVA) aramide 1 fibre/cm3 polypropylène polyéthylène polytétrafluoroéthylène polyester

isolants thermiques, acoustiques, protection incendie, flocages, colles, enduits étanches isolants thermiques, électriques, protection incendie construction fibrociment fibrociment calorifuges, bandes, bourrelets plaques, panneaux, canalisations, cordons, tubes de pression, enduits

7.4 Radon Le radon est le seul élément radioactif connu existant sous forme gazeuse. De ce fait il est présent partout à la surface de la terre et peut s’accumuler dans l’atmosphère confinée des habitations et des bâtiments. Des études épidémiologiques ont montré qu’après le tabac, l’inhalation du radon est la deuxième cause du cancer du poumon.

7.4.1 Caractéristiques, origine Le radon est un gaz monoatomique radioactif incolore, inodore, insipide. De numéro atomique 86, le radon a trois isotopes de nombre de masse 219 (219Ra ou actinon), 220 (220Rn ou thoron), 222 (222Rn ou radon) ayant respectivement une période (temps

140

Th

a

U

(24,1 jour)

234

238

(4,47.109 ans)

b–

(1,17 min)

Pa

234m

a

Rn

a

Pb

(26,8 min)

214

a

218 Po

222

a

Th

a

U

Ra

226

230

234

b–

(3,05 min)

(radon)

(3,82 jour)

214

Bi

(19,7 min)

(1 600 ans)

(8,0.104 ans)

b–

210

Pb

a

Po

214

–

b

(1,64.10 –2 s)

Bi

(5,01 jour)

210

b–

Th

Ra

Pb (stable)

206

a

Po

210

(138,4 jour)

(5,76 ans)

228

a

232

b–

(1,41.10 10 ans)

212

a

Po

Rn

Ra

Th

Pb

216

a

220

a

224

a

228

(10,64 heures)

(0,15 s)

(6,13 heures)

Ac

228

b–

(1,91 ans)

b–

(55 s)

Tl

36 %

(3,05 min)

208

a

Bi

212

(60,6 min)

(3,66 jours)

Figure 7.2 – Schéma de désintégration du radon. (Source : ministère de l’Éducation nationale et de l’INRS.)

b–

(2,45.10 5 ans)

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64 %

–

b

b–

(stable)

Pb

208

a

Po

212

(3,04.10 –7 s)

7 • Pollution physique 7.4 Radon

141

7 • Pollution physique

7.4 Radon

de demi-vie) de 3,96 s, 55,6 s, 3,82 j. Le radon est produit par désintégration radioactive d’isotopes du radium appartenant aux familles naturelles de l’uranium 235, du thorium 232 et de l’uranium 238 existant dans la croûte terrestre : ⇒ 219Rn (famille de l’235U) ⇒ 220Rn (famille du 232Th) 226Ra ⇒ 222Rn (famille de l’238U) L’actinon ou radon 219 est pratiquement non mesurable dans l’atmosphère, la concentration de l’uranium 235 étant de moins de 1 % de celle de l’uranium 238. De plus sa période de décroissance radioactive est très courte (3,96 s). Le thoron ou radon 220 est le plus abondant des trois isotopes. Le radon ou radon 222 émane du sol en quantité cent fois plus faible que celle du thoron mais sa période radioactive de 3,8 jours fait qu’il a une distribution plus large dans l’atmosphère. Le radon 220 et 222 représentent la fraction significative de l’exposition au rayonnement radioactif du radon et principalement de leurs descendants. Comme l’illustre la figure 7.1 les deux isotopes sont des émetteurs alpha qui se désintègrent en donnant naissance à du polonium émetteur alpha, du bismuth (émetteur bêta) et du plomb (émetteur bêta), produits de filiation radioactifs qui sont des atomes solides. Dans l’air intérieur, les aérosols radioactifs issus du radon vont évoluer selon deux processus. Dans une première étape, les atomes issus de la désintégration du radon réagissent avec la vapeur d’eau et des gaz traces pour former de petits agrégats contenant du 218Po qui se désintègre. Dans une deuxième étape, ces clusters dont les dimensions vont de 0,5 nm à 5 nm se fixent sur des particules de l’air intérieur (poussières, fibres,). On distingue ainsi une fraction « libre ou non attachée » et une fraction « attachée » dont les dimensions vont de 50 nm à 300 nm avec un diamètre moyen de l’ordre de 150 nm. L’énergie potentielle alpha Ep caractérisant l’exposition aux dérivés du radon peut être calculée par l’équation suivante : 223Ra 224Ra

Ep (J.m–3) = 1,6 ¥ 10 –13 [13,7 (CA/lA) + 7,7 (CB/lB) + 7,7 (CC/lC)]

[7.1]

218Po

CA, lA : concentration et constante de désintégration radioactive du CB, lB : concentration et constante de désintégration radioactive du 214Pb CC, lC : concentration et constante de désintégration radioactive du 218Bi. Autres 1%

Expositions médicales 41 %

Radon 34 %

Eaux et aliments 6% Rayonnement tellurique 11 %

Rayons cosmiques 7%

Figure 7.3 – Contribution des différentes sources radioactives auxquelles le public est exposé.

142

7 • Pollution physique

7.4 Radon

La fraction d’équilibre F (0< F < 1) est calculée par : F = (0,105 CA + 0,516 CB + 3,8 CC) / CRn

[7.2]

On estime que le radon représente 34 % des doses de la radioactivité à laquelle est soumise la population comme schématisé figure 7.2 mais cette part est très variable d’un lieu à un autre et d’une maison à l’autre. Le niveau moyen de 1,2 mSv par an est ainsi peu significatif.

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7.4.2 Transfert du radon dans les habitations La concentration du radon et de ses descendants dans l’air intérieur dépend de nombreux facteurs : sa teneur dans l’air extérieur, la nature du sol et des matériaux, la ventilation des pièces, les conditions météorologiques, le mode de vie des occupants, la qualité de la construction. Le teneur du radon dans l’air extérieur est en général très faible en moyenne entre 5 et 15 Bq/m3. Il est plus élevé en été qu’en hiver et son taux est maximum la nuit. Le radon diffuse dans l’air intérieur à partir du sol, son entrée s’effectuant par le mouvement de l’air véhiculé dans les porosités du sol et les défauts d’étanchéité du soubassement des bâtiments. Le sol est ainsi la principale source de la présence du radon dans l’air intérieur des bâtiments. La concentration du radon dans le sol dépend de la quantité de radium présent dans le sol. Ainsi, les régions granitiques comme l’Auvergne, la Bretagne, la Corse, la Franche-Comté et le Limousin sont les régions françaises où les concentrations moyennes dans les maisons sont les plus élevées. Par exemple si la concentration moyenne est estimée à 39 Bq/m3 on a trouvé des concentrations supérieures à 1 000 Bq/m3 pour 2 000 à 5 000 habitations en Bretagne. Plusieurs campagnes de mesures ont été réalisées depuis 1980. Celle réalisée entre 1999 et 2001 sous la direction de l’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN) sur tout le territoire français. a porté sur plus de 13 000 établissements recevant du public en particulier des établissements scolaires. Les mesures ont montré que 8 % d’entre eux présentaient une radioactivité de 400 à 1 000 Bq/m3 et que 4 % dépassaient 1 000 Bq/m3. Cette campagne a permis de dresser une cartographie de l’exposition au radon et de définir ainsi 31 départements prioritaires dont les établissements recevant du public font l’objet d’une surveillance réglementaire particulière (voir chapitre 10). Les départements ont été classés prioritaires lorsque la moyenne départementale était supérieure ou égale à 100 Bq/m3. L’eau souterraine, provenant des fontaines, des puits, peut aussi contenir du radon qui est libéré dans l’air lors d’une douche, d’une lessive par exemple. On a pu mesurer dans l’eau de boisson des teneurs de 20 Bq/l et parfois plus de 100 Bq/l. Plusieurs milliers de Bq/m3 ont été mesurés dans les stations thermales, les salles d’hydrothérapie, où les travailleurs sont particulièrement exposés parfois à plusieurs dizaines de millisieverts par an. Le radon (neuf fois plus lourd que l’air) a tendance à s’accumuler dans les pièces les plus basses et les moins ventilées. L’infiltration du radon dans les bâtiments est principalement due à « l’effet cheminée » et aux défauts d’étanchéité du bâtiment. L’effet cheminée correspond à la montée d’air chaud dans la maison provoquant dans la cave et les étages inférieurs une faible dépression. Il s’ensuit une aspiration, qui peut être amplifiée par un ventilateur ou une cheminée.

143

7 • Pollution physique

7.4 Radon

En hiver du fait du chauffage et d’une aération plus faible la concentration de radon est plus élevée qu’en été. Les infiltrations par toutes les ouvertures en contact avec le sol peuvent être dues : – aux points d’entrée dans les murs de fondation et le plancher en béton coulé, – au sol ou aux roches à découvert dans le vide sanitaire, – aux caves en terre ou en gravier, – aux fissures ou défauts dans les murs de fondation, – aux fissures ou défauts dans la dalle du plancher, – à la mauvaise jonction de la dalle du plancher avec les murs de fondation, – à l’existence d’un puisard ouvert et avaloir du sol sans siphon obturateur, – aux ouvertures ou aux jeux autour des poteaux télescopiques et des points d’entrée des services, – à l’existence d’objets creux comme les poteaux télescopiques, – aux pores à la surface de blocs de béton, – aux cavités non bouchées au sommet des murs extérieurs et des murs intérieurs qui pénètrent la dalle de plancher, – au mortier effrité entre les blocs de béton, – aux ouvertures pour les passages des câbles et des conduits. Les matériaux de construction ne sont pas en général une source importante de radon. Par exemple, le :béton en contient 25 Bq.kg –1 avec un taux d’émanation en 222Rn de 10 –3 Bq.kg –1.s –1. La figure 7.4 schématise les points d’infiltration du radon dans les maisons.

226Ra 222Rn

diffusion

convection

fissures jointures

canalisations et drains

222 Rn 226Ra

mur de fondation

matériaux poreux 222 Rn 226Ra

Figure 7.4 – Infiltration du radon dans les habitations.

144

7 • Pollution physique

7.4 Radon

7.4.3 Impact sanitaire Le radon n’a été reconnu cancérogène par l’OMS que depuis 1987. Le radon a été classé en 1987 par le CIRC comme cancérogène pulmonaire. Dès 1970, de nombreuses études épidémiologiques sur plusieurs cohortes de mineurs d’uranium ont montré l’accroissement du risque de cancer pulmonaire à l’exposition au radon. Le risque augmenterait de 16 % par tranche de 100 Bq/m3. La relation dose effet apparaît linéaire ce qui indique que le risque augmente proportionnellement avec l’exposition. Des études sur l’exposition domestique au radon ont été entreprises dans de nombreux pays dont la France à partir de 1980. L’interprétation des résultats n’est cependant pas facile du fait d’une grande variabilité de situations. 6 à 15 % des cancers pulmonaires seraient imputables au radon et l’OMS (Organisation mondiale pour la santé) estime que 1 000 à 6 000 décès en France seraient causés par le radon. Par convention, on admet qu’une exposition continue pendant 7 000 heures à une atmosphère contenant 200 Bq/m3 de radon 222 affecté d’un facteur d’équilibre de 0,4 (cas d’une exposition résidentielle) équivaut en terme de risque cancérogène à une dose efficace de 3 mSv. Ce n’est pas le radon qui réagit peu sur notre organisme qui est la vraie cause d’exposition mais ses produits de filiation à vie courte. Ceux-ci (en fraction libre ou attachée) se fixent sur les parois nasales, laryngées et trachéo-bronchique en irradiant les tissus ou les cellules avoisinantes. Les cellules à risque sont les cellules de la couche basale, de la muqueuse de l’épithélium trachéo-bronchique et les cellules alvéolaires. Environ 10 % de la dose moyenne reçue par les poumons seraient délivrés au rein et 1 à 2 % aux os et à la moelle osseuse. Les produits de filiation émettent des particules alpha qui restent confinées au tissu pulmonaire, leur pénétration dans le tissu étant d’une fraction de millimètre. Les particules bêta et les rayons gamma qui sont émis pénètrent plus profondément mais étant moins concentrés dans une zone, ils sont moins nocifs. Outre l’effet des radiations, il reste des particules fines de plomb qui peuvent s’incruster dans le tissu alvéolaire. Le radon diffuse aussi dans le sang et a une nette préférence pour les tissus adipeux où il se dissout très bien dans les graisses par exemple dans la moelle osseuse et à très long terme il pourrait être à l’origine de leucémies en déréglant les cellules précurseurs de globules blancs. Le radon pourrait être responsable chez les enfants de cancers du cerveau, de la moelle épinière, des os, de mélanomes et de cancers du rein. La dose absorbée par le tissu bronchique peut être évaluée par la relation : © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.

DB = Ep [fp Du + (1 – fp)Da

[7.3]

Du, Da coefficients de dose par unité d’exposition pour la fraction libre et la fraction attachée valant respectivement 130 mGy.WLM –1 et 8 mGy.WLM –1. En milieu professionnel on utilise une unité d’exposition cumulée le WLM ou Working Level Month. Le WLM est défini comme l’exposition pendant un mois de travail (170 heures) d’une personne à une concentration en radon à l’équilibre avec ses descendants égale à 3 700 Bq/m3 (0,1 µCi.m –3) correspondant à environ une dose de 10 mSv atteinte en un an par une personne du public vivant dans une maison où la concentration en radon est de l’ordre de 200 Bq/m3. Le WLM représente, quel que soit l’état d’équilibre, l’énergie délivrable par 20,8 µJ/m3 du mélange atmosphérique émetteur alpha pendant un séjour de 170 heures. Cette unité est mesurable sans tenir compte de la façon dont l’énergie potentielle peut être

145

7 • Pollution physique

7.4 Radon

absorbée par les tissus après inhalation. L’équivalence moyenne est de 4 mSV par WLM en exposition résidentielle et de 5 mSV par WLM en exposition professionnelle. Le risque relatif peut être estimé approximativement par la relation : R1/R0 = 0,028 + 0,006 Ceq

[7.4]

Le rapport R1/R0 représente l’excès de risque relatif du cancer pulmonaire sur la vie pour une population exposée à une concentration moyenne de radon à l’équilibre Ceq (Bq/m3) par rapport à une population de référence en âge et sexe composée de fumeurs et de non-fumeurs et dont le taux spontané d’apparition de cancer est R0 (le premier terme correspond au risque attribué au temps passé hors de l’habitation) On trouve un excès de risque de 10 à 15 % pour un niveau de 10 à 20 Bq/m3 à l’équilibre par rapport à une population non exposée. Pour un fumeur le risque est multiplié par 25. La teneur recommandée par l’OMS, 0,11 WLM, définit un niveau inférieur à 1000 Bq/m3, cette teneur correspondant à un risque inacceptable de 10 –3 cancer du poumon pour une année d’exposition. Tableau 7.3 – Niveaux de référence du radon dans les habitations. Organisations internationales (date de publication des recommandations)

Niveaux de référence (les niveaux obligatoires sont en gras) Habitat existant

Écoles

Lieux de travail

OMS (1987)

200 à 600

Pas de valeur définie

1 000

CEE (1990)

400

Pas de valeur définie

Pas de valeur définie

CIPR

200 à 600

200 à 600

500 à 1 500

Pas de valeur

Pays (date de fixation des niveaux)

Concentration moyenne de radon dans l’habitat (Bq/m3)

États Unis (1988)

50

Incitation

150 75

150 (qq. États)

Allemagne

50

Incitation

1 000 250

Pas de valeur Pas de valeur

Angleterre

20

Incitation

200

400

1 000 400

Finlande (1992)

123

Incitation

400

400

400

Suède (1993)

100

Obligation

400 200

400

400

Suisse (1994)

70

Obligation

1 000 400

400

3 000

France (1999-2003)

90

Obligation

< 400

1 000 400

400

146

7 • Pollution physique

7.4 Radon

Le tableau 7.3 indique les niveaux de référence d’alerte pour différents pays (source : dossier issu de la direction générale de la sûreté nucléaire et de la radioprotection, DGNSR). Pour la Suède l’Allemagne, les États-Unis, il y a un système à double niveau : la valeur la plus élevée indique qu’il faut agir, la valeur la plus basse est celle qu’il faut atteindre. Pour l’eau de boisson, l’OMS recommande de mettre en place des contrôles et dosages pour une eau ayant plus de 100 Bq/l. Pour l’approvisionnement public ou commercial, l’UE recommande de prendre des mesures si la teneur du radon dépasse 1 000 Bq/l. Une eau du robinet contenant 1 000 Bq/l dégagerait dans l’air intérieur de 100 à 200 Bq/m3. On estime que le taux de logements dépassant 400 Bq/m3 est de 1,5 % de l’habitat français. La campagne de l’OQAI a mis en évidence que 50 % des logements présentaient des teneurs en radon supérieures à 31 Bq/m3 dans les chambres et inférieures à 33 Bq/m3 dans les autres pièces. Dans 5 % des logements les concentrations corrigées des effets de saison dépassent 220 Bq/m3 dans les pièces de sommeil. Le rayonnement g est inférieur à 0,062 µSv/h dans 50 % des logements et dépasse à 0,1 µSV/h dans 5 % des logements.

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7.4.4 Moyens de protection L’OMS a mis en place un projet international sur le radon dans le cadre duquel plus de 20 pays ont formé un réseau de partenaires pour identifier et promouvoir des programmes destinés à réduire les effets sanitaires du radon. Lors de la première réunion en janvier 2005 à Genève, il a été décidé que les objectifs des différents groupes seraient l’évaluation des risques, la mesure et la limitation des concentrations, la réalisation d’enquêtes de coût et d’efficacité, la communication des risques, la création d’une base de données mondiales, la sensibilisation du public. En France, une base de données réunissant toutes les mesures d’exposition au radon a été constituée (Application Appliradon). La récupération des données dans Sise-Habitat facilitera la gestion des procédures. SISE-Habitat, mise à disposition, fin 2008 est un projet d’application informatique interministérielle relatif aux risques sanitaires (gestion des risques concernant l’amiante, le monoxyde de carbone, le radon, l’insalubrité, le saturnisme). On peut réaliser soi-même la mesure des teneurs du radon grâce à un dosimètre passif peu coûteux (30 euros). C’est un film sensible enregistrant les particules alpha pendant deux mois, de préférence entre octobre et avril, au rez-de-chaussée. Pour faire baisser la concentration du radon dans l’air intérieur on peut appliquer trois techniques : – diluer le radon en aérant fréquemment ou en installant une ventilation mécanique contrôlée qui empêche la dépression naturelle dans le bâtiment et ainsi évite l’entrée du radon, – boucher toutes les fissures des planchers et des murs afin d’assurer une bonne étanchéité entre le bâtiment et son sous-sol, – traiter l’interface sol/bâtiment en ventilant le vide sanitaire la cave par aération naturelle ou ventilation mécanique ou avec un système de mise en dépression du sol (SDS). La technique SDS (système de dépressuration des sols), qui peut être intégrée dans la conception d’un bâtiment neuf, consiste à générer un champ de pression à débit très

147

7 • Pollution physique

7.5 Champs électromagnétiques (CEM) ; ondes électromagnétiques (OEM)

faible dans le soubassement qui soit inférieur à celui régnant au niveau du sol du bâtiment. L’air du soubassement est extrait vers l’environnement extérieur. On empêche les mouvements convectifs de l’air chargé du radon contenu dans la porosité du sol vers le bâtiment Le soubassement doit intégrer une membrane d’étanchéité à l’air dans le dallage, à l’interface entre le sol et le bâtiment. L’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN) a pour missions de mener des recherches sur les mécanismes de transport du radon, et de réaliser des expertises. Le Laboratoire d’étude du radon et d’analyse des risques (LERAR) est le laboratoire référant auprès des pouvoirs publics pour le mesurage. Il participe, parmi ses autres missions, à l’agrément des organismes habilités au dépistage et à leur formation.

7.5 Champs électromagnétiques (CEM) ; ondes électromagnétiques (OEM) 7.5.1 Caractéristiques Tous les appareils reliés à une prise électrique et les câbles de distribution du courant qui les alimentent créent un champ électrique dans leur voisinage même si les appareils sont éteints. L’intensité de ces champs électriques, grandeur vectorielle E correspondant à la force exercée sur une particule chargée quel que soit son déplacement dans l’espace, est proportionnelle à la tension du courant, elle se mesure en volts par mètre (V/m). Elle diminue quand on s’éloigne de la source. Les champs électriques sont stoppés par la plupart des matériaux non conducteurs (matériaux de construction), l’utilisation de câbles blindés reliés à la terre élimine le champ électrique. (les conducteurs métalliques constituent un blindage efficace contre les champs électriques). Dans les locaux, le courant est un courant alternatif, c’est-à-dire un courant qui change de sens avec, dans notre pays, une fréquence de 50 Hz soit 50 cycles par seconde, ce courant alternatif crée un champ variable dans le temps Quand les appareils sont en fonctionnement et que le courant passe, il se crée un champ magnétique. L’intensité du champ magnétique produit (grandeur vectorielle, H) est proportionnelle à l’intensité du courant. Elle est exprimée en ampères par mètre (A/m). Le champ magnétique est aussi caractérisé par une autre grandeur, la densité de flux magnétique ou induction magnétique, B, qui s’exprime en teslas ou en Gauss ou en milli- ou microtesla (µT). Les deux grandeurs, H et B, sont liées par l’équation : B = µ.H

[7.5]

µ, est la perméabilité du milieu, qui dans le vide et dans l’air est égal à 4 par mètre. La correspondance entre H et B est indiquée tableau 7.4.

p.10 –7

henrys

Tableau 7.4 – Correspondance entre H et B. Intensité du champ magnétique

148

Densité de flux magnétique

Ampères/m

Tesla

Gauss

800 000 A/m

1T

10 000 G

8 000 A/m

1 mT

10 G

0,8 A/m

1 µT

10 mG

7 • Pollution physique

7.5 Champs électromagnétiques (CEM) ; ondes électromagnétiques (OEM)

ag né tiq ue

H

p

E Champ

am Ch

Longeur d’onde

m

électrique (E)

(H )

Aucun matériau n’arrête ni n’atténue le champ magnétique, ce qui le rend plus dangereux que le champ électrique. Le courant alternatif crée un champ magnétique variable dans le temps. Un champ électrique et un champ magnétique qui varient dans le temps constituent un champ électromagnétique qui se propage dans l’espace sous la forme d’une onde électromagnétique transversale. La figure 7.5 schématise une onde électromagnétique.

E

H H

E

Direction de propagation

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Figure 7.5 – Représentation d’une onde électromagnétique. (Source : W. Pirard, 2001, ISSEP.)

L’onde électromagnétique représente la propagation d’une onde électrique (E) et d’une onde magnétique (H). Elle est produite par les vibrations périodiques (sinusoïdales) en phase d’un champ électrique et d’un champ magnétique perpendiculaires entre eux et à la direction de propagation. Elle se propage avec une vitesse de 3.108 m.s –1 dans le vide (c, « vitesse de la lumière). Elle est caractérisée par : – sa longueur d’onde l qui est la distance entre deux points de l’espace pour lesquels E et B retrouvent la même amplitude, – sa fréquence ν qui est le nombre d’oscillations par seconde ou le nombre de longueurs d’onde pendant une seconde, elle s’exprime en hertz ou en s-1 : n=c/l

(c, vitesse de la lumière = 3.108 m/s)

[7.6]

– son énergie mesurée en joules ou en électrons volt (1 eV = 1,6.10 –19 Joule). L’énergie transportée par l’onde électromagnétique est d’autant plus importante que la fréquence de l’onde est grande. L’énergie est transmise par « quantas », c’est-à-dire par des quantités d’énergie bien définies appelées photons, particules élémentaires ou grains d’énergie de masse et de charge nulles et d’énergie E = hn, h constante de Planck égale à 6,62.10 –34 J.s ou à 4,1356.10 –15 eV.s. L’onde électromagnétique présente ainsi un aspect ondulatoire et corpusculaire. Il y a une infinité d’ondes électromagnétiques de fréquences très différentes. Elles constituent le spectre électromagnétique présenté dans le tableau 7.5.

149

7 • Pollution physique

7.5 Champs électromagnétiques (CEM) ; ondes électromagnétiques (OEM)

Tableau 7.5 – Spectre électromagnétique. Longueur d’onde l

Fréquence n

Quelques applications

Extrêmement basses fréquences (ELF)

> 1 000 km

3-300 Hz

Appareils électroménagers. Distribution d’électricité

Fréquences audio (VF)

1 000 à 100 km

0,3-3 kHz

Chauffage par induction métallique

Très basses fréquences (VLF)

100 à 10 km

3-30 kHz

Écrans cathodiques (télévision, ordinateurs). Radiocommunications.

Basses fréquences (HLF)

10 à 1 km

30-300 kHz

Radiodiffusion grandes ondes

Fréquences moyennes (MF)

1 000-100 m

0,3-3 MHz

Radiophares, radionavigation, fréquences de détresses, radiodiffusion petites ondes

Hautes fréquences (HF)

100-10 m

3-30 MHz

Trafic haute fréquence avion, radiocommande, talkie-walkie, sondages

Type de radiation

Champs de basses fréquences E extremely V very L low F frequency

Radiofréquences M medium H high

Hyperfréquences

Très hautes fréquences (VHF)

10-1 m

Fréquences ultrahautes (UHF)

1 000-100 mm

0,3-3 GHz

Télévision, téléphone mobile, police, pompiers, radar, fours à micro-onde, chauffage industriel

Fréquences super hautes (SHF)

100-10 mm

3-30 GHz

Radar, alarme anticollision

10-1 mm

30-300 GHz

Radar, communication par satellite

Lointain

1 000-30 µm

0,3-10 THz

Moyen

30-3 µm

10-100 THz

Proche

3-0,78 µm

100-385 THz

Rouge

700-620 nm

385-750 THz

Orangé

620-592 nm

Jaune

592-578 nm

Vert

578-500 nm

Bleu

500-446 nm

Violet

446-400 nm

Fréquences extrêmement hautes (EHF)

Infrarouge

Visible

150

30-300 MHz Microphone, émetteur, télévision, télécommunication, radio FM

7 • Pollution physique

7.5 Champs électromagnétiques (CEM) ; ondes électromagnétiques (OEM)

Tableau 7.5 – Spectre électromagnétique. (Suite) Longueur d’onde l

Type de radiation

UV

A

400-315 nm

B

315-280 nm

C

280-100 nm

Fréquence n

Rayons X Rayonnement ionisant

Quelques applications

Imagerie médicale, radiographie

Rayons gamma

< 100 nm

> 3 000 THz

Rayons cosmiques k kilo 103 M méga 106 G giga 109 T téra 1012

m milli 10 –3 µ micro 10 –6 n nano 10 –9 p pico 10 –12

Les ondes les plus énergétiques peuvent interagir avec la matière. Les molécules absorbent certaines de ces ondes et sont portées dans un état énergétique excité avant de revenir à leur état fondamental en ré-émettant cette énergie sous forme de chaleur (infrarouges) ou sous forme d’un rayonnement. Ainsi les micro-ondes peuvent exciter la rotation des molécules, les infrarouges les vibrations des liaisons, le visible et l’UV les électrons en rompant des liaisons. Les rayonnements ionisants peuvent arracher des électrons. Pour franchir un niveau d’énergie, la molécule doit absorber environ : 83 J.mol –1 en rotation, 16 700 J.mol –1 en vibration, 167 200 J.mol –1 en excitation électronique. Dans les locaux, l’exposition aux CME peut provenir de l’extérieur de la maison (lignes électriques de transport et de distribution, antennes radio et de télévision, stations relais des téléphones portables) et de l’intérieur (appareil électroménagers, ordinateurs, radios, télévision, téléphones portables, fours à micro-ondes). Dans notre environnement, les appareils électriques sont sources de champs de très basses fréquences alors que les télécommunications les antennes émettrices, les fours à micro-ondes émettent dans le domaine des radiofréquences.

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7.5.2 Champs de très basse fréquence (ELF ou Extremely Low Frequency < 300 Hz) m Sources M Appareils ménagers électriques

Le courant alternatif de 50 Hz utilisé dans les appareils électriques ont une longueur d’onde de 6 000 km et une très faible énergie. Du point de vue sanitaire, on considère séparément les effets du champ électrique et les effets du champ magnétique qui les entourent. Le tableau 7.6 donne les valeurs de ces champs pour quelques appareils utilisés quotidiennement. On constate que les valeurs sont peu élevées surtout par comparaison avec les valeurs limites recommandées. Cependant le temps d’exposition, non pris en compte, peut avoir un rôle prépondérant sur la santé. Ainsi un individu, qui a sa tête de lit contre un mur derrière lequel fonctionne un réfrigérateur, est exposé

151

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7.5 Champs électromagnétiques (CEM) ; ondes électromagnétiques (OEM)

pendant 10 heures à un champ magnétique de 0,5 à 1,7 µT qui traverse le mur. L’exposition durant le sommeil est plus perturbatrice que l’exposition pendant l’activité. Tableau 7.6 – Valeurs indicatives de l’intensité du champ électrique et de l’induction électromagnétique de quelques appareils ménagers électriques. Intensité du champ électrique à 30 cm (V/m) Ampoule électrique

5

Aspirateur

50

Induction magnétique (µT) à 3 cm

à 30 cm

200 à 800

2 à 20

Câble électrique

150 (5 cm)

Couverture chauffante

200 à 250

0,3 à 10

Fer à repasser

120

8 à 30

0,12 à 0,3

Four électrique

8

1 à 50

0,1 à 0,5

8

0,15

80

1à2

0,01

Lave-linge

0,8 à 50

0,15 à 3

Lave-vaisselle

3,5 à 20

0,6 à 3

Friteuse Grille-pain

Machine à café

60

25

0,15

Mixeur

100

130

2

50 à 300

0,5 à 30

< 0,01

200

4

Ordinateur Plaque électrique chauffante Perceuse Rasoir électrique

40

Récepteur stéréo

180

Réfrigérateur

60 à 120

800

3,5

15 à 1 500

0,08 à 9

0,5 à 1,7

0,01 à 0,25

Robot

50

700

0,6 à 10

Sèche-cheveux

80

6 à 2 000

0,01 à 7

8

0,3

2,5 à 50

0,04 à 2

40 à 400

0,5 à 20

Sèche-linge Téléviseur couleur Tube fluorescent

60 à 150

M Trains

Les voyageurs sont exposés à l’alimentation électrique du train Dans les trains de grande ligne, le champ magnétique au niveau du plancher peut atteindre plusieurs centaines de microteslas et quelques dizaines de microteslas dans le reste du compartiment. L’intensité du champ électrique peut atteindre 300 V/m. M Lignes de haute tension

Sous les lignes électriques, les champs magnétiques peuvent être d’environ 20 µT et les champs électriques atteindre plusieurs milliers de volts par mètre. Les lignes de haute

152

7 • Pollution physique

7.5 Champs électromagnétiques (CEM) ; ondes électromagnétiques (OEM)

tension situées près des habitations dont les champs relèvent des ELF pourraient être à l’origine de cas de leucémies chez des enfants. À une distance de 200 à 600 m, les enfants auraient 23 % de risque supplémentaire d’être atteints d’un cancer et, pour ceux vivant à moins de 200 m, ce taux s’élèverait à 70 % par rapport aux enfants vivant dans un rayon de 600 m. M Lieux de travail

Dans tous les établissements industriels, il existe un matériel électrique important. Les travailleurs chargés de l’entretien des lignes de transport et de distribution de courant peuvent être exposés à des champs très importants. À l’intérieur des centrales et des sous-stations, les champs électriques peuvent dépasser 25 kV/m et les champs magnétiques 2 mT. Les soudeurs peuvent être exposés à des champs magnétiques dépassant 130 mT. Près des fours à induction et des cuves d’électrolyse, les champs magnétiques peuvent atteindre 50 mT. m Effets sur la santé

Les champs électriques induisent des courants induits dans le corps humain mais ce courant de très faible intensité circule à la surface du corps et est éliminé quand le corps est au contact de la terre. Des experts scientifiques, réunis par l’OMS en octobre 2005, ont conclu que les champs électriques n’avaient pas d’effet sanitaire pour une gamme de fréquence allant jusqu’à 100 kHz. Par contre, les effets liés à l’exposition aux champs magnétiques qui induisent des champs et des courants électriques circulaires dans l’organisme (courants de Foucault) et une réorientation des molécules « magnétiques » (ex. : cristaux de calcite), sont l’objet de nombreuses controverses. Le champ électrique induit est plus important lorsque le champ magnétique est aligné de l’avant vers l’arrière du corps et parfois sur le côté selon les organes, et plus faible quand le champ est orienté le long de l’axe vertical du corps. La distribution dépend de la conductivité des divers organes et tissus. Le tableau 7.7 indique quelques effets. Tableau 7.7 – Effets dus aux courants induits. 1-10 mA/m2 10-100

mA/m2

100-1 000

mA/m2

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> 1 000 mA/m2

Effets mineurs aléatoires et non reproductibles Effets mineurs réversibles au niveau du système visuel et nerveux Effets sur les tissus excitables, effets possibles sur la santé Risque de fibrillation ventriculaire

Les valeurs limites le plus souvent retenues sont 0,05 µT pour le champ magnétique et 5 V/m pour le champ électrique. À court terme, des expérimentations animales, des études cellulaires en laboratoire sur des volontaires ont suggéré que les champs magnétiques pourraient provoquer : – une diminution du pic nocturne de la mélatonine hormone stimulant la fonction immunitaire, – une altération dans le flux du calcium, – une modification de sécrétions enzymatiques comme la protéine kinase, – des troubles de la reproduction, – des contractions musculaires involontaires,

153

7 • Pollution physique

7.5 Champs électromagnétiques (CEM) ; ondes électromagnétiques (OEM)

– l’apparition d’un état dépressif, – la modification de l’électroencéphalogramme (9 kV/m et 20 µT). À plus long terme, quelques études épidémiologiques ont suggéré une association entre des cas de leucémie chez les enfants et l’installation électrique du logement. Sans argument scientifique satisfaisant, le CIRC a cependant classé les champs magnétiques ELF dans le groupe 2B des agents potentiellement cancérogènes pour l’homme. On estime que la fréquence des leucémies pourrait doubler pour une exposition régulière supérieure à 0,4 µT. En fait, l’OMS a conclu que les données scientifiques actuelles ne confirment pas ces résultats et que des recherches doivent être poursuivies pour améliorer la connaissance des effets biologiques éventuels de champs magnétiques de très faible fréquence. Elle a lancé le projet international CEM (Champs électromagnétiques) pour évaluer les effets sanitaires liés à l’exposition aux ELFS. Quel que soit le type de CEM, certains individus présentent une hypersensibilité électromagnétique qui pourrait entraîner des symptômes non spécifiques et réversibles tels que asthénie physique ou musculaire, douleurs musculaires, fatigue, perte de mémoire, troubles du sommeil, maux de tête, vertiges. m Protection. Valeurs limites recommandées

Lors de nouvelles installations, il est nécessaire : – d’utiliser des fils et des câbles blindés, les conducteurs étant enfermés dans une cage de Faraday, et le blindage de chaque fil ou câble étant connecté à la terre par une extrémité, – de choisir des boîtiers faradisés, – de poser un interrupteur automatique de courant (IAC) qui supprime la tension de 220 volts dans les circuits tant qu’il n’y a pas de consommation de courant, – de veiller au raccordement à la terre des structures métalliques de la construction. Les valeurs limites sont évaluées de façon que les courants induits dans le corps humain par le champ magnétique aient une intensité inférieure à celle des courants naturellement présents dans l’organisme. Elles intègrent une marge de sécurité (facteur 10) avant l’apparition d’effets avérés pour des champs de 50-60 Hz. Le tableau 7.8 indique les valeurs limites d’exposition aux ELF. En fait ces valeurs ne sont pas adaptées aux expositions de longue durée en particulier dans les habitations où il est recommandé de ne pas dépasser 8 h par jour 5 V/m et 0,5 mG. Tableau 7.8 – Valeurs limites d’exposition aux ELF.

154

Champ électrique (V/m)

Densité de flux magnétique (µT)

Énergie électrique (dans les foyers éloignés des lignes à haute tension)

100

0,2

Énergie électrique (sous les lignes à haute tension)

5 000

100

Trains électriques et tramways

300

50

Ecrans de télévision et d’ordinateurs (au niveau de l’utilisateur)

10

0,7

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7.5 Champs électromagnétiques (CEM) ; ondes électromagnétiques (OEM)

7.5.3 Radiofréquences, hyperfréquences Le tableau 7.9 indique les fréquences du rayonnement électromagnétique émis auquel peut être soumise la population en espaces clos ou semi-clos. Tableau 7.9 – Fréquences émises par les appareils de communication.

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Bande de fréquences

Principaux types d’émission*

10 kHz-10 MHz

Agrégation de plusieurs bandes de fréquences spécifiques comme la rediffusion « grandes ondes » (O, Km), « petites ondes » (O, hm) et autres

10 MHz-30 MHz

Agrégation de plusieurs bandes de fréquences (recherche de personnes, CB, Radiodiffusion)

30MHz-87,5 MHz

PMR (réseaux radioélectriques privés), TV en bande I (47-68 MHz), radio-amateurs

87,5 MHz-108 MHz

Radio en bande FM

108 MHz-136 MHz

Aviation civile

136 MHz-400 MHz

PMR, ERMs, TV en bande III (174-233 MHz)

400 MHz-470 MHz

Réseaux radioélectriques privés (PMR, FM, TETRA, TETRAPOL), alphapage

470 MHz-862 MHz

TV en bande IV et V

960 MHz-1 375 MHz

Radars…

1 375 MHz-1710 MHz

T-DAB (1452-1492 MHz), faisceaux hertziens, radio sondes, stations météos

1 710 MHz-1 900 MHz

DECT : 1880-1900 MHz

1 900 MHz-2700 MHz

Bluetooh (2 400-2 483,5 MHz), caméras de reportage, WiFi

2 700 MHz-3 400 MHz

Radars

3 400MHz-3 600 MHz

Boucle locale radio / Wi-Max

> 3 600 MHz

Stations terriennes, radars, FH, BLR (24,5-26,5 GHz)

* CB: «Citizen Band», bande de fréquence allouée à la radio (autour de 27 MHz); PMR: «Private Mobile Radiocommunication» utilisée sur une courte distance; ERMs: Enhanced Modules Radio; TETRA: système «Trans European Trunked Radio», système radio mobile bidirectionnel; TETRAPOL: technologie utilisée dans la radio numérique professionnelle; Alphapage: service de radio-messagerie de France Télecom; T-DAB: radio diffusion sonore numérique; DECT: «Digital Enhanced Cordless Telephone», téléphone sans fil numérique; Bluetooh: dispositif permettant la liaison entre PC et portable; BLR: «Boucle Locale Radio» technologie permettant de relier un abonné d’être relié à ses équipements (TV, Internet…) par une liaison radio; FH: faisceau hertzien.

Dans le domaine des radiofréquences et hyperfréquences, il convient de distinguer, selon la position de la source par rapport à la personne exposée, si l’exposition est localisée en « champ lointain » ou si l’exposition est en « champ proche ». La télévision, la radio, les tours de transmission de téléphones mobiles, les antennes sont des sources en « champ éloigné ». On les caractérise par leur « densité de puissance » S, c’est-à-dire par la puissance incidente rayonnée par unité de surface normale à la direction de propagation de l’onde électromagnétique. La densité de puissance, grandeur utilisée dans la gamme de fréquences 10-300 GHz (hyperfréquences) pour une faible pénétration dans le corps, est exprimée en watts par m2 (W/m2) ou milliwatts par m2 ou cm2 (mW/m2,

155

7 • Pollution physique

7.5 Champs électromagnétiques (CEM) ; ondes électromagnétiques (OEM)

mW/cm2) (1 mW/cm2 = 10 W/m2). L’onde pouvant être considérée approximativement comme plane, la densité de puissance est liée au champ électrique et magnétique par la relation : S = E . H = E2 / 377 = 377 . H2

[7.7]

(E = cµ0H = 377 H, c vitesse de la lumière, µ0 perméabilité magnétique du vide.) À une distance r d’une antenne la densité de puissance S en W/m2 se calcule à partir de l’équation : P¥G [7.8] S = ------------2 4πr avec P(w) puissance de l’émetteur, G gain de l’antenne (valeur numérique). Le téléphone mobile, les ordinateurs, les fours à micro-onde, les plaques de cuisine à induction sont des sources en champ proche. On caractérise l’exposition à ces sources en « débit d’absorption spécifique (DAS) » ou en « Specific Absorprtion Rate (SAR). Le DAS, dans la gamme de fréquences 100 kHz-10 GHz, est défini comme le débit avec lequel l’énergie est absorbée par unité de masse du tissu du corps. Il est exprimé en Watt par kg (W/kg) et est estimé sur l’ensemble du corps ou une partie du corps. Lorsque le corps entier est exposé au rayonnement, le DAS moyen est défini comme le rapport entre la puissance totale absorbée par l’individu et sa masse. Lorsqu’une partie du corps est particulièrement soumise au rayonnement, le DAS est évalué sur une masse de référence (généralement un cube de 10 g de tissu). Le DAS peut être déterminé, soit par des méthodes de calcul numérique, soit par des mesurages en utilisant des animaux ou des « fantômes » d’animaux remplis d’un liquide diélectrique présentant les mêmes caractéristiques d’absorption que le corps humain. Par exemple, dans le cas des téléphones mobiles, on utilise un modèle de tête humaine, en résine remplie d’un liquide ayant les mêmes propriétés de propagation des ondes que celles du cerveau humain (fantôme SAM, Specific AntropoMorphic, norme EN 50361). On implante une sonde de température ou un capteur mesurant la puissance absorbée, le téléphone étant collé à « la tête ». À partir de la mesure de la variation de température DT (en °C) causée par l’absorption de l’énergie des radiofréquences dans l’intervalle de temps ∆t (en secondes), le DAS est calculé par l’équation : ∆T [7.9] DAS = c ------∆t où c est la chaleur spécifique du tissu (ou du matériel fantôme) en J/kg °C. L’équation (7.9) n’est valable que si la hausse de température est linéaire par rapport au temps ce qui implique qu’il n’y a pas d’influence significative des transferts de chaleur à l’intérieur et à l’extérieur du corps. Dans le cas contraire, on mesure le champ électrique dans le corps à l’aide de sondes implantables et le DAS peut être évalué par l’équation : σ E2 DAS = --------ρ

s conductivité électrique du tissu (Siemens/m)

E valeur efficace de l’intensité du champ électrique induit dans le tissu (V/m) ρ masse volumique kg/m3.

156

[7.10]

7 • Pollution physique

7.5 Champs électromagnétiques (CEM) ; ondes électromagnétiques (OEM)

m Effets sanitaires

On distingue deux types d’effets : – des effets thermiques dus à une forte densité de puissance, l’échauffement induit dans le corps pouvant entraîner des réactions physiologiques et une réduction des capacités physiques ou mentales, – des effets athermiques pour des densités de puissance plus faibles qui résulteraient d’une interaction directe avec les tissus et pourraient avoir une influence sur le système nerveux. Ils ont fait l’objet de nombreuses études en particulier sur l'utilisation des téléphones mobiles.

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M Téléphone mobile

Le téléphone mobile est une radio bidirectionnelle comprenant un récepteur et un transmetteur. Lors d’un appel, le son de la voix est transformé en énergie de radiofréquence et est transmis à la station relais la plus proche. L’exposition est une exposition de courte durée localisée en champ proche (le téléphone n’est qu’à quelques mm de l’oreille) avec, outre le rayonnement des radiofréquences, un faible champ magnétique non sinusoïdal de basse fréquence (217 Hz) dû à son courant de batterie. En France, deux systèmes sont principalement utilisés : le système GSM 900 (Global System for Mobile) avec une fréquence porteuse entre 872 et 960 MHz et le système GSM 1800 avec une fréquence porteuse de 1710 à 1 875 MHz. Le système UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) se met en place progressivement avec une fréquence de 1 900 MHz. La puissance d’émission est limitée au maximum à 2 W pour le GMS 900 et à 1 W pour le GMS 1800 et est réglée en fonction de la distance à l’antenne relais. La station démarre à un niveau élevé puis diminue en puissance. Cependant, le déplacement de l’utilisateur nécessitant plusieurs stations relais ou une médiocre réception, provoque un niveau maximum. De nombreuses études expérimentales sur des animaux et des volontaires et des études épidémiologiques ont été entreprises dans de nombreux pays pour déterminer les effets sanitaires de ces radiofréquences. Il a été ainsi suggéré que l’utilisation des téléphones mobiles entraînerait : – des tumeurs au cerveau, – des cancers du nerf auditif, – des effets sur la barrière hémato-encéphalique, – des effets génétoxiques (rupture d’ADN simple et double), – une diminution de l’œstradiol, – une baisse des défenses naturelles anticancéreuses, – une altération des fonctions d’attention et de la mémoire, – une altération de la formule sanguine, – une augmentation de 10 % de la tension artérielle, etc. Par ailleurs les mobiles pourraient influencer et dérégler les appareils médicaux électroniques. En fait, selon l’évaluation des risques réalisés par l’AFSSE et par de nombreux experts à la demande de l’OMS, aucun caractère nocif significatif n’a été scientifiquement prouvé. Cependant, l’AFSSE recommande la mise en œuvre du principe de précaution

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7 • Pollution physique

7.5 Champs électromagnétiques (CEM) ; ondes électromagnétiques (OEM)

par l’information du public sur les caractéristiques des téléphones et sur l’avantage de limiter les expositions, par le respect de la réglementation et la poursuite des recherches. Une étude épidémiologique de type cas-témoins, rassemblant 13 pays pilotés par le CIRC sous l’égide de l’OMS, a été lancée en 1999 pour déterminer s’il y a association entre le téléphone portable et les tumeurs de la tête et du cou. 9 résultats ont été publiés en 2007 avec des conclusions contradictoires. La France a lancé en 1998 le programme COMOBIO (Communications Mobiles et Biologie) sur les effets biologiques et la certification des téléphones mobiles. Le ministère chargé de l’Industrie a financé le projet ADONIS dans le domaine de la dosimétrie et de la modélisation. En 2005, la Fondation santé et radiofréquenes a été créée en 2005 à l’initiative de l’État, pour promouvoir et financer des programmes de recherche et diffuser les connaissances acquises auprès des professionnels et du public. La valeur la plus élevée de DAS local des téléphones mobiles doit être inférieure à 2 W/kg. Il est recommandé de ne pas utiliser le téléphone mobile plus de 2 à 3 minutes par jour et 5 à 6 fois par jour. M Wi-Fi (Wireless Fidelity)

La Wi-Fi est un réseau permettant d’accéder sans câble et à haut débit via un ordinateur ou un PDA (Personal Digital Assistant) à internet. La fréquence porteuse est de 2450 MHz avec une puissance de 100 mW. Les champs électromagnétiques sont faibles (quelques V/m à moins de 50 cm), très inférieurs à ceux des téléphones portables et qui décroissent très rapidement avec la distance. De nombreuses polémiques se sont faites jour au sujet de leurs incidences sur la santé d’autant plus que ces stations de base sont installées à l’intérieur de nombreuses écoles maternelles. Des troubles ont été rapportés comme des migraines, des sensations de chaleur, de la fatigue, des troubles du sommeil. En particulier les téléphones hybrides mobiles (GSM, Wi-Fi) posent problème et une partie de la population s’inquiète du développement de cette technologie sans étude d’impact sanitaire. Cependant une étude faite par l’École supérieure d’électricité, à la demande de l’ARCEP (Autorité de régulation des communications électroniques et des postes), a montré que les limites relatives à l’exposition du public fixées par le décret 2002-775 étaient respectées. Actuellement à la demande du ministère de l’Écologie et de la Santé, l’AFSETT va faire la synthèse des connaissances sur les dangers de la Wi-Fi. M Antennes relais de téléphone mobile

Il y a plusieurs types de relais ou stations de base. On distingue : – les stations macrocellulaires dont la puissance maximum par bande de fréquence est de 20 à 30W. En milieu urbain, la puissance est répartie sur de nombreuses bandes d’utilisateur dans un périmètre restreint de 500 m. En milieu rural, (zone de 10 à 30 km), le nombre de bandes est limité et la puissance dans chaque bande plus élevée ; – les stations microcellulaires dans les gares, les centres commerciaux ; – les stations pico-cellulaires installées dans les bureaux par exemple. Les antennes ont généralement 20 m de hauteur. Elles sont installées sur des pylônes métalliques ou sur des bâtiments. La puissance de rayonnement moyenne est de 60 W à l’extrémité de l’antenne. Plus loin, en dessous et autour, la charge est faible (1 à 2 V/m en bas près de la station). À l’arrière de l’antenne, une plaque métallique réfléchit le champ émis, Le faisceau d’onde atteint le sol à une distance de 50 à 200 m. La densité

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7 • Pollution physique

7.5 Champs électromagnétiques (CEM) ; ondes électromagnétiques (OEM)

de puissance, à une distance de 2 m derrière l’antenne, est inférieure à 24 mW/m2, de même en dessous et au-dessus à une distance de 4 à 5 m. Dans le cas où l’antenne est installée sur le toit d’un bâtiment, les champs mesurés à l’étage inférieur sont faibles (densité maximum de 1 mW/m2 sur le balcon et moins de 0,1 mW /m2 dans l’appartement). Il faut veiller à ce que le faisceau des antennes ne soit pas dirigé vers une zone où il y a des bâtiments avec une hauteur importante pour dépasser les immeubles, et s’assurer d’un éloignement tel que la densité de puissance soit inférieure à 24 mW/m2 dans le faisceau à 30 et 80 m. M Antennes de télévision et de radio

Selon le procédé dont les informations sont transportées, on distingue les ondes modulées en amplitude (AM), qui ont une grande portée, ou modulées en fréquence (FM) qui ont une portée plus faible mais sont de meilleure qualité sonore. Les antennes émettant des ondes AM ont plusieurs dizaines de mètres de hauteur et sont situées dans des enclos interdits au public. Les antennes FM sont plus petites et sont montées sur des tours ou sur des toits dont l’accès peut être interdit. M Fours à micro-ondes

Les fours à micro-ondes émettent à la fréquence de 2450 MHz. Les ondes sont absorbées par les molécules d’eau (en rotation) qui se désexcitent en réémettant l’énergie absorbée sous forme de chaleur. Ces fours peuvent être dangereux quand ils sont mal entretenus (joints et charnière) et qu’il y a des fuites qui dépassent 5 mW à 5 cm (norme européenne EN 60335-1). Il existe dans le commerce des appareils mesurant les fuites ; il est recommandé de ne pas rester devant l’appareil quand il fonctionne.

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m Limites ou restrictions de base. Valeurs de référence

Les limites ou restrictions de base sont fondées sur les effets avérés nocifs sur la santé et des considérations biologiques avec un facteur de réduction de 10 pour le public et de 50 pour les travailleurs. Les grandeurs utilisées sont l’induction magnétique (G), la densité de courant (J), le débit d’absorption spécifique de l’énergie (DAS) et la densité de puissance (S). Les niveaux de référence fournis aux fins de l’évaluation de l’exposition pour déterminer si les restrictions de base ne sont pas dépassées, sont dérivés de ces dernières au moyen de mesures et de calculs. Les grandeurs dérivées sont le champ électrique (E), l’intensité du champ magnétique (H), et, selon les fréquences, la densité de puissance (S). Les tableaux 7.10 et 7.11 indiquent quelques niveaux d’exposition à ne pas dépasser. Les mesures de contrôle des niveaux de CEM issus de tous les émetteurs radiofréquence (radio, télévision, téléphone mobile) sont effectuées par le CSTB qui est accrédité par le COFRAC. Elles sont réalisées selon le protocole de l’ANFR (Agence nationale des fréquences) dans la bande de fréquence 100 kHz à 3 GHz. Les stations pico- et microcellulaires qui sont des émetteurs de très faible puissance, (de 1 W à quelques watts), doivent cependant être déclarées quand la puissance de l’émetteur est comprise entre 1 et 5 Watts PIRE (puissance isotrope rayonnée équivalente) et sont soumises à une autorisation administrative pour une puissance supérieure à 5 W PIRE.

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7 • Pollution physique

7.5 Champs électromagnétiques (CEM) ; ondes électromagnétiques (OEM)

Tableau 7.10 – Débits d’absorption spécifique à ne pas dépasser. DAS W/kg corps entier

DAS local, tête, tronc

DAS local membre

Densité de puissance (W/m2)

10kHz-10 MHz

0,08

2

4

–

10 MHz-10 GHz

0,08

2

4

–

10 GHz-300 GHz

10

Tableau 7.11 – Niveaux de référence aux champs radiofréquences recommandés pour le public. Fréquence (f)

Densité de puissance (W/m2)

Champ E (V/m)

Champ H (A/m)

87 f1/2

0,73 / f

–

28

0,073

2

1,375 f1/2

0,0037 f1/2

f / 200

61

0,16

10

900 MHz

41

0,11

4,5

1 800 MHz

58

0,16

9

1 MHz-10 MHz 10 MHz-400 MHz 400 MHz-2 000 MHz 2 GHz-300 GHz

Pour les fréquences GSM et DCS

(PIRE est la puissance fictive qu’il faudrait fournir à une antenne isotrope située à la place de l’antenne réelle pour avoir le même flux de puissance au point de réception considéré).

7.5.4 Rayonnement UV Les ultraviolets (UV) sont classés, en fonction de leur longueur d’onde, en trois catégories. On distingue : – les ultraviolets C (UVC), l de 100 à 280 nm, – les ultraviolets B (UVB), l de 280 à 315 nm, – les ultraviolets A (UVA), l de 315 à 400 nm. Les UVC sont absorbés par la couche d’ozone. Le rayonnement UV qui atteint la terre (5 % du rayonnement solaire), se compose principalement des UVA et d’une petite fraction d’UVB. Les UVB sont partiellement absorbés par l’ozone et arrêtés par une vitre. Les UVA peuvent pénétrer dans les couches profondes de la peau et atteindre le derme profond. Les UVB traversent la couche cornée de la peau et l’épiderme, 10 % peuvent atteindre le derme superficiel. À l’exposition naturelle à laquelle est soumise la population, s’ajoutent des expositions d’origine artificielle. Les rayons UV sont très utilisés dans le milieu industriel (soudure…), dans le domaine médical (lampes germicides, photothérapie…), le milieu du spectacle, le domaine de l’impression, etc. Dans les habitations, les lampes halogènes émettent des UV ainsi que les écrans cathodiques, mais l’exposition reste faible, les lampes étant munies d’un verre de protection. Par contre, les lampes utilisées pour le bronzage sont des lampes à décharge (décharge électrique au sein d’un gaz) haute et basse pression

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7 • Pollution physique

7.5 Champs électromagnétiques (CEM) ; ondes électromagnétiques (OEM)

dont certaines émettent des UVC. Bien que les lampes soient utilisées avec des filtres, le bronzage en cabine UV constitue un important problème de santé publique et est fortement déconseillé compte tenu qu’il est à l’origine de nombreux cancers cutanés.

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m Effets sur la santé de l’exposition aux UV

L’exposition modérée aux UV a des effets bénéfiques, en particulier, elle permet principalement la synthèse de la vitamine D. Cependant lors d’une surexposition, l’OMS a identifié plusieurs effets sur la santé dus à l’exposition aux UV : effets cutanés et effets oculaires tels que : – le mélanome malin, forme très grave de cancer cutané entraînant des décès, – le carcinome cutané spinocellulaire, cancer moins grave, – le carcinome cutané basocellulaire, – les kératoses solaires, lésions chroniques précancéreuses, – les érythèmes solaires avec formation de cloques, – les cataractes corticales, opacité du cristallin pouvant entraîner la cécité, – le ptérygion, voile conjonctival triangulaire sur la surface de l’œil, – la photokératite, inflammatoire de la cornée, – la réactivation de l’herpès labial. On estime à 66 000 le nombre de décès annuels dans le monde chaque année dus aux mélanomes malins et autres cancers cutanés et à près de 12 à 15 millions de personnes rendues aveugles par des cataractes dont 20 % sont dues l’exposition aux UV. L’OMM (Organisation météorologique mondiale) et l’OMS ont défini une échelle du risque solaire nommée indice UV, unité sans dimension qui s’échelonne de 0 à 11, l’indice 0 correspondant à l’absence de lumière solaire. L’indice est calculé à partir de l’intensité du rayonnement efficace (l de 290 à 400 nm) pour le développement de l’érythème (coup de soleil) multipliée, par convention, par 40 afin d’avoir des nombres entiers. Par exemple une irradiance de 0,2 W/m2 correspondra à l’indice 8. L’échelle se répartit comme suit : – indice 1 à 2 risque faible (0,2 à 0,6 W/m2), – indice 3 à 4 risque modéré, – indice 5 à 6 risque élevé, – indice 7 à 8 risque très fort, – indice 9 à 10 risque extrême (0,24 à 0,26 W/m2). L’évaluation de l’intensité du rayonnement peut se faire avec un pyranomètre ou un capteur UV. Les météorologues doivent tenir compte pour le calcul de l’indice de la nébulosité, de la visibilité, de la concentration d’ozone, de l’élévation du soleil, des conditions météorologiques, de l’altitude par rapport au niveau de la mer. Les écrans de protection (crèmes de protection solaire) sont évalués par un facteur de protection solaire (FPS) s’étendant de 1 à 50. Un écran solaire ayant un indice de 40 peut absorber 97,5 % des rayons UVB. Sur la base d’un groupe de travail d’un groupe interministériel mis en place en 1996 par le ministère de la Santé, une législation spécifique aux appareils mis à la disposition du public a été instaurée par le décret 97-617 du 30 mai 1997. On distingue ainsi quatre types d’appareils définis dans le tableau 7.12.

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7 • Pollution physique

7.5 Champs électromagnétiques (CEM) ; ondes électromagnétiques (OEM) Tableau 7.12 – Types d’appareils UV.

Type d’appareil

Éclairement effectif en W/m2 et l, la longueur d’onde en nm 250 nm < l < 320 nm

320 nm < l < 400 nm

Type UV1

< 0,0005

≥ 0,15

Type UV2

Entre 0,0005 et 0,15

≥ 0,15

Type UV3

< 0,5

< 0,15

Type UV4

≥ 0,15

< 0,15

Les appareils UV des types 1 et 2 concernent les risques liés à l’exposition aux rayonnements UVA. Les appareils UV du type 4 concernent les risques liés à l’exposition aux rayonnements UVB. Les appareils UV des types 1,2, 3, 4 concernent les risques liés aux rayonnements UVC. Le décret prévoit que le contrôle des installations de bronzage soit effectué au moins tous les deux ans par des organismes agréés par le ministère de la Santé. Le DGCRF (Direction générale de la consommation et de la répression des fraudes) assure le suivi du secteur et réalise des enquêtes pour vérifier si la réglementation est bien appliquée. La norme NF EN 60335-2-27 concerne les règles particulières pour les appareils d’exposition aux UV. En 2003, l’OMS a publié une brochure « lits de bronzage artificiels » contenant les risques, les recommandations, les conseils pour la gestion des lits de bronzage.

162

8 • TECHNIQUES DE MESURE DES POLLUANTS DE L’AIR INTÉRIEUR

La mesure de la pollution intérieure, qui a pour objectif d’évaluer l’exposition des individus à des substances nocives, est très difficile à mettre en œuvre compte tenu des nombreux facteurs qui influencent la teneur souvent très faible des polluants : nombreuses sources souvent intermittentes, activités des occupants variables dans le temps et l’espace, caractéristiques et orientation du local, systèmes de ventilation, conditions météorologiques, etc. Plusieurs méthodes d’analyse spécifiques à chaque polluant, dont certaines automatiques, ont été développées et appliquées grâce à des instruments de plus en plus performants, peu encombrants et peu bruyants. Les mesures sont menées dans le cadre des réglementations nationales et européennes selon les méthodes décrites par les normes AFNOR ou ISO. En particulier, le Laboratoire central de surveillance de la qualité de l’air (LCSQA) créé en décembre 2005 est le laboratoire d’expertise et de référence, chargé, entre autres missions, de participer à l’amélioration des mesures et d’évaluer les performances des méthodes et des équipements. Deux catégories de méthodes peuvent être utilisées, parfois simultanément : les méthodes par lecture directe in situ, et les méthodes nécessitant une analyse différée en laboratoire après prélèvement d’un échantillon d’air intérieur. La durée des mesures, leur périodicité, le moment et le lieu des mesures dépendent des objectifs visés, des appareils utilisés et de la nature des polluants.

8.1 Mesures directes in situ © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.

8.1.1 Tubes réactifs ou tubes colorimétriques pour les polluants gazeux Les mesures de substances gazeuses à l’aide de tubes réactifs (tubes Gastec ou Dräger) sont des mesures ponctuelles immédiates basées sur la coloration d’un réactif au contact de la substance à mesurer. Par exemple : le monoxyde de carbone, quelques aromatiques – monocycliques peuvent être détectés par réduction de l’ion IO 3 en iode I2 se traduisant par l’apparition d’une coloration brune. Le système de mesure (figure 8.1) se compose d’un tube contenant le réactif spécifique du polluant à détecter et d’une pompe à piston généralement manuelle permettant d’aspirer un volume déterminé d’air (généralement un litre). Une échelle graduée sur le tube permet de lire la concentration en ppm ou en % du gaz analysé, la valeur se trouvant en face de la fin de la coloration. La longueur de la couleur, L dépend de la concentration du polluant C et du volume pompé V. Certains tubes contiennent, outre la couche indicatrice, des couches préliminaires servant, soit à absorber l’humidité ou des substances

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8 • Techniques de mesure des polluants de l’air intérieur

8.1 Mesures directes in situ

pouvant interférer avec le réactif, soit à transformer la substance analysée en substance réactive.

Figure 8.1 – Schéma d’un tube colorimétrique.

De nombreux gaz peuvent ainsi être détectés approximativement. En fait la méthode manque de précision et de sensibilité, elle est généralement utilisée dans les milieux de travail et pour évaluer la pollution urbaine.

8.1.2 Analyseurs de gaz à lecture directe De nombreux appareils portables proposent une large gamme de composés analysables. Ils sont équipés d’une mémoire incorporée qui stocke les résultats des mesures, résultats qui sont ensuite traités par ordinateur. Les mesures sont prises avec un pas de temps généralement très court ce qui permet d’obtenir un profil des teneurs au cours d’un jour par exemple. On distingue des instruments basés sur des techniques d’analyse de laboratoire (chimiluminescence, fluorescence, photométrie UV, ionisation de flamme, etc.) et des appareils construits autour de capteurs. Un capteur transforme une grandeur physique ou chimique d’un processus en un signal physique (électrique, optique, piézoélectrique) utilisable à des fins de mesure, par l’intermédiaire d’un transducteur. Les appareils et en particulier les capteurs qui doivent être régulièrement étalonnés, sont caractérisés par leur précision (incertitude absolue sur la mesure), leur sensibilité (plus petite valeur détectée), l’étendue de la mesure, leur linéarité (même sensibilité sur toute la plage de mesure), leur fidélité, leur reproductibilité. Certains analyseurs utilisés en hygiène du travail ne sont parfois pas assez sensibles pour analyser des traces de polluants gazeux dans l’air intérieur comme certains composés organiques et on leur préfère alors une analyse à haute technologie en laboratoire après prélèvement. On trouvera cidessous un rappel de quelques principes physiques utilisés dans ces appareils ainsi qu’une description sommaire des capteurs de routine les plus utilisés à savoir les capteurs chimiques et les capteurs optiques. Les méthodes spectroscopiques UV et IR sont basées sur la loi de Beer-Lambert. À une longueur d’onde donnée l, l’intensité de la lumière traversant un milieu transparent subit une diminution d’intensité proportionnelle à la concentration des molécules absorbant la radiation l : It = I0 exp εlc

164

[8.1]

8 • Techniques de mesure des polluants de l’air intérieur

8.1 Mesures directes in situ

It : intensité de la lumière transmise I0 : intensité de la lumière incidente e : coefficient d’extinction moléculaire de la substance à la longueur d’onde l en l/mole/cm c : concentration en mol l–1 de la substance absorbante (c doit être inférieure à 0,1 mol l–1) l : trajet optique en cm. Les appareils mesurent l’absorbance ou densité optique à une longueur d’onde choisie : [8.2] do(l) = log It/ I0 = e c l qui est directement proportionnelle à la concentration de la substance absorbante. m Appareils utilisant des techniques de laboratoire M Analyseur à chimiluminescence, exemple : dosage des oxydes d’azote

⎯

La méthode est basée sur une réaction chimique qui porte les molécules dans un état énergétique excité. Celles-ci en revenant à leur niveau fondamental émettent l’excès d’énergie sous forme d’un rayonnement dont on mesure l’intensité. Le monoxyde d’azote peut être dosé par cette méthode. En présence d’un excès d’ozone formé par un générateur, le monoxyde d’azote excité retombe à l’état fondamental en émettant un rayonnement visible de longueur d’onde compris entre 600 et 1 200 nm dont l’intensité est mesurée par photométrie : NO + O3 → NO2* + O2 ⎯→ NO2 + hn Pour mesurer le dioxyde d’azote il faut préalablement réduire NO2 en NO à 200 °C en présence de molybdène dans un four placé en amont. On utilise un robinet à 3 voies permettant l’analyse de deux échantillons (mesure de NO2 + NO et mesure de NO). Un calculateur permet de déterminer la concentration de NO2 par différence. M Analyseur à fluorescence, exemple : mesure du dioxyde de soufre

Certaines molécules ont la propriété d’absorber un rayonnement UV et de ré-émettre rapidement (moins d’une nanoseconde) l’énergie acquise (état excité) sous forme d’un rayonnement (lumière d’émission fluorescente) dont la longueur d’onde est plus élevée que celle de la radiation excitatrice émise par une lampe à vapeur de zinc. Le dioxyde de soufre peut être analysé par cette méthode :

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SO2 + hn (313 nm) → SO2* → SO2 + hn’(325 nm) M Analyseur à absorption IR non dispersif (NDIR), exemple : mesure du monoxyde

de carbone

La cellule de mesure contenant l’échantillon d’air est traversée par une source infrarouge à large spectre. Le monoxyde de carbone absorbe une partie de la lumière à des fréquences spécifiques et en revenant à l’état fondamental émet de l’énergie sous forme de chaleur, se traduisant par une variation de pression et de température. La comparaison de cette pression avec celle d’un gaz contenu dans une cellule conte