Quelle est la composition de l air

Je ne peux que me demander comment la splendeur de l’environnement s’amenuise à cause de la pollution, notamment la pollution atmosphérique.

Table des matières

L’atmosphère est une masse gazeuse qui entoure notre planète et qui est divisée en couches de différentes densités gazeuses. La couche la plus fine et la plus basse (au niveau du sol) est appelée la « troposphère ». C’est là que vivent les végétaux et les animaux et que se produisent les phénomènes météorologiques. Son altitude atteint environ 7 km aux pôles et 17 km au niveau de l’équateur.

Comme le reste de l’atmosphère, la troposphère est dynamique. Selon l’altitude, l’air a une densité et une composition chimique différentes. L’air se déplace constamment autour du globe, survolant les océans ainsi que de grandes étendues terrestres. Les vents peuvent transporter de petits organismes, tels que des bactéries, des virus, des graines ou des espèces envahissantes, vers de nouvelles destinations.

Ce que nous appelons « air » se compose de…

L’air sec se compose d’environ 78 % d’azote, 21 % d’oxygène et 1 % d’argon. L’air contient également de la vapeur d’eau qui représente entre 0,1 et 4 % de la troposphère. L’air chaud contient généralement plus de vapeur d’eau que l’air froid.

L’air contient aussi de toutes petites quantités d’autres gaz, appelés « gaz traces », comme le dioxyde de carbone ou le méthane. Les concentrations de ces gaz en quantités minimes dans l’atmosphère sont généralement mesurées en partie par million (ppm). Par exemple, les concentrations de dioxyde de carbone, l’un des gaz traces les plus importants et les plus abondants dans l’atmosphère, ont été estimées à environ 391 ppm, ou 0,0391 %, en 2011 [indicateur de l’Agence européenne pour l’environnement (AEE) sur les concentrations atmosphériques].

De plus, des milliers d’autres gaz et de particules (comme la suie et certains métaux) sont rejetés dans l’atmosphère à la fois par des sources naturelles et par des sources anthropiques.

La composition de l’air dans la troposphère change en permanence. Certaines des substances présentes dans l’air sont fortement réactives, c’est-à-dire qu’elles ont une propension accrue à interagir avec d’autres substances pour en former de nouvelles. Lorsque certaines de ces substances interagissent avec d’autres, elles peuvent former des polluants « secondaires » nocifs pour notre santé et pour l’environnement. La chaleur, y compris celle provenant du Soleil, est généralement un catalyseur facilitant ou déclenchant les processus de réactions chimiques.

Qu’est-ce que la « pollution de l’air » ?

Toutes les substances présentes dans l’air ne sont pas considérées comme des polluants. En général, la pollution de l’air se définit comme la présence dans l’atmosphère de certains polluants à des niveaux ayant des répercussions négatives sur la santé humaine, sur l’environnement et sur notre patrimoine culturel (bâtiments, monuments et équipements). Dans le contexte de la législation, seule la pollution causée par des sources d’origine anthropique est prise en compte, bien que la définition de la pollution soit plus large dans d’autres contextes.

Tous les polluants atmosphériques ne proviennent pas de sources anthropiques. De nombreux phénomènes naturels, tels que les éruptions volcaniques, les feux de forêt ou les tempêtes de sable relâchent des polluants dans l’atmosphère. Les particules de poussière peuvent parcourir de grandes distances selon les vents et les nuages. Qu’elles soient naturelles ou d’origine anthropique, une fois dans l’atmosphère, ces substances peuvent participer à des réactions chimiques et contribuer à la pollution atmosphérique. Un ciel dégagé et une grande visibilité ne sont pas forcément les signes d’un air pur.

Malgré des améliorations notables au cours de ces dernières décennies, la pollution atmosphérique en Europe continue d’affecter notre santé et l’environnement. La pollution particulaire et la pollution par l’ozone représentent notamment de sérieux risques pour la santé des citoyens européens, dont elles affectent la qualité de vie et réduisent l’espérance de vie. Mais tous les polluants n’ont pas les mêmes origines ni les mêmes effets. Il convient donc d’étudier plus en détail les principaux polluants.

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Quand de petites particules flottent dans l’air

Les matières particulaires (PM) sont le polluant atmosphérique le plus nocif pour la santé humaine en Europe. Il s’agit de particules si légères qu’elles peuvent flotter dans l’air. Certaines de ces particules sont si petites (un trentième à un cinquième du diamètre d’un cheveu) qu’elles pénètrent non seulement profondément dans nos poumons, mais passent également dans notre sang, tout comme l’oxygène.

Certaines particules sont émises directement dans l’atmosphère. D’autres sont le résultat de réactions chimiques impliquant des gaz précurseurs, tels que le dioxyde de soufre, les oxydes d’azote, l’ammoniac et les composés organiques volatils.

Ces particules peuvent contenir différents composants chimiques, et leur effet sur notre santé dépend de leur composition. Les particules peuvent également contenir des métaux lourds, tels que l’arsenic, le cadmium, le mercure ou le nickel.

Une étude récente de l’Organisation mondiale de la santé (OMS) montre que la pollution par les particules fines (PM2,5, c’est-à-dire des particules d’un diamètre inférieur à 2,5 microns) pourrait être plus préoccupante pour la santé qu’on ne le pensait jusqu’à présent. Selon « l’examen des bases factuelles sur les aspects sanitaires de la pollution de l’air » de l’OMS, l’exposition sur le long terme aux particules fines peut provoquer de l’athérosclérose, des effets indésirables à la naissance et des maladies respiratoires chez l’enfant. L’étude suggère également un lien éventuel avec le développement neurologique, les fonctions cognitives et le diabète, et renforce le lien causal entre les PM2,5 et les décès liés à des affections cardiovasculaires et respiratoires.

Selon leur composition chimique, les particules peuvent aussi avoir des effets sur le climat mondial, soit en réchauffant la planète soit en la refroidissant. Le noir de carbone, par exemple, l’un des composants courants de la suie contenue principalement dans les particules fines (moins de 2,5 microns de diamètre), provient de la combustion incomplète des combustibles — qu’il s’agisse de combustibles fossiles ou de bois. Dans les zones urbaines, les émissions de noir de carbone sont principalement causées par le transport routier, en particulier par les moteurs diesel. Outre ses impacts sur la santé, le noir de carbone présent dans les particules contribue au changement climatique en absorbant la chaleur du Soleil et en réchauffant l’atmosphère.

L’ozone : une molécule formée de trois atomes d’oxygène

L’ozone est une forme particulière et hautement réactive de l’oxygène, formée de trois atomes d’oxygène. Dans la stratosphère, l’une des couches supérieures de l’atmosphère, l’ozone nous protège des effets nocifs des rayons ultraviolets du Soleil. Mais, dans la couche la plus basse de l’atmosphère — la troposphère —, l’ozone est en fait un polluant majeur nocif pour la santé humaine et pour la nature.

L’ozone troposphérique, ou ozone au sol, est produit par des réactions chimiques complexes entre des gaz précurseurs, comme les oxydes d’azote et des composés organiques volatils non méthaniques. Le méthane et le monoxyde de carbone jouent aussi un rôle dans sa formation.

L’ozone est un gaz puissant et agressif. Des taux élevés d’ozone corrodent les matériaux, les bâtiments et les tissus vivants. Il réduit la capacité des végétaux à assurer la photosynthèse et freine leur absorption du dioxyde de carbone. L’ozone altère également la reproduction et la croissance des végétaux, entraînant une diminution du rendement des cultures et une croissance plus faible des forêts. Dans le corps humain, l’ozone entraîne une inflammation des poumons et des bronches.

Lorsqu’il y est exposé, notre corps essaie d’empêcher l’ozone de pénétrer dans nos poumons. Ce réflexe nous amène à inhaler de plus faibles quantité d’oxygène, forçant notre coeur à travailler davantage. Aussi les épisodes de pics d’ozone peuvent-ils affaiblir les personnes souffrant déjà de maladies cardiovasculaires ou respiratoires telles que l’asthme, voire même représenter un risque mortel.

Quels sont les autres polluants en présence ?

L’ozone et les particules ne sont pas les seuls polluants atmosphériques inquiétants en Europe. Les voitures, les camions, les installations produisant de l’énergie et les installations industrielles ont tous besoin d’énergie. La quasitotalité des véhicules et des industries utilisent une forme ou une autre de combustible, qui est brûlé pour obtenir de l’énergie.

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Généralement, la combustion de combustibles modifie la forme de nombreuses substances, dont l’azote qui est le gaz le plus abondant dans notre atmosphère. Lorsque l’azote réagit avec l’oxygène, des oxydes d’azote se forment dans l’air (dont le dioxyde d’azote, NO2). La réaction de l’azote avec des atomes d’hydrogène produit de l’ammoniac (NH3), un autre polluant atmosphérique ayant de graves effets nocifs sur la santé humaine et sur la nature.

En fait, les processus de combustion libèrent une série de polluants supplémentaires, au rang desquels figurent le dioxyde de soufre, le benzène, le monoxyde de carbone et les métaux lourds. Certains de ces polluants ont des effets à court terme sur la santé humaine. D’autres, dont les métaux lourds et les polluants organiques persistants, s’accumulent dans l’environnement. Ils s’introduisent ainsi dans notre chaîne alimentaire et finissent dans nos assiettes.

D’autres polluants, comme le benzène, peuvent nuire au matériel génétique des cellules et provoquer des cancers en cas d’exposition prolongée. Le benzène étant utilisé comme un additif dans l’essence, environ 80 % du benzène relâché dans l’atmosphère en Europe provient de la combustion des carburants automobiles.

Un autre polluant dont l’effet cancérigène est connu, le benzo(a)pyrène (BaP), est libéré par la combustion du bois ou du charbon dans les poêles domestiques. Les gaz d’échappement, en particulier ceux des véhicules diesel, sont une autre source de BaP. Outre son caractère cancérigène, le BaP peut aussi causer une irritation des yeux, du nez, de la gorge et des bronches. Le BaP est généralement présent dans les particules fines.

Mesurer les impacts sur la santé humaine

Bien que la pollution de l’air affecte tout le monde, elle n’affecte pas tout le monde de la même façon ni au même degré. C’est dans les zones urbaines que l’on trouve le plus grand nombre de personnes exposées à la pollution, en raison des fortes densités de population. Certains groupes sont plus vulnérables, comme les personnes souffrant de maladies cardiovasculaires ou respiratoires, celles atteintes d’affections respiratoires réactionnelles ou d’allergies des voies respiratoires, les personnes âgées et les enfants.

« La pollution de l’air affecte tout le monde tant dans les pays développés que dans les pays en voie de développement », souligne Marie-Ève Héroux du Bureau régional de l’Europe de l’OMS. « Même en Europe, une proportion importante de la population continue d’être exposée à des taux dépassant nos recommandations en matière de qualité de l’air.»

Il est difficile d’estimer toute l’étendue des dommages causés par la pollution de l’air sur notre santé et sur l’environnement. Cependant, il existe de nombreuses études portant sur différents secteurs et différentes sources de pollution. Selon les estimations réalisées dans le cadre du projet Aphekom, cofinancé par la Commission européenne, la pollution de l’air en Europe entraîne une réduction de l’espérance de vie d’environ 8,6 mois par personne.

Certains modèles économiques peuvent être utilisés pour estimer les coûts de la pollution atmosphérique. En général, ces modèles intègrent les coûts sanitaires engendrés par la pollution atmosphérique (perte de productivité, dépenses médicales supplémentaires, etc.), ainsi que les coûts liés à la baisse des rendements agricoles et aux dommages subis par certains équipements. Cependant, ils n’incluent pas tous les coûts générés par la pollution atmosphérique supportés par la société.

Malgré leurs limites, ces estimations des coûts donnent une indication de l’ampleur des dommages. Près de 10 000 installations industrielles à travers l’Europe communiquent les données relatives aux quantités des différents polluants qu’elles rejettent dans l’atmosphère au registre européen des rejets et des transferts de polluants (E-PRTR). En se basant sur ces données accessibles au public, l’AEE estime que la pollution atmosphérique causée par les 10 000 installations les plus polluantes d’Europe a coûté entre 102 et 169 milliards d’euros aux Européens en 2009. Fait important, 191 installations étaient à elles seules responsables de la moitié du coût total des dommages.

Certaines études essaient également d’estimer les gains potentiels qu’entraînerait une amélioration de la qualité de l’air. Ainsi, il ressort de l’étude de l’Aphekom qu’une baisse des niveaux annuels moyens de PM2,5 aux niveaux prescrits par l’OMS aurait de réels effets bénéfiques sur le plan de l’espérance de vie. On estime que le simple fait d’atteindre cet objectif permettrait une amélioration de l’espérance de vie moyenne par habitant allant de vingt-deux mois à Bucarest, et dix-neuf mois à Budapest, à deux mois à Malaga et moins de quinze jours à Dublin.

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Les effets de l’azote sur la nature

La pollution de l’air n’affecte pas seulement la santé humaine. Les divers polluants atmosphériques ont des impacts différents sur une grande variété d’écosystèmes. L’excès d’azote présente néanmoins des risques particuliers.

L’azote est un des nutriments clés présent dans l’environnement dont les végétaux ont besoin pour survivre et croître de façon saine. L’azote peut se dissoudre dans l’eau pour être ensuite absorbé par les végétaux par l’intermédiaire de leur système racinaire. Les végétaux utilisent de grandes quantités d’azote et réduisent les stocks présents dans le sol, c’est pourquoi les agriculteurs et les jardiniers utilisent en général des engrais pour enrichir le sol en nutriments, dont l’azote, et stimuler la production.

L’azote en suspension dans l’air a un effet similaire. Lorsqu’il se dépose sur les plans d’eau ou dans les sols, l’excès d’azote peut avantager certaines espèces dans les écosystèmes où les nutriments sont en quantité limitée, comme les écosystèmes « sensibles », à la faune et à la flore uniques. L’existence d’un excès de nutriments dans ces écosystèmes peut complètement modifier l’équilibre entre les espèces et conduire à un appauvrissement de la biodiversité dans les zones affectées. Dans les milieux d’eau douce et les écosystèmes côtiers, un tel excès peut contribuer à une prolifération d’algues.

La réaction des écosystèmes à l’apport excessif d’azote est appelée « eutrophisation ». Ces deux dernières décennies, la surface des écosystèmes sensibles affectés par l’eutrophisation dans l’UE n’a que faiblement diminué. Aujourd’hui, on estime que près de la moitié de la surface totale des écosystèmes qualifiés de « sensibles » est menacée d’eutrophisation. Les composés azotés contribuent également à l’acidification des eaux douces et des sols forestiers, ce qui a des effets sur les espèces qui dépendent de ces écosystèmes. Tout comme les effets de l’eutrophisation, les nouvelles conditions de vie peuvent favoriser le développement de certaines espèces au détriment d’autres.

L’UE est parvenue à réduire de manière significative la surface des écosystèmes sensibles concernés par l’acidification, principalement grâce à une réduction drastique des émissions de dioxyde de soufre. Seules quelques zones à risque de l’UE, en Allemagne et aux Pays-Bas, connaissent encore des problèmes d’acidification.

« La zone naturelle protégée des monts de la Jizera au nord de la République tchèque appartient à la région tristement connue jadis comme le “triangle noir” en raison de sa forte pollution atmosphérique. »
Leona Matoušková, République Tchèque

Une pollution sans frontières

Bien que les effets sur la santé publique et sur l’environnement soient plus graves dans certaines régions et dans certains pays que dans d’autres, la pollution atmosphérique demeure un problème mondial.

Sous l’effet des vents mondiaux, les polluants atmosphériques se déplacent autour de la planète. Une partie des polluants atmosphériques et de leurs précurseurs présents en Europe sont rejetés en Asie ou en Amérique du Nord. De même, certains des polluants atmosphériques rejetés dans l’air européen sont transportés vers d’autres régions et d’autres continents.

On observe le même phénomène à l’échelle locale. La qualité de l’air dans les zones urbaines est en général affectée par la qualité de l’air dans les zones rurales environnantes et vice versa.

« Nous respirons constamment et nous sommes exposés à la pollution atmosphérique, à l’intérieur comme à l’extérieur », déclare Erik Lebret de l’Institut national pour la santé publique et l’environnement (RIVM) aux Pays-Bas. « Où que nous allions, nous respirons de l’air contaminé par toutes sortes de polluants à des niveaux tels que des répercussions négatives sur la santé sont à attendre. Malheureusement, il n’existe aucun endroit où nous puissions respirer un air complètement pur. »