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Les composés organiques volatiles (COV)

Dossier - La pollution atmosphérique
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La pollution atmosphérique augmente t-elle ? Quelles sont les effets des polluants sur l'homme ? Autant de questions auxquelles ce dossier tente de répondre.

  
DossiersLa pollution atmosphérique
 

Les COV présents dans l'atmosphère comprennent des centaines de composés différents : des hydrocarbures (principalement du méthane), des aldéhydes, des cétones, des esters, etc...

Pollution par les gaz d'échappement des voitures. © Ssuaphotos, Shutterstock

Sur le plan mondial, on estime que les émissions naturelles, produites par le métabolisme et par la décomposition des végétaux sont, environ, 5 fois les émissions dues à l'activité humaine. En France, les émissions anthropogéniques sont de l'ordre de 1,8 million de tonnes par an, dont environ la moitié est due aux transports, principalement aux véhicules à essence. Les émissions produites par les forêts sont évaluées à 1 million de tonnes.

Les émissions anthropogéniques sont très inégalement réparties. Elles sont importantes dans certains sites industriels et dans les villes, par suite de la circulation automobile. C'est dans ces sites et en centre ville que les concentrations atmosphériques en COV sont les plus importantes. Dans les villes, la concentration moyenne annuelle est de 1 à 3 mg de COV par m3. Les valeurs maximales pour 1 heure sont généralement comprises entre 5 et 10 mg sur certains sites industriels (à Carling, Petite-Couronne...) le maximum horaire dépasse parfois 15 et 20 mg par m3.

Les composés organiques présents dans l'atmosphère ont des effets très différents sur la santé. Le méthane, aux concentrations présentes, est sans effet, de même qu'il n'intervient guère dans les réactions photochimiques (citées au chapitre ozone). Aussi, conviendrait-il de mesurer non pas les hydrocarbures mais les composés non méthaniques (HCNM). La mesure des HCNM est délicate et il n'existe pas encore d'appareils automatiques permettant le dosage en continu des HCNM.

Certains composés sont très nocifs, irritants des tissus de l'appareil respiratoire, particulièrement les aldéhydes cités par ordre croissant de nocivité :

 aldéhyde éthylénique (CH3 CHO)
 aldéhyde formique (HCHO) ou formol
 aldéhyde acroléïque (CH2 = CH-CHO) ou acroléïne.

Il est à noter que les additifs oxygénés de l'essence -- méthanol-éthanol -- MTBE (Methyl tertio butyl-éther) augmentent les quantités d'aldéhydes émises lors de la combustion.

Les aldéhydes se forment aussi par réactions photochimique.

Les COV sont surtout gênants, particulièrement les hydrocarbures éhyléniques et aromatiques, par leur action dans la formation de la pollution photo-oxydante sous l'effet du rayonnement solaire (voir le chapitre ozone)

L'oxyde de carbone

Les émissions naturelles d'oxyde de carbone (CO) sont très importantes, produites par les végétaux supérieurs, les algues, le plancton, etc... Il se forme également de l'oxyde de carbone dans la respiration humaine.

Les émissions naturelles sont environ dix fois les émissions dues à l'activité humaine. Comme elles sont réparties sur l'ensemble de la planète, la concentration moyenne « naturelle » est de l'ordre de 0,1 mg par m3 d'air. L'équilibre est maintenu par l'absorption très active des micro-organismes du sol.

Les émissions anthropogéniques sont principalement dues aux combustions de matières carbonées : charbon, bois, hydrocarbures. Lors des combustions, il se forme d'abord exclusivement du CO, lorsque la température est supérieure à 1 000 °C, puis le CO s'oxyde en CO2 si les gaz contiennent suffisamment d'oxygène et ne sont pas trop rapidement refroidies.

Les cas d'intoxication mortels par CO ont fortement diminué depuis l'abandon du chauffage à l'aide des poêles à charbon. De telles intoxications existent encore, notamment produites par la combustion de « gaz naturel » lorsque la flamme est refroidie brusquement : c'est le cas des chauffe-eau à gaz non raccordés à un tuyau d'évacuation extérieure.

Les effets du CO sur la santé

L'oxyde de carbone pénètre aisément dans les alvéoles pulmonaires et se combine à l'hémoglobine beaucoup plus rapidement que ne le fait l'oxygène. Il se forme du carboxyhémoglobine, complexe stable, qui n'assure pas le transport d'oxygène nécessaire à la vie des cellules : le système nerveux est particulièrement affecté, car il est très sensible à la privation d'oxygène. L'inhalation de CO entraîne des maux de tête, des vertiges et des troubles sensoriels, particulièrement une diminution de l'acuité visuelle. Ces symptômes sont dus à la privation d'oxygène. Un autre effet du CO, dû à des modifications biochimiques, est le dépôt de cholestérol sur les artères, produisant des troubles cardio-vasculaires.

La mort survient par anoxie (manque d'oxygène) lorsque le taux de carboxyhémoglobine du sang atteint 65 % de l'hémoglobine initiale. Ceci est obtenu par exposition pendant plusieurs heures à une atmosphère contenant 1 500 mg de CO par m3 d'air.

Les émissions anthropogéniques

En France, les émissions de CO sont en légère diminution depuis quelques années comme le montre le tableau n°6

Tableau n°6 :

Années1982198619901992
Emissions de CO
(en millions de
tonnes par an)
8,78,07,67,6

En 10 ans, les émissions de CO ont donc diminué de près de 13 %. Ceci est obtenu malgré une augmentation de la circulation automobile, grâce aux perfectionnements apportés aux moteurs.

Les émissions de CO sont en effet, produites, principalement, par les véhicules à essences. C'est donc en centre ville et près des artères à grande circulation que les concentrations atmosphériques en CO sont les plus importantes.

Normes de qualité de l'air

Il n'y a pas de directive de la CEE sur les concentrations en CO. L'OMS indique comme concentrations admissibles les valeurs suivantes :

 100 mg par m3 pour une durée de 15 minutes
 60 mg par m3 pour une durée de 30 minutes
 30 mg par m3 pour une durée de 1 heure
 10 mg par m3 pour une durée de 8 heures

Les concentrations atmosphériques en CO

Il n'y a, en France, que 34 postes de mesures automatiques du CO, répartis dans 20 villes. Les teneurs mesurées dépendent beaucoup du lieu d'implantation et il est difficile de définir, pour une ville, une concentration moyenne à laquelle serait exposé l'ensemble de la population. CO est un gaz légèrement plus léger que l'air, très fluide, qui diffuse rapidement dans l'atmosphère.

Comme les postes de mesure sont généralement placés aux endroits les plus exposés à la pollution, les valeurs relevées représentent des maxima, auxquels se trouvent cependant exposées certaines catégories de population dont les automobilistes, conducteurs de bus, etc...

A titre indicatif, nous indiquerons quelques résultats de mesure et l'évolution des teneurs en CO au cours du temps.

Tableau n°7 :

Concentrations moyennes annuelles en CO dans quelques villes, en mg par m3 d'air :

Année 1990Année 1991
Grenoble3 mg/m32,3
Lyon (Brotteaux)5,84,6
Bordeaux44,1
Paris (Champs-Elysées)3,44,3
Montpelier1,61,8
Strasbourg2,52,5
La Rochelle5,22,8

Il y a peu d'évolution, les différences provenant vraisemblablement des variations des conditions météorologiques entre 1990 et 1991. Par contre, l'évolution est très nette sur une plus longue période.

A Paris (14ème) la place Victor Basch, située au carrefour de six artères à grande circulation, est un lieu particulièrement pollué.

Tableau n°8 :

Evolution des teneurs en CO en fonction des années. Place V. Basch à Paris. Concentrations moyennes annuelles en mg de CO par m3 d'air.

Années1965(*)1972197819861991
CO
(mg/m3)
282317,515,47,6

Le poste de mesure du Rond-Point des Champs Elysées, bien moins pollué que la place Victor Basch, indique aussi une évolution favorable.

Tableau n° 9 :

Evolution des concentrations moyennes annuelles à Paris, Rond-Point des Champs-Elysées.

Années1978198619901991
CO
(mg/m3)
7,85,53,54,3

Le cas de Clermont-Ferrand est particulièrement intéressant.

En 1978, on obtenait pour les 10 postes de mesure, une moyenne annuelle de 30,7 mg de CO par m3. L'un des postes indiquait une valeur de 55,7 mg. On notait aussi un maximum journalier de 325 mg pour l'un des postes, 300 mg pour un autre poste...

En 1991, la moyenne annuelle pour le centre de Clermont n'est plus que de 2 mg par m3, le maximum horaire étant de 26 mg.

On voit donc qu'il y a eu, au cours des décennies, une diminution importante de la pollution urbaine par l'oxyde de carbone. Il y a cependant des pointes de pollution dépassant la valeur recommandée par l'OMS de 30 mg/m3 en moyenne horaire.

Ainsi, en 1991, on note une concentration horaire de 32 mg au poste des Champs-Elysées, de 43 mg à Marseille et même de 65 mg à Lyon.

Des efforts sont à poursuivre. L'oxyde de carbone est aussi un précurseur de la pollution photo-oxydante mais c'est surtout, avec le SO2, un polluant majeur de l'atmosphère urbaine.

Pour réduire les émissions de CO, il nous semble que le pot catalytique « trois voies » ne serait pas la meilleure solution. Ce système nécessite des équipements coûteux (notamment pompe d'injection à commande électronique) et de fréquents réglages. Surtout, il semble mal adapté pour la ville, car ce n'est qu'au bout de plusieurs kilomètres que la température atteinte est suffisante pour le bon fonctionnement du système catalytique. Un pot d'oxydation catalytique fonctionnant à basse température serait plus efficace pour diminuer les imbrûlés de la combustion, oxyde de carbone, hydrocarbures et autres COV (à condition de ne pas se focaliser sur les oxydes d'azote, dont les émissions peuvent être diminuées par d'autres méthodes que le catalyseur trois voies).

En conclusion

Ces pages donnent un aperçu du problème complexe qu'est la pollution de l'air. Elles montrent cependant que de grands progrès ont été faits dans l'amélioration de la qualité de l'air et qu'il en reste à faire. Si la situation des grandes villes françaises -- dont Paris -- est comparable à celle des métropoles des pays développés (New York, Londres, Tokyo...) il n'en est pas de même des grandes métropoles des pays en voie de développement (Mexico, Le Caire, São Paulo...) où il y a, effectivement, une pollution grandissante du même ordre que ce qui existait, il y a une trentaine d'années, dans les pays industrialisés.

A titre de comparaison, le tableau n° 10 indique les concentrations en quelques polluants à Paris et à Mexico (année 1991).

Tableau n° 10 :

Moyennes annuelles en µg par m3
OzoneSO2Fumées noires
Paris152535
Mexico12017090

Les concentrations actuelles à Mexico en SO2 et fumées noires étaient les mêmes à Paris en 1965.

Les polluants de l'atmosphère, produisant des irritations des voies respiratoires ou des dysfonctionnements physiologiques (comme le CO) ont comme conséquence de diminuer les défenses naturelles et de favoriser les attaques et le développement des micro-organismes pathogène. Les concentrations humaines des agglomérations facilitent, évidemment, la propagation et la transmission de ces pathogènes, particulièrement dans les lieux publics (notamment dans les transports urbains) insuffisamment ventilés. Certaines conditions météorologiques (humidité, brouillard, stagnation de l'atmosphère) favorisent aussi la concentration et la survie des germes dans l'atmosphère.

(*) mesures faites au poste du quai des Tuileries, site moins pollué que celui de la Place Victor Basch