Oxydes d'azote : comment ils se forment et ce qui les rend si dangereux

Depuis de nombreuses semaines, le débat sur les dangers des moteurs diesel et les interdictions de circulation menaçantes en Allemagne ne s'essouffle pas. En février de cette année, certains pneumologues ont ravivé le débat déjà houleux avec leurs doutes sur les valeurs limites existantes. Bien que cette critique se soit entre-temps révélée intenable, l'intérêt public pour les oxydes d'azote ne faiblit pas. Ainsi, l'humoriste Mario Barth a repris, dans sa dernière émission « Mario Barth deckt auf » – à laquelle notre air-Q a également participé – le scepticisme envers les valeurs limites fixées au niveau international. La veille déjà, l'émission satirique « Die Anstalt » s'était également consacrée au sujet des valeurs limites des oxydes d'azote et avait réfuté les sceptiques de ces valeurs limites.

Alors que de nombreux automobilistes diesel craignent désormais d'être limités dans leur mobilité individuelle, les experts en santé voient dans la pollution atmosphérique en constante augmentation un danger croissant pour le bien-être de tous. Ainsi, l'Organisation mondiale de la santé (OMS) a invité mi-février 2019 des experts à Genève afin d'échanger avec eux sur les risques sanitaires de la pollution atmosphérique et les contre-mesures possibles. Le débat ne se concentre depuis longtemps plus uniquement sur la pollution de l'air extérieur. La qualité de l'air intérieur, dangereuse elle aussi, attire de plus en plus l'attention dans ce contexte. Outre les particules fines et les substances organiques volatiles, ce sont surtout les oxydes d'azote qui offrent ici une raison concrète d'approfondir la réflexion.

Que sont les oxydes d'azote ?

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L'air extérieur contient jusqu'à sept oxydes d'azote différents. Les combinaisons d'azote et d'oxygène formant des composés d'oxydes d'azote se forment exclusivement lors de réactions endothermiques, c'est-à-dire uniquement avec un apport d'énergie externe. En tant que sous-produit généralement indésirable de divers processus de combustion, la formation d'oxydes d'azote peut être attribuée à des causes tant naturelles qu'anthropiques (d'origine humaine).
La présence naturelle d'oxydes d'azote dans l'atmosphère terrestre s'explique principalement par l'apparition d'éclairs. La fréquence et la longueur des éclairs sont ici déterminantes pour la concentration d'azote dans la troposphère moyenne et supérieure. Selon diverses études, les éclairs sont responsables de jusqu'à 90 % des oxydes d'azote dans cette partie de l'atmosphère.

Outre la combustion de carburant dans le trafic routier, les plus grands émetteurs d'oxydes d'azote dans la basse troposphère sont surtout les installations de combustion pour les sources d'énergie fossiles comme le charbon, le pétrole, le gaz naturel et le bois, ainsi que pour les déchets. Dans les espaces clos, ce n'est pas seulement l'air pénétrant de l'extérieur qui provoque une pollution aux oxydes d'azote. La concentration d'oxydes d'azote de l'air respiré augmente également par la combustion de combustibles fossiles, par exemple lors de la cuisson ou du chauffage de cheminées et de poêles à charbon. La formation du gaz à effet de serre protoxyde d'azote, connu sous le nom de gaz hilarant, est également attribuée à des causes anthropiques. Le gaz hilarant ne se forme pas uniquement par la combustion de matières premières fossiles. La fertilisation avec des engrais azotés en agriculture contribue notamment de manière décisive à la formation de gaz hilarant (N₂O). Les oxydes d'azote déterminants pour la qualité de l'air sont cependant le monoxyde d'azote (NO) et le dioxyde d'azote (NO₂). Dans les régions urbaines densément peuplées, la concentration cumulée des deux gaz peut souvent dépasser une valeur de 500 µg/m³, le monoxyde d'azote s'oxydant dans l'air en dioxyde d'azote. De plus, la réaction du NO₂ avec l'eau peut former de l'acide nitreux (HNO₂), qui compte également parmi les polluants ambiants. En outre, le dioxyde d'azote est considéré comme un précurseur de nombreux polluants secondaires, comme l'acide nitrique ou encore les aérosols inorganiques et les photooxydants (par ex. l'ozone).

Pourquoi avons-nous besoin de valeurs limites pour les oxydes d'azote ?

Cette pollution aux oxydes d'azote causée par l'homme entraîne de graves conséquences pour l'écosystème. Ainsi, les oxydes d'azote participent à la formation d'ozone et de smog dans l'atmosphère. De plus, l'acide nitrique formé par la réaction des oxydes d'azote contribue par exemple considérablement à la formation de pluies acides. Le dioxyde d'azote en particulier est en partie responsable de la sur-fertilisation et de l'acidification des sols et, parfois, des eaux. De plus, le dioxyde d'azote peut entraîner chez les plantes un rabougrissement, un vieillissement prématuré et des nécroses (c'est-à-dire une mort locale des tissus).

Depuis 2004, de nombreuses études ont été publiées, prouvant un lien entre les variations quotidiennes de la concentration de dioxyde d'azote et les changements dans l'apparition de troubles respiratoires, les hospitalisations et même la mortalité. D'autres études montrent également un lien entre les taux de maladie et de mortalité et une exposition à long terme au dioxyde d'azote. Toutes les études à court et à long terme publiées jusqu'à présent confirment ces effets nocifs du dioxyde d'azote dès des concentrations à la limite ou même en dessous des valeurs limites de l'UE. Cette valeur limite s'oriente sur les recommandations de l'OMS, qui a fixé une valeur limite annuelle de 40 µg/m³ et une valeur limite horaire de 200 µg/m³. Les conclusions d'études toxicologiques et d'études en espaces clos suggèrent une interprétation causale entre le dioxyde d'azote et les effets sur les voies respiratoires. C'est pourquoi l'Organisation mondiale de la santé envisage d'adapter en conséquence ses recommandations de valeurs limites pour le dioxyde d'azote. Dans ce cadre, l'OMS exige d'une part un guide établi à court terme et fondé sur des données épidémiologiques. D'autre part, elle exige une directive pour les valeurs moyennes annuelles, fondée sur les connaissances actuelles.

Une partie des études a été réalisée en intérieur, où le dioxyde d'azote est produit de manière ciblée par des appareils de combustion non ventilés. D'autres études se sont consacrées à l'air extérieur, où le dioxyde d'azote ne constitue qu'un composant du mélange d'air. Cette interdépendance complexe des différents composants de l'air complique l'interprétation de ces études, car les causes des effets sanitaires détectables ne peuvent pas être attribuées sans ambiguïté au NO₂. C'est pourquoi la plupart des conclusions sur les effets nocifs pour la santé du dioxyde d'azote sont tirées d'études toxicologiques et d'études d'observation réalisées en intérieur.
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Néanmoins, les études sur la qualité de l'air ambiant peuvent également fournir des indications sur les effets nocifs des oxydes d'azote pour la santé. Ainsi, des effets nocifs du dioxyde d'azote ont par exemple pu être démontrés à des taux de pollution établis pour d'autres polluants. Une modification des effets des particules fines par le dioxyde d'azote a également pu être démontrée.

Effets nocifs du dioxyde d'azote sur la santé

Une exposition au dioxyde d'azote peut entraîner diverses conséquences physiques. Cela inclut notamment :

• Des lésions des tissus muqueux
• Des irritations des yeux
• Des lésions de l'ensemble des voies respiratoires
• Un risque accru de maladies cardiovasculaires
• Un risque accru de diabète de type II
• Une augmentation de la mortalité ainsi que des hospitalisations spécifiques à certaines causes dans la population générale

Comme le dioxyde d'azote présente une solubilité dans l'eau relativement faible, il n'est pas fixé dans les voies respiratoires supérieures, c'est-à-dire la cavité buccale et le pharynx ainsi que le nez et les sinus. Par conséquent, le polluant atteint les voies respiratoires inférieures comme les bronches et les alvéoles, où il peut provoquer des inflammations et des lésions des tissus cellulaires. Dans les bronches, le NO₂ peut provoquer une hypersensibilité, favorisant le développement de maladies allergiques des voies respiratoires.

L'augmentation constante des troubles allergiques, en particulier dans les zones urbaines fortement polluées, laisse supposer un lien entre une pollution aux oxydes d'azote et des réactions immunitaires liées aux allergies. Plusieurs études sont entre-temps parvenues à la conclusion que les oxydes d'azote présents dans l'air respiré se lient à des protéines allergènes. Ces allergènes nitrés favorisent vraisemblablement la production d'anticorps, qui libèrent de l'histamine et des substances similaires à l'histamine pour la défense immunitaire, déclenchant ainsi des réactions allergiques. En particulier en raison de la pollution atmosphérique dans les espaces urbains chargés de trafic, les oxydes d'azote peuvent augmenter le potentiel allergisant du pollen et des particules fines. Le smog estival humide peut encore augmenter le taux de nitration, ce qui enrichit en azote les protéines présentes dans l'air en l'espace de quelques heures seulement. Il existe donc un soupçon légitime qu'une pollution de l'air aux oxydes d'azote favorise le développement d'allergies et renforce les réactions chez les patients allergiques. Parmi les manifestations pathologiques typiques associées figurent, outre la rhinite allergique (rhume des foins), l'asthme bronchique, l'eczéma atopique (dermatite atopique) et le choc anaphylactique, également l'urticaire ainsi que la sinusite.

Entre 2014 et 2016, l'Organisation mondiale de la santé, l'Institut tropical et de santé publique suisse (Swiss TPH), ainsi que les autorités sanitaires du Canada (Canada Health) et des États-Unis (U.S. EPA) ont pu, dans des études à court terme, mettre en évidence des liens entre une pollution au dioxyde d'azote et une augmentation de la mortalité globale ainsi que de la mortalité due aux maladies cardiovasculaires et respiratoires. Pour l'année 2014, avec une limite de quantification inférieure de 10 µg/m³ de NO₂ sur une période prolongée, un total de 5 966 décès prématurés a été attribué à la pollution au dioxyde d'azote. Dans ce contexte, les années de vie perdues ont été estimées à un total de 49 726 dans le monde.
L'augmentation des urgences cardiopulmonaires, c'est-à-dire touchant simultanément le cœur et les poumons, ainsi que l'augmentation des hospitalisations dues à des troubles du système cardiovasculaire et des voies respiratoires ont également été associées à une augmentation des valeurs de dioxyde d'azote.

Il existe entre-temps des preuves modérées concernant le risque de développer un diabète sucré en raison d'une exposition à long terme au dioxyde d'azote. Dans ce contexte, les preuves désignent les résultats qui apparaissent de manière cohérente dans les études et permettent ainsi de conclure à un lien entre l'apparition de certaines maladies et le dioxyde d'azote. Le fait que ces preuves soient modérées ou fortes dépend du nombre d'études réalisées. Les études publiées jusqu'à présent n'incluent, dans leurs observations des atteintes physiques typiques du diabète, que les troubles nerveux diabétiques ainsi que le « pied diabétique ». D'autres affections causées par le diabète, comme les maladies du muscle cardiaque et la néphropathie, n'ont pas été prises en compte. On peut donc même partir du principe d'une sous-estimation des handicaps liés au NO₂.

Outre le diabète de type 2, d'autres conséquences sanitaires observées de manière cohérente de l'exposition au dioxyde d'azote apparaissent. Cela inclut notamment le taux de morbidité dû à l'hypertension artérielle, mais aussi le taux de mortalité dû à l'insuffisance cardiaque et à la cardiopathie ischémique (CI) ainsi qu'aux accidents vasculaires cérébraux.

Par sa nature irritante et suffocante, le gaz NO₂ endommage particulièrement les voies respiratoires. Entre-temps, les résultats cohérents de nombreuses études fournissent des preuves solides que le dioxyde d'azote favorise le développement de la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO). D'autres études prouvent un lien entre une pollution au dioxyde d'azote et de nombreuses lésions des organes respiratoires. Celles-ci incluent – selon la durée de l'exposition et la quantité de polluant absorbée – des œdèmes pulmonaires aigus, des inflammations des bronchioles ou encore la maladie respiratoire réactive de type asthmatique. De plus, le NO₂ est en partie responsable d'une réactivité bronchique accrue et donc du développement de l'asthme bronchique, ainsi que, en outre, d'un rétrécissement des bronches et d'une sensibilité globalement accrue aux infections respiratoires. En particulier sur une période prolongée de plusieurs années, une exposition au dioxyde d'azote comporte le risque d'une altération de la fonction pulmonaire chez les adultes, ou de la croissance pulmonaire chez les enfants. De plus, le risque de cancer du poumon ainsi que le risque d'un poids de naissance réduit chez les nouveau-nés augmentent.

Mesures contre une pollution au dioxyde d'azote

Selon l'OMS, 91 % de la population mondiale vit désormais dans des lieux où les polluants atmosphériques dépassent les valeurs limites recommandées. Dans le monde, 4,2 millions de décès sont attribués à la pollution de l'air extérieur, et 3,8 millions de décès supplémentaires à la pollution de l'air intérieur. Ces chiffres dramatiques révèlent un besoin urgent d'action pour réduire les polluants atmosphériques en général et le dioxyde d'azote en particulier. Les mesures nécessaires pour améliorer la qualité de l'air nécessitent des réglementations politiques mais aussi des approches individuelles.
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Mesures politiques :

• Des changements importants dans la planification des transports communale comme nationale : extension des systèmes de propulsion alternatifs, comme les moteurs électriques et le ravitaillement en gaz liquéfié, introduction de zones environnementales pour limiter les polluants dans les zones fortement touchées, développement des transports publics locaux ainsi que des infrastructures cyclables, etc.
• Sortie progressive d'un approvisionnement énergétique basé sur les combustibles fossiles et développement simultané des énergies renouvelables en dehors des processus de combustion
• Mise en œuvre d'une agriculture et d'une sylviculture durables
• Une autre mesure, tout à fait controversée, est le recours à l'ensemencement des nuages (cloud seeding), où des avions libèrent des produits chimiques spéciaux qui accélèrent la formation de nuages et lient les polluants atmosphériques grâce aux précipitations

Mesures individuelles :

• Des mesures en temps réel étendues et précises avec des capteurs spécifiques pour éviter les classifications erronées des polluants, pour mieux identifier les principales sources de polluants ainsi que leurs valeurs de pointe et les expositions à long terme
• Renoncer, dans la mesure du possible, aux processus de combustion même en intérieur, par ex. fumer, cuisiner sur des cuisinières à gaz ou griller à proximité immédiate, etc.
• Utilisation de purificateurs d'air, en veillant à ce que la filtration des polluants n'utilise pas d'autres polluants, comme l'ozone.
• Repenser son propre comportement de mobilité et de consommation : acheter autant que possible de manière saisonnière et régionale, fabriquer ou réparer soi-même les produits, acheter en magasin plutôt que de se faire livrer les marchandises à domicile, passer au vélo et aux transports publics, etc.