Qualité de l'air extérieur : exposition et impact sanitaire

Les effets de Black Carbon sur la santé humaine

Focus - Actualisation : janvier 2014

Propriétés générales du Black Carbon

Le Black Carbon (BC), également nommé “carbone suie”, est un polluant de l’air émis lors de réactions de combustion. Il s’agit de particules primaires avec  un diamètre compris entre 20 et 150 nanomètres (nm). Le BC forme donc une sous-catégorie des PM2.5, à savoir les particules dont le diamètre est inférieur à 2,5 µm. La directive 2008/50/CE inclut dorénavant l’obligation de suivre la présence des particules PM2.5 dans l’air ambiant. Pour les dix ans à venir, la directive prévoit des objectifs de qualité de l’air qui deviennent plus sévères dans le temps. Ces objectifs concernent tant les concentrations en PM2.5 que l’exposition de la population dans les zones urbaines.

Les particules BC sont caractérisées par une très grande capacité d’absorption de la lumière visible. Les particules de BC pures sont rarement observées dans l’atmosphère car elles ont tendance à coaguler et réagir avec d’autres composés de l’atmosphère environnante, tels que le carbone organique et les sulfates. Ces formes associées sont alors catégorisées comme suies. L’appellation « suies » désigne donc un ensemble de polluants issus de la combustion incomplète de combustibles fossiles et de biomasseEnsemble des végétaux et des animaux, ainsi que des déchets organiques qui leur sont associés. La biomasse végétale provient de la photosynthèse et constitue une source d'énergie renouvelable. . Les sources principales de BC dans la Région de Bruxelles Capitale sont notamment le transport (particulièrement des moteurs diesels) et le chauffage.

Les suies furent parmi les premières catégories de polluants atmosphériques reconnues pour avoir un impact sanitaire important. En effet, leurs conséquences sur la santé furent mises en évidence lors d’épisodes dramatiques de pollution au charbon, plus particulièrement lors de la catastrophe de l'hiver 1952 à Londres, qui causa près de 4000 décès en 5 jours. S'ensuivit l'élaboration du Clean Air Act  en 1956, permettant des réductions très importantes des émissions de suies au Royaume-Uni puis dans d’autres pays ayant suivi ces initiatives. Ces efforts s’étant soldés par des effets très positifs sur la qualité de l’air, l'intérêt des recherches sur les suies diminua grandement par la suite. Cette thématique fut ainsi écartée des principales recherches scientifiques au profit de l’étude des PM10 et PM2.5. C’est pourquoi la thématique BC est encore peu développée actuellement.

Les concentrations en BC mesurées en Région bruxelloise

En Région bruxelloise, des mesures de BC dans l’air ambiant sont réalisées à l’aide d’un aethalomètre aux postes de mesure de Woluwe (WOL1), de Molenbeek (R001), d’Ixelles (R002) et d’Uccle (R012), respectivement depuis juillet 2009, juillet 2010, juin 2011 et février 2012.

Les résultats montrent qu’il existe la plupart du temps approximativement un facteur 10 entre les concentrations mesurées de BC et de particules fines (PM10, à savoir les particules dont le diamètre est inférieur à 10 µm). Cette observation n'est cependant pas systématique : il existe des périodes où des concentrations très élevées en PM10 sont accompagnées de concentrations plutôt basses de BC ou inversement, en fonction de l'origine des particules.

Les facteurs de corrélation entre les concentrations en BC et celles d'autres substances sont en outre meilleurs pour les substances provenant également de processus de combustion (trafic et chauffage), comme les NOx (> 0,9 pour les valeurs journalières en 2011, également globalement selon un facteur 10) et dans une moindre mesure le CO et le CO2 (~ 0,8 pour les valeurs journalières en 2011). Ceci tend à prouver que le BC est un bon traceur des polluants émis par les principaux secteurs polluants en Région bruxelloise, à savoir le trafic et le chauffage.

Effets des BC sur la santé

D’un point de vue général, les particules fines sont aptes à pénétrer profondément dans le système respiratoire, les particules aux diamètres les plus faibles pouvant atteindre les alvéoles pulmonaires où le passage de substances dangereuses dans la circulation sanguine est possible. On considère généralement qu’il n’y a pas de seuil en deçà duquel l’exposition est sans effet.

Si la toxicité directe du Black Carbon est discutée, sa capacité d’agir comme vecteur de différents composés toxiques est par contre affirmée. Parmi ceux-ci, les plus fréquemment repris sont les hydrocarburesCe sont des composés organiques liquides constitués de carbone et d’hydrogène dérivés du pétrole. Le mazout, l’essence et d’autres types d’huiles minérales en font partie. Ces huiles ont la particularité d’avoir une faible densité. Lorsqu’elles s’infiltrent dans le sol, elles peuvent atteindre l’eau souterraine et y former une couche flottante. aromatiques polycycliques et des éléments-traces métalliques.

Affections cardio-vasculaires et effets cancérigènes des particules fines et/ou BC

Il n’est à l’heure actuelle pas possible d’affirmer avec certitude que les impacts sanitaires liés à l’exposition au BC sont qualitativement ou quantitativement différents des impacts des particules fines dans leur ensemble. En effet, les études qui s’intéressent simultanément aux effets sanitaires du BC et des particules fines en général sont encore trop restreintes.     

• Les effets du Black Carbon sur le système cardiovasculaire ne sont pas différenciés de ceux des PM2.5 en général, à savoir des arythmies et des insuffisances cardiaques entraînant fréquemment  la mort.
• De manière générale, la fonction pulmonaire est susceptible d’être diminuée, et ce en particulier chez les patients souffrant de déficience respiratoire tels que les asthmatiques. De plus, des réactions inflammatoires peuvent se produire au sein des poumons et si elles se propagent, mener à une altération du système nerveux autonome, engendrant des effets indirects sur la fonction cardiaque. Chez les enfants principalement, une exposition importante aux particules fines peut altérer le développement pulmonaire. Des maladies du système respiratoire apparaissent fréquemment : bronchite, toux chronique, sinusite, rhume.      
• Les mécanismes de développement de cancer sont controversés, mais il est établi qu’il existe bel et bien un lien entre l’exposition aux particules fines et le risque de développement de cancer. Les suies émises par les moteurs diesel sont les PM2.5 présentant les effets cancérigènes les plus importants : elles contiennent un taux important de particules BC auxquelles peuvent être adsorbés une quantité significative d’autres composés, comme des hydrocarbures aromatiques polycycliques.

Mortalité

Les études se rapportant exclusivement au BC sont d’autant plus rares. La grande majorité des cas ne considèrent que les PM2.5. Plusieurs liens entre l’exposition aux PM2.5 et la réduction d’espérance de vie ont été établis. Parmi ceux-ci, Miller et autres (2007) ont établi qu’une hausse de 10 µg/m³ de PM2.5 peut mener à un accroissement de 76% du risque de décès par accidents cardiovasculaires chez les femmes.

Populations à risque

Les populations les plus fortement touchées par ces effets sanitaires sont :

• Les enfants, pour lesquels une exposition aux particules fines peut engendrer des dysfonctionnements importants au sein des systèmes pulmonaire et respiratoire, en  cours de développement ;
• Les personnes âgées, sensibles aux effets au niveau du système cardiovasculaire ;
• Les asthmatiques et autres personnes souffrant de maladies du système respiratoire.

La qualité de l’air dans les parcs de la Région bruxelloise

Focus - Actualisation : janvier 2018

Une évaluation de la qualité de l’air dans les parcs de la Région bruxelloise a été réalisée à l’aide de mesures des concentrations en black carbon dans les parcs et autour de ceux-ci.
La contribution locale de black carbon liée au trafic est fortement variable selon les parcs: de très faible dans le parc Scheutbos (entre 0 et 20% des concentrations totales) à élevée dans le parc de la Porte de Hal, le parc Elisabeth, le parc du Botanique, le square du Petit Sablon et le parc du Cinquantenaire (supérieure à 55%).
Bien que des différences existent selon l’heure de la journée et selon la configuration du site, l’étude a permis de mettre en évidence que, de manière générale, la qualité de l’air dans les parcs est meilleure que celle mesurée dans les transports.

Le projet ExpAIR : le point sur les parcs

Dans le cadre du projet ExpAIR, une étude a été menée par le Département « Laboratoire Qualité de l’air » de Bruxelles Environnement afin d’évaluer la qualité de l’air dans les parcs de la Région Bruxelles-Capitale.
Cette étude avait pour objectifs de :

• comparer les niveaux moyens de black carbon dans les différents parcs de la RBC ;
• estimer l’évolution de ces niveaux moyens en fonction de l’intensité du trafic ;
• cartographier les niveaux de pollution dans les différents parcs.

Quelques informations méthodologiques

L’impact sur la qualité de l’air est estimé à travers la mesure des particules de black carbon principalement émises par le trafic et, dans une moindre mesure, par les systèmes de chauffage (en fonction de la saison). Ce polluant constitue ainsi un excellent traceur de la pollution automobile, et en particulier des véhicules diesel.
Des campagnes de mesure ont été réalisées à l’aide de 13 gardiens de parc dans 12 parcs de la RBC. Les gardiens ont ainsi porté un aethalomètre et un système GPS durant leurs déplacements quotidiens au sein des parcs. Par ailleurs, les données obtenues lors des campagnes de mesure liées à la cartographie du black carbon permettent de tenir compte de la pollution aux alentours des parcs.

Répartition et localisation des parcs étudiés

Source : Bruxelles Environnement

L’évaluation de la qualité de l’air est réalisée sur base de la dissociation des concentrations de Black Carbon en deux composantes :

• la contribution urbaine de fond qui est définie comme étant la concentration de black carbon à l’écart des sources locales, et représente la nappe de pollution de l’air présente sur l’ensemble de la Région bruxelloise ;
• la contribution locale qui provient des sources locales et, dans le cas du black carbon, est principalement influencée par les émissions du trafic. Cette contribution dépend aussi de la configuration du site (effet d’écran lié à la présence de bâtiments) et des conditions météorologiques locales.

La contribution urbaine de fond est estimée à l’aide des mesures de black carbon provenant du réseau télémétrique bruxellois. La station fixe à Uccle, éloignée des sources de pollution directe, est utilisée pour caractériser ce niveau de fond. En l’absence de données valides à la station d’Uccle, le niveau de fond est estimé dans ce cas à partir des concentrations de black carbon mesurées à la station fixe de Woluwe-St-Lambert.
La contribution due à la pollution locale est obtenue par différence entre les concentrations totales mesurées avec les aethalomètres et la contribution urbaine de fond

Qu’en est-il de la qualité de l’air dans les parcs ?

Les campagnes de mesures effectuées dans les parcs ont permis d’estimer l’importance relative de la contribution locale selon les parcs. Sur l’ensemble de ceux-ci, la contribution urbaine de fond de black carbon représente en moyenne 49% des concentrations totales de black carbon et évolue typiquement entre 0,36 et 1,1 µg/m³. La contribution locale représente quant à elle, en moyenne 51% des concentrations totales de black carbon et varie de 0 à 2,3 µg/m³.
La contribution locale de black carbon liée au trafic est fortement variable selon les parcs:

• très faible dans le parc Scheutbos (entre 0 et 20% des concentrations totales) ;
• faible dans le parc Duden, le parc Rosée et le parc Tenbosch (entre 25 et 35%) ;
• moyenne dans le parc Keyenbempt, le parc Roi Baudouin et le parc Gaucheret (entre 40-45%) ;
• élevée dans le parc de la Porte de Hal, le parc Elisabeth, le parc du Botanique, le square du Petit Sablon et le parc du Cinquantenaire (supérieures à 55%).

Concentrations moyennes de black carbon mesurées par parc et dans les transports par type de contribution

Source : Bruxelles Environnement, Département Laboratoire Qualité de l’air

Cependant, les contributions locales liées au trafic mesurées dans les parcs restent en moyenne inférieures à la moyenne de la contribution locale mesurée dans les transports, à l’exception du parc de la Porte de Hal qui présente des niveaux de concentrations en black carbon proches de ceux mesurés dans les transports.

Comment les concentrations de black carbon varient-elles ?

Plusieurs facteurs peuvent expliquer les variations observées des concentrations en black carbon. En effet, la proximité ou l’éloignement des axes routiers par rapport aux parcs ainsi que l’intensité des émissions de black carbon du trafic sur les axes routiers influencent les concentrations en black carbon observées. Les parcs à proximité de rue à trafic moins dense (parc Duden, parc Tenbosch, parc Gaucheret, parc de la Rosée) présentent des concentrations en black carbon plus faibles que les parcs à proximité de rue à trafic dense (parc de la Porte de Hal, parc du Botanique, parc Elisabeth).
La circulation de l’air dans les parcs et entre les rues qui entourent les parcs favorise le transport de polluants tel que le black carbon. En dépit de l’apport extérieur en polluants, la dispersion du black carbon dans l’air ambiant contribue à abaisser les concentrations à mesure que l’on s’éloigne des sources (trafic), de sorte que l’air dans les parcs s’avère bien moins pollué que l’air à proximité immédiate du trafic.
Le positionnement des bâtiments joue également un grand rôle sur les concentrations de black carbon en agissant comme « rempart » contre la pollution provenant des rues environnantes, comme c’est le cas dans le parc de la Rosée et dans le parc Tenbosch.

Contribution locale liée au trafic sur les concentrations totales de black carbon (en μg/m³) mesurées dans le parc du Botanique et à proximité de ce parc

Source : Bruxelles Environnement, Département Laboratoire Qualité de l’air

Il est important de rappeler que les conditions météorologiques locales restent un facteur déterminant pour les niveaux de concentrations de polluants au jour le jour : de bonnes conditions de dispersion (vent, etc.) ou de la pluie favorisent toujours la qualité de l’air.
Les concentrations en black carbon peuvent ainsi varier d’heure en heure en fonction des conditions météorologiques et de l’intensité du trafic avoisinant. Par exemple, le parc du Botanique est longé par des routes avec un trafic dense tout au long de la journée, ce qui rend ses concentrations en black carbon relativement constantes. A l’inverse, le parc de la Porte de Hal est bordé par des routes où le trafic n’est dense qu’aux heures de pointe, ce qui implique une variation temporelle des concentrations plus marquée.

Concentrations totales moyennes de black carbon (µg/m³) mesurées par parc en fonction de l’heure

Source : Bruxelles Environnement, Département Laboratoire Qualité de l’air

Malgré quelques exceptions comme le parc du Botanique, les heures de pointe restent donc logiquement les moments critiques de la journée. Néanmoins, des valeurs plus élevées sont mesurées le matin car, en soirée, les conditions météorologiques sont généralement plus favorables à la dispersion des polluants.

La cartographie du black carbon en Région bruxelloise

Focus - Actualisation : janvier 2018

Une campagne de mesures visant notamment à évaluer l’exposition de la population bruxelloise à la pollution de l’air a été récemment menée par Bruxelles Environnement. Il ressort de cette étude que c’est dans les transports que l’exposition au black carbon, traceur de la pollution urbaine, est la plus importante. L’exposition varie également selon le mode de transport :
•  Les automobilistes apparaissent les plus exposés au black carbon, avec des niveaux environ 5 fois supérieurs à ceux rencontrés en air intérieur ;
•  Les usagers des bus, tram et métro, ainsi que les cyclistes, sont exposés à des niveaux de black carbon 3 à 4 fois supérieurs à ceux de l’air intérieur ;
•  Les piétons sont sensiblement moins exposés, avec des valeurs 2 à 3 fois supérieures à celles de l’air intérieur ;
•  Les usagers du train sont les moins exposés grâce à une circulation sur des sites relativement distants des axes routiers.
Par ailleurs, les concentrations en black carbon sont en moyenne 2 à 3 fois plus élevées dans les rues bordées de hauts immeubles, dites « canyons » que dans les rues ouvertes.

L’enjeu de la qualité de l’air à Bruxelles

Même si les teneurs de certains polluants ont fortement diminué depuis les années 70, la pollution de l’air, dont notamment le taux de particules fines et de dioxyde d’azote, reste un problème préoccupant pour la santé des citoyens. En effet, de nombreuses études révèlent que l’exposition à ces polluants peut réduire l’espérance de vie de plusieurs mois.
Ce phénomène est d’autant plus important dans les grandes villes, comme Bruxelles, où les habitants sont confrontés à deux types de pollution : celle de l’air intérieur, présente au sein des bâtiments et, celle de l’air extérieur, émise principalement par les véhicules circulant sur un réseau urbain très dense et par les installations de chauffage.

Les objectifs du projet ExpAIR

Le projet ExpAIR a été initié par Bruxelles Environnement en 2013 et réalisé par le département « Laboratoire Qualité de l’air » en collaboration avec des citoyens volontaires. Ce projet avait pour objectifs :

• d’évaluer l’exposition de la population à la pollution de l’air en Région de Bruxelles-Capitale, en mesurant les concentrations de polluants les plus représentatifs des environnements intérieur et extérieur et en établissant une cartographie de la pollution ;
• d’informer et sensibiliser la population bruxelloise à son exposition à la pollution urbaine et l’encourager à la réduire, par exemple en choisissant des modes de transports et/ou des systèmes de chauffage plus respectueux de l’environnement.

Les substances nocives dans l’air qui résultent de nos activités sont nombreuses. On peut citer : les particules fines (PM10, PM2.5), le monoxyde de carbone (CO), l’ozone (O₃), les oxydes d’azote (NOx), les composés organiques volatils (COV), etc. Dans le cadre de ce projet, le polluant de référence retenu pour l’air extérieur est le black carbon, une sous-catégorie des particules fines.

Qu’est-ce que le black carbon ?

Dans le contexte urbain, le black carbon constitue une sous-classification des particules fines. Le black carbon regroupe, comme son nom l’indique, toutes les particules formées de carbone, et « noires », c’est-à-dire absorbant fortement la lumière.
Il se retrouve typiquement dans une gamme de diamètres allant de 10 nm à 500 nm, les dimensions supérieures à 100 nm correspondant à une forme agrégée du black carbon avec d’autres polluants. Le black carbon est ainsi intégralement compris dans la fraction PM10 et PM2.5, et en partie dans la fraction des particules ultrafines (UFP) dont le diamètre est inférieur à 100 nm.

Ordres de grandeurs du diamètre des particules dans l’air ambiant

Source : Département Laboratoire Qualité de l’air de Bruxelles Environnement

La caractéristique principale du black carbon est qu’il s’agit d’un polluant particulaire fortement lié aux processus de combustion. C’est la raison pour laquelle on l’identifie souvent à la « suie ». En environnement urbain, le black carbon est ainsi un excellent indicateur du trafic routier (combustion dans les moteurs des véhicules), ainsi que du chauffage (selon la période de l’année). Il peut également se retrouver dans les processus de combustion industriels mais ce secteur est marginal en Région de Bruxelles-Capitale.

Le black carbon est-il dangereux pour la santé ?

Les particules de Black Carbon présentent des risques importants pour la santé (cancer, affections cardio-vasculaires, etc.) car elles pénètrent profondément dans les poumons et dans le sang à cause de leur très petite taille (leurs diamètres sont principalement compris entre 10 et 150 nm). L’impact santé potentiel lié au black carbon est significatif mais, comme ce polluant est étudié depuis peu, son impact à long terme devra encore être confirmé par des études épidémiologiques. En outre, le black carbon agit comme un « porteur » d’autres polluants, notamment les hydrocarburesCe sont des composés organiques liquides constitués de carbone et d’hydrogène dérivés du pétrole. Le mazout, l’essence et d’autres types d’huiles minérales en font partie. Ces huiles ont la particularité d’avoir une faible densité. Lorsqu’elles s’infiltrent dans le sol, elles peuvent atteindre l’eau souterraine et y former une couche flottante. aromatiques polycycliques dont certains sont reconnus comme cancérigènes.

La législation autour du black carbon

Le black carbon n’est pas encore un polluant strictement réglementé. Sa surveillance se fait encore sur base volontaire dans l’Union Européenne.

Comment mesure-t-on le black carbon ?

Le black carbon peut être mesuré grâce à un appareil compact et portable, nommé « aethalomètre ».

Échantillonneur portatif (aethalomètre) utilisé pour la mesure de black carbon

Source : Bruxelles Environnement, Département Laboratoire Qualité de l’air

Sur le plan du principe de mesure, l’air échantillonné est amené sur un filtre en quartz qui collecte les particules présentes, dont les particules de black carbon. Une lumière émise par une diode électroluminescente à la longueur d’onde de 800 nm est envoyée en deux points sur le filtre en quartz, l’un qui accumule les particules dont le black carbon, et l’autre qui reste vierge. Les intensités de lumière qui traversent ces deux points sont mesurées afin de quantifier l’atténuation liée au dépôt de particules solides.
Ce moniteur portatif a permis de déceler les lieux et les moments où l’on est le plus exposé à la pollution.

La campagne de mesures ExpAIR lancées en 2013

Au total, 276 volontaires ont participé de 2013 à avril 2017 à la campagne de mesure en portant en permanence le moniteur portatif mesurant le black carbon pendant les jours ouvrables, généralement du lundi au vendredi. Les participants étaient invités à compléter un carnet de route pour noter leurs différentes activités, et en particulier les périodes de trajet et les modes de transport choisis.
Cette campagne a permis de comparer les expositions au black carbon dans différents lieux intérieurs et extérieurs. Il en ressort les conclusions suivantes :

• En règle générale, c’est dans les transports que notre exposition au black carbon est la plus importante. En moyenne, elle est 3 fois plus élevée que la pollution de fond ou que le niveau moyen en air intérieur ;
• L’exposition à l’intérieur des bâtiments, que ce soit au domicile ou sur le lieu de travail, est faible et le plus souvent comparable à la pollution de fond mesurée loin des sources. Exprimée en termes de concentration de black carbon, elle est de l’ordre de 1 µg/m³ ;
• L’exposition la plus faible a été mesurée sur le lieu de travail. Il est à noter qu’environ 50% des participants provenaient de Bruxelles Environnement. Les niveaux mesurés étaient particulièrement faibles lorsque les bâtiments étaient équipés d’une ventilation mécanique et d’une prise d’air sur le toit.

Exposition moyenne des participants au black carbon en air intérieur et extérieur et en Région bruxelloise

Source : Bruxelles Environnement, Département Laboratoire Qualité de l’air

En ce qui concerne plus spécifiquement le transport :

• Les automobilistes apparaissent les plus exposés au black carbon, avec des niveaux environ 5 fois supérieurs à ceux rencontrés en air intérieur ;
• Les usagers des bus, tram et métro, ainsi que les cyclistes, sont exposés à des niveaux de black carbon 3 à 4 fois supérieurs à ceux de l’air intérieur ;
• Les piétons sont sensiblement moins exposés, avec des valeurs 2 à 3 fois supérieures à celles de l’air intérieur ;
• Les usagers du train sont les moins exposés grâce à une circulation sur des sites relativement distants des axes routiers.

Exposition moyenne des participants au black carbon pour les différents modes de transports en Région bruxelloise

Source : Bruxelles Environnement, Département Laboratoire Qualité de l’air

Modélisation du black carbon et exploitation des données collectées

Afin d’exploiter au mieux les données collectées par les participants volontaires à la campagne ExpAIR, une méthodologie a été mise en place afin de cartographier les concentrations de black carbon dans les principales rues de la Région bruxelloise.
Celle-ci s’articule autour d’une modélisation de la qualité de l’air couplée à une « recalibration » basée sur les mesures mobiles.
La modélisation est basée sur un modèle « de rue canyon » simple pour obtenir des valeurs de concentrations dans les rues de Bruxelles. Pour calculer les concentrations, le modèle se base notamment sur :

• le nombre de véhicules par heure dans chaque rue ainsi que leur vitesse moyenne ;
• la vitesse et la direction du vent au niveau des toits, heure après heure ;
• les dimensions caractéristiques de la rue, soit :
  • d’une part la hauteur moyenne des bâtiments ;
  • d’autre part la largeur moyenne de la rue (distance d’une façade à l’autre) ;
• les concentrations de fond en black carbon mesurées par le réseau télémétrique (5 stations).

La recalibration repose sur les mesures effectuées par les participants à la campagne. Elle a pour objectif de corriger statistiquement les valeurs brutes du modèle. Cette méthodologie permet de réduire l’incertitude du modèle et de ramener les valeurs modélisées vers une gamme de valeurs compatible avec les concentrations observées.

Cartographie du black carbon dans l’ensemble de la Région bruxelloise

Cartographier les axes les plus polluants était l’un des objectifs du projet. Dans ce cas-ci, la carte du black carbon obtenue permet d’évaluer les différences de concentrations moyennes entre les différentes rues de la ville. Il s’agit pour rappel de moyennes des concentrations des trottoirs gauche et droit sur une longue période. La carte présentée ici ne capture donc pas les variations spatio-temporelles de concentration au sein même de la rue qui dépendront entre autres :

• de la manière dont l’écoulement local de l’air a lieu, étant donné l’agencement précis des rues (carrefours, places, etc. ) et les détails fins de leur géométrie (abribus, arbres, etc.) ;
• de la variation précise du trafic et en particulier de la congestion, non prise en compte ici. On utilise en effet comme donnée le nombre de véhicules par heure mais l’écoulement précis des véhicules n’est pas connu. Les effets d’accumulation des polluants liés aux différents arrêts du trafic (feux rouges, embouteillages, etc.) ne sont également pas pris en compte.

Les cartes ci-dessous présentent les moyennes de black carbon sur la période 2014-2016 et permettent de donner un aperçu de la situation actuelle de la qualité de l’air tout en exploitant les mesures effectuées sur ces trois années.
Si l'on considère la valeur de 1 µg/m³ comme référence correspondant à la pollution de fond ou encore au niveau moyen à l'intérieur des habitations, on constate que les concentrations moyennes lors des heures de pointe sont entre 2 et 5 fois plus élevées que cette valeur de référenceConcentration de polluant jusqu'à laquelle on considère qu il n'y a pas de pollution car il n'y a pas de risque pour l'environnement ni pour la santé humaine. C'est également un objectif de qualité à long terme. dans 73 % du réseau routier, et plus de 5 fois plus élevées pour 4 % des routes.

Concentrations moyennes de black carbon dans les principales rues de la Région bruxelloise en heures de pointe matinales et vespérales sur la période 2014-2016

Source : Bruxelles Environnement, Département Laboratoire Qualité de l’air

Concentrations moyennes de black carbon dans les principales rues de la Région bruxelloise en journée, en heures creuses sur la période 2014-2016

Source : Bruxelles Environnement, Département Laboratoire Qualité de l’air 

Impact de la géométrie de la rue et de l’intensité du trafic sur l’accumulation des polluants

La concentration moyenne de black carbon dans une rue dépend de nombreux paramètres mais à un instant donné, les deux paramètres les plus significatifs pour expliquer les différences de concentrations entre rues sont la géométrie de la rue et de l’intensité du trafic.
On parle de « rue canyon » quand celle-ci est fortement enclavée par des bâtiments, par opposition à une « rue ouverte », sans obstacles avoisinants et dans laquelle la dispersion des polluants n’est pas entravée. Dans une rue canyon, le modèle calcule les concentrations sur les trottoirs gauche et droit en tenant compte du phénomène de « recirculation » des polluants, illustré ci-dessous. Dans une rue ouverte, il n’y a pas de recirculation, seulement les contributions directes.
Le profil de recirculation en forme de vortex provient de l’engouffrement du vent au niveau des toits dans la rue, et provoque une accumulation des polluants du côté de la rue d‘où provient le vent (en amont). À cette contribution locale s’ajoute alors la pollution de fond urbain.

Profil de recirculation typique des polluants d’une rue canyon

Source : Bruxelles Environnement, Département Laboratoire Qualité de l’air

La concentration est fortement corrélée au nombre de véhicules dans la rue, comme on peut le voir sur la figure ci-dessous. Deux régimes peuvent en fait être distingués :

• le régime « rue canyon », présentant une croissance rapide des concentrations avec le nombre de véhicules ;
• le régime « rue ouverte », présentant une croissance plus faible des concentrations avec le nombre de véhicules, puisque les polluants y sont globalement mieux dispersés.

Concentration en black carbon (moyenne des trottoirs gauche et droit) de chaque rue en fonction du nombre de véhicules (par heure) pendant l’heure de pointe matinale, pour les rues ouvertes (en bleu) et les rues canyon (en rouge)

Source : Bruxelles Environnement, Département Laboratoire Qualité de l’air

De cette analyse, on peut conclure que :

• Les concentrations de black carbon augmentent proportionnellement avec l’intensité du trafic. L’augmentation est de l’ordre de 0,5 µg/m³ par accroissement de 1000 véhicules/heure dans les rues ouvertes, et de 2 µg/m³ pour le même accroissement dans les rues bordées de hauts immeubles (ou rues « canyon ») ;
• Les concentrations de black carbon sont, en moyenne, 2 à 3 fois plus élevées dans une rue « canyon » que dans une rue ouverte ;
• Lorsque le vent souffle perpendiculairement à l’axe d’une rue « canyon », les polluants ont tendance à s’accumuler sur le trottoir en amont du vent. En moyenne, les concentrations de black carbon sont 20 à 40 % plus élevées sur le trottoir en amont du vent que sur celui en aval du vent.

La cartographie produite dans le cadre de ce projet est mise à disposition du public sur le site internet de Bruxelles Environnement. Cette cartographie sera mise à jour annuellement en tenant compte des nouvelles mesures qui se dérouleront notamment dans les plus petites artères bruxelloises. A l’avenir, un planificateur de trajets sera également proposé pour mieux choisir son parcours en réduisant l’exposition au black carbon.

Les effets sanitaires attendus des politiques de mobilité bruxelloises

Focus - Actualisation : Novembre 2021

Des progrès importants en termes de qualité de l’air ont déjà été observés au cours des dernières décennies, et les effets de la pollution atmosphérique sur la santé sont un sujet de plus en plus préoccupant, de même que les coûts qu’ils engendrent. Malgré des efforts continus, l’exposition à la pollution de l’air entraîne de nombreux cas de maladies dues aux polluants, ainsi qu’un nombre parfois important de décès prématurés. Dans la Région de Bruxelles-Capitale, on estime que l’exposition aux PM2.5, NO2 et O3 a causé près de 1000 décès prématurés en 2018. De même, Bruxelles se positionne 24ème au classement des villes européennes comptabilisant les coûts liés à la pollution de l’air les plus importants, et 3ème ville belge en termes de coût par habitant. Une grande partie de ces polluants est due au trafic routier, et le gouvernement bruxellois vise donc l’adoption de nouvelles mesures afin d’en réduire les émissions. Quels peuvent être les effets sur la santé des mesures en matière de mobilité, et quels coûts pourraient être évités ?

La pollution atmosphérique liée au trafic routier

Globalement, la pollution atmosphérique est considérée comme la 4ème cause la plus importante de décès, derrière la pression artérielle élevée, l’alimentation et le tabac (CE Delft, 2020). Les questions liées à la qualité de l’air deviennent donc essentielles à la qualité de vie, particulièrement en milieu urbain où la pollution liée aux déplacements automobiles est souvent inquiétante. Dans cette lutte contre la pollution atmosphérique, la Région de Bruxelles-Capitale (RBC) a déjà pris diverses initiatives afin de réduire les impacts environnementaux et de santé de la mobilité. La zone de basses émissions (LEZ) a ainsi été instaurée en 2018, et vise à exclure progressivement les véhicules les plus polluants du territoire bruxellois. La Région s’est également dotée, en mars 2020, d’un nouveau plan régional de mobilité (le plan Good Move ) qui vise, de manière transversale, à faire évoluer les habitudes de déplacement des bruxellois et à réduire le trafic motorisé sur le territoire. Le gouvernement bruxellois entend ainsi poursuivre ses efforts, en interdisant progressivement les véhicules à moteur thermique sur le territoire de la Région, et en appuyant une transition vers des technologies plus respectueuses de l’environnement, telles que les véhicules électriques, par exemple. 

Une étude pour objectiver les effets sur la santé et les coûts

Dans ce contexte, la Région bruxelloise a mandaté l’institut de recherche du VITO afin d’évaluer les impacts sur la santé de diverses mesures en termes de mobilité. Bruxelles Environnement a ainsi défini plusieurs scénarios afin de comparer les impacts selon les mesures :

• Le scénario de référence (REF), à savoir la situation en 2015 ;
• Le scénario business as usual (BAU), c’est-à-dire avec la mise en œuvre des politiques déjà en place (Low Emission Zone (LEZ), … ; calculs à l’horizon 2030);
• Le scénario de mobilité Good Move (GM), qui vise à diminuer le trafic motorisé (calculs à l’horizon 2030) ;
• Le scénario Thermic Ban (TB), qui combine les mesures précédentes à une diminution progressive du nombre de véhicules diesel, essence et GPL, à l’exclusion des poids lourds (calculs à l’horizon 2030) ; 
• Le scénario Thermic Ban Plus (TB+), qui inclut l’électrification des poids lourds (calculs à l’horizon 2030). 

Si besoin, le chapitre 5 du rapport de l'étude du VITO reprend une description détaillée des différents scénarios.

 Pour chaque scénario, l’étude a donc calculé :

Une fois ces trois éléments déterminés, les calculs sont effectués au niveau du secteur statistique (unité décrivant la plus petite unité administrative de la Région de Bruxelles-Capitale). Sont alors calculés :

• L’exposition : en combinant les cartes de qualité de l’air avec les données de la population
• Les nombres attributifs : qui déterminent le nombre de cas qui peuvent être attribués à tel polluant en fonction de l’exposition
• Les coûts économiques : en combinant les nombres de cas aux coûts économiques. 

La population bruxelloise globalement moins exposée en 2030 à la pollution liée au trafic 

Tous les scénarios pour l’année 2030 indiquent une amélioration de la qualité de l’air par rapport à la situation de référence de 2015 (REF), et ce pour tous les polluants considérés (particules fines, black carbon, dioxyde d’azote et ozone). La population bruxelloise serait donc à l'avenir exposée à des concentrations plus faibles de ces polluants. 

Différents organismes établissent des valeurs limites (ou guides) en fonction des effets des polluants sur la santé. Ces limites peuvent être contraignantes ou non. Ici, les comparaisons sont faites par rapport aux valeurs guides de l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), qui sont des valeurs non contraignantes. A noter que les valeurs reprises ici correspondent aux nouveaux seuils recommandés en septembre 2021 par l'OMS. Ceux-ci sont sensiblement plus bas que ceux recommandés en 2005, dans un objectif de protection de la santé des populations et suite à l'amélioration des connaissances de l'incidence de la pollution atmosphérique sur différents aspects de la santé.

L’exposition aux particules fines (PM₁₀ et PM_2.5) diminue significativement, mais de manière différente selon les scénarios. 

• La situation de référence (2015) montre une exposition à une concentration moyenne annuelle des PM_2.5 de 14,2 µg/m³ et le scénario BAU montre une baisse de l’exposition (concentration de 10,3 µg/m³). Pour les scénarios GM, TB et TB+, la concentration baisserait à environ 9,5 µg/m³. Dans tous les cas, ces valeurs restent supérieures à la valeur guideValeur fixant des objectifs de qualité vers lesquels il faut tendre pour obtenir une situation satisfaisante dans le domaine traité (bruit, qualité de l eau, etc.). de l'OMS. 
• Pour les PM₁₀, une réduction de l’exposition de la population à des concentrations sous la valeur guide de l’OMS de 15 µg/m³ est observée pour les scénarios GM, TB et TB+, ce qui constitue une amélioration par rapport à la situation de référence et au scénario BAU où l’exposition aux PM₁₀ dépasse ce seuil (21,7 et 15,94 µg/m³ respectivement) . 

L’exposition au NO₂ resterait également supérieure à la nouvelle limite d’exposition recommandée par l’OMS (10 µg/m³) dans tous les scénarios. Le scénario BAU mènerait à une exposition à des concentrations moyennes annuelles de 18,0 µg/m³ ; 15,1 µg/m³  selon le scénario GM et 13 µg/m³ selon les scénarios TB et TB+. Ce qui représente néanmoins une nette amélioration par rapport à la valeur du scénario de référence (2015) de 31,2 µg/m³. 

Pour le black carbon (les suies), il n’existe pas de valeurs guides ni de normes légales, malgré que l’institut de recherche sur le cancer de l’OMS considère la suie de diesel comme cancérigène pour l’homme. L’exposition moyenne au carbone noir est inférieure de 10 % dans le scénario GM par rapport au scénario BAU. 

La réduction des concentrations est plus importante pour les polluants NO₂ et black carbon que pour les particules fines, et ce pour deux raisons :

• Le trafic n’est responsable que partiellement des émissions de particules fines (émises par de nombreuses autres activités). Par conséquent, les mesures de mobilité n’influencent que partiellement les concentrations totales de PM;
• Les concentrations de NO₂ et de BC sont dominées par des émissions locales, alors que les concentrations de PM sont également fortement influencées par des sources d’émissions plus éloignées de la RBC. 

Moins de décès et de maladies liés à la pollution atmosphérique

Selon la situation de référence (REF, 2015), 12% des décès (dans la population de plus de 30 ans) seraient dus à l’exposition aux particules fines (PM_2.5) et au NO₂. Pour l’année 2030, on note une première diminution forte des nombres attributifs totaux de mortalité grâce aux mesures comprises dans le scénario BAU (-34%), et une deuxième diminution notable avec les mesures comprises dans le plan Good Move (scénario GM, -11% par rapport au scénario BAU). La diminution est plus importante pour la mortalité prématurée due à l’exposition aux NO₂ (-49% entre la situation de référence et le scénario BAU, et -22% entre les scénarios BAU et GM) car les niveaux de concentration de ce polluant sont ceux qui diminueraient le plus fortement. Les scénarios TB et TB+ permettent d’accentuer encore ces diminutions, en particulier pour le NO₂.

De même, les différents scénarios de mobilité influenceraient favorablement les résultats de santé. Les nombres de cas attribués à la pollution atmosphérique pour les différents effets de morbidité diminuent pour tous les scénarios considérés (voir le tableau au point 3. La monétisation de l’impact sur la santé de la population de la RBC pour les la liste des effets de morbidité considérés). Ces diminutions par rapport au scénario de référence de l’ordre de -30% (voire au-delà pour les effets liés au NO₂) signifient par exemple une diminution annuelle de près de 100 hospitalisations dues à des infections des voies respiratoires inférieures chez l’enfant de 0 à 4 ans en raison d’une exposition chronique aux PM_2.5. Les diminutions liées au dioxyde d’azote (NO₂) impliqueraient par exemple une diminution annuelle de plus de 800 nouveaux cas d’asthme chez l’adulte, …

Des coûts de santé évités, principalement via une mortalité diminuée

Les coûts liés à la pollution atmosphérique sont largement imputables à la mortalité, alors que les effets de morbidité ne contribuent qu’à hauteur de quelques pourcents (entre 3% et 9%, selon la méthode) aux coûts totaux de la pollution atmosphérique. 
Au sein même des coûts liés à la mortalité, les PM_2.5 et le NO₂ sont responsables à 98% des coûts totaux, alors que les autres polluants (PM₁₀ et O₃) ne déterminent à eux deux que 2% des coûts liés à la mortalité.

Répartition des coûts de la mortalité en fonction des différents polluants

Source : VITO, 2021

Pour ce qui est de la morbidité, les 3 coûts les plus élevés sont imputables à : 

• l’exposition au NO₂ et l’incidence de l’asthme ; 
• l’exposition aux PM₁₀ et l’incidence de la bronchite chronique ; 
• l’exposition aux PM_2.5 et l’incidence du diabète sucré de type II. 

En combinant les coûts liés à la mortalité et à la morbidité, on peut calculer un coût total de la pollution atmosphérique sur la santé, pour chacun des scénarios.

Il est donc possible de calculer un gain moyen (en pourcentage) pour chacun des scénarios considérés. Ceci est calculé en moyennant les gains des 3 méthodes (VOLY médian, VOLY moyen et VSL).

Coût total en millions d’euros/an de la pollution atmosphérique en 2030 pour les différents scénarios (Business As Usual, Good Move et les 2 Thermic Ban).

Source : VITO, 2021
Remarque : Les valeurs de coûts totaux sont obtenues en moyennant les gains des 3 méthodes ; VOLY médian, VOLY moyen et VSL. 

Des mesures déjà encourageantes, et un potentiel d’amélioration continue

Les mesures prévues à l’heure actuelle (LEZ, plan Good Move, …) permettent donc déjà d’améliorer nettement les effets de la pollution atmosphérique sur la santé à l’horizon 2030. 
Ces mesures ont d’ailleurs d’autres avantages, qui n’ont pas été quantifiés dans l’étude présentée ici :

• des gains de santé potentiellement attendus pour les navetteurs également (pour rappel, les estimations faites concernent les résidents de la RBC uniquement) ;
• d'autres gains de santé suite à la mise en place du plan Good Move, via la réduction de l’exposition au bruit de la circulation et via l’amélioration de la condition physique liée à l’augmentation des modes de déplacement actifs (marche, vélo, …) ;
• les bénéfices générés pour la qualité de l’air et la santé en-dehors du territoire de la RBC. 

Des mesures plus restrictives (tant pour les véhicules que pour les autres secteurs) peuvent cependant améliorer encore les effets sur la santé, en diminuant d’autant plus le nombre de cas de mortalité prématurée ou des différents effets attribués à la pollution atmosphérique, et en diminuant ainsi les coûts de cette dernière. 

Quoiqu’il en soit, pour que ces bénéfices se matérialisent, il faudra que les Bruxellois et les navetteurs adoptent des moyens de transport alternatifs (marche, vélo, transports en commun, …), ce qui nécessitera le développement d’infrastructures pour piétons et cyclistes, tel que décrit dans le plan Good Move.