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Quelles sont les particules fines les plus dangereuses pour notre santé?

Paul Scherrer Institute

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IMAGE: Kaspar Dällenbach a analysé en détail la composition des échantillons de poussière fine. view more 

Credit: Institut Paul Scherrer/Markus Fischer

En collaboration avec plusieurs institutions européennes, des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer PSI ont étudié si les particules fines issues de certaines sources pouvaient être particulièrement nocives pour la santé. Ce qu'ils ont découvert indique que ce n'est pas la quantité de poussières fines, à elle seule, qui représente le plus grand risque pour la santé. Il se pourrait que ce soit surtout ce qu'on appelle leur potentiel oxydant qui rend les particules fines si nocives. Les chercheurs publient aujourd'hui leurs résultats dans la revue spécialisée Nature.

Les poussières fines représentent l'un des plus grands risques pour la santé induit par la pollution atmosphérique et, d'après les estimations de plusieurs études, elles sont responsables chaque année de plusieurs millions de décès. La mauvaise qualité de l'air et les particules fines figurent ainsi parmi les cinq principaux facteurs de risque pour la santé avec l'hypertension artérielle, le tabagisme, le diabète et l'obésité. Mais on ignore encore ce qui, précisément, rend les particules fines si dangereuses. Des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer PSI, associés à une équipe internationale, viennent de mettre en évidence qu'en termes de risque pour la santé, la quantité ne constitue pas le seul facteur décisif.

Le potentiel oxydatif des poussières fines: un risque sanitaire

«Deux point nous intéressaient particulièrement dans le cas de cette étude, explique Kaspar Dällenbach du laboratoire Chimie atmosphérique au PSI. Premièrement, la question de savoir quelles sont les sources en Europe qui sont responsables de ce qu'on appelle le potentiel oxydant des particules fines. Et deuxièmement si le risque sanitaire lié aux particules fines est dû à leur potentiel oxydant.»

Ce qu'on désigne par potentiel oxydant des particules fines est leur capacité à dégrader des antioxydants, ce qui peut endommager les cellules et les tissus de l'organisme humain. Dans un premier temps, les chercheurs ont exposé des cellules de voies respiratoires humaines, dites cellules épithéliales bronchiques, à des échantillons de particules fines et ont contrôlé leur réaction biologique. Lorsque les cellules sont stressées, elles signalent le système immunitaire et ce dernier déclenche des réactions inflammatoires. Les chercheurs ont réussi à montrer que les particules fines avec un potentiel oxydant élevé entrainaient une réaction inflammatoire des cellules. Ceci suggère que le potentiel oxydant détermine le degré de nocivité des poussières fines. Ce constat ne prouve pas encore clairement l'existence d'une relation de cause à effet entre potentiel oxydatif élevé et risque pour la santé, admet Kaspar Dällenbach. Mais l'étude constitue un indice de plus suggérant que cette relation existe bel et bien.»

Une étude partenaire, placée sous la houlette de l'Université de Berne, a montré que les cellules de patients atteints d'une maladie pulmonaire préexistante, appelée mucoviscidose, présentaient des défenses affaiblies contre la pollution due aux particules fines. Alors que dans le cas des cellules saines, un mécanisme de défense anti-oxydant permettait d'arrêter les réactions inflammatoires, cette capacité de défense était insuffisante dans le cas des cellules malades. Par conséquence, une mort cellulaire significativement plus importante a été observée pour les cellules provenant du patient avec mucoviscidose.

D'où viennent les poussières fines et leur potentiel oxydant?

Par ailleurs, les chercheurs ont recueilli des échantillons de particules fines à différents endroits en Suisse. Ils ont analysé la composition de ces particules à l'aide d'une technique de spectrométrie de masse développée au PSI. Le profil chimique ainsi obtenu de chaque échantillon de particules fines permet de remonter à la source de ce dernier. En parallèle, des collègues de Grenoble ont déterminé le potentiel oxydant de ces mêmes échantillons afin d'obtenir un indice de leur nocivité. L'analyse détaillée et l'application de certaines méthodes statistiques ont permis ensuite aux chercheurs de déterminer le potentiel oxydant des sources d'émissions les plus importantes. Sur la base de ces données expérimentales, ils ont calculé à l'aide d'un modèle informatique la distribution du potentiel oxydant en Europe et identifié les régions les plus impactées comme l'agglomération parisienne et la plaine du Pô dans le Nord de l'Italie.

«Nos résultats montrent que les sources qui déterminent le potentiel oxydant des particules et les sources qui déterminent leur quantité ne sont pas les mêmes», résume Kaspar Dällenbach. La majeure partie des particules sont composées de poussière minérale et de ce qu'on appelle des aérosols inorganiques secondaires, comme le nitrate et le sulfate d'ammonium. Cependant, le potentiel oxydantest déterminé par des aérosols organiques secondaires anthropiques, qui proviennent surtout du chauffage au bois, et par des métaux issues de l'abrasion des freins et des pneus dans la circulation routière. Les chercheurs ont découvert en outre que la population qui vit en zone urbaine n'est pas exposée à de plus importantes quantités de particules fines, mais que dans ces régions, les poussières fines ont un potentiel oxydant plus important et sont donc plus nocives pour la santé que les particules fines en zone rurale. «Nos résultats montrent que la régulation des quantités de particules fines seul n'atteint pas nécessairement son objectif», conclut Kaspar Dällenbach. Le chercheur précise encore: l'étude de l'Université de Berne suggère que les groupes de population souffrant déjà d'une affection sous-jacente pourraient profiter tout particulièrement de mesures visant à réduire la pollution due aux particules fines.

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Texte: Institut Paul Scherrer/Sebastian Jutzi

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Contact

Dr Kaspar Rudolf Dällenbach
Laboratoire de Chimie atmosphérique
Institut Paul Scherrer, Forschungsstrasse 111, 5232 Villigen PSI, Suisse
Telephone: +41 56 310 49 67, e-mail: kaspar.daellenbach@psi.ch [allemand, anglais]

Dr Jianhui Jiang
Laboratoire de Chimie atmosphérique
Institut Paul Scherrer, Forschungsstrasse 111, 5232 Villigen PSI, Suisse
E-mail: jianhui.jiang@psi.ch [chinois, anglais]

Dr Imad El Haddad
Laboratoire de Chimie atmosphérique
Institut Paul Scherrer, Forschungsstrasse 111, 5232 Villigen PSI, Suisse
Telephone: +41 56 310 29 95, e-mail: imad.el-haddad@psi.ch [arabe, français, anglais]

Prof. André S. H. Prévôt
Laboratoire de Chimie atmosphérique
Institut Paul Scherrer, Forschungsstrasse 111, 5232 Villigen PSI, Suisse
Telephone: +41 56 310 42 02, e-mail: andre.prevot@psi.ch [allemand, anglais]

Publication originale

Sources of particulate matter air pollution and its oxidative potential in Europe Kaspar Rudolf Daellenbach et al. Nature, 19.11.2020 DOI: 10.1038/s41586-020-2902-8

Publication originale de l'étude partenaire

Z. Leni et al., Oxidative stress-induced inflammation in susceptible airways by anthropogenic aerosol. PLOS PLOS ONE, 19.11.2020 DOI: 10.1371/journal.pone.0233425

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