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Effets de l’ozone troposphérique sur la santé humaine dans le contexte du changement climatique

Cliquez sur l’image pour accéder aux prévisions de quatre jours sur l’ozone troposphérique par le service de surveillance de l’atmosphère de Copernicus

Problèmes de santé

L’ozone troposphérique affecte la santé humaine en altérant les fonctions respiratoires et cardiovasculaires, ce qui entraîne davantage d’admissions à l’hôpital, d’absences scolaires et professionnelles, d’utilisation de médicaments et même de mortalité prématurée. L’exposition à court terme à l’ozone est associée à des symptômes respiratoires, à une fonction pulmonaire réduite et à une inflammation des voies respiratoires; exposition à long terme avec asthme aggravé et augmentation de l’incidence des accidents vasculaires cérébraux. Contrairement aux effets néfastes de l’ozone troposphérique ou troposphérique — l’ozone que nous respirons — l’ozone stratosphérique est bénéfique pour la santé humaine en bloquant le rayonnement UV.

Effets observés

Formation d’ozone troposphérique et sensibilité météorologique

L’ozone de surface (O3) est un polluant secondaire produit dans l’atmosphère en présence de la lumière du soleil et de précurseurs chimiques. Les principaux précurseurs de l’ozone sont les oxydes d’azote (NOx) et les composés organiques volatils (COV), qui proviennent principalement des transports et des activités industrielles qui sont en grande partie associées aux zones urbaines. Le monoxyde de carbone (CO) et le méthane (CH4) émis par les sources résidentielles et agricoles ont tendance à jouer un rôle mineur dans la formation de l’ozone. Les précurseurs de l’ozone peuvent également avoir une origine naturelle, comme les émissions biogéniques de COV, les émissions de NOx dans le sol, les émissions de CO provenant des feux de forêt et les émissions de méthane de la biosphère (Cooper et al., 2014; Monks et al., 2015).

Les concentrations maximales d’ozone se produisent généralement à des dizaines de kilomètres des zones urbaines où se trouvent les principales sources de précurseurs de l’ozone, contrairement à d’autres polluants atmosphériques (tels que les particules et le dioxyde d’azote) qui se concentrent en grande partie dans les villes. Parce que la formation photochimique de l’ozone prend plusieurs heures, les vents peuvent transporter le panache de pollution avant la formation de l’ozone. En outre, certaines espèces de NOx dégradent l’ozone dans des conditions spécifiques (c’est-à-dire à proximité des sources d’émission, la nuit ou l’hiver), ce qui entraîne généralement des concentrations d’ozone plus faibles dans les centres-villes où les NOx sont émis. Une fois formé, l’ozone peut être maintenu dans l’atmosphère pendant des jours à des semaines, souvent en cours de transport à longue distance ou transfrontière. Néanmoins, également dans les zones urbaines — et en particulier suburbaines — des niveaux élevés d’ozone peuvent être observés.

Parce que la production d’ozone nécessite le rayonnement solaire, les concentrations d’ozone atteignent généralement un maximum quotidien quelques heures après midi. Les concentrations suivent également un cycle saisonnier prononcé qui, en Europe, culmine entre le début du printemps et la fin de l’été. La dépendance à la lumière du soleil rend l’ozone très sensible à la variabilité météorologique et climatique. La fluctuation de l’ozone d’une année à l’autre dépend en grande partie de la chaleur et de la sécheresse de l’été; les vagues de chaleur intenses peuvent conduire à des valeurs maximales d’ozone. La relation avec la lumière du soleil signifie que l’Europe du Sud a tendance à avoir des concentrations d’ozone plus élevées que celles du nord de l’Europe (EEE,2022a).

Concentrations et exposition de la population

Les concentrations annuelles d’ozone ont légèrement augmenté en Europe entre 2005 et 2019, tandis que les pics d’ozone les plus élevés avaient diminué (Solberg et al., 2022). En 2020, 19 % seulement de l’ensemble des stations de surveillance de l’ozone troposphérique en Europe ont atteint l’objectif à long terme fixé dans la directive de 2008 sur la qualité de l’air ambiant, à savoir que la moyenne quotidienne maximale de huit heures ne peut pas dépasser 120 microgrammes par mètre cube (µg/m3) au cours d’une année civile. Dans toute l’Europe, 21 pays, dont 15 États membres de l’UE, ont enregistré des concentrations d’ozone supérieures à la valeur cible de l’UE pourla protection de la santé humaine (moyenne quotidienne maximale de 120 µg/m3) (EEE, 2022a). La proportion de la population exposée à l’ozone de surface au-dessus des niveaux cibles de l’UE a fluctué entre un pic de 64 % en 2003 et 9 % en 2014 (EEE, 2022b). La proportion de la population exposée à des concentrations supérieures à la valeur indicative à court terme de l’OMS pour 2021 (la moyenne quotidienne maximale de 100 µg/m3) a fluctué entre 93 % et 98 % au cours de la période 2013-2020, sans tendance à la baisse dans le temps.

Incidences sur la santé

Des niveaux élevés d’ozone causent des problèmes respiratoires, déclenchent l’asthme, réduisent la fonction pulmonaire et causent des maladies pulmonaires (OMS, 2008). En 2019, 12 253 personnes dans 23 pays européens ont été hospitalisées pour des maladies respiratoires causées ou exacerbées par une exposition aiguë à l’ozone. La charge de mortalité et de morbidité causée par l’exposition aux niveaux d’ozone est généralement plus faible dans les pays d’Europe du Nord que dans le reste de l’Europe (EEE, 2022a). En 2020, on estime que 24 000 personnes dans les 27 États membres de l’UE sont mortes prématurément en raison d’une exposition aiguë à l’ozone supérieure à 70 µg /m 3. Les pays présentant les taux de mortalité les plus élevés en 2020 en raison de l’exposition à l’ozone étaient l’Albanie, le Monténégro, la Grèce, la Bosnie-Herzégovine et la Macédoine du Nord, par ordre de baisse (EEE, 2022a). Depuis 2005, il n’y a pas eu de tendance spécifique à la mortalité liée à l’ozone troposphérique, et la variabilité d’une année à l’autre dépend principalement des températures estivales (Solberg et al., 2022).

Outre les effets directs sur la santé, l’ozone de surface est absorbé par les stomates des plantes et peut avoir un impact négatif sur les récoltes et les rendements forestiers, ce qui affecte l’approvisionnement alimentaire. Selon les estimations, les rendements en blé ont été réduits en Europe jusqu’à 9 % en 2019. En termes de pertes économiques, 1,4 milliard d’euros ont été perdus dans 35 pays (EEE, 2022c).

Effets projetés

Futures concentrations d’ozone troposphérique

La variabilité des concentrations d’ozone d’une année à l’autre et ses valeurs maximales sont influencées par les changements actuels et futurs des principaux paramètres atmosphériques de manière complexe (tableau 1). Une probabilité plus élevée de vagues de chaleur entraînera probablement une augmentation des pics de concentration d’ozone troposphérique. L’augmentation du rayonnement solaire et des températures estivales accélérera également le processus chimique de formation de l’ozone. Les émissions de COV (le précurseur de l’ozone) seront augmentées par des étés plus chauds (Langner et al., 2012), mais elles seront également réduites par des niveaux plus élevés de CO2dans l’atmosphère (Szopa et al., 2021). Les feux de forêt d’été plus fréquents serviront de source d’émissions de COV et de CO (Parrington et al., 2013). L’élimination de l’ozone de l’atmosphère par absorption par la végétation — elle-même nocive pour les plantes — peut être réduite par la chaleur et le stress hydrique sur les plantes (Szopa et al., 2021). Dans le même temps, l’augmentation de l’humidité augmentera la destruction de l’ozone dans les zones à faible teneur en NOx, comme les zones maritimes en Scandinavie (Colette et al., 2015).

 

Tableau 1: Sélection des paramètres météorologiques susceptibles d’augmenter dans le cadre des changements climatiques futurs et de leur impact sur les niveaux d’ozone

Changement climatique

Conséquence

Impact sur les niveaux d’ozone

Température

Chimie plus rapide

Augmentation

 

Décomposition des espèces de réservoirs d’oxydes d’azote (PAN)

Augmentation

Augmentation des émissions biogéniques (COV, NO)

Augmentation

Concentrations de CO2

Diminution des émissions biogéniques

Diminution

Rayonnement solaire (p. ex. diminution de la nébulosité ou diminution de la profondeur optique des aérosols)

Photochimie plus rapide

Augmentation (élevée de NOx)
Diminution (faible NOx)

Précipitations

Récupération des précurseurs solubles (HNO3)

Diminution

Humidité atmosphérique

Augmentation de la destruction de l ' ozone

Augmentation (élevée de NOx)
Diminution (faible NOx)

Sécheresse

Diminution de l’humidité atmosphérique et températures plus élevées

Augmentation

Le stress des plantes et l’ouverture réduite des stomates réduisent les dépôts secs sur le sol

Augmentation

 

Le stress des installations réduit les émissions de COBV

Diminution

Augmentation de la fréquence des feux de forêt

Augmentation

Conditions météorologiques bloquées

Épisodes plus fréquents d’air stagnant

Augmentation

Augmentation des vagues de chaleur été/sec

Augmentation

Source: Adapté de Jacob and Winner (2009), The Royal Society (2008) et Lin et al. (2020)

On s’attend à ce que les changements climatiques augmentent les concentrations d’ozone, mais cette augmentation ne devrait pas dépasser 5 µg/m3 au maximum quotidien d’ici le milieu du siècle et serait donc probablement compensée par des réductions des niveaux d’ozone en raison des futures réductions des émissions de précurseurs de l’ozone. Cependant, les projections de la fin du siècle suggèrent une augmentation des concentrations d’ozone jusqu’à 8 µg/m3. Des diminutions ne sont prévues que sur les zones océaniques et les plus septentrionales (Îles britanniques, pays scandinaves et pays baltes) (figure 1).

 

Figure 1. Modélisé les changements futurs des concentrations d’ozone troposphérique en été (maximums quotidiens) sur l’Europe au milieu du siècle (à gauche) et à la fin du siècle (à droite). Source: ETC/ACM (2015)

Incidences sur la santé

La mortalité liée à l’exposition aiguë à l’ozone devrait augmenter en raison du changement climatique d’ici 2050, en particulier en Europe centrale et méridionale (Orru et al., 2019; Selin et al., 2009). Geels et al. (2015) estime que le changement climatique entraînera à lui seul une augmentation de 15 % du nombretotal de décès prématurés aigus liés à l’ozone en Europe vers les années 2080 dans le cadre du scénario climatique RCP 4.5. Les pertes nettes de bien-être économique (y compris les coûts de mortalité et les pertes de loisirs) dues aux effets sanitaires liés à l’ozone dues aux changements climatiques et aux émissions de précurseurs pourraient s’accumuler à 9,1 milliards d’euros entre 2000 et 2050. L’effet sur les coûts des changements prévus des émissions dépasserait largement l’impact sur le climat (Selin et al., 2009).

Préponses olicy

Surveillance, cibles et avertissements

En vertu de la directive 2008 sur la qualité de l’air ambiant, les États membres européens sont responsables de la surveillance et de la communication des données relatives à l’ozone troposphérique à l’Agence européenne pour l’environnement. La surveillance des concentrations horaires d’ozone est effectuée dans près de 2000 stations dans toute l’Europe, y compris les stations de fond rurales, suburbaines et urbaines, afin de documenter l’exposition de la population. Les concentrations d’ozone sont également mesurées dans les stations industrielles et de circulation, situées à proximité d’une route importante ou d’une zone industrielle/source.

La directive de 2008 sur la qualité de l’air ambiant fixe une valeur cible et une valeur objective à long terme pour l’ozone pour la protection de la santé humaine. Le tableau 2 donne un aperçu des normes juridiques relatives à l’ozone troposphérique fixées dans la directive pour la protection de la santé humaine et environnementale.  

 

Tableau 2: Aperçu des valeurs seuils et cibles et des objectifs à long terme pour l’ozone troposphérique atmosphérique

Valeur cible pour la protection de la santé humaine

Target valeur pour la protection de la végétation

Objectif à long terme
pour la protection de la santé humaine

Objectif à long terme
pour la protection de la végétation

Seuil d’information
pour la protection de la santé humaine

Seuil d’alerte pour la protection de la santé humaine

moyenne journalière maximale de 8 heures: 120 µg/m3 sur plus de 25 jours par année civile, en moyenne sur trois ans

AOT40* de mai à juillet: 18 000 µg/m 3x h en moyenne sur cinq ans

moyenne journalière maximale de 8 heures au cours d’une année civile: 120 µg/m3

AOT40* de mai à juillet: 6 000 µg/m 3x h

Concentration d’une heure: 180 µg/m3

Concentration d’une heure: 240 µg/m3

* AOT40 (µg/m³ x heures) est la somme de la différence entre les concentrations horaires supérieures à 80 µg/m³ et 80 µg/m³ sur une période donnée en utilisant uniquement les valeurs d’une heure mesurées entre 8,00 et 20,00 heure d’Europe centrale (CET) chaque jour

 

La Directive de 2008 sur la qualité de l’air ambiant comprend également des obligations réglementaires visant à informer la population des concentrations élevées d’ozone troposphérique (tableau 2). Le seuil d’information reflète un «niveau au-delà duquel il existe un risque pour la santé humaine résultant d’une exposition brève pour des sections particulièrement sensibles de la population». Lorsque le seuil est dépassé, les autorités nationales sont tenues d’informer le public. Le seuil d’alerte reflète un «niveau au-delà duquel il existe un risque pour la santé humaine résultant d’une brève exposition pour la population générale». Les autorités nationales sont tenues d’informer le public, de donner des conseils et de mettre en œuvre des plans d’action à court terme lorsque ce seuil est dépassé. Le dépassement des deux seuils devrait être signalé par les États membres à la Commission européenne.

Des informations sur les concentrations annuelles d’ozone sont disponibles auprès du visualiseur des statistiques de la qualité de l’air de l’AEE. Des informations actualisées sur la qualité de l’air sont disponibles auprès du téléspectateur de la qualité de l’air UTD de l’AEE et par l’intermédiaire de l’ indice européen de la qualité de l’ air. Le Copernicus Atmosphere Monitoring Service fournit une prévision de 4 jours des concentrations d’ozone troposphérique. Dans plusieurs pays européens, les niveaux de concentration d’ozone sont inclus dans les plans d’action pour la santé thermique. Voir un exemple de Belgique ici.

Réductions de concentration

En 2021, l’Organisation mondiale de la santé (OMS) a publié de nouvelles lignes directrices sur la qualité de l’air pour protéger la santé humaine, mettant à jour les lignes directrices de 2005 sur la qualité de l’air sur la base d’un examen systématique des dernières données scientifiques sur la façon dont la pollution atmosphérique nuit à la santé humaine. La Commission européenne a publié une proposition de révision de la directive sur la qualité de l’air ambiant en octobre 2022, qui aligne plus étroitement les normes de qualité de l’air de l’UE sur les recommandations de 2021 de l’OMS et introduit des valeurs limites pour tous les polluants atmosphériques actuellement soumis à des valeurs cibles, à l’exception de l’ozone. L’ozone est exempté de cette modification de la valeur cible à la valeur limite en raison des caractéristiques complexes de sa formation dans l’atmosphère qui compliquent la tâche d’évaluer la faisabilité du respect de valeurs limites strictes.

L’impact des changements climatiques qui exacerbent la formation de l’ozone pourrait compenser en partie les efforts visant à réduire les émissions de précurseurs de l’ozone. C’est ce qu’on appelle la pénalité climatique pour l’ozone. La compensation de cette sanction climatique sur le continent européen nécessiterait des mesures d’atténuation ambitieuses (réduction de 30 à 50 % des émissions de NOx et de COV). À long terme, la réduction des émissions de méthane peut également réduire efficacement la formation d’ozone. Étant donné que le méthane est également un gaz à effet de serre important, sa réduction profite également à l’atténuation du changement climatique (PNUE, 2021; JRC, 2018).

 

Références

Liens vers d’autres informations