ozone troposphérique

Effets observés

Formation d'ozone troposphérique et sa 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 largement associés 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 d'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 par les feux de forêt et les émissions de méthane dans la biosphère (Cooper et al., 2014; Monks et al., 2015).

Cliquez sur l'image pour accéder aux prévisions de quatre jours sur l'ozone troposphérique du service Copernicus de surveillance de l'atmosphère

Les concentrations maximales d'ozone se situent 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 (comme 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 en hiver), ce qui entraîne généralement des concentrations d'ozone plus faibles au-dessus des centres-villes où les NOx sont émis. Une fois formé, l'ozone peut être maintenu dans l'atmosphère pendant des jours à des semaines, subissant souvent un transport à longue distance ou transfrontière. Néanmoins, même dans les zones urbaines - et en particulier suburbaines -, des niveaux élevés d'ozone peuvent être observés.

Étant donné que la production d'ozone nécessite un rayonnement solaire, les concentrations d'ozone atteignent généralement un maximum quotidien quelques heures après midi. Les concentrations suivent également un cycle saisonnier prononcé qui culmine en Europe 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; des vagues de chaleur intenses peuvent conduire à des valeurs maximales d'ozone. La relation avec la lumière du soleil signifie que le sud de l’Europe a tendance à avoir des concentrations d’ozone plus élevées que le nord de l’Europe(AEE, 2022a).

Concentrations et exposition de la population

Il a été constaté que les concentrations annuelles d’ozone avaient 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, seulement 19 % de toutes les 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 sur huit heures ne peut 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 pour la protection de la santé humaine (la moyenne quotidienne maximale sur huit heures de 120 μg/m³⁾(AEE,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 (AEE,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 sur huit heures de 100 μg/m3)a fluctué entre 93 % et 98 % au cours de la période 2013-2020, sans tendance à la baisse au fil du 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 morbidité et de mortalité due à l’exposition aux niveaux d’ozone est généralement plus faible dans les pays d’Europe du Nord que dans le reste de l’Europe(AEE, 2022a). En 2020, on estime que 24 000 personnes dans les 27 États membres de l’UE sont décédées prématurément en raison d’une exposition aiguë à l’ozone supérieure à 70 μg/m³. Les pays affichant 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 décroissant de rang (AEE,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 cultures et les rendements forestiers, ce qui affecte l'approvisionnement alimentaire. Selon les estimations, les rendements du blé ont été réduits en Europe jusqu’à 9 % en 2019. En termes de pertes économiques, 1,4 milliard d’EUR ont été perdus dans 35 pays (EEE,2022c).

Effets prévus

Concentrations futures d'ozone troposphérique

La variabilité d'une année à l'autre des concentrations d'ozone et de ses valeurs maximales est affectée de façon complexe par les changements actuels et futurs des principaux paramètres atmosphériques (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 d'ozone. Les émissions de COV (le précurseur de l’ozone) seront augmentées par des étés plus chauds (Langner et al., 2012), mais également réduites par des niveaux plus élevés de CO₂ dans l’atmosphère (Szopa et al., 2021). Des feux de forêt plus fréquents en été 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 végétaux – peut être réduite par le stress thermique et hydrique des végétaux (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, telles que les zones maritimes en Scandinavie (Colette et al., 2015).

Tableau 1: Sélection des paramètres météorologiques susceptibles d'augmenter en raison des changements climatiques futurs et de leur impact sur les niveaux d'ozone

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

Le changement climatique futur devrait augmenter les concentrations d'ozone, mais cette augmentation ne devrait pas dépasser 5 μg/m³ dans le maximum quotidien d'ici le milieu du siècle et serait donc probablement compensée par des réductions des niveaux d'ozone en raison des réductions futures prévues des émissions de précurseurs de l'ozone. Cependant, les projections de la fin du siècle suggèrent une augmentation des concentrations d'ozone allant jusqu'à 8 μg/m3. Les diminutions ne sont projetées que dans les zones océaniques et les régions les plus septentrionales (îles britanniques, pays scandinaves et pays baltes) (figure 1).

Modélisation de l'évolution future des concentrations d'ozone troposphérique en été (maximales quotidiennes) 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 à 2050, en particulier en Europe centrale et méridionale (Orru et al., 2019; Selin et al., 2009). Geels et coll. (2015) a estimé que le changement climatique entraînerait à lui seul une augmentation de 15 % du nombre total de décès prématurés aigus liés à l’ozone en Europe vers les années 2080 dans le cadre du scénario climatique du PCR 4.5. Les pertes nettes de bien-être économique (y compris les coûts de mortalité et les pertes liées aux loisirs) dues aux effets sur la santé liés à l’ozone des changements climatiques et des émissions de précurseurs pourraient s’élever à 9,1 milliards d’EUR entre 2000 et 2050. L'effet sur les coûts des changements prévus dans les émissions dépasserait largement l'impact climatique (Selin et al., 2009).

Réponses politiques

Surveillance, cibles et avertissements

En vertu de la directive de 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 2 000 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 immédiate d'une route principale ou d'une zone/source industrielle.

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 aux fins de 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 protéger la santé humaine et l'environnement.

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

^{* 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 sur une heure mesurées entre 8,00 et 20,00 heure d'Europe centrale (HEC) chaque jour.}

La directive de 2008 sur la qualité de l’air ambiant prévoit 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 y a un risque pour la santé humaine d'une brève exposition pour des groupes 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 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 doit être signalé par les États membres à la Commission européenne.

Des informations sur les concentrations annuelles d’ozone sont disponibles sur le site de l’AEE consacré aux statistiques sur la qualité de l’air. Des informations actualisées sur la qualité de l’air sont disponibles auprès de l’observateur 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 service Copernicus de surveillance de l’atmosphère fournit une prévision sur quatre jours des concentrations d’ozone troposphérique. Dans plusieurs pays européens, les niveaux de concentration d'ozone sont inclus dans les plans d'action chaleur-santé. Voir un exemple de la 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 preuves scientifiques de la manière 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 davantage les normes de qualité de l’air de l’UE sur les recommandations de l’OMS de 2021 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'évaluation de la faisabilité du respect de valeurs limites strictes.

L'impact du changement climatique exacerbant la formation d'ozone pourrait compenser en partie les efforts visant à réduire les émissions de précurseurs de l'ozone. C’est ce qu’on appelle la sanction climatique pour l’ozone. La compensation de cette pénalité 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 important gaz à effet de serre, sa réduction profite également à l’atténuation du changement climatique (PNUE, 2021; JRC, 2018).