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L’impact des particules fines des réacteurs d’avion sur les voies respiratoires mis en évidence

Une récente étude menée sous l’égide de l’Université de Berne montre que l’effet nocif des particules fines des réacteurs d’avion sur les cellules ne peut être comparé que dans une certaine mesure à celui des particules produites par les moteurs à essence et diesel. C’est surtout lorsque le réacteur est au ralenti que les particules générées provoquent les réactions les plus marquées au niveau cellulaire.

10.06.2019

Les chercheurs suisses ont d’étudié la toxicité des particules présentes dans les gaz d’échappement émis par un réacteur de type CFM56-7B, le plus utilisé dans le monde. Le réacteur a ainsi été testé en marche sur banc d’essai de SR Technics à l’aéroport de Zurich en régime de montée et au ralenti. © EMPA

La toxicité des particules solides produites par les réacteurs d’avion reste encore largement inexplorée. Une équipe pluridisciplinaire dirigée par Marianne Geiser, chercheuse en pneumologie à l’Institut d’Anatomie de l’Université de Berne, accompagnée de collègues de l’Empa Dübendorf et de la Haute école spécialisée de la Suisse du Nord-Ouest (FHNW), vient de mettre en évidence la nocivité pour les cellules pulmonaires des particules de suie primaires issues de la combustion du kérosène dans les turboréacteurs.

Comme le montre la simulation expérimentale réalisée par les scientifiques, une inhalation directe de ces particules solides à proximité du réacteur peut notamment endommager les cellules pulmonaires et causer des réactions inflammatoires. Pour la première fois, les chercheurs ont montré que ces effets néfastes dépendaient aussi du régime des réacteurs, de la composition du combustible et de la structure des particules produites. Leurs travaux ont été publiés dans la revue spécialisée «Nature Communications Biology».

Des particules extrêmement fines, de l’ordre du nanomètre

Les particules émises par les réacteurs sont généralement ultrafines, inférieures à 100 nanomètres. À titre de comparaison, le diamètre d’un cheveu humain est d’environ 80 000 nanomètres. Une fois inhalées, ces nanoparticules – comme celles qui proviennent d’autres sources de combustion – se déposent de manière efficace dans les voies respiratoires.

Chez les personnes en bonne santé, le système immunitaire se charge de neutraliser rapidement ces dépôts et de les éliminer des poumons. Mais si les particules inhalées, en raison de leur structure ou de leurs propriétés physico-chimiques, parviennent à passer outre le système immunitaire, elles risquent d’endommager le tissu pulmonaire de façon irréparable. Ce processus, identifié lors d’expériences antérieures sur les émissions de particules produites par des moteurs à essence et diesel, vient d’être mis en évidence également pour les particules émises par les réacteurs d’avion.

Un dispositif expérimental interdisciplinaire inédit

Dans le cadre d’expériences combinées d’un tout nouveau genre, les chercheurs viennent d’étudier la toxicité des particules présentes dans les gaz d’échappement émis par un réacteur de type CFM56-7B, le plus utilisé dans le monde. Le réacteur a ainsi été testé en marche sur banc d’essai de SR Technics à l’aéroport de Zurich en régime de montée et au ralenti.

Le procédé de mesure mis en œuvre, normalisé sur le plan international, est utilisé pour la certification environnementale des réacteurs d’avion. La composition du carburant a également été étudiée: le réacteur était alimenté en kérosène conventionnel Jet A-1 ou en biocarburant. Ce carburant se compose de kérosène à 32% de HEFA («hydrogenated esters and fatty acids») issus d’huile de friture, de graisses animales, d’algues et d’huiles végétales.

Une chambre de déposition d’aérosols, spécialement développée pour les études de toxicologie par inhalation de nanoparticules et assemblée à la FHNW, a permis de déposer les particules de poussière fine formées dans des conditions proches de la réalité, sur des cultures de cellules épithéliales bronchiques, comme celles qui recouvrent l’intérieur des bronches. Ainsi un aérosol a pu être déposé directement sur des cellules pulmonaires humaines, ce qui, pour des raisons éthiques, n’aurait pas été possible dans le cadre d’un essai réalisé avec des cobayes humains.

Par ailleurs, les caractéristiques physiques et chimiques mais aussi la structure des particules ont également été analysées pour examiner si il y a des liens entre ces caractéristiques et les effets sur les cellules. «Il s’agit d’une expérience unique au monde, qui associe les techniques de mesure des émissions à des analyses médicales dans des conditions proches de la réalité», déclare Benjamin Brem, chercheur en aérosol des réacteurs à l’Empa et désormais à l’Institut Paul Scherrer.

La toxicité dépend du régime du réacteur et du type de carburant

Les cellules ont été exposées à l’aérosol pendant 60 minutes. Sur cette durée, la masse de particules déposée allait de 1,6 à 6,7 nanogrammes (milliardième de gramme) par centimètre carré de surface de cellules avec le réacteur au ralenti, et de 310 à 430 nanogrammes avec le réacteur en régime de montée. Cela correspond, pour les voies respiratoires, à une dose journalière d’une atmosphère rurale légèrement polluée de l’ordre de 20 microgrammes (millionièmes de gramme) de particules par mètre cube d’air jusqu’à une forte pollution atmosphérique, caractéristique d’une métropole (100-500 microgrammes de particules par mètre cube d’air).

Les cultures cellulaires ont permis de mettre en évidence une dégradation accrue de la membrane cellulaire ainsi qu’un stress oxydatif. Le stress oxydatif accélère le vieillissement des cellules et peut déclencher des cancers ou des maladies du système immunitaire. Il apparaît que la nocivité des particules varie en fonction de la poussée de la turbine et du type de carburant utilisé: les valeurs les plus élevées ont été mesurées au ralenti avec un carburant kérosène ordinaire et en régime de montée avec un biocarburant.

Ces résultats en ont surpris plus d’un. En particulier lors des essais avec du kérosène ordinaire et le réacteur tournant à plein régime– comparable au régime du réacteur au décollage et à la montée – la réaction des cellules s’est révélée plus faible que prévu. «Ces résultats s’expliquent en partie par les très petites dimensions et la structure de ces particules», explique Anthi Liati, spécialiste en nanostructures des aérosols de combustion à l’Empa. De plus, les cellules exposées au biocarburant ont réagi en libérant davantage de médiateurs inflammatoires, qui sont essentiels aux défenses immunitaires de l’organisme. «Ces réactions réduisent l’aptitude des cellules respiratoires à réagir correctement à une attaque virale ou bactérienne ultérieure», explique Marianne Geiser.

D’après les chercheurs, les particules générés de la combustion de l’essence, du diesel et du kérosène ont un effet destructeur comparable sur les cellules pour une dose et une durée d’exposition similaires. En outre, une tendance semblable a été observée quant à la libération de médiateurs inflammatoires après exposition à des particules issues de l’essence et du kérosène. «Les méthodes de mesure ultramodernes mises en œuvre dans le cadre de notre étude, l’approche interdisciplinaire et les résultats obtenus sont une nouvelle étape majeure dans la recherche sur les polluants atmosphériques et leurs impacts sur la santé», explique M. Geiser.

Aérosols : la distance par rapport à la source est déterminante

Les aérosols sont des substances solides ou liquides ultrafines en suspension dans l’air. Lors des processus de combustion, la composition des particules ultrafines varie fortement. En outre, une fois formés, les aérosols n’en sont pour autant stables. Les particules primaires, ultrafines et solides présentent un taux de diffusion élevé. Avec à la clef, des particules qui, à de fortes concentrations, s’agglomèrent entre elles ou adhèrent à d’autres particules.

L’effet des particules ultrafines primaires dépend donc de la distance par rapport à la source. Autrement dit, cela fait une différence si les personnes se trouvent à proximité immédiate des sources (en bord de route) ou en sont éloignées (avion au roulage, avion au décollage). L’impact à plus grande distance d’un réacteur d’avion va maintenant faire l’objet de nouvelles études approfondies.

Mesures environnementales déjà prises : la Suisse s’engage à sa manière

Depuis l’adoption par la Suisse du «Plan d’action contre les poussières fines» en 2006, l’Office fédéral de l’aviation civile (OFAC), appliquant le principe de précaution, s’engage auprès de l’Organisation de l’aviation civile internationale (OACI) en faveur d’une certification poussière fine pour les réacteurs et des limites d’émission de particules. A cette fin, l’OFAC a mis sur pied sa propre infrastructure de mesure et jeté les bases de travaux de recherche chez SR Technics.

Depuis 2012, l’OFAC promeut la recherche de pointe dans ce domaine dans le cadre du  Financement spécial du trafic aérien, qui a considérablement amélioré la compréhension scientifique des émissions de l’aviation et des techniques de mesure de ces émissions. De ces travaux est née en 2016 la première norme mondiale sur les poussières fines pour la mesure de la masse et du nombre de particules.

En février 2019, le Comité de la protection de l’environnement en aviation de l’OACI, où sont représentés tous les principaux États qui possèdent une industrie aéronautique, a approuvé la proposition de valeurs limites applicables aux nouveaux types de réacteurs à compter du 1er janvier 2023. Les résultats de la présente étude ont déjà contribué à fixer ces valeurs limites globales.

L’aviation est le seul secteur à ce stade à imposer des valeurs limites globales pour les émissions de particules ultrafines.

Source : Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche

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11 commentaires

  • stanloc

    Que les avions polluent il n’y a aucun doute à cela, chaque jour la plateforme de Roissy pollue à elle seule autant que le périphérique.
    S’il y a des affirmations qui me mettent en rage ce sont celles de ce genre, tout comme :  » les femmes sont payées 20 % de moins que les hommes  » et il y en a des milliers comme ça.
    COMMENT a t’on fait les mesures ? avec quels moyens, sur un échantillon de quelle importance ? mystère. Or cela rendraient crédibles ces affirmations. Autre chose qui m’irrite c’est la façon cavalière avec laquelle ON (tous les médias) additionne les pourcentages ou on parle de progression en ne donnant qu’une valeur relative en %.
    Lorsqu’une affaire débute ce n’est pas un exploit que de multiplier par 4 le nombre de clients par exemple.
    De l’art de raconter de tout et de rien, notre époque en est inondée.

  • pech
    pech

    Il y a des études qui montrent que les plaquettes freins des voitures émettent des particules fines en s’usant contre les disques. Les pneus en se dégradant sur la routes laissent des poussières dans l’atmosphère. Donc si on suit leur raisonnement, on supprime les freins et les pneus des voitures???? Nos politiques n’ont aucune conscience du mal qu’ils provoquent pour marquer leur passage au pouvoir afin de se faire réélire. Si on les écoutait, leurs absurdités nous ramèneraient à l’age du bronze.
    Et si on mettait tous les c— en orbite, il y aurait un sacré génocide …

    • p38g

      Et si on mettait tous les c— en orbite, il y aurait un sacré génocide …
      La réplique originale de Michel Audiard : Et si on mettait tous les c— en orbite, ils n’en finiraient pas de tourner !
      🙂

  • REICREM

    Les voitures polluent. A interdire. Les bateaux polluent. A interdire. Les avions polluent. A interdire. Ou alors on taxe et miraculeusement ça polluera moins… Et ça rapportera plus dans le tonneau des Danaïdes budgétaire… CQFD…

  • TRT380

    Bien, tout ceci me semble spontané à souhait. Toutes ces « études » ( payées par qui, pour qui ??) et qui sortent à l’unisson. Papa Ruffin qui pousse une loi anti avion sur le court courrier ( il est marrant le bonhomme, il veut du tout TGV. Le courant il est pas un peu nucléaire des fois), le plane shaming ( c’est mal de prendre l’avion en Français) copieusement relayé par la presse mainstream ( .. au service de ).
    Non vraiment ça ne renifle pas le plan com, ou furieux lobbying venant de Bruxelles et ses cabinets spécialisés.
    Qu’il y ai des progrès à faire, personne n’en doute. L’industrie du transport aérien est d’ailleurs en perpétuel mouvement. Les avancées sur les motorisations, aérodynamique mais aussi ATC sont impressionnantes. Mais visiblement il est de bon ton de flinguer l’aérien en ce moment.
    Ah mais … attendez. Il semblerait qu’une bonne taxe des fagots serait la solution.. Ahh! Nous y voilà. Du pognon, des sous. C’est ça qu’ils veulent les loulous. Tu m’étonnes, la taxe Chirac ( la blague à plusieurs centaines de millions maintenant ), la taxe pour le CDG express (pas prêt pour les JO bien sûr ) et toutes les autres, c’est pas suffisant. Haro sur le baudet. Une taxe Kéro et promis on vous lâche la grappe, on passe à autre chose.
    Et pendant ce temps là « on » construit les plus beaux bateaux du monde qui polluent comme des gorets sur toutes les mers du monde et bien sûr on évite soigneusement d’emme..der ( ou tout simplement de taxer) le bon gros poids lourd qui traverse gaillardement l’Europe d’Est en Ouest. En défonçant les routes et en respectant plus ou moins ( surtout moins ) les règles de temps de travail.
    Prenez le temps. Vraiment le temps, le docu dure 1h30, de regarder le lien ci-dessous.
    https://www.youtube.com/watch?v=VfxRTBjDCPw

    Mais bon, il semblerait que quelques huiles se soient lancées sur cet os. Alors faisons le dos rond. Même si je n’en doute pas un instant cette campagne va laisser des traces.

    Allez, bons vols à tous. Avec ou sans Kéro.

    • BeeGee

      Faut essayer de voir un peu plus loin que la passion…, Que les avions polluent il n’y a aucun doute à cela, chaque jour la plateforme de Roissy pollue à elle seule autant que le périphérique. Le trafic aérien double tous les 15 ans, il sera totalement impossible de continuer cette croissance débile bien longtemps, que seuls les enfants économistes immatures peuvent croire, les vrais enfants eux, savent bien que non. Justement si nous voulons que le transport aérien ne disparaisse un jour, il faudrait dès à présent en prendre le contrôle.
      Et tout s’ajoute, rien ne se retranche la pollution des navires marchands s’ajoute à celle des avions, de la route, de l’industrie, etc. Il n’y a pas de solutions miracles tant qu’on croit pouvoir continuer le paradigme dans lequel nous sommes enfermés. Le réveil, inévitable, risque fort d’être dur pour nos descendants. Mais ça , on ne veut pas le savoir, on préfère prendre son petit navion pour aller se faire bronzer le derrière aux antipodes.

  • egron

    ok pour le rail a condition de limiter la vitesse des trains à 200 kms heure .Afin d’économiser l’énergie , moins de pollution ,l’usure du materiel et éviter de construire
    des nouvelles voies ferrées .

  • Woodplane

    Quid des moteurs diesel sans filtre anti-particule en aviation générale !?

  • polo

    C’est le debut de la fin du JET à outrance !
    Vive le rail 🙂

    • Fbs

      Je pense que les écolos sont bien plus nuisibles pour la santé humaine que les suies de réacteurs d’avion

      Les doses ne sont pas énormes et sauf à habiter en bordure de piste, il y a au final très peu d’impact sur tout un chacun

      La ruine économique qui prévaudrait si on se mettait à interdire la plupart des transports ferait bien plus de victimes, ne serait-ce parce qu’une ambulance tirée par un cheval aurait nettement plus de chance de devenir un corbillard avant d’arriver à destination

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