La poussière atmosphérique: un danger pour la santé humaine, l’environnement et la société

Les milieux scientifiques savent depuis une dizaine d’années que la poussière en suspension dans l’air a de vastes effets sur le climat, la santé humaine, l’environnement et divers secteurs socio-économiques. L’OMM et ses Membres ont commencé en 2004 à mettre en place des systèmes de surveillance, de prévision et d’alerte précoce du phénomène; ils sont aujourd’hui à l’avant-garde en matière d’évaluation des impacts et d’élaboration de produits qui orientent les mesures de préparation, d’adaptation et d’atténuation.

Dans cet article, nous présenterons le cycle de la poussière et ses interactions avec les phénomènes météorologiques, le système climatique et les écosystèmes terrestres et marins, avant d’examiner les impacts sur la santé humaine et sur plusieurs secteurs socio-économiques. Nous décrirons ensuite le réseau international que coordonne l’OMM et son plan ambitieux pour fournir des produits qui facilitent la prise de mesures concrètes. Nous espérons que cela aidera les Services météorologiques et hydrologiques nationaux (SMHN) à saisir l’ampleur des effets néfastes de la poussière atmosphérique et les lecteurs à apprécier les efforts déployés dans ce domaine. L’article met en relief les activités conduites par l’OMM pour fournir des services opérationnels qui soutiennent la prévision et l’alerte précoce, afin d’inciter d’autres organisations à prendre activement part à cette initiative importante. 

Le cycle de la poussière

Tempête de poussière observée le 23 novembre 2007 à l’aéroport d’Abéché, Tchad (Photo: Darcy Burbank) 
Dust plume coming off the Arabian Peninsula on 8 March 2015 at 08:45 UTC captured by the MODIS spectrometer on board the NASA’s Aqua satellite  - See more at: http://www.wmo.int/bulletin/en/content/airborne-dust-hazard-human-health-environment-and-societyPanache de poussière provenant de la péninsule arabique, observé le 8 mars 2015 à 08:45 UTC par le spectromètre MODIS du satellite Aqua de la NASA

Les tempêtes de poussière sont des phénomènes météorologiques fréquents dans les zones arides et semi-arides. Elles sont généralement provoquées par des cellules orageuses, ou par les gradients de pression associés aux cyclones, qui accroissent la vitesse des vents sur de vastes étendues. Les vents forts arrachent de grandes quantités de sable et de poussière aux sols nus et secs et les transportent dans l’atmosphère sur des centaines de milliers de kilomètres.

C’est la gravité qui maintient la poussière à la surface de la Terre. Plus une particule de poussière est lourde – en raison de sa taille, de sa densité ou de la présence d’eau dans le sol – plus elle est retenue par la force gravitationnelle. Une tempête de poussière ne survient que lorsque la force des vents excède la valeur à partir de laquelle les particules libres sont soulevées du sol. La végétation protège la surface terrestre de l’érosion éolienne par son effet de couverture. C’est pourquoi la sécheresse augmente les risques de tempête de poussière, tout comme certaines méthodes de culture et d’élevage ou une mauvaise gestion des ressources en eau, qui exposent le sable et la poussière à la force des vents.

Environ 40 % des aérosols présents dans la troposphère (la couche la plus basse de l’atmosphère terrestre) sont des particules de poussière dues à l’érosion éolienne. Ces matières minérales proviennent surtout des régions arides de l’Afrique du Nord, de la péninsule arabique, de l’Asie centrale et de la Chine. L’Australie, le continent américain et l’Afrique australe y contribuent beaucoup moins, quoique de manière non négligeable. Les émissions de poussière atteindraient une à trois gigatonnes par an dans le monde, selon les estimations de modèles essentiellement.

Une fois dégagées de la surface, les particules s’élèvent dans la troposphère sous l’action du brassage turbulent et des courants de convection ascendants. Elles sont ensuite transportées par les vents pendant un temps variable selon leur taille et les conditions atmosphériques. La pesanteur reste la principale force qui rabaisse la poussière vers le sol. Elle participe, avec l’impaction et la diffusion turbulente, à ce que l’on appelle le dépôt sec. Comme les grosses particules se déposent plus rapidement que les petites, la granulométrie diminue au fur et à mesure du transport. La poussière est également ramenée au sol par les précipitations, ce qui constitue le dépôt humide. Le temps moyen de séjour dans l’atmosphère va de quelques heures, pour les particules dont le diamètre excède 10 μm, à plus de dix jours, pour les particules de moins de 1 μm.

Interactions avec le temps et le climat

Les aérosols, en particulier les particules minérales, ont une incidence sur le temps ainsi que sur le climat régional et mondial[4]. Les poussières, surtout si elles sont recouvertes de matières polluantes, font office de noyaux de condensation propices à la formation de nuages chauds et sont d’efficaces agents de noyaux glacigènes propices à la formation de nuages froids. Ces mécanismes varient selon la taille, la forme et la composition des particules, lesquelles dépendent de la nature du sol d’origine et des phénomènes d’émission et de transport. La modification de la composition microphysique des nuages influe sur leur capacité d’absorber le rayonnement solaire, ce qui a une incidence indirecte sur la quantité d’énergie qui parvient à la surface de la Terre[5]. Les particules de poussière influent également sur la croissance des gouttelettes et des cristaux de glace dans les nuages, ce qui a un effet sur l’abondance et sur l’emplacement des précipitations.

La poussière en suspension dans l’air présente des mécanismes similaires à ceux de l’effet de serre: elle absorbe et diffuse le rayonnement solaire qui entre dans l’atmosphère terrestre, réduisant la quantité qui atteint la surface, et absorbe le rayonnement de grandes longueurs d’onde qui remonte de la surface et le renvoie dans toutes les directions. Là encore, la capacité d’absorption varie selon la taille, la forme et la composition minéralogique et chimique des particules. La répartition verticale de la poussière dans l’air (le profil vertical) et les caractéristiques de la surface sous-jacente conditionnent également l’ampleur de cet effet.

Impacts sur la santé humaine

La poussière en suspension dans l’air présente de graves risques pour la santé. La taille des particules détermine en grande partie l’ampleur du danger. Les particules de plus de 10 μm ne peuvent être inhalées et n’affectent donc que les organes externes – elles sont surtout responsables d’irritations de la peau et des yeux, de conjonctivites et d’infections oculaires. Les particules de moins de 10 μm peuvent être inhalées mais elles sont généralement arrêtées au niveau du nez, de la bouche et des voies respiratoires supérieures; elles déclenchent alors des affections telles que l’asthme, les trachéites, les pneumonies, les rhinites allergiques et la silicose. Toutefois, quand les particules fines pénètrent dans les voies respiratoires inférieures et atteignent la circulation sanguine, elles peuvent affecter tous les organes internes et causer des troubles cardio-vasculaires. Selon une évaluation réalisée en 2014 à l’aide d’un modèle mondial, l’exposition aux particules de poussière aurait provoqué 400 000 décès prématurés dus à des maladies cardio-pulmonaires au sein de la population âgée de plus de 30 ans[6].

Certaines maladies infectieuses sont transmises par la poussière. La méningite à méningocoques, une infection bactérienne des fines membranes qui enveloppent le cerveau et la moelle épinière, peut causer des lésions cérébrales et entraîner la mort dans 50 % des cas si elle n’est pas traitée[7]. Cette maladie existe dans le monde entier, mais elle frappe plus lourdement une zone de l’Afrique subsaharienne appelée «ceinture de la méningite», où vivent 300 millions de personnes environ. Les épidémies ont un caractère saisonnier très marqué – de nombreuses études ont établi des liens entre les conditions environnementales, dont l’insuffisance d’humidité et la présence de poussière, et le moment et le lieu des infections[8]. Les chercheurs pensent que les particules de poussière inhalées par temps chaud et sec irritent les muqueuses du nez et de la gorge et, ce faisant, créent des conditions favorables à une infection bactérienne[9]. Il est possible également que l’oxyde de fer présent dans la poussière augmente les risques d’infection[10].

Les particules de poussière favorisent aussi la transmission de la fièvre de la vallée – potentiellement mortelle – dans le sud-ouest des États-Unis d’Amérique et le nord du Mexique, en transportant les spores de champignons du genre Coccidioides.

 
Map of meningitis belt (in red) and regions of high risk of epidemics (brown) all other regions may have lower incidence of outbreaks and sporadic cases (source: World Health Organization)   Ceinture de la méningite (en rouge) et régions présentant un risque élevé d’épidémie (en brun); toutes les autres régions ont généralement un taux moindre de flambées épidémiques et de cas sporadiques (Source: Organisation mondiale de la santé

Impacts sur l’environnement et la société

Les dépôts de poussière en surface constituent une source d’oligo-éléments pour les écosystèmes terrestres et marins. On pense que les particules provenant du Sahara fertilisent la forêt amazonienne et on sait que la poussière améliore la production de biomasse marine en apportant du fer et du phosphore dans les régions océaniques qui en manquent[11]. Mais la poussière a aussi de nombreux effets néfastes sur l’agriculture; elle diminue les rendements en enfouissant les semis, provoque une perte de tissu végétal, ralentit la photosynthèse et accentue l’érosion des sols.

Parmi les effets indirects des dépôts figurent le colmatage des canaux d’irrigation, le recouvrement des voies de transport et la détérioration de la qualité de l’eau des rivières. En réduisant la visibilité, les nuages de poussière gênent la circulation aérienne et routière. Les risques posés par une mauvaise visibilité lors du décollage et de l’atterrissage obligent parfois à retarder ou à dérouter des vols. Par ailleurs, les particules peuvent éroder les surfaces des avions et endommager les moteurs.

La poussière a aussi une incidence sur la production des centrales solaires, en particulier sur les installations qui doivent recevoir un rayonnement direct. Les exploitants doivent veiller à ce que les particules ne s’accumulent pas sur les panneaux. Le nettoyage requis pour que le rayonnement entrant parvienne jusqu’aux capteurs est une opération longue et coûteuse.

L’action de l’OMM

L’Organisation a lancé le Projet de recherche-développement sur les tempêtes de sable et de poussière en 2004 et a mis en place le Système d’annonce et d’évaluation des tempêtes de sable et de poussière en 2007. Ce dernier étend la capacité des pays de diffuser en temps opportun, à l’intention des utilisateurs, des prévisions, observations, informations et connaissances de qualité concernant ces phénomènes, par le biais d’un partenariat international des milieux de la recherche et de l’exploitation. Deux antennes régionales assurent le fonctionnement du Système

  • L’antenne pour l’Afrique du Nord, le Moyen-Orient et l’Europe, dont la coordination est assurée par le Centre régional de Barcelone, Espagne, hébergé par le Service météorologique espagnol et par le Centre de calcul informatique de Barcelone; et
  • L’antenne pour l’Asie, dont la coordination est assurée par le Centre régional de Beijing, Chine, hébergé par l’Administration météorologique chinoise (CMA).

Une troisième antenne régionale pour le continent américain a été récemment créée aux États-Unis d’Amérique; son centre régional pourrait être hébergé par l’Institut de météorologie et d’hydrologie des Caraïbes (CIMH), à la Barbade, et ses activités seront axées sur les effets sanitaires de la poussière en suspension dans l’air. Une quatrième antenne pourrait être établie bientôt, pour l’Asie occidentale, en collaboration avec le Programme des Nations Unies pour l’environnement.

Models contributing to the SDS-WAS Model Joint Visualization and Evaluation for Northern Africa, Middle East and Europe 

Modèle

Institution

Domaine

BSC-DREAM8b

Centre de calcul informatique de Barcelone, Espagne

Régional

MACC

Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme, Royaume-Uni

Mondial

DREAM-NMME-MACC

Centre virtuel sur le changement climatique pour l’Europe du Sud-Est, Serbie

Régional

NMMB/BSC-Dust

Centre de calcul informatique de Barcelone, Espagne

Régional

MetUM

Service météorologique du Royaume-Uni

Mondial

GEOS-5

Administration américaine pour l’aéronautique et l’espace

Mondial

NGAC

Centres nationaux
de prévision environnementale,
États-Unis d’Amérique

Mondial

RegCM4-EMA

Autorité égyptienne de météorologie

Régional

DREAMABOL

Conseil national de recherche, Italie

Régional

Centre régional pour l’Afrique du Nord, le Moyen-Orient et l’Europe

La fonction première du Centre est de faciliter l’accès des utilisateurs, en particulier les SMHN, aux produits d’observation et de prévision ainsi qu’à diverses sources d’informations de base sur la poussière en suspension dans l’air. Son portail Web procure aux SMHN les informations dont ils ont besoin pour diffuser des prévisions et avis opérationnels concernant la présence de poussière dans l’atmosphère.

Le Centre a récemment lancé un mécanisme d’échange entre partenaires des produits de modèles de prévision expérimentaux, dans le cadre d’une initiative de visualisation et d’évaluation conjointes. La région visée englobe les principales sources de poussière en Afrique du Nord et au Moyen-Orient, ainsi que les grandes voies de transport et zones de dépôt situées entre l’équateur et la péninsule scandinave. L’initiative étudie les prévisions établies toutes les 3 heures pour une échéance allant jusqu’à 72 heures. Les neuf modèles énumérés ci‑après produisent des sorties numériques sur une base quotidienne. Les concentrations prévues en surface et les valeurs de l’épaisseur optique de la poussière à 550 nm, selon chaque modèle, sont reportées côte à côte chaque jour et identifiées par une palette de couleurs. Il s’agit d’un outil puissant pour diffuser les prévisions à court terme et les alertes précoces.

Le Centre régional pour l’Afrique du Nord, le Moyen-Orient et l’Europe génère chaque jour des produits de prévision d’ensemble multimodèle: médianes et moyennes destinées à améliorer la capacité de l’approche unimodèle et graphiques de l’étalement des sorties des modèles à des moments précis du futur (écart type et amplitude de variation). Lorsque la dispersion de l’ensemble est faible et que les prévisions fournies par plusieurs modèles concordent, le degré de confiance est plus élevé.

Le Centre compare les médianes produites par un et plusieurs modèles aux observations afin de déterminer si la simulation des paramètres relatifs aux poussières est correcte. On utilise pour cela les relevés héliophotométriques de 40 stations du réseau AERONET situées dans des zones sujettes à des concentrations élevées de poussière, que l’on reporte sur un graphique avec les prévisions établies pour les mêmes heures et lieux. En plus des graphiques mensuels, le système d’évaluation calcule les indices de vérification sur un mois, une saison et une année. On a également mis au point un produit d’évaluation à partir des valeurs d’épaisseur optique des aérosols provenant du spectromètre MODIS à bord des satellites Terra et Aqua de la NASA.

Sand and dust storm forecast for 28 February 2013 at 03:00 UTC issued by the WMO SDS-WAS Asian RC

Prévision de tempête de sable et de poussière pour le 28 février 2013 à 03:00 UTC établie par le Centre régional pour l’Asie de l’OMM

Modèles inclus dans l’initiative de visualisation et d’évaluation conjointes pour l’Asie

Modèle

Institution

Domaine

CUACE/Dust

Administration météorologique chinoise

Régional

MASINGAR

Service météorologique japonais

Mondial

ADAMI

Administration météorologique coréenne

Régional

Centre régional pour l’Asie et le Pacifique central

Le Centre coordonne le fonctionnement d’un réseau mondial de partenaires des milieux de la recherche et de l’exploitation, dont les SMHN du Japon, du Kazakhstan, de la Mongolie, de la République de Corée et de la République populaire de Chine. Il exploite de manière courante un modèle mondial et deux modèles régionaux pour prévoir les concentrations de poussière; le système de prévision CUACE/Dust est en service depuis 2007. Le Centre gère un portail Web qui diffuse les résultats issus des systèmes nationaux de prévision – ceux de la Chine, de la Corée et du Japon pour le moment. Il a récemment défini un protocole pour l’échange en temps quasi réel des prévisions numériques en vue d’une visualisation et d’une évaluation conjointes. La région visée englobe les principales sources de poussière dans le centre et l’est de l’Asie, ainsi que les voies de transport et zones de dépôt jusqu’au Pacifique central. Comme au Centre régional pour l’Afrique du Nord, le Moyen-Orient et l’Europe, cette initiative étudie les prévisions de la concentration en surface et de l’épaisseur optique de la poussière établies toutes les 3 heures pour une échéance allant jusqu’à 72 heures.

Le Centre a également mis au point un système commun d’indices de vérification en vue de faciliter l’affinement des techniques et d’améliorer l’exactitude des prévisions[12].

Le Centre de prévision de la poussière atmosphérique de Barcelone 

Le Centre a été ouvert en février 2014, la prévision des tempêtes de poussière étant assez avancée selon l’OMM pour offrir des services en exploitation. Le but est d’élaborer la composante opérationnelle du Système d’annonce et d’évaluation des tempêtes de sable et de poussière et de faire en sorte que l’expérience acquise lors de la phase de recherche se traduise par la fourniture de services opérationnels. Le Service météorologique espagnol et le Centre de calcul informatique de Barcelone hébergent ce centre météorologique régional spécialisé dans la prévision des tempêtes de sable et de poussière, qui doit produire et diffuser des prévisions pour l’Afrique du Nord (au nord de l’équateur), le Moyen-Orient et l’Europe.

Les champs prévus sont produits par le modèle NMMB/BSC-Dust fonctionnant avec une résolution horizontale de 0,1 degré. Ils sont diffusés par le portail Web du Centre, par le Système mondial de télécommunications de l’OMM et par le système EUMETCast d’EUMETSAT; ce dernier est basé sur la technologie standard de diffusion vidéonumérique qui utilise les satellites géostationnaires de télécommunication commerciale pour diffuser des fichiers (données et produits) à une multitude d’utilisateurs.

H+24 forecast of dust optical depth at 550 nm released by the Barcelona dust Forecast Centre on 29 March 2014 at 12 UTC H+24 forecast of dust optical depth at 550 nm released by the Barcelona dust Forecast Centre on 29 March 2014 at

Invitation à poursuivre les recherches

Le Système d’annonce et d’évaluation des tempêtes de sable et de poussière mis sur pied par l’OMM vise à acquérir des capacités d’observation et de modélisation complètes, coordonnées et durables dans le but d’améliorer la surveillance, la compréhension et la prévision des processus en jeu. De grands progrès ont été accomplis depuis le lancement du projet, il y a dix ans. Les deux centres régionaux ont coordonné les recherches et ont mis au point des outils d’observation et de prévision de la poussière atmosphérique.

Tous les SMHN intéressés et utilisateurs potentiels sont invités à consulter les produits qui sont établis pour l’Afrique du Nord, le Moyen-Orient et l’Europe ainsi que pour l’Asie (les régions visées par les prévisions sont illustrées plus haut).

Le Dix-septième Congrès météorologique mondial a noté avec satisfaction que le Système d’annonce et d’évaluation des tempêtes de sable et de poussière, activité commune de la Veille de l’atmosphère globale et du Programme mondial de recherche sur la prévision du temps, avait permis de sensibiliser les populations à ces phénomènes et avait contribué à une meilleure compréhension de ces derniers. Le Congrès est convenu que la poursuite du volet «recherche» du projet devait s’appuyer sur le plan scientifique et de mise en œuvre élaboré pour 2015–2020. Lors de sa session de juin, le Conseil exécutif a créé le Comité directeur du Système d’annonce et d’évaluation des tempêtes de sable et de poussière, ainsi qu’un fonds d’affectation spéciale alimenté par les Membres participants. Les organisations sont invitées à se joindre à ces travaux. 

1 State Meteorological Agency of Spain, Barcelona, Spain, eterradellasj@ aemet.es
2 Republic Hydrometeorological Service of Serbia, Belgrade, Serbia, nickovic@gmail.com
3 Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing, China, xiaoye@ cams.cma.gov.cn
4 Nickovic et al., 2004; Perez et al., 2006; Wang et al., 2010 5 Boucher et al., 2013
5 Boucher et al., 2013
6 Giannadaki, et al., (2014)
7www.who.int/mediacentre/factsheets/fs141/en/
8 Molesworth et al., 2003
9 Dukic et al., 2012
10 Thompson et al, 2013
11 Bristow et al., 2010
12 Wang et al., 2008

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