ARTICLE
Auteur(s) :, Pierre
Ozer*
Département des sciences et gestion de l’environnement,
Université de Liège, Avenue de Longwy 185, B-6700 Arlon
Belgique
Les régions arides et semi-arides de l’Afrique septentrionale et
occidentale contribuent largement à l’injection globale de
poussières minérales dans l’hémisphère nord [1, 2]. Il est estimé
que le Sahara et ses bordures injectent des quantités de poussières
dans l’atmosphère variant entre 600 et 900.106 tonnes
par an [3-6], ce qui représenterait approximativement la moitié de
la production mondiale de poussières minérales [7].Au cours des dix
dernières années, l’analyse des poussières minérales s’est imposée
comme l’un des sujets majeurs traités dans les études
environnementales. L’augmentation de l’érosion éolienne observée
ces dernières décennies dans la plupart des régions arides et
semi-arides de la planète apparaît liée aux pressions
environnementales sans cesse croissantes et au changement
climatique global se traduisant dans ces régions par des déficits
pluviométriques prononcés [8-10].En outre, il est maintenant
irréfutable que la pollution de l’air causée par l’augmentation de
la concentration atmosphérique en particules en suspension totales
(PST) et en particules respirables, à savoir celles dont la taille
est inférieure à 10 μm (PM10), a maintes
conséquences adverses sur l’environnement et l’homme.Pour ce qui
est de la santé humaine, la détérioration de la qualité de l’air
causée par la forte concentration en poussières minérales
africaines a été rapportée en différentes régions assez éloignées
du Sahara et de sa périphérie directe. À titre d’exemple, nous
citerons les récents travaux réalisés dans les îles Canaries, en
Espagne, en Grande-Bretagne, au Moyen-Orient ou encore dans le
sud-est des États-Unis [11-16]. Cette pollution de l’air par une
importante concentration en particules solides promeut les
infections respiratoires, les maladies cardio-vasculaires et une
multitude d’autres troubles de la santé [17-19]. Les particules
respirables sont cause de morbidité et mortalité. Ainsi, il est
estimé que chaque accroissement de 10 μg.m-3 en
PM10 est en moyenne associé à une augmentation de
0,74 % de la mortalité non accidentelle totale à court terme
[20]. Pour ce qui est des poussières minérales, une augmentation de
7,66 % des maladies respiratoires (+ 1,12 % à chaque
accroissement de 10 μg.m-3 en PM10) et
de 4,92 % de la mortalité totale (+ 0,72% à chaque
accroissement de 10 μg.m-3 en PM10)
durant le passage de poussières désertiques originaires de Mongolie
a été mise en évidence à Taipei (Taiwan) [21]. De plus, les
poussières minérales ainsi emportées par le vent peuvent
transporter des bactéries et des spores ; elles sont aussi
parfois contaminées par des pesticides et peuvent même être
radioactives [22-24].Étonnamment, et malgré tous les effets
indésirables de ces poussières sur la santé humaine, nul n’a idée
des niveaux de concentration en particules en suspension totales
(PST) dans les régions limitrophes du Sahara. En effet, ces
informations ne sont disponibles en Afrique que pour Accra au
Ghana, Nairobi au Kenya, et Le Cap en Afrique du Sud [18, 25]. En
ce qui concerne la concentration en particules respirables
(PM10), aucune information n’est disponible en Afrique
[25].La région de Niamey se situe directement sous le vent de la
dépression du Bodélé, bassin du lac Tchad (( figure 1 )) qui
s’avère être la première source de poussières minérales au monde
[1, 2].Une fois injectées dans l’atmosphère, ces poussières sont
transportées vers le sud du Niger et le Nigeria avant d’atteindre
le golfe de Guinée. Ce transport se fait à basse altitude durant la
période de l’harmattan en saison sèche (novembre à avril) et,
souvent, à des altitudes plus élevées le reste de l’année suite à
la remontée du front intertropical vers le nord [26-28].Sur la base
des mesures de visibilité horizontale réduite par les poussières
minérales dans l’air, cet article estime les niveaux de
concentration en PST et en PM10 à la station synoptique
de Niamey-Aéroport (Niger) en utilisant différentes relations
visibilité-concentration disponibles dans la littérature. L’étude
se concentre sur l’analyse de l’année 2003.
Données et méthode
Données de visibilité
En météorologie, la visibilité est l’un des paramètres utilisés
pour identifier les caractéristiques des masses d’air. Dans les
stations synoptiques, la visibilité horizontale est observée au pas
de temps horaire et est définie par l’Organisation météorologique
mondiale (OMM) [29] comme étant la « distance maximale à
laquelle un observateur peut voir et identifier un objet situé à
proximité du plan horizontal où il se trouve lui-même ».
La station synoptique de Niamey-Aéroport est l’une des rares
stations de référence en Afrique de l’Ouest. Dix-huit points de
repère sont répartis dans toutes les directions, ce qui limite
fortement la marge d’erreur potentielle de l’estimation de la
visibilité horizontale. Certes, une erreur minime persiste lors de
l’estimation de la visibilité horizontale proprement dite. Ainsi,
lorsque l’observateur est en mesure d’identifier une cible située à
six kilomètres alors que le point de repère situé à sept kilomètres
est masqué par la présence de poussières, la visibilité horizontale
reportée sera de six kilomètres. Dans cet exemple, la valeur
reportée comporte une légère marge d’erreur inférieure au
kilomètre. Cependant, la distribution des points de repère étant
inversement proportionnelle à la distance du point d’observation,
la marge d’erreur devrait être négligeable même si aucune tentative
pour évaluer celle-ci n’a été tentée. La qualité de ces données a
été largement discutée dans des études préalables [30, 31]. Cette
étude ne considère que les visibilités réduites par des
lithométéores, à savoir des « météores consistant en un
ensemble de particules dont la plupart sont solides et non
aqueuses. Ces particules sont plus ou moins en suspension dans
l’atmosphère, ou soulevées du sol par le vent » [29].
Les données de visibilité horizontale ont été sélectionnées sur
une base tri-horaire, à 3 heures, 6 heures, 9 heures, 12 heures, 15
heures, 18 heures, 21 heures, et 24 heures UTC1, dans les observations synoptiques
archivées à la direction de la Météorologie nationale du Niger.
Aucune donnée n’est manquante et seules les visibilités
horizontales inférieures à dix kilomètres sont considérées dans
cette étude. Pour de plus grandes valeurs, l’air est supposé
« pur » car les points de repère, au-delà de cette
distance, sont peu nombreux et très espacés.
Niamey, à l’instar des autres villes des pays en développement,
connaît une expansion exponentielle de sa population. De ce fait,
la capitale du Niger doit faire face, en outre, à d’importants
problèmes de pollution de l’air dus principalement à l’augmentation
incontrôlée du trafic de vieux véhicules ne répondant à aucune
norme antipollution ainsi qu’à l’usage très répandu du bois ou du
charbon de bois pour la cuisson des aliments et à la destruction
des déchets par le feu. Cependant, les données utilisées dans cet
article proviennent de l’aéroport, situé à une dizaine de
kilomètres de la périphérie de Niamey, et ne sont que peu
influencées par des émissions anthropiques qui pourraient affecter
la visibilité. En effet, le code synoptique (04) attribué aux
fumées d’origine exclusivement anthropique limitant la visibilité
horizontale à moins de dix kilomètres a été répertorié à
42 reprises sur un total de 552 observations (7,6 %
des cas) à Niamey-Aéroport durant l’année 2003. Ces valeurs
ont été éliminées de notre échantillon. En outre, l’entraînement
local de poussières provoqué par les mouvements du cheptel est
fortement limité étant donné que l’aéroport est protégé par des
clôtures. Par ailleurs, en raison du trafic aérien restreint et du
fait que la végétation est assez dense sur le périmètre de
l’aéroport, les allées et venues des avions ne provoquent
probablement pas de remise en mouvement des particules du sol. Dès
lors, toutes les estimations des niveaux de concentration en
particules solides présentées dans cet article représentent en
réalité la pollution atmosphérique naturelle ambiante provoquée par
le transport de poussières minérales.
Estimation des concentrations en particules
Quelques études sur la relation entre visibilité horizontale et
concentration en PST ont été menées en Afrique de l’Ouest
(tableau 1( Tableau 1 )). Bertrand
[32] a étudié cette relation en se fondant sur trois années de
données (1973 à 1975) durant la saison de l’harmattan à Niamey
(équation 1). Les visibilités horizontales utilisées pour
établir cette relation s’étalent de 1,5 à 12 kilomètres. Ben
Mohamed et son équipe [33] ont utilisé les données de sept stations
synoptiques au Niger durant 17 mois (équation 2). Ces
auteurs considèrent tout le spectre des visibilités horizontales, à
savoir de 100 mètres à 20 kilomètres. D’Almeida [4] est,
à notre connaissance, le seul chercheur à avoir établi une relation
liant la visibilité horizontale à la concentration de
PM10 (équation 3). Son étude se fonde sur les
données recueillies en 1981 et 1982 dans onze stations synoptiques
essentiellement réparties au sud du Sahara. Le coefficient de
détermination (r2) entre la concentration de poussières
en PM10 et la visibilité horizontale est de 0,95. La
relation de D’Almeida [4] repose sur plus de 200 observations
de visibilité horizontale variant de 200 mètres à
40 kilomètres. Toutes les relations existantes entre
visibilité horizontale et concentration en masse de l’aérosol
atmosphérique ont été testées d’un point de vue expérimental puis
empirique.
Pour une visibilité donnée, les concentrations estimées à partir
des différentes équations en PST montrent une légère variabilité.
Ainsi, celles-ci varient entre 642 et 698 μg.m-3
pour une visibilité horizontale réduite à 3 kilomètres, et
entre 439 et 456 μg.m-3 pour une visibilité
horizontale réduite à 5 kilomètres. Ces faibles variations
peuvent être expliquées par les différentes méthodes
d’échantillonnage des concentrations en PST et le nombre de données
utilisées pour établir les relations.
De plus, de rares études ponctuelles ont aussi été réalisées,
qui permettent de faire une comparaison entre les mesures de
visibilité horizontale et les concentrations en PST. Au Mali,
Gillies et ses collègues [34] ont observé une concentration
journalière en PST de 13 735 μg.m-3 durant une
brume sèche très dense ayant réduit la visibilité horizontale à
moins de 100 mètres durant 24 heures. En Corée, Chung et
son équipe [35] ont analysé les invasions de lithométéores
originaires de Chine et ont trouvé des concentrations moyennes en
PST de 659 et 380 μg.m-3 associées à des
visibilités horizontales de respectivement 3
et 5 kilomètres. Ces rares informations sont du même
ordre de grandeur que les valeurs obtenues par les deux premières
relations présentées préalablement et utilisées par la suite. Les
concentrations journalières en PST à la station de Niamey-Aéroport
ont été obtenues en appliquant les équations aux huit données
tri-horaires disponibles quotidiennement, puis en effectuant les
moyennes sur les concentrations obtenues.
Les relations de Bertrand et Ben Mohamed et al. (équations 1 et
2, tableau 1) sont appliquées aux données de visibilité horizontale
de la station synoptique de Niamey-Aéroport dans le but d’obtenir
une estimation de la concentration en PST alors que
l’équation 3 établie par D’Almeida (tableau 1) est
appliquée pour nous renseigner sur la concentration en
PM10. Les résultats ainsi obtenus sont présentés aux pas
de temps quotidien, mensuel et annuel. Ces informations sont
ensuite comparées à quelques normes de qualité de l’air existantes
dans différents pays. Il est néanmoins important de préciser que
les normes de qualité de l’air et les risques pour la santé liés
aux PM10 ont été établis pour une pollution urbaine. La
composition des particules et l’interaction avec les autres
pollutions ne sont pas les mêmes à l’aéroport de Niamey. Cependant,
cela ne veut pas dire qu’il n’existe pas d’effets sur la santé dus
à cette « pollution naturelle ».
Tableau 1 Relation entre la visibilité horizontale (VV
en km) et la concentration en PSTa ou
PM10b (C en μg.m-3).
|
Relation
|
Équation
|
Localisation
|
Auteurs
|
|
C = 1 897 VV-0,91
|
(1)a
|
Niamey (Niger)
|
Bertrand [32]
|
|
C = 1 339,84 VV-0,67
|
(2)a
|
7 stations (Niger)
|
Ben Mohamed et al. [33]
|
|
C = 914,06 VV-0,73 + 19,03
|
(3)b
|
Agadez (Niger), …
|
D’Almeida [4]
|
Résultats et discussion
Concentration journalière en PST
La ( figure 2 ) présente la
distribution de la fréquence des concentrations journalières en PST
durant l’année 2003.
Durant ces deux dernières décennies, la concentration en PST
était, pour ce qui est de la pollution par les particules, un des
critères retenus pour le suivi de la qualité de l’air. Le seuil
retenu par les différentes directives nationales sur la qualité de
l’air était habituellement une concentration journalière en PST de
300 μg.m-3 ne pouvant être dépassée qu’un certain
nombre de jours par an : 18 fois/an en Espagne [36], par
exemple. Il apparaît que 67 % des jours analysés présentent
une qualité de l’air excellente
(PST < 50 μg.m-3.j-1).
Cependant, des niveaux de concentration en PST préoccupants
(> 300 μg.m-3.j-1) s’observent
dans 15 % des cas, soit 56 jours par an. Ce nombre de
dépassements du seuil critique est extrêmement important (trois
fois le maximum toléré en Espagne).
Concentration journalière en PM10
Au fil des années, les pays développés ont fixé des normes de
qualité de l’air relatives aux concentrations journalières en
PM10. Le seuil retenu par les différentes
réglementations nationales sur la qualité de l’air varie de 50 à
150 μg.m-3 pour la concentration journalière en
PM10[25]. La distribution de la fréquence des
concentrations journalières en PM10 durant l’année 2003
est présentée à la ( figure 3 ). Nous
présentons ci-après une discussion relative à ces niveaux de
pollution de l’air par rapport aux législations en vigueur aux
États-Unis et à venir en Europe.
Aux États-Unis, l’Environmental Protection Agency a dressé une
liste détaillée des effets sur la santé humaine provoqués par
différents niveaux de concentration en PM10. Le
tableau 2( Tableau 2 ) reprend
ceux-ci de manière succincte [37].
La concentration journalière limite en PM10 définie
par l’Agence de protection environnementale américaine est de
150 μg.m-3, ne devant pas être dépassée plus d’une
fois par an. L’application de ce seuil à Niamey-Aéroport montre que
16,4 % des jours analysés (soit 60 jours) dépassent cette
limite (( figure 3 )). La
qualité de l’air serait malsaine, très malsaine à médiocre, et
dangereuse dans respectivement 13,4 %, 1,6 %, et
1,4 % des cas. Cela revient à dire qu’une qualité de l’air
dangereuse
(PM10 > 500 μg.m-3.j-1),
associée à la mort anticipée chez certaines catégories de personnes
(vulnérables par rapport aux maladies respiratoires et cardiaques),
a été observée à cinq reprises en 2003.
En Europe, la Commission européenne a récemment établi certains
seuils très sévères de concentration en PM10 pour le
suivi de la qualité de l’air. Cette nouvelle directive sur la
qualité de l’air sera rendue effective en deux phases à la fin
desquelles une concentration journalière en PM10 de
50 μg.m-3 ne pourra être dépassée que 35 jours
par an en janvier 2005 et 7 jours par an en
janvier 2010. Il apparaît que dans 29 % des cas, soit
106 jours en 2003, cette limite de
50 μg.m-3 a été dépassée à Niamey-Aéroport (( figure 3 )) de
plus de quinze fois la fréquence maximale qui sera tolérée dans
l’Union européenne en 2010.
L’application de ces différentes directives sur la qualité de
l’air aux valeurs estimées à Niamey-Aéroport est édifiante. Les
concentrations en poussières minérales sont très importantes tant
du point de vue de leur magnitude que de la fréquence des pics de
concentrations. Les fortes concentrations en poussières éoliennes
dans l’air posent un réel problème de santé publique dont la
gestion est particulièrement malaisée, car modifier la fréquence
des lithométéores touchant le Sahel est impossible dans les
conditions actuelles et parce que les modalités de prévention sont
difficilement applicables.
Tableau 2 Niveaux quotidiens de pollution de l’air en
PM10 (μg.m-3) et effets observés sur la santé
humaine (d’après [37]).
|
Niveau de pollution en PM10 (concentration en
μg.m-3.j-1)
|
Qualité de l’air
|
Effets sur la santé
|
|
0-50
|
Excellente
|
–
|
|
50-150
|
Moyenne
|
–
|
|
150-380
|
Malsaine
|
Aggravation légère des symptômes des personnes sensibles
(essentiellement maladies respiratoires) et irritation des voies
respiratoires de la population en bonne santé.
|
|
380-420
|
Très malsaine
|
Aggravation significative des symptômes des personnes sensibles
(maladies respiratoires et cardiaques) et irritation répandue des
voies respiratoires de la population en bonne santé.
|
|
420-500
|
Médiocre
|
Déclenchement de certaines maladies en plus de l’aggravation des
symptômes et de la diminution de la tolérance à l’exercice physique
chez les personnes en bonne santé.
|
|
> 500
|
Dangereuse
|
Mort prématurée chez les personnes sensibles (maladies
respiratoires et cardiaques). Les personnes en bonne santé
connaissent divers symptômes et maladies qui affectent leur
activité normale.
|
Concentration mensuelle en PST et PM10
Les valeurs de concentration mensuelle en PST et PM10
obtenues à Niamey-Aéroport pour 2003 sont présentées à la (
figure 4 ).
Il ressort de l’analyse de cette figure que les concentrations
mensuelles en PST varient fortement selon les saisons. Un maximum
est atteint durant les mois de janvier à mars qui représentent à
eux seuls près de 65 % de la pollution atmosphérique annuelle.
Les valeurs mensuelles sont alors de l’ordre de 230 à
330 μg.m-3. La concentration mensuelle en PST
baisse sévèrement à partir d’avril jusqu’en octobre
(< 40 μg.m-3), avant de connaître un pic
secondaire au début de la saison sèche (novembre et décembre). Le
profil obtenu pour les concentrations mensuelles en PM10
est similaire. Les mois de l’harmattan sont caractérisés par des
valeurs mensuelles en PM10 qui sont de l’ordre de 160 à
200 μg.m-3. Des concentrations en PM10
similaires (100 à 200 μg.m-3) ont été observées en
Irak, au Koweït et en Arabie Saoudite durant la saison la plus
active du point de vue des processus éoliens [38]. Par ailleurs,
des valeurs du même ordre de grandeur (112 à
255 μg.m-3) ont été mesurées aux abords de la mer
d’Aral durant la période la plus intense en tempêtes de sable [19].
Concentration annuelle en PST et PM10
La concentration annuelle moyenne en PST est de
103 μg.m-3 en 2003. Cette valeur est
préoccupante puisqu’elle est plus élevée que la concentration
annuelle guide de 60-90 μg.m-3 produite par
l’Organisation mondiale de la santé dans ses directives sur la
qualité de l’air [39]. Cette valeur est cependant moins élevée que
la concentration annuelle en PST de 137 μg.m-3
mesurée à Accra (Ghana), la seule information disponible en Afrique
de l’Ouest qui puisse nous permettre de faire une comparaison [25].
La concentration annuelle moyenne en PM10 est de
67 μg.m-3 en 2003. La concentration annuelle
maximum en PM10 définie par les différentes
réglementations nationales sur la qualité de l’air varie
actuellement de 40 à 60 μg.m-3[25]. Pour l’Union
européenne, le seuil sera d’ailleurs abaissé à
20 μg.m-3 par an dès janvier 2010. En matière
de particules respirables, la station de Niamey-Aéroport présente
donc des valeurs largement supérieures aux normes en vigueur dans
les pays développés.
Conclusion
Les résultats présentés dans cet article donnent une première
estimation de l’impact des poussières minérales provenant de
l’érosion éolienne sur la qualité de l’air au Sahel. Une
concentration annuelle en PST de 103 μg.m-3, soit
largement au-dessus de la valeur maximale préconisée par
l’Organisation mondiale de la santé, est extrêmement préoccupante
dès lors que seule l’exposition aux poussières naturelles est prise
en compte. Il en va de même pour la concentration annuelle en
PM10 qui, avec 67 μg.m-3 en 2003,
dépasse largement les normes en vigueur dans les pays développés.
Même si ces normes de qualité de l’air ont été établies pour une
pollution urbaine, il n’en demeure pas moins que les poussières
minérales sont nocives pour la santé humaine [17, 19, 21]. En
outre, à cette concentration de base doivent s’ajouter toutes les
émissions anthropiques si l’on considère la pollution de l’air dans
les zones urbaines très densément peuplées et très pauvres
d’Afrique sahélienne.
À partir de ces résultats, les données de visibilité horizontale
provenant d’autres régions arides et semi-arides de la planète
pourraient être analysées pour nous permettre de délimiter les
zones soumises à ce type de pollution naturelle de l’air.
Les pays occidentaux sont de plus en plus stricts quant à la
qualité de l’air et d’énormes efforts financiers sont consentis
pour diminuer la pollution atmosphérique. En revanche, les pays
moins favorisés, car les pays de la bande sahélienne comptent parmi
les plus pauvres de la planète avec des taux de mortalité infantile
pouvant atteindre 27 %, en partie à cause de maladies
respiratoires [40], ne disposent pas de réglementation relative à
la qualité de l’air, ni même des appareils pour en assurer le
suivi. Dans ces conditions, les relations entre la fréquence des
maladies respiratoires et l’estimation de la pollution de l’air
dérivée des visibilités horizontales devraient être explorées dans
des recherches à venir.
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