Les particules fines issues des déserts d’Afrique du Nord atteignent l’Europe en quantités toujours plus importantes. Cela a des conséquences pour la santé et l’énergie solaire. Une étude approfondie, menée sous l’égide de l’Institut Paul Scherrer PSI, montre que cette pollution augmente et pourrait s’aggraver en raison du changement climatique. Ces travaux ont été publiés dans la revue spécialisée Nature.
Alors que les normes sévères ont réduit les quantités de particules fines d’origine anthropique directement émises en Europe par le trafic, les ménages et l’industrie, une autre source est en train d’évoluer dans la direction opposée: la poussière du désert, appelée aussi brume de sable.
Pour déterminer de manière plus précise la pollution par brume de sable dans différentes régions du continent, des scientifiques de l’Institut Paul Scherrer PSI ont rassemblé, en collaboration avec leurs collègues de toute l’Europe, des données recueillies ces dix dernières années par plus de cent stations de mesure. Ils les ont ensuite combinées avec une intelligence artificielle. Résultat: dans le sud de l’Europe, la concentration moyenne de poussière du désert et de 5,3 microgrammes par mètre cube d’air, soit plus du double qu’en Europe centrale et en Europe du Nord, où 2,1 microgrammes ont été mesurés en moyenne. Dans l’ensemble, la quantité de poussière a augmenté d’environ un demi-microgramme par mètre cube au cours des dix dernières années.
«Cela correspond à une augmentation de 10 à 25 % de la pollution par brume de sable, explique Kaspar Dällenbach, chef de projet et chercheur au Centre des sciences de l’énergie et de l’environnement. C’est un constat qu’il ne faut pas négliger, tant en ce qui concerne l’efficacité et la rentabilité des grandes installations solaires que du point de vue des conséquences de cette augmentation de la pollution aux particules fines sur la santé.»
Les séries de données pertinentes de la plupart des stations de mesure ne remontent pas suffisamment loin dans le temps pour pouvoir opérer des comparaisons à plus long terme. Dans le cadre de l’étude, les données des carottes de glace prélevées au Colle Gnifetti, à la frontière italo-suisse, ont donc été prises en compte: les particules fines des derniers siècles emprisonnées dans la glace du glacier alpin montrent que la concentration de poussière du désert a plus que doublé pendant l’industrialisation, c’est-à-dire au cours des 150 dernières années.
La poussière du désert se distingue facilement des autres particules fines
Comme indicateur de la présence de poussière du désert, les scientifiques ont utilisé la concentration d’aluminium dans les particules fines présentes dans l’air. Il s’agit en effet d’un élément caractéristique des particules fines provenant des déserts. Les particules fines issues des chantiers urbains, en revanche, sont très chargées en calcium. Quant aux particules fines générées par le trafic et les ménages, elles contiennent surtout de la suie, c’est-à-dire du carbone issu de la combustion du pétrole. «Les analyses chimiques nous permettent donc de vraiment bien déterminer l’origine des particules fines près du sol», souligne Petros Vasilakos, premier auteur de l’étude et également chercheur au Centre des sciences de l’énergie et de l’environnement au PSI.
Or il est à craindre que la concentration des brumes de sable continue d’augmenter et sape en partie les efforts consentis pour réduire les émissions de particules fines d’origine anthropique. L’étude identifie comme cause l’avancée croissante du Sahara en Afrique du Nord. A cela s’ajoute les modifications de la circulation atmosphérique qui entraînent en Europe une augmentation des vents violents venus de cette région. «La question de savoir dans quelle mesure le changement climatique d’origine anthropique a contribué à cette évolution et s’il la renforce n’a pas encore été définitivement tranchée, relève Kaspar Dällenbach. Notre compréhension actuelle suggère toutefois que l’augmentation des brumes de sable est, à tout le moins, favorisée par les émissions de gaz à effet de serre d’origine anthropique et le réchauffement climatique qui en découle. Cela entraîne une sécheresse accrue dans certaines régions et la progression des déserts.»
La poussière du désert peut aussi affecter la santé
En ce qui concerne les conséquences pour la santé de cette augmentation de la poussière du désert en Europe, les scientifiques ont évalué l’état des études épidémiologiques. Seules des études complexes et de longue durée permettraient de démontrer clairement les effets à plus long terme de la brume de sable, comme la pneumoconiose, l’asthme et la bronchite chronique. En revanche, l’augmentation immédiate de la mortalité lors des journées où la concentration de poussière du désert dans l’atmosphère est élevée est bien documentée: ces jours-là, le nombre de décès dus à des crises cardiaques et à des problèmes respiratoires est nettement plus élevé que les autres jours. «Le nombre de tempêtes qui nous apportent de la poussière du désert du Sahara et des déserts arabes n’a pas vraiment augmenté, note Petros Vasilakos. En revanche, au fil des années que nous avons examinées, leur intensité s’est accentuée et elles apportent aujourd’hui nettement plus de poussière en Europe qu’auparavant.»
C’est surtout le sud de l’Europe qui est concerné, de la Grèce, à l’est, jusqu’en Espagne et au Portugal, en passant par l’Italie. L’étude a également constaté des niveaux de particules fines élevés dans l’ouest de la France. «Cela s’explique par un phénomène qui se produit relativement souvent: des masses d’air en provenance du Sahara se dirigent également vers l’Atlantique avant de bifurquer plus au nord vers l’Europe occidentale», détaille Imad El Haddad, co-auteur et lui aussi chercheur au Centre des sciences de l’énergie et de l’environnement du PSI.
Une combinaison unique de données physiques et d’IA
La particularité de l’étude réside d’un côté dans le fait qu’elle représente, à ce jour, le recueil de données le plus complet sur les brumes de sable en Europe: «En réussissant à convaincre plus de 50 collègues de toute l’Europe à participer à cette étude, nous avons pratiquement intégré toutes les séries de mesures disponibles», explique Imad El Haddad. Pour ce faire, les scientifiques du PSI ont pu bénéficier de leur affiliation au réseau de recherche paneuropéen ACTRIS, au sein duquel se sont regroupés des scientifiques spécialisés dans les aérosols. Leur objectif est de coordonner à l’échelle internationale leurs séries de mesures à long terme sur les aérosols, les nuages et les gaz traces, et de les rendre librement accessibles.
Les scientifiques ont par ailleurs élargi leurs modèles purement physiques de distribution des particules fines à l’aide d’une intelligence artificielle: «Les modèles conventionnels sont capables de prédire correctement les grands épisodes de brume de sable, mais ils détectent rarement les épisodes de faible ampleur et ont du mal à déterminer avec précision la concentration de poussière au sol, relève Kaspar Dällenbach. Avec nos données de mesures et l’IA, qui estime les concentrations pour d’autres régions d’Europe sur la base des données mesurées à une centaine d’emplacements, nous avons réussi à compléter le modèle avec ces informations et, ainsi, à établir pour toute l’Europe une carte fiable, pertinente sur le plan sanitaire, des concentrations de la poussière transportée.» Les données ainsi recueillies pourront par ailleurs servir de base à de futures études qui se pencheront sur les conséquences à long terme pour la santé.
A l’inverse des particules fines directement émises par l’être humain, provenant par exemple des gaz d’échappement, des cheminées et des processus d’abrasion, on ne peut rien entreprendre dans l’immédiat contre les émissions de brume de sable. A long terme, une protection globale du climat visant à limiter le réchauffement pourrait toutefois contribuer à freiner l’assèchement des zones désertiques et, par là même, l’extension de ces sources de particules fines. Pour l’heure, toutefois, l’Europe doit s’accommoder de l’augmentation de la poussière du désert.
A l’instar des systèmes d’alerte mis en place pour les particules fines en milieu urbain, il serait envisageable d’installer des systèmes d’alerte en cas de fortes concentrations de brume de sable, afin que les personnes sensibles ou atteintes de maladies pulmonaires, notamment, puissent prendre des mesures de précaution les jours où la concentration de poussière du désert est élevée. Le secteur de l’énergie en profiterait également: lorsqu’elle est présente dans l’atmosphère, la poussière du désert obscurcit les installations photovoltaïques et se dépose dessus, si bien que ces dernières produisent moins d’électricité. Si les fournisseurs anticipaient ces fluctuations, ils pourraient les compenser à temps en mettant en service d’autres centrales et seraient ainsi en mesure d’assurer la stabilité du réseau.