Même si les émissions d'échappement pourraient diminuer dans les années à venir à mesure que de plus en plus de véhicules à zéro émission sortiront dans les rues, l'une des principales sources de pollution de l'air sur les autoroutes ne montre aucun signe de ralentissement :la poussière des freins et des pneus.

Les métaux des freins et autres systèmes automobiles sont émis dans l'air sous forme de fines particules, s'attarder sur les routes achalandées. Maintenant, des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont montré comment ce nuage de minuscules particules métalliques pouvait faire des ravages sur la santé respiratoire.

Dans une étude publiée le 31 janvier dans la revue Sciences et technologies de l'environnement , les chercheurs ont décrit comment les métaux émis par les véhicules tels que le cuivre, le fer et le manganèse interagissent avec les particules acides riches en sulfate déjà présentes dans l'air pour produire un aérosol toxique.

"Il y a une réaction en chaîne dans l'air au-dessus des autoroutes très fréquentées, " a déclaré Rodney Weber, professeur à la School of Earth &Atmospheric Sciences de Georgia Tech. "Le sulfate acide dans l'atmosphère entre en contact avec les métaux émis par la circulation et modifie leur solubilité, ce qui les rend plus susceptibles de provoquer un stress oxydatif lorsqu'ils sont inhalés."

L'étude, qui a été parrainé par la National Science Foundation et l'Environmental Protection Agency des États-Unis, ont montré comment les métaux sont émis principalement sous une forme insoluble mais deviennent lentement solubles après mélange avec du sulfate.

« Le sulfate a longtemps été associé à des effets néfastes sur la santé, " dit Athanasios Nenes, professeur et boursier Georgia Power à la School of Earth &Atmospheric Sciences et à la School of Chemical &Biomolecular Engineering. "La vieille hypothèse était que le sulfate acide brûle la muqueuse pulmonaire, ce qui à son tour entraîne des effets néfastes sur la santé. Mais il n'y a pas assez d'acide dans l'air seul pour avoir vraiment cet impact."

Mais le sulfate joue un rôle clé en rendant les métaux solubles avant qu'ils ne soient inhalés, ce qui pourrait expliquer l'association du sulfate avec des effets néfastes sur la santé, les chercheurs ont dit.

Les chercheurs ont collecté des échantillons de particules ambiantes à deux endroits à Atlanta - l'un près d'une grande autoroute interétatique et l'autre sur un site urbain à 420 mètres de la chaussée. Ils ont analysé le contenu chimique, distribution granulométrique et acidité des échantillons.

Une quantité importante du sulfate ambiant trouvé était de taille similaire aux particules métalliques, suggérant que le sulfate et les métaux ambiants étaient mélangés dans des particules individuelles, qui pendant des heures ou des jours permettrait au sulfate acide de convertir le métal en une forme soluble.

Pour quantifier à quel point l'aérosol pourrait être dangereux, les chercheurs ont développé un système analytique à haut débit pour un essai chimique - appelé potentiel oxydatif - qui simule la réponse toxique qu'un tel mélange aurait sur les organismes cellulaires. Cet instrument a été utilisé pour générer de grands ensembles de données sur le potentiel d'oxydation des aérosols ambiants, qui, lorsqu'il est utilisé dans une étude épidémiologique antérieure, des chercheurs de Georgia Tech et de l'Université Emory ont découvert que le dosage chimique était statistiquement associé aux admissions à l'hôpital d'Atlanta pour asthme et respiration sifflante.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont observé que le pic de toxicité indiqué par le test était étroitement corrélé aux particules qui contenaient la plus grande quantité de métaux solubles, qui ne se produisait que lorsque des particules métalliques se mélangeaient à du sulfate très acide.

"C'est le pistolet fumant, " Nenes a dit. "Le sulfate dissout essentiellement ces métaux; quand tu respires ces particules, les métaux pourraient être absorbés directement dans la circulation sanguine et causer des problèmes dans tout le corps. Pour la première fois, un mécanisme émerge pour expliquer pourquoi de petites quantités de sulfate acide peuvent nuire à la santé."

Alors que l'échantillon prélevé sur le site d'essai situé plus loin de l'autoroute contenait moins de particules métalliques, il y en avait encore assez pour provoquer une augmentation du potentiel oxydatif, montrant que la pollution routière pourrait se propager dans l'air et potentiellement causer des problèmes dans les zones environnantes également.

La poussière des freins et des pneus n'est pas la seule source de métaux dans l'air. Les incinérateurs et autres formes de combustion produisent également des poussières minérales et des particules métalliques, qui pourrait se mélanger avec du sulfate pour déclencher une réaction similaire.

Les chercheurs ont noté que bien que la quantité de sulfate particulaire dans le sud-est des États-Unis ait diminué au cours des 15 dernières années, les émissions de dioxyde de soufre des centrales électriques ayant diminué, il y a encore assez de sulfate acide dans l'air pour maintenir le pH des particules très bas, dans la plage de 0 à 2, transformer les métaux ambiants insolubles en une forme soluble.

"Les émissions d'échappement des véhicules diminuent, mais ces types d'émissions de freinage resteront dans une certaine mesure, même si vous conduisez une voiture électrique, " Weber a dit. " Par conséquent, ce type de processus continuera à se produire à l'avenir et sera une considération importante lorsque nous examinerons les effets sur la santé des particules. »

Ce matériel est basé sur des travaux soutenus par la National Science Foundation sous la subvention n° 1360730 et l'agence américaine de protection de l'environnement sous la subvention n° RD834799. Des avis, résultats, et les conclusions ou recommandations exprimées dans ce document sont celles des auteurs et ne reflètent pas nécessairement les points de vue de la National Science Foundation ou de l'Agence américaine de protection de l'environnement.