Pollution due aux avions

Des scientifiques du PSI ont mesuré la qualité de l’air dans les environs de l’aéroport de Zurich. Dans le cadre de deux séries de mesures, qui ont duré chacune plusieurs semaines durant l’hiver 2022 et l’été 2024, ils ont détecté les particules fines présentes dans l’air à l’aide de dispositifs spéciaux, à un peu plus d’un kilomètre dans le sens du vent de la piste 28, la plus fréquentée. Ils les ont analysées par spectrométrie, pratiquement en temps réel, c’est-à-dire juste après leur détection, en déterminant la taille des particules et leur composition chimique. Par rapport aux études conduites habituellement jusque-là, lors desquelles les particules étaient échantillonnées pendant la journée et analysées ensuite, cette méthode présente l’avantage de mettre en évidence, par exemple, l’influence des changements de direction du vent ou du régime d’approche actuel. Cela permet d’attribuer les sources de manière plus précise.

Les mesures confirment les résultats déjà obtenus à proximité d’aéroports européens comme Amsterdam et Francfort: lors du décollage et de l’atterrissage, les moteurs des avions émettent notamment des particules dont la taille est inférieure à 100 nanomètres, appelées «particules ultrafines» (PUF) par les spécialistes. Il s’agit d’un mélange de particules composé de suie solide et de sulfate volatil, qui se forme lors de la combustion du carburant dans la turbine à gaz ainsi que dans les gaz d’échappement lors de leur refroidissement. Les scientifiques ont mesuré jusqu’à 300 000 PUF par centimètre cube d’air. C’est plus de dix fois la valeur de fond normale enregistrée à l’aéroport pendant la nuit, lorsqu’il n’y a pas de trafic aérien.

Dans les villes, les valeurs de PUF mesurées se situent typiquement entre 5000 et 40 000 particules par centimètre cube d’air, et donc bien en-dessous des valeurs mesurées près de l’aéroport. Cependant, l’air des villes contient une part plus importante de particules plus grossières, jusqu’à une taille maximale de 2,5 micromètres, voire 10 micromètres. «En termes de masse, la pollution aux particules fines est donc moins importante près de l’aéroport qu’en ville, où elle provient principalement du trafic routier, du chauffage et de l’industrie, explique Sarah Tinorua, auteure de l’étude et chercheuse au Centre des sciences de l’énergie et de l’environnement du PSI. Mais le nombre de particules mesurées à l’aéroport est nettement plus élevé.» Or, en termes de santé, ce point est important, car les petites particules peuvent pénétrer plus profondément dans les poumons lorsqu’elles sont inhalées. Pour les riverains de l’aéroport ainsi que les travailleurs, cette différence est donc significative.

Chaque avion génère un nuage de particules fines

Les scientifiques s’attendaient à trouver des quantités plus ou moins importantes de particules ultrafines près de l’aéroport. La nouveauté de leur étude réside avant tout dans le fait qu’ils ont démontré également la présence d’huile de lubrification contenue dans ces mêmes particules ultrafines. «Une étude menée à l’aéroport de Francfort avait déjà trouvé de l’huile de lubrification dans les particules fines, rapporte Benjamin Brem, directeur de l’étude et lui aussi chercheur au Centre des sciences de l’énergie et de l’environnement du PSI. Les auteurs avaient collecté les particules et déterminé des moyennes journalières. Alors que nous, nous avons détecté l’huile de lubrification en temps réel, autrement dit immédiatement après le survol d’un avion.» Chaque fois qu’un avion passait à environ 80 à 100 mètres d’altitude au-dessus de la station de mesure, les scientifiques enregistraient une forte augmentation de la concentration de PUF. «Cela vient du fait que les gaz d’échappement de la turbine sont poussés vers le bas derrière les ailes par le courant descendant, pour ainsi dire directement dans l’entonnoir de notre dispositif de mesure», explique Benjamin Brem. C’est seulement lorsque l’avion atteint des altitudes de vol supérieures à 300 mètres que de tels pics cessent d’être détectables. En effet, suivant l’effet du vent, les particules se dispersent rapidement dans l’air et il n’y a plus d’échange d’air avec le sol.

Le vent s’est avéré lui aussi un important facteur d’influence: lors des atterrissages, les pics étaient plus marqués que lors des décollages. Pendant ces derniers, ils n’apparaissaient de manière marquée que lorsque le vent poussait le panache de PUF de la piste vers la station de mesure. Par ailleurs, le nombre de particules mesuré était plus élevé par vent fort. Par vent faible, en effet, les particules ont tendance à s’agglomérer avec le temps pour former des particules plus grosses.

Le fait que les avions émettent principalement des particules ultrafines s’explique par la combustion relativement complète du carburant dans les turbines à gaz à haute température, par rapport à d'autres moteurs. «Toutefois, les réacteurs des avions de ligne ont été optimisés pour le transport de voyageurs à haute altitude», relève Bejamin Brem, qui est aussi spécialiste en chimie de l’atmosphère. Cela signifie qu’au moment du décollage, la combustion au sol est moins complète et produit donc davantage de particules. Par ailleurs, il semblerait qu’avec certains moteurs, des résidus d’huile de lubrification se retrouvent dans les gaz d’échappement. Il s’agit d’une substance organique peu volatile. Les valeurs mesurées peuvent clairement être attribuées à l’influence de l’aéroport et à des concentrations accrues de particules. « Les effets potentiels sur la santé lorsque de tels lubrifiants pénètrent profondément dans les poumons n’ont pas encore fait l’objet de recherches approfondies », explique Sarah Tinorua. Quoi qu’il en soit, par mesure de précaution, il est plus prudent d’éviter autant que possible de telles émissions.

Des mesures plus anciennes effectuées directement au niveau des réacteurs avaient montré que les émissions d’huile de lubrification ne concernaient pas tous les types d’avion. Leur présence pourrait donc dépendre du mode de construction des réacteurs ou de leur état d’entretien.

Des mesures correctives sont déjà à l’étude

L’Office fédéral de l’aviation civile (OFAC), qui a financé l’étude, se montre très intéressé par les résultats. Ils font déjà l’objet de discussions au sein de groupes de travail internationaux afin d’évaluer des mesures potentielles pour diminuer les émissions, notamment celles d’huile de lubrification. Depuis quelques années déjà, l’OFAC fait avancer et finance des travaux de recherche sur les particules ultrafines et les limites d’émissions appropriées. Selon Benjamin Brem, l’introduction d’un carburant à faible teneur en soufre constituerait une mesure logique, par exemple. En effet, plus la teneur en soufre d’un carburant est élevée, plus il génère de particules fines: les polluants volatils, notamment, sont en grande partie dus aux composés soufrés. Or le kérosène fait partie des rares carburants utilisés dans les transports pour lesquels aucune limite stricte n’a encore été fixée à ce jour.

Il serait également envisageable d’utiliser des remorqueurs électriques pour amener les avions sur le tarmac jusqu’à la piste de décollage ou, après l’atterrissage, jusqu’à la porte d’embarquement. Cela permettrait d’économiser des quantités considérables de kérosène présentant une combustion incomplète.

L’aéroport de Zurich a déjà pris différentes mesures pour limiter autant que possible les émissions de particules fines: il est par exemple interdit de faire fonctionner les turbines auxiliaires de l’avion pour l’alimentation électrique après l’arrêt des moteurs. Les avions doivent utiliser à la place l’alimentation électrique fournie par l’aéroport à la porte d’embarquement.

A long terme, estime Benjamin Bren, l’utilisation accrue de carburant synthétique – appelé carburant d’aviation durable (SAF ou Sustainable Aviation Fuel en anglais) – pourrait également apporter une contribution positive. La production efficace et écologique de ce carburant fait depuis des années l’objet de travaux de recherche au PSI. En termes de particules fines, l’avantage du SAF est le suivant: il ne contient pas de souffre et contient moins de précurseurs indésirables des particules de suie. Cela assure une combustion plus propre et une formation moindre de suie et d’autres composants des particules fines.

Texte: Jan Berndorff

À propos du PSI

L'Institut Paul Scherrer PSI développe, construit et exploite des grandes installations de recherche complexes et les met à la disposition de la communauté scientifique nationale et internationale. Les domaines de recherche de l'institut sont centrés sur des technologies d'avenir, énergie et climat, innovation santé ainsi que fondements de la nature. La formation des générations futures est un souci central du PSI. Pour cette raison, environ un quart de nos collaborateurs sont des postdocs, des doctorants ou des apprentis. Au total, le PSI emploie 2300 personnes, étant ainsi le plus grand institut de recherche de Suisse. Le budget annuel est d'environ CHF 450 millions. Le PSI fait partie du domaine des EPF, les autres membres étant l'ETH Zurich, l'EPF Lausanne, l'Eawag (Institut de Recherche de l'Eau), l'Empa (Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche) et le WSL (Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage).

Contact

Dr Sarah Maimiti Tinorua
PSI Center for Energy and Environmental Sciences
Institut Paul Scherrer PSI

+41 56 310 23 26
sarah.tinorua@psi.ch
[anglais]

Dr Benjamin Tobias Brem
PSI Center for Energy and Environmental Sciences
Institut Paul Scherrer PSI

+41 56 310 24 65
benjamin.brem@psi.ch
[allemand, anglais]

Publication originale

Ubiquity of Aviation Ultrafine Particles and Lubrication Oil Compounds near Zurich Airport
Sarah Tinorua, Benjamin T. Brem, Zachary C.J. Decker, Jay G. Slowik, Peter A. Alpert, Markus Ammann, André S. H. Prévôt, Michael Bauer, Suneeti Mishra, Michael Götsch, Joerg Sintermann, Martin Gysel-Beer
Environmental Science & Technology, 23.04.2026 (online)
DOI: 10.1021/acs.est.5c18458

Le communiqué de presse sur le site de l'Institut Paul Scherrer PSI:
https://www.psi.ch/fr/news/communiques-de-presse/pollution-due-aux-avions