Impact à court terme des particules en suspension (PM₁₀) sur la mortalité dans 17 villes françaises, 2007-2010*

// Short-term impacts of particulate matter (PM₁₀) on mortality in 17 French cities, 2007-2010

Introduction

Depuis 1997, le Programme de surveillance air et santé (Psas) de l’Institut de veille sanitaire (InVS) quantifie les impacts sanitaires à court terme (c'est-à-dire survenant quelques jours après l’exposition) de la pollution atmosphérique urbaine, en prenant comme indicateur les niveaux de particules de diamètre inférieur à 10 µg.m^-3 (PM₁₀). Entre 1998 et 2011, le programme s’appuyait sur neuf zones urbaines : Bordeaux, Le Havre, Lille, Lyon, Marseille, Paris, Rouen, Strasbourg et Toulouse. Sur ces villes, l’étude la plus récente, réalisée sur la période 2000-2006, a montré qu’une augmentation de 10 µg.m^-3 des niveaux de PM₁₀ se traduisait par une augmentation de 0,8% (IC95%: [0,2-1,5]) de la mortalité totale non accidentelle le jour suivant, et de +0,9% [0,2-1,7] de la mortalité cardiovasculaire. Ces effets étaient plus importants en été : par exemple, une augmentation de 10 µg.m^-3 des niveaux de PM₁₀ se traduisait par une augmentation de +3,9% [2,8-5,1] de la mortalité totale non accidentelle à cette saison.

Cependant, en 2007, la méthode de mesure des particules a été modifiée en France, avec des conséquences significatives sur les données de concentration en particules dans l’air. En effet, en France, les particules (PM₁₀ et PM_2,5) sont mesurées avec des appareils TEOM (Tapered Element Oscillating Microbalance). Jusqu’en 2007, cette mesure par TEOM était précédée du chauffage de l’air prélevé, ce qui entraînait la perte d’une partie des composés semi-volatils des particules et donc la sous-estimation des concentrations correspondantes par rapport à la méthode de référence gravimétrique (qui ne comprenait pas de chauffage). À partir de 2007, un autre procédé de prétraitement de l’air prélevé, appelé FDMS (Filter Dynamics Measurement System) et ne comprenant plus de chauffage, a été mis en œuvre préalablement à la mesure par TEOM, permettant de limiter la perte de composés semi-volatils. Il était donc nécessaire de mettre à jour les précédents résultats des études du Psas en prenant en compte cette nouvelle méthode de mesure.

De plus, huit villes supplémentaires ont été intégrées dans le programme en 2011, permettant une meilleure représentation géographique. Ces villes ont été sélectionnées sur des critères de population (au moins 100 000 habitants) et de disponibilité des données environnementales. Avec 17 villes, il est désormais possible d’étudier l’influence éventuelle de caractéristiques locales sur l’hétérogénéité des effets observés via une méta-régression.

Cet article présente une mise à jour des relations concentrations-risques PM₁₀/mortalité à court terme prenant en compte la nouvelle méthode de mesures de PM et s’appuyant sur le réseau étendu de villes du Psas. La méta-régression permet d’analyser l’influence de caractéristiques locales sur l’hétérogénéité des résultats.

Méthode

L’étude a porté sur les 17 agglomérations urbaines suivantes : Bordeaux, Dijon, Grenoble, Le Havre, Lille, Lyon, Marseille, Montpellier, Nancy, Nantes, Nice, Paris, Rennes, Rouen, Strasbourg, Toulouse, Lens-Douai, pour la période 2007-2010.

Les données de mortalité non accidentelle (Classification internationale des maladies - 10^e révision, CIM-10 : A00-R99) et cardiovasculaire (CIM10 : I00-I99) ont été obtenues auprès du Centre d’épidémiologie sur les causes médicales de décès (CépiDc-Inserm) pour les décès tous âges et des personnes de 75 ans et plus (>74 ans).

Les données de températures journalières (moyennes, minimales et maximales pour une station de référence de chaque ville) ont été recueillies auprès de Météo-France.

Les données de PM₁₀ ont été recueillies auprès des associations agréées de surveillance de la qualité de l’air (AASQA) pour les stations urbaines de la zone d’étude. Depuis janvier 2007, les AASQA doivent fournir des mesures de PM₁₀ corrigées pour être en accord avec la méthode de référence gravimétrique. Chaque AASQA dispose donc, depuis cette date, d’une ou plusieurs stations de mesure des PM₁₀ équipées d’un module FDMS qui permet de prendre en compte la fraction semi-volatile des particules. Les concentrations de PM₁₀ enregistrées par un appareil TEOM-FDMS sont supérieures de 20 à 50% aux concentrations mesurées par un appareil TEOM.

L’analyse statistique s’appuie sur des modèles additifs généralisés (GAM). Dans chaque ville, le compte journalier de décès est régressé sur le polluant en contrôlant les facteurs de confusion potentiels : tendance à long terme, variations saisonnières, jours de la semaine, jours fériés et température moyenne. Le polluant est introduit simultanément dans le modèle sous forme de la moyenne des niveaux du jour même et de la veille (lag 0-1) et du niveau moyen des 2 à 5 jours précédents (lag 2-5). La température moyenne apparaît également simultanément dans le modèle aux lag 0-1 et 2-5 sous forme de natural spline à trois degrés de liberté. La saisonnalité est prise en compte au moyen d’une fonction pénalisée dont le paramètre de lissage est sélectionné afin de minimiser la valeur absolue de la somme des autocorrélations partielles des résidus ¹.

Les analyses ont été réalisées pour l’année entière et par saison. Une analyse combinée des coefficients associés à l’indicateur d’exposition, obtenus pour chaque ville, est réalisée au moyen d’un modèle à effets aléatoires selon la méthodologie de Jackson et White ².

Une méta-régression sur de possibles effets modificateurs a été effectuée pour rechercher des explications possibles quant aux différences observées entre villes. Les effets modificateurs testés ont été sélectionnés à partir d’une revue de la littérature et représentent des caractéristiques de la population (densité de population, pourcentage de personnes âgées de plus de 74 ans), de son état de santé (taux de mortalité standardisé sur l’âge), de sa situation socioéconomique (pourcentage des ménages non imposables) et de son environnement (température moyenne annuelle et concentration annuelle moyenne de dioxyde d’azote, NO₂).

Les résultats présentés sont des excès de risque relatif combiné pour une augmentation de 10 µg/m³ des niveaux de PM₁₀.

L’ensemble des modèles a été développé à l’aide du logiciel R-3.0.2^® en utilisant les packages mgcv et mvmeta.

Résultats

Analyses descriptives

Population

Les 17 villes totalisaient 15 333 576 habitants, dont 43% à Paris. Lens-Douai, Lille, Lyon et Marseille représentaient chacune environ 7% de la population totale, les autres villes comptant pour moins de 2% chacune (tableau 1). La part des personnes âgées était similaire dans l’ensemble des villes, entre 7 et 10%, à l’exception de Nice où la proportion des personnes âgées atteignait 12%. Environ 45% des foyers étaient non imposables. Ce pourcentage variait de 37% (Paris) à 61% (Lens-Douai). Les zones ont été construites de telle sorte que le niveau moyen d’exposition de la population puisse être correctement estimé à partir des données des stations de mesure de la qualité de l’air ³.

Mortalité

Paris représentait 37% des décès toutes causes observés dans les 17 villes. Pour la mortalité non accidentelle, la part des plus de 74 ans variait de 59% (à Lens-Douai) à 73% des décès (à Nice) (tableau 2).

Températures

Les températures annuelles moyennes variaient de 10,4°C (Rouen) à 16,1°C (Nice) (tableau 1). Dans chaque ville, les distributions de températures étaient très semblables au printemps (mars-mai) et en automne (septembre-novembre), alors que l’hiver (décembre-mars) et l’été (juin-août) se distinguaient nettement.

Indicateur de pollution

Les concentrations moyennes de PM₁₀ par saison sont résumées dans la figure. Le nombre de valeurs manquantes sur la période d’étude atteint au maximum 10% à Dijon.

En moyenne annuelle, aucune ville ne dépassait la valeur réglementaire européenne de 40 µg.m^-3, mais seule Dijon respectait la valeur guide de l’Organisation mondiale de la santé (OMS) fixée à 20 µg.m^-3 (tableau 1). Les concentrations moyennes étaient peu variables par saison, même si les concentrations étaient plus faibles en été et plus élevées en hiver (respectivement 21 µg.m^-3 et 30 µg.m^-3 en moyenne sur l’ensemble des 17 villes). Les différences saisonnières étaient plus marquées sur les pics (concentrations supérieures aux seuils d’information de 50 µg.m^-3 et d’alerte 80 µg.m^-3), plus fréquents en hiver (figure).

Les concentrations annuelles moyennes de NO₂ variaient de 18,5 µg.m^-3 (Rennes) à 36,1 µg.m^-3 (Paris) (tableau 1).

Relations exposition-risque

Le tableau 3 présente, pour l’année entière, les excès de risque relatif (ERR) de la mortalité non accidentelle et cardiovasculaire pour une augmentation de 10 µg.m^-3 du niveau des PM₁₀ du jour et de la veille (lag 0-1), des 2 à 5 jours précédents (lag 2-5) et du cumul des deux (lag 0-1 et 2-5).

Pour une augmentation des niveaux de PM₁₀ du jour et des 5 jours précédents, un ERR de 0,51% (IC95%: [0,08-0,94]) a été observé pour la mortalité non accidentelle. L’ordre de grandeur est similaire pour la mortalité cardiovasculaire (tableau 3). Un ERR plus élevé pour les 75 ans et plus a été retrouvé pour la mortalité non accidentelle (+1,04% [0,42-1,67]) uniquement.

Le détail des lag 0-1 et 2-5 montre que l’impact des PM₁₀ était plus marqué pour une augmentation des niveaux des 2 à 5 jours précédents pour la mortalité non accidentelle et cardiovasculaire.

Les résultats par causes de mortalité et par saison sont reportés dans le tableau 4. Les excès de risques de mortalité étaient plus élevés en été et caractérisés par un effet immédiat (lag 0-1) plus important qu’au lag 2-5, avec un ERR de +2,06% [0,06 ;2,56] pour la mortalité cardiovasculaire. Si on prend conjointement les lag 0-1 et 2-5, l’excès de risque relatif était encore plus important : +3,00% [0,28;5,79] pour la mortalité cardiovasculaire.

Méta-régressions

Dans notre étude, nous avons observé une hétérogénéité modérée (I² de Higgins maximum égal à 30%). La méta-régression a été réalisée uniquement pour la mortalité annuelle non accidentelle, qui présente la plus grande hétérogénéité.

Cette hétérogénéité n’est pas expliquée par les variables étudiées, qui ne modifient significativement pas les relations exposition-risque estimées précédemment (tableau 5).

Discussion

Cette étude montre la persistance d’un impact à court terme des PM₁₀ sur la mortalité. Une augmentation de 10 µg.m^-3 des niveaux de PM₁₀ journaliers aux lags 0-1 et 2-5 simultanément est associée à une augmentation de 0,51% (IC95%: [0,08;0,94]) de la mortalité pour cause non accidentelle pour toute l’année et pour tous âges, et de 0,55% pour la mortalité cardiovasculaire. Les effets observés sont plus importants pour les personnes âgées de plus de 74 ans et se limitent à la période estivale.

Ces risques sont plus faibles que ceux obtenus dans les précédentes études du Psas, ce qui peut s’expliquer par le changement de la méthode de mesure des PM et par l’introduction de nouvelles villes dans l’analyse. Une étude portant spécifiquement sur les villes où les données de TEOM et de TEOM-FDMS étaient simultanément disponibles (Paris, Marseille, Rouen, Nice, Strasbourg, Nancy, Montpellier, Le Havre et Rennes) a montré une tendance à la diminution des risques avec l’apparition des analyses TEOM-FDMS, même si les intervalles de confiance se chevauchaient.

Les risques retrouvés sont également cohérents avec ceux retrouvés dans l’étude MedParticles en Europe méditerranéenne pour la mortalité non accidentelle (+0,28% [-0,14;0,71] aux lags 0-1 et 2-5, et pour la mortalité cardiovasculaire (+0,54% [0,09;0,99] aux lags 0-1 et 2-5) ⁴.

Les effets sont plus importants au lag 2-5, ce qui indique que l’effet de la pollution est différé de quelques jours après l’exposition, sauf en été où l’effet sur la mortalité se concentre aux lag 0-1. À l’inverse, pour l’année entière, MedParticles retrouve un effet plus important aux lag 0-1 qu’aux lag 2-5 ⁴. Cette différence pourrait être en partie due aux différences climatiques entre nos 17 villes de France métropolitaine et celles incluses dans MedParticles (villes de Grèce, d’Italie, d’Espagne, et Marseille pour la France). Il faut également garder à l’esprit que les systèmes de santé sont différents entre ces pays, ce qui peut modifier le recours aux soins.

Les analyses par saisons ont montré que, pour les PM₁₀, le plus fort impact se trouve pendant l’été, en particulier pour la mortalité cardiovasculaire (aux lags 0-1 et 2-5 simultanément) et pour la mortalité non accidentelle (au lag 0-1). Il faut noter qu’en été, une partie de l’effet attribué aux PM₁₀ pourrait provenir de l’ozone et non de la chaleur, car la température est incluse comme facteur de confusion dans le modèle afin de ne pas attribuer aux PM un effet qui serait en réalité attribuable à la température. Il peut, en revanche, y avoir des synergies entre l’effet de la température et des PM, soit en exacerbant des mécanismes physiologiques, soit en modifiant l’exposition (temps passé à l’extérieur, ouverture des fenêtres...). Cependant, une étude précédente restreinte aux neufs villes historiques du Psas pour la période 2000-2006 a montré que les relations exposition-risque des PM₁₀ en été restaient supérieures à celles observés le reste de l’année, même après un ajustement sur l’ozone ⁵.

L’observation d’un effet plus important pendant l’été est cohérent avec les données de la littérature en Europe ^4,6,7,8,9 et en Amérique du Nord ^10,11.

Les variables retenues dans la méta-régression n’expliquent pas l’hétérogénéité, par ailleurs faible, observée entre les différentes villes. Une meilleure caractérisation des sources d’émission et de la composition chimique des PM₁₀ permettrait de mieux appréhender les causes possibles de cette hétérogénéité et de mieux comprendre les variations saisonnières observées. De telles analyses seront réalisées lorsque des séries de données journalières suffisamment longues (plus de 3 ans) seront disponibles.

Cette étude confirme les effets à court terme des PM₁₀ sur la mortalité, même à des concentrations conformes à la réglementation de l'Union européenne (40 µg.m^-3 en moyenne annuelle) et proches des valeurs guides de l'OMS (20 µg.m^-3), et souligne la nécessité d’agir pour diminuer les niveaux de particules en France. Cette action doit concerner tant les pics que les niveaux de fond. Le projet Aphekom avait par ailleurs montré que les niveaux trop élevés de PM₁₀ (comparés au seuil recommandé par l’OMS) étaient responsables de près de 1 000 hospitalisations pour causes cardiovasculaires dans neuf villes françaises ¹². Les niveaux trop élevés de PM_2,5 sont quant à eux responsables de plus de 2 900 décès anticipés par an dans ces mêmes villes.

Remerciements

Nous remercions Météo-France et les Associations agréées de surveillance de la qualité de l’air (AASQA) pour les données environnementales et le Centre d’épidémiologie sur les causes médicales de décès (CépiDc-Inserm) pour les données de mortalité.

Références

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