Programme Phyt'air

Le programme Phyt’air est un programme français de recherche portant sur la faisabilité de l'épuration de l’air à l'intérieur des bâtiments par des plantes, et étudiant leur capacité de bioindication de la qualité de l'air intérieur.

Sommaire 1 L'air intérieur 2 La dépollution par les plantes 3 Le projet Phyt'air 4 Le Programme Phyt'air 5 L’étude de Wolverton 6 Phases du Programme PHYT’AIR 6.1 Phase I (2005 à 2007) 6.1.1 Résultats obtenus en 2007 6.1.2 Perspectives possibles 6.2 La phase II (2007 à 2009) 6.3 Phase III du Programme PHYT’AIR 6.3.1 Méthodologie 6.3.2 Plantes et polluants concernés 7 Annexes 7.1 Voir aussi 7.2 Liens externes 7.3 Bibliographie 7.4 Notes et références

L'air intérieur

La qualité de l’air extérieur fait depuis les années 1970 l'objet de nombreuses études, d'alertes et de mesures mais la qualité de l’air intérieur n'a l'attention du public et des spécialiste que depuis peu. Or, les humains vivent de plus en plus dans des espaces clos ou dans l'habitacle d'un véhicule : un occidental urbain moyen passe plus de 80% de son temps à l’intérieur. Et il est fréquent que l'air intérieur soit plus pollué que l'air extérieur (pour certains paramètres au moins), c'est pourquoi la maîtrise de la pollution des ambiances intérieures est un des objectifs des approches de type HQE (Haute qualité environnementale). L'utilisation d'organismes vivant pour épurer l'air intérieur ou extérieur est un des sous-objectifs d'un projet de quinzième cible HQE.

Les principaux polluants, et leurs sources :

• Une première source de pollution de l'air intérieur est l'air extérieur. Les autres facteurs peuvent être liés à la nature des locaux, à leur histoire (peinture au plomb, amiante, ponçage, incendie, dégâts des eaux..) ou au comportement des occupants. Ces polluants ou « aérocontaminants » sont nombreux et peuvent être de nature très différentes (biologique, chimique ou physique). Leurs taux sont souvent variables dans le temps et dans l’espace, en fonction de la température, de l'agitation de l'air, de l'ensoleillement, etc. Ce sont notamment :
• Les composés organiques volatils, dont solvants évaporés de parfums, colles, peintures et encres d'imprimerie. On trouve aussi de nombreux solvants dégazant des matériels informatiques et électroménagers, etc.). 300 de ces composés ont été identifiés dans l'air intérieur, qui est parfois plusieurs fois plus pollués que l'air extérieur^[1].
• Les particules, micro ou nanoparticules, gaz et vapeurs issus des combustions et de la cuisson (monoxyde (CO) et dioxyde de carbone (CO₂), monoxyde (NO) et dioxyde d'azote (NO₂), dioxyde de soufre (SO₂), résidus d'hydrocarbures, et autres suies, (avec le cas particulier de la fumée de tabac..)
• Le radon (qui émane du sol ou de certains matériaux de construction)
• Des allergènes biologiques (poussières, pollens, moisissures, excréments d'acariens, formaldéhydes, fongicides, insecticides, produits anti-feu, insecticides, produits d’entretien, poils d'animaux domestiques…)
• Les particules ou fibres respirables en suspension dans l’air provenant de matériaux ou revêtement contenant de l'amiante, de la laine de roche, du plomb, etc.
• Les microorganismes (bactéries, moisissures, virus et autres microbes. Ils proviennent des aliments, des déchets organiques, ou des occupants (crachats, particules issus d'éternuements et autres fomites) ou ils viennent de l'extérieur (souvent adsorbés sur des poussières aéroportées, ou via des excréments de chiens, chats ou oiseaux, pollens et autres contaminants ramenés sous les semelles ou sur les vêtements).

... et ce, à l’intérieur des maisons, lieux publics, entreprises, bureaux.

La dépollution par les plantes

Dans les années 1980, les premiers travaux scientifiques sur l'épuration de l'air intérieur par les plantes (l'un des domaines de la Phytoépuration) ont été initiés par le professeur Bill Wolverton de la NASA, aux États-Unis. Il était missionné depusi 1974 pour travailler sur l’élimination des composés chimiques générés par les matériaux de construction utilisés dans les navettes spatiales ou futures stations orbitales (milieux totalement confinés), afin que les astronautes puissent respirer un air plus sain. Il a produit une liste d'environ 50 plantes, notée chacune de 1 à 10 pour leur efficacité à absorber divers polluants.
Dans les années 1990, d'autres chercheurs, en Allemagne et aux États-Unis ont conforté les premiers résultats de Wolverton.
Depuis les années 2000, de nombreuses études ont approfondi cette question dans le monde entier (Australie, Allemagne, Angleterre, Canada, Chili, Corée, Chine, Géorgie, Japon et Russie) cherchant à mieux mettre en évidence (quantitativement et qualitativement) les propriétés épuratrices des plantes en pot ou en culture hydroponique vis-à-vis d’un certain nombre de polluants, notamment ceux de l’air intérieur. Mais les protocoles d'études étaient souvent trop différents pour facilement comparer ces études. A l'heure actuelle, en France, des recherches se poursuivent, dont via le projet Phyt'air.

Le projet Phyt'air

Il vise à mieux comprendre les mécanismes en jeu et à consolider les données scientifiques sur des questions telles que le dimensionnement minimal en surface foliaire nécessaire selon le volume de la pièce, la teneur en polluants, et leur nature.
La faculté de pharmacie de Lille, en partenariat avec le CSTB, réalise une étude de faisabilité pour la constitution d’un système simple de bioépuration de l’air intérieur, avec dans le même temps la mise au point d'une méthode de qualification des plantes en vue de les utiliser comme bioindicateur.Ce projet s'inscrit dans les orientations du plan régional pour la qualité de l'air (PRQA) du Nord-Pas-de-Calais. il se veut aussi être un exemple opérationnel du lancement dans la région Nord Pas de calais d'une filière économique appliquant les principes de la bioindication
Une association « Plant'Airpur » fondée par Geneviève Chaudet (auteure d'un livre intitulé "Les plantes dépolluantes"), en 2000 accompagne le projet. Cette association de professionnels regroupe des producteurs et des distributeurs du secteur mais aussi des architectes d'intérieur, des paysagistes et des chercheurs. L'association diffusera au monde professionnel les résultats de l'étude qui vise aussi à garantir aux consommateurs l'efficacité d'un système commercialisable de bio épuration de l'air intérieur, prenant simplement la forme de bacs de plante vertes, judicieusement choisies.

Le Programme Phyt'air

Il est en cours de développement depuis 2001 par deux laboratoires de recherche (du CSTB de Nantes, et de la Faculté de pharmacie de Lille).
Il est co-financé par les délégations régionales Nord/Pas-de-Calais et Pays de la Loire de l’ADEME et les régions Nord-Pas-de-Calais et Pays de la Loire avec aussi le soutien de l’association « PLANT’AIR PUR ». Il a comme originalité d'avoir un double objectif qui est de surveiller et d'épurer l'air intérieur grâce à des plantes vertes. Ces acteurs souhaitent réaliser une étude de faisabilité pour la constitution d’un système simple de biosurveillance et de bioépuration de l’air.

La phase I du Programme PHYT’AIR, a consisté à comparer les méthodes et données de l’étude menée par Wolveton à celles des travaux de M. CUNY et Mlle RZEPKA.

L’étude de Wolverton

En 1973, Wolverton avait identifié 107 produits Composés Organiques Volatils susceptibles de polluer l'intérieur d'un vaisseau spatial, ce qui lui avait permis d'alerter la Nasa sur les risques pour la santé des astronautes.
En 1984, les études publiées par la NASA, basées sur des tests en laboratoire, démontraient que certaines plantes d’intérieur pouvaient épurer l'air d'espaces fermés de polluants tels que les COV. Pour affiner ses recherches, la NASA a construit un bâtiment totalement étanche dénommé « Biohome ». Il a été équipé de manière à reproduire l'habitat entièrement fonctionnel d'une personne. Le reste de l'espace intérieur a accueilli un réseau des « composants biorégéneratifs » entièrement composé de plantes et de leurs substrats de croissance. Le Biohome a aussi été équipé (sur chaque porte extérieure) de préleveurs d'échantillons d'air intérieur.
Des analyses d'air ont été faites avec un chromatographe de spectromètre de masse/en phase gazeuse (la masse spec/GC) avant la mise en place des plantes au sein du Biohome ; elles ont confirmé la présence de niveaux élevés de COV (au point d'induire une forte irritation oculaire voire un malaise respiratoire chez les personnes entrant dans l'enceinte (deux symptômes pouvant évoquer ce qu'on appelle aujourd'hui le « syndrome des bâtiments malsains ».
Des plantes d’intérieur ont ensuite été introduites dans le biohome, pour en évaluer la capacité d’absorption des COV de l'air. Les analyses ont alors montré qu'en présence de ces plantes et de leur substrat, les concentrations en COV avaient très fortement diminué.

C’est pourquoi cette étude a depuis souvent servi de référence, notamment pour le Programme PHYT’AIR. Néanmoins, quelques points de méthode posent des questions que le programme Phyt'air veut résoudre :

• les doses de COV utilisées pour l’étude de Wolverton, étaient très élevées, plus qu'elles ne le sont dans nos milieux habituels de vie.
• Wolverton n'a pas étudié la part éventuelle des microorganismes ou du charbon de bois ou de la matière organique présents dans le substrats des plantes vertes, pour l’épuration de l’air.

La diversité des méthodes employées s'explique par la volonté de dégager un protocole, sinon standardisé, pouvant au moins servir de ligne directrice pour les travaux futurs et qui permettra des comparaisons fiables de résultats d'étude différentes.

Phases du Programme PHYT’AIR

Phase I (2005 à 2007)

Elle a pour premier objectif la mise au point un protocole d’analyse permettant de qualifier des plantes au regard de leurs capacités à surveiller ou à épurer l’air ambiant. Le Programme utilisera toutjours les trois plantes déjà pré-testées et communément utilisées en plantes d'intérieur ;

• Scindapsus aureus (Lierre du diable ou pothos) ;
• Chlorophytum comosum (Plante araignée ou Phalangère) ;
• Dracaena marginata(Dragonnier ; dont la capacité à épurer le benzène et le n-hexane ont été confirmées en Australie en 2001).

La méthode découle des connaissances acquises depuis quelques années dans le domaine de la biosurveillance de la pollution extérieure par les lichens ou les plants de tabac, néanmoins, pour pouvoir interpréter et comparer les résultats, plusieurs conditions d'expériences étaient nécessaires :

• étude du rapport concentration finale sur concentration initiale, avec une injection unique de polluant sur 24h,
• injection d’une dose unique et observations des performances d'épuration pendant 24h,
• maintien de la température et de l’humidité constantes (pour la comparabilité des résultats, bien que ces paramètre varient dans la réalité),
• utilisation d'un éclairage naturel (avec ou sans ajout d'éclairage artificiel) pour reproduire l’éclairage tel qu'il existe dans l'habitat réel.

De plus, différentes configurations d’expositions ont été expérimentées pour différencier le rôle de chaque compartiment dans les phénomènes d’épuration. Six configurations différentes ont été testées :

1. Plantes avec sol, racines et microorganismes.
2. Pots avec terre, racines et microorganismes.
3. Plantes sans terre ni microorganismes.
4. Plantes avec des feuilles uniquement.
5. Terre et microorganismes.
6. Terre stérile.

Les plantes sont toutes exposées aux polluants dans des enceintes en verre, équipées pour mesurer et suivre l'évolution des concentrations en polluants.

Résultats obtenus en 2007

Les tests de la première phase du programme Phyt'air ont confirmé que les plantes épurent l’air des enceintes, et ont montré que la configuration plantes avec sol, racines et microorganismes est la plus efficace pour dépolluer l’air. Néanmoins, les chercheurs ont constaté que les performances diffèrent selon les plantes et polluants ; Pour les plantes testées, le monoxyde de carbone est le polluant pour lequel les abattements des concentrations ont été les plus forts. Vient ensuite le formaldéhyde, puis en dernière position le benzène. Mais en termes de rapidité du processus, le formaldéhyde est éliminé plus rapidement que le toluène et le monoxyde de carbone^[2] (avec environ la même quantité éliminée pour une même surface folaire de C.comosum et S.aureus ^[2].

Comme on peut le faire pour les cellules animales, un test dit « test des comètes » a été réalisé sur les cellules végétales des plantes exposées. Il a mis en évidence une lyse du noyau cellulaire montrant que l'ADN des cellules végétales ont été endommagées par l’exposition aux polluants. Ceci pose deux questions :

• Les cellules humaines, bien que fonctionnant différemment des cellules végétales, subissent elles des effets comparables ?
• Pour des raisons de clarté des résultats scientifiques, dans chaque expérience, les plantes n'ont été soumises qu'à un seul type de polluant à la fois (Benzène, Monoxyde de Carbone, Formaldéhyde), mais dans la vie courante, nous sommes exposés à des « cocktail » complexes de polluants. De plus, on a a vu que les plantes n’ont pas toutes le même potentiel d’absorption des polluants, et que les performances d’une même plante varient selon le polluant. Ces expériences doivent donc maintenant être transposées en conditions plus proches de la réalité. Cela pourra se faire via des logiciels de modélisation qu'il faut d'abord caler sur des observations en vraie grandeur, qui seront faites dans un pavillon expérimental (phase III du Programme).

Perspectives possibles

La méthodologie utilisée et testée pour ces résultats pourra être remise à d'autres laboratoires et aux professionnels d’une part pour mieux communiquer sur les capacités épuratoires des plantes et sur le Programme PHYT’AIR et d’autre part, pour utiliser le protocole d’expérience sur d’autres plantes.

D’autres perspectives se dégagent ;

• dans le domaine de la formation et de l'information ;

- création d'un module de formation des vendeurs des magasins d’horticulture afin qu'ils renseignent mieux les clients sur les propriétés des plantes dépolluantes, mais aussi plus généralement sur les problématiques liées à la qualité de l’air intérieur ; A titre d'exemple une des craintes parfois exprimée par le grand public est que les plantes rejettent trop de CO2 dans l’air ambiant. En réalité, elles ne rejettent qu'une quantité de CO2 bien plus faible de celle que nous expirons en dormant, ou que celle induite par une cigarette allumée ou par un bougie qui se consumme. De plus, une quantité au moins égale à ce CO2 sera réabsorbé par la plante le lendemain quand elle sera exposée à la lumière du jour..

- Utilisation du label « PHYTAIR » ou d'une étiquette particulière pour communiquer, former, informer de manière objective^[3].

- Préparer un groupe de travail composé de collectivités (dont Pays de la Loire et Nord Pas de Calais ayant déjà montré leur intérêt..), et de scientifiques et professionnels de la filière (horticulteurs, pépiniéristes, etc.).

- L’association PLANT’AIR PUR diffusera un guide d’utilisation à remettre aux clients achetant des plantes dépolluantes.

• dans le domaine de la recherche :

- affiner la connaissance du rapport dépollution/surface foliaire (autrement dit : quelle surface de plante est nécessaire pour dépolluer l’air intérieur et en combien de temps  ?)

- poursuivre les expériences au sein d'une « Maison témoin » (du CSTB de Marne-la-Vallée, afin de se rapprocher des conditions quotidiennes de vie et de l’air intérieur à laquelle nous sommes quotidiennement soumis.

- Continuer les tests sur de nouvelles plantes ou des substrats améliorés pour élargir l’offre et son efficacité, et découvrir éventuellement que des plantes plus efficaces en termes de biosurveillance et de bioépuration.

- affiner les connaissances sur les allergies à certaines plantes d'intérieur (sève, pollen)

- affiner la connaissance des mécanismes d'épuration ; dans les cas (comme lors des expériences de Wolverton) où les polluants sont présents à forte dose, quelles sont les réaction physico-chimique qui s’ensuivent, et quels phénomène suivent l'adsorption ou l'absorption des molécules polluantes ou indésirables dans l'air par les plantes ; les polluants sont-ils métabolisés en métabolites plus ou moins nocifs pour la plante, avec quelles conséquences, etc. ? Il s'agit aussi d'affiner le rôle des microorganismes du sol des pots qui dans la cas du Benzène se montrent aussi efficaces que la plante elle-même si ce n'est plus efficace ^[1].

Geneviève Chaudet cite^[3] aussi des « biofiltres » plus perfectionnés, incluant du charbon actif dans le sustrrat ou un système pulsant l'air au travers d'un mur végétalisé dont les espèces sont choisies pour leurs capacités à épurer différents polluants.

La phase II (2007 à 2009)

Durant cette phase, l’équipe Scientifique a élargi ses compétences et moyen en s'associant par l’intégration de Benjamin Hanoune (chargé de recherches) à l'Université Lille I qui dispose de matériels plus sophistiqués et précis, notamment pour le dosage des injections de polluants au sein des enceintes en verre.

Le Programme PHYTAIR II expose des végétaux, de manière unique et en continu, afin d’étudier l’épuration de l’air du CO, du benzène et du formaldéhyde. Plus précisément, ce programme envisage :

• de suivre les paramètres biologiques développés dans le Programme PHYTAIR I et de comparer les résultats. Les marqueurs cellulaires seront mesurés avant, et après l’exposition. Certains seront également suivis dans le temps afin d’appréhender les mécanismes de réparation cellulaire.

Dans l’optique de l’élaboration d’une méthode standardisée d’évaluation des végétaux et dans la perspective du label, deux axes de développement sont proposés :

- concernant l’exposition des végétaux : optimisation de la maîtrise des paramètres environnementaux (température et humidité) et essai de mise au point d’une mesure des performances épuratrices des plantes exposées en continu ;

- concernant les paramètres physiologiques : intégration d’une nouvelle enzyme (la glutathion réductase) venant compléter les données relatives aux enzymes déjà étudiées.

Résultats déjà obtenus sur les performances épuratoires :

1. Les capacités d’épuration des plantes sont confirmées, mais nécessitent d’être pondérées par le rôle du sol.
2. Les résultats obtenus ne sont pas uniquement dépendants de la surface foliaire et la quantité de cires foliaires bien que pour la part d’absorption attribuable aux plantes, la densité du feuillage semble influer sur les performances observées.
3. L’hygrométrie et l'humidité du sol influent significativement sur les performances d’épuration du formaldéhyde (probablement essentiellement à cause des propriétés hydrophiles de ce polluant).
4. La lumière ne semble pas influer sur les performances d’épuration.

Résultats obtenus sur les atteintes physiologiques :

1. Les résultats obtenus dans PHYTAIR I sont confirmés.
2. Les polluants ont généré un stress oxydant qui se manifeste soit par la formation de MDA (Malondialdéhyde) et/ou par l’activation d’enzymes antioxydantes.
3. Lors des injections de benzène en mode continu, les mécanismes observés semblent proportionnels à la dose utilisée.
4. Les résultats (obtenus en laboratoire ou lors de tests dans les écoles) montrent des possibilités de biosurveillance de la qualité de l’air intérieur.

Phase III du Programme PHYT’AIR

Cette étape doit permettre de progressivement quitter les conditions de laboratoire (enceintes et conditions contrôlées) pour s'approcher des conditions du mode de vie quotidien, car même si le Programme PHYTAIR II a permis d’évoluer vers des conditions plus réalistes en matière d’exposition et de doses, certains paramètres tels que les volumes, les circulations d’air, l’influence de l’aération… n'avaient pas encore pu être pris en compte. Or, ces variables sont incontournables pour obtenir des données sur les capacités effectives de végétaux placés en conditions réelles, dans la perspective du développement d’un système d’épuration.
Plusieurs outils permettent cette évolution dont le plus abouti est le « Laboratoire MARIA » du CSTB qui est, schématiquement, une maison complètement équipée pour le suivi de très nombreux paramètres, dont les polluants, et dans laquelle des tests pourraient être réalisés sur les plantes. Cependant, cet équipement, compte tenu de sa configuration, du nombre de demandes, et de son coût d’utilisation, ne peut être le cadre de multiples tests préliminaires.

Il convient dans un premier temps de faire appel à une étape intermédiaire basée sur l’utilisation d’un outil numérique. Celui-ci a pour but général d’observer le comportement des polluants dans des pièces (dont les caractéristiques peuvent être modifiées) en présence les plantes. L’objectif de cette étape sera d’établir des scénarios réalistes qui seront dans un second temps validés dans l’équipement « Maria ».

Méthodologie

Trois phases d'étude sont en cours de mise au point avec le CSTB :

• Phase 1 : Recherche des conditions de standardisation des cultures. Elle sera nécessaire afin de disposer de matériel standard lors de l'exposition des végétaux aux polluants mais également sur la recherche de matériaux capables d'augmenter soit le phénomène de dépollution soit permettant une meilleure croissance végétale.
• Phase 2 : L'exposition des végétaux ; Durant cette phase, une étude de la cinétique d'élimination des polluants de l'air pour chaque espèce de plante sera réalisée. Une évaluation de la bio accumulation et la bio indication sera étudiée. Ces études aboutiront à une réflexion finalisée sur l'application des systèmes dans les lieux de vie.
• Phase 3 : Envisager le conditionnement et l'utilisation des plantes dans les lieux. Cette phase portera alors sur des essais progressifs faits dans des lieux différents.

Plantes et polluants concernés

A ce stade, le projet Phyt'air devrait principalement porter sur trois plantes :

• Le Chlorophytum (Plante araignée ou Phalangère)
• Le Dracaena marginata (Dragonnier)
• Le Scindapsus aureus (Lierre du diable ou pothos)

Et sur quatre aérocontaminants :

• Le toluène (C₆H₅CH₃)
• Le benzène (C₆H₆)
• Le monoxyde de carbone (CO)
• Le formaldéhyde (HCHO)

Annexes

Voir aussi

• Écologie
• Renouvellement de l'air intérieur
• Mur végétalisé
• Station de prélèvement de l'air ambiant
• HQE
• bioremédiation
• bioindication
• Mycoremédiation

Liens externes

• Plant'Airpur
• Observatoire de la qualité de l'air intérieur
• Résumé du Programme PHYT'AIR (APPA, consulté le 2009/05/27)

Bibliographie

"Les plantes qui purifient l'air de votre maison" incluant 20 fiches pratiques sur quelques plantes recommandées ;
par Cécile Baudet, Marie Dominique Guihard, Emmanuelle Mayer, 124 pages

Notes et références

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