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Rapport n°4: Combien dépenser pour la Protection de la Santé et de l'Environnement

Fonctions dose-réponse

Généralités
La fonction dose-réponse (FDR) rapporte la quantité de polluant qui touche un récepteur (la population par exemple) à l'impact physique de ce récepteur (par exemple, le nombre d'hospitalisations supplémentaires). Au sens étroit de l'expression, cela devrait être basé sur la dose effectivement absorbée par le récepteur. Toutefois, l'expression fonction dose-réponse est souvent utilisée en un sens plus large en la formulant directement en termes de concentration d'un polluant dans l'air ambiant, tenant compte implicitement de ce qui est absorbé par le corps à partir de ce qui est contenu dans l'air. Pour les polluants atmosphériques classiques (Nox, SO2, O3, et particules), les fonctions seront généralement de ce type et les expressions « fonction exposition-réponse » ou « fonction concentration-réponse » (FCR) sont souvent utilisées.

La FDR est l'élément central de d'une AVI et à ce titre, mérite des explications. Un dommage ne peut être quantifié que si la FDR correspondante est connue. De telles fonctions sont disponibles pour les impacts sur la santé humaine, les matériaux de constructions et les cultures, causées par une série de polluants, tels que les polluants primaires et secondaires (par exemple, les nitrates et les sulfates) les particules, l'ozone, les CO, SO2, Nox, benzène, dioxines, As, Cd, Cr, Ni et Pb. Les données de référence les plus complètes figurent dans la base de donnée IRIS de l'EPA [http://www.epa.gov/iriswebp/iris/index.html]. Toutefois, pour être utilisées au niveau d'une IPA, ces informations doivent souvent être exprimées de façon un peu différente pour tenir compte de facteurs supplémentaires tels que le taux de référence de l'incidence [ExternE 1998, Spadaro & Rabl 2004]. Malheureusement, pour beaucoup de polluants et d'impacts, les FDR sont très imprécis ou même inconnus. Souvent les seules informations disponibles portent sur des seuils, typiquement le NOAEL (no observed adverse effect level - niveau d'absence d'effets secondaires observés) ou le LOAEL (lowest observed adverse effect level = niveau le plus bas d'effets secondaires observés). Une connaissance des seuils n'est pas suffisante pour quantifier les impacts ; la seule chose que l'on sache c'est si le risque est présent ou absent. Les exceptions sont principalement les carcinogènes et les polluants atmosphériques classiques, pour lesquels les FDR développés sont connus (souvent sur la base d'une hypothèse de linéarité et d'absence de seuil).

Par définition, une FDR part de l'origine, et dans la plupart des cas elle augmente avec la dose, telle qu'elle est schématisée dans la Fig.3. Aux doses les plus élevées, la fonction peut se stabiliser en forme d'S par saturation, mais ceci n'est pas pertinent pour nos applications. Les FDR de santé sont déterminées d'après des études épidémiologiques ou de laboratoire. Dans ce dernier cas, comme il s'agit généralement d'études animales, l'extrapolation à l'humain introduit des incertitudes considérables.

Une difficulté majeure réside dans le fait que des doses relativement élevées sont nécessaires pour obtenir des réponses non nulles observables, sauf si l'échantillon est très vaste. De telles doses dépassent généralement de très loin les concentrations ambiantes aux Etats-Unis ou en Amérique du Nord. Il est donc très problématique d'extrapoler à partir des données observées pour arriver à des doses plus faibles. La Fig.3 indique plusieurs possibilités pour le cas où le point P correspond à la dose la plus faible pour laquelle une réponse a pu être mesurée. Le modèle linéaire est le plus simple de tous, c'est-à-dire une ligne droite de l'origine en traversant le ou les points de données observées. Les données connues à ce jour laissent penser qu'une FDR pour la santé ne passera probablement pas au dessus de cette ligne droite. Cependant, le modèle à ligne droite paraît bien être approprié dans de nombreux cas, en particulier pour de nombreux cancers. En fait, la plupart des évaluations pour les cancers dus à des produits chimiques ou aux rayonnements supposent un tel comportement linéaire.

Une autre possibilité est la forme en « crosse de hockey » : un effet zéro en dessous d'un seuil, suivi d'une ligne droite. Ces seuils se produisent lorsqu'un organisme possède un mécanisme de réparation naturel qui peut intervenir pour empêcher ou combattre les dommages jusqu'à une certaine limite.

Parfois on observe même un effet « fertilisant » à faibles doses, comme cela est indiqué par la courbe en pointillé de la Fig.3. On l'observe par exemple, pour les fonctions dose-réponse de l'impact du NOx et du SO2 sur les cultures : à faible dose ces polluants peuvent augmenter le rendement, ce qui signifie que le dommage est négatif. Généralement l'effet fertilisant se produit pour des polluants qui apportent les éléments traces dont un organisme a besoin.

En pratique, la plupart des FDR utilisées par ExternE, notamment celles concernant la santé, sont supposées être linéaires (sans seuil). Il faut noter que pour le calcul des coûts de dommages incrémentiels, il n'y a pas de différence entre la fonction linéaire et celle en « crosse de hockey», si la pente est la même et si la concentration de fond est partout au dessus du seuil. Pour les particules, NOx, SO2, O3 et CO, ou il n'y a pas de seuil ou le niveau de fond dans la plupart des pays industrialisés est au-dessus d'un seuil auquel les effets se produisent.

Impacts sur la santé
En termes de coût, les effets sur la santé forment la plus grande part des évaluations de dommages par ExternE. Les experts en santé publique sont maintenant d'avis que la pollution atmosphérique, même au niveau actuel, aggrave la morbidité  (tout particulièrement en ce qui concerne les maladies respiratoires et cardiovasculaires) et conduit à une mortalité prématurée [par exemple Wilson & Spengler 1996, ERPURS 1997], voir le tableau 1. On a moins de certitudes concernant les causes spécifiques, mais les études les plus récentes ont identifié les particules fines comme une cause principale ; l'ozone a également été mis en cause directement. La majeure partie du coût provient des effets chroniques dus aux particules, calculé selon Pope et al [2002]. Cette expression, choisie par analogie avec les impacts de morbidité aiguë ou chronique, indique que l'effet total ou à long terme de la pollution sur la mortalité a été inclus, par opposition aux impacts aigus sur la mortalité observés dans les quelques jours qui suivent l'exposition à la pollution. Une autre contribution importante est tirée de la bronchite chronique due aux particules [Abbey et al 1995]. En outre, il pourrait y avoir des effets directs et importants sur la santé par exposition au SO2. Pour les impacts directs du NOx, les preuves ne sont pas aussi convaincantes.

ExternE a utilisé les FDR pour les particules et l'O3. Les effets du NOx et du SO2 sont supposés relever indirectement des particules contenues dans les aérosols de nitrates et sulfates. Ils ont été calculés en appliquant les FDR pour les particules aux concentrations de ces aérosols. Toutefois, les incertitudes sont importantes du fait qu'il y a peu d'indications pour distinguer la toxicité des différents composants de PM ou de leurs caractéristiques (acidité, solubilité, ...). En effet, les études épidémiologiques des aérosols de nitrates manquent du fait que ce n'est que récemment que ce polluant est suivi par les stations de surveillance de la pollution atmosphérique. Toutes les FDR pour la santé au niveau de la population ont été supposées linéaires en l'absence de seuils constatés aux concentrations ambiantes actuelles. Contrairement aux populations homogènes d'animaux clonés étudiés par les toxicologues, l'absence d'un seuil de non effet est vraisemblable pour des populations réelles comportant obligatoirement des individus à sensibilité très disparate (par exemple, à tout moment, environ 1% de la population se trouvent dans les derniers neufs mois de leur vie et sont donc particulièrement fragile).