vignette|droite|alt=Bioaérosol|Bioaérosol Un bioaérosol est un aérosol qui est ou qui provient d'un organisme vivant. Au sens large, et dans de nombreuses publications, les toxines d'origine biologique, les bactéries, les virus, les spores de moisissures, les cellules animales et végétales ainsi que les fragments et les déchets cellulaires en suspension dans l'air sont classés parmi les bioaérosols.
Définition Les bioaérosols sont des « molécules organiques biogéniques » ou des « microorganismes aéroportés » omniprésents dans notre environnement.
Dans le domaine des microorganismes, l’American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) définit les bioaérosols comme (ex. : toxines, microorganismes morts ou fragments de microorganismes) (voir bibliographie ACGIH, 1999).
La majorité des bioaérosols sont de dimensions qui les rendent « inhalables », car de l’ordre de 0,02 à 0,25 micromètre (µm) pour les virus, de 0,3 à 15 µm pour les bactéries et de 1 à 50 µm pour la majorité des moisissures et des levures.
Molécules organiques biogéniques naturelles Les odeurs marines et forestières, les parfums de fleurs sont dus à des cocktails de molécules organiques produites par les espèces vivantes. Certaines de ces molécules sont des phytohormones et/ou ont un rôle de protection (antibiotique par exemple) pour les espèces qui les émettent. D'autres molécules sont des déchets métaboliques ou sont émises à la mort d'organismes vivants. Elles sont souvent peu volatilesJokinen, T. et al. Production of extremely low volatile organic compounds from biogenic emissions: measured yields and atmospheric implications. Proc. Natl Acad. Sci. USA 112, 7123–7128 (2015) mais peuvent occasionnellement être dispersées par des tempêtes ou phénomènes convectifs.
Certains de ces aérosols contribuent à la production de nuages et de pluies naturelles, en jouant le rôle de noyau de nucléation ou de Noyau glacigèneRiccobono, F. et al. Oxidation products of biogenic emissions contribute to nucleation of atmospheric particles. Science 344, 717–721 (2014) Donahue, N. M. et al. (2013) How do organic vapors contribute to new-particle formation? Faraday Discuss. 165, 91–104 et d'ensemencement des nuages de vapeur d'eau. Plusieurs expériences récentesKirkby, J. et al. Nature https://dx.doi.org/10.1038/nature17953 (2016).Tröstl, J. et al. Nature The role of low-volatility organic compounds in initial particle growth in the atmosphere https://dx.doi.org/10.1038/nature18271 (2016).Bianchi, F. et al. (2016) New particle formation in the free troposphere: A question of chemistry and timing Science 352, 1109–1112 (résumé). ont confirmé le rôle de certains aérosols émis par les arbres sur la pluie et du climat. Elles suggèrent que les études rétrospectives et prospective du climat pré-industriel, devraient mieux en tenir compte, pour mieux comprendre le effets des blooms planctoniques, de la déforestation et parce que les nuages sont encore la première source d'incertitude dans la compréhension et modélisation de la manière dont les émissions anthropiques affectent l'atmosphère. Ces aérosols peuvent aussi interagir avec des sulfates naturels ou anthropiquesSchobesberger, S. et al. Molecular understanding of atmospheric particle formation from sulfuric acid and large oxidized organic molecules. Proc. Natl Acad. Sci. USA 110, 17223–17228 (2013) Kulmala, M., Kerminen, V.-M., Anttila, T., Laaksonen, A. & O’Dowd, C. D. Organic aerosol formation via sulphate cluster activation. J. Geophys. Res. D 109, D04205 (2004) ou avec l'ozone atmosphériqueHyttinen, N. et al. Modeling the charging of highly oxidized cyclohexene ozonolysis products using nitrate-based chemical ionization. J. Phys. Chem. A 119, 6339–6345 (2015) et le rayonnement cosmiqueKirkby, J. et al. Ion-induced nucleation of pure biogenic particles. Nature 533, https://dx.doi.org/10.1038/nature17953 (2016) Kirkby, J. et al. Role of sulphuric acid, ammonia and galactic cosmic rays in atmospheric aerosol nucleation. Nature 476, 429–433 (2011).
Exemple : Certains terpènes (dont l'α-pinène, un composé volatil responsable de l'odeur du sapin en forêt) de même que les bétaïnes relarguées dans l'atmosphère avec les embruns marins par le phytoplancton modifient le climat en faisant pleuvoir ou en modifiant la nébulosité et donc l'albédoRiipinen, I. et al. The contribution of organics to atmospheric nanoparticle growth. Nat. Geosci. 5, 453–458 (2012) Smith, J. N. et al. Chemical composition of atmospheric nanoparticles formed from nucleation in Tecamac, Mexico: evidence for an important role for organic species in nanoparticle growth. Geophys. Res. Lett. 35, L04808 (2008) .
Depuis 50 ans, divers auteurs dont James Lovelock dans son hypothèse Gaïa avancent qu'il y a là une boucle de rétroaction qui pourrait avoir été favorisée par la sélection naturelle au cours de l'évolution ; les algues et les arbres semblent ainsi depuis des millions d'années contribuer à entretenir et stabiliser un climat planétaire, un cycle de l'eau et des nutriments (azote, phosphore et soufre notamment) qui leur est favorableDavide Castelvecchi (2016) Cloud-seeding surprise could improve climate predictions A molecule made by trees can seed clouds, suggesting that pre-industrial skies were less sunny than thought. 25 Mao 2016.
Bactéries présentes dans l’air Les bactéries sont abondantes dans l’environnement et chez les humains. On en connaît plus de espèces. Ce sont des organismes unicellulaires qui se reproduisent par simple division cellulaire. La majorité des bactéries contiennent l’information génétique et la capacité énergétique nécessaires pour assurer leur croissance et leur reproduction. Elles sont aptes à utiliser diverses sources nutritives, inorganiques et organiques. La majorité des espèces rencontrées sont saprophytes, c’est-à-dire qu’elles tirent leur énergie de sources organiques. La classification des bactéries est basée sur des caractéristiques cellulaires, morphologiques ou biochimiques. Elles se répartissent dans deux grands groupes, selon leur réaction à la coloration de Gram : bactéries à Gram positif bactéries à Gram négatif.
Les bactéries ont besoin de beaucoup d’humidité pour se multiplier. Les bactéries Gram négatif ont une paroi cellulaire fragile qui supporte mal les UV solaires et la déshydratation subie pendant un passage prolongé dans l’air ou lors de l’échantillonnage. Les bactéries Gram positif ont une paroi plus résistante et certaines produisent des spores qui leur confèrent une résistance accrue aux variations des conditions environnementales. Dans ce groupe se trouvent les bactéries thermophiles, dont la croissance est favorisée par des températures plus élevées. À l’extérieur, les bactéries proviennent majoritairement de l’eau, du sol et des plantes et elles sont associées à la présence d’humains et d’animaux. Des étendues d’eau peuvent en dissiper dans l’air par aérosolisation, tout comme le font les émissions de certains procédés industriels et celles des unités de refroidissement. À l’intérieur des édifices, les bactéries proviennent principalement des occupants puisqu’elles constituent la flore naturelle de la peau et des muqueuses. Souvent, leurs espèces y sont plus nombreuses et leurs concentrations, supérieures à celles de l’environnement extérieur.
L'effet des bactéries sur la santé La majorité des bactéries présentes naturellement chez l'homme ne causent pas d’effets néfastes à la santé. Certaines sont même essentielles autant à l’organisme humain qu’à l’environnement. Les risques pour la santé apparaissent lorsque les concentrations de certaines espèces deviennent anormalement élevées. Ainsi, de fortes concentrations de bactéries thermoactinomycètes peuvent causer une pneumonie d’hypersensitivité, telle que la maladie du poumon du fermier.
Certaines bactéries aéroportées sont reconnues comme source de maladies infectieuses. Le risque pour la santé relié à la présence de la bactérie Legionella pneumophila, soit la légionellose, est ainsi bien documenté, avec deux formes distinctes de légionellose : la maladie du légionnaire, une pneumonie progressive pouvant être mortelle, et la fièvre de Pontiac, aux symptômes proches de ceux de la grippe. Cette bactérie peut se développer dans des réservoirs d’eau, mais elle est vulnérable à la déshydratation, ne survivant pas à l’extérieur de l’eau. Elle peut cependant être transmise dans l’air par la projection des gouttelettes d’eau en contienant.
Le genre Mycobacterium est également d’intérêt pour la santé, et particulièrement l’espèce Mycobacterium tuberculosis, l’agent étiologique de la tuberculose. La majorité des espèces de mycobactéries vivent dans les sols et dans l’eau, mais ils se trouvent aussi dans les tissus malades des animaux à sang chaud, incluant les humains. La bactérie Mycobacterium tuberculosis est aéroportée par les gouttelettes que génèrent les porteurs de la maladie et les systèmes de ventilation.
Moisissures et levures Des dizaines de milliers d’espèces de moisissures et de levures sont connues. Ces deux groupes appartenant à la famille des champignons. Omniprésents dans l’environnement, les champignons sont des saprophytes primaires, c’est-à-dire qu’ils utilisent la matière organique morte comme source nutritive pour leur croissance et leur reproduction. Plusieurs vivent dans les sols et prennent une part active dans la décomposition de la matière organique. Les humains seraient exposés couramment à plus de d’entre eux, dont plusieurs prolifèrent facilement dans un environnement intérieur humide.
Les levures sont des organismes unicellulaires. Elles se divisent par fission et bourgeonnement.
Les moisissures sont des organismes pluricellulaires. Elles se propagent par leurs spores. Ces éléments se développent en filaments appelés hyphes, lesquels, en s’agglomérant, forment le mycélium. Celui-ci donne naissance à des structures plus spécialisées, les appareils sporifères, responsables de la formation des spores. Les spores diffèrent en formes, en dimensions et en couleurs. Elles peuvent survivre de quelques jours à quelques années. Chaque spore qui germe peut donner lieu à la croissance d’une nouvelle moisissure, laquelle peut, à son tour, produire des millions de spores dans des conditions de croissance appropriées.
Les moisissures libèrent leurs spores sous l’effet des mouvements d’air importants ou en réaction à des conditions défavorables, telles que l’augmentation ou la diminution rapide de l’humidité ou encore, en réponse au besoin d’atteindre une nouvelle source de nourriture. La présence de ces spores dans l’air dépend également de leur façon de se disperser. En fait, le mode de dispersion et de transfert des spores diffère selon les espèces. Certaines, appelées gloeiospores, ont une paroi épaisse, de consistance humide, et restent collées entre elles par un mucus. Elles forment des amas lourds difficilement transportables par l’air. Elles sont véhiculées au niveau des substrats par contact, par des insectes ou par l’eau. C’est le cas des moisissures du genre Acremonium et Exophiala. D’autres genres, tels que Penicillium et Cladosporium, ont des spores à paroi sèche, facilement dissociables et légères. Elles sont ainsi plus facilement dispersées dans l’air. Les concentrations de spores dans l’air étant dépendantes des conditions environnantes, elles varient donc au cours d’une même journée.