L'éthanol est utilisé comme carburant routier depuis plus d'un siècle. Récemment, les préoccupations au sujet des émissions (c.-à-d. les polluants atmosphériques) des véhicules alimentés uniquement à l'essence ont suscité un regain d'intérêt pour le mélange éthanol-essence comme éventuel combustible de remplacement plus propre. La forme la plus commune de mélange éthanol-essence est connue sous le nom de E10, un mélange de 90 % d'essence et de 10 % d'éthanol. L'éthanol joue le rôle de composé oxygéné (c.-à-d. une source d'oxygène) et de rehausseur d'indice d'octane, augmentant l'efficacité de la combustion. L'éthanol est également utilisé comme additif pour remplacer d'autres additifs de l'essence (l'éther méthyltertiobutylique, ou MTBE, p. ex.) que l'on considérait plus mauvais en termes d'effets sur la santé et l'environnement. Plus récemment, on a suggéré d'accroître l'utilisation du mélange éthanol-essence pour réduire les émissions de gaz à effet de serre (le CO2, p. ex.) dans le secteur du transport, incluant le cycle de production du carburant.
L'utilisation du mélange éthanol-essence a produit des effets positifs sur la qualité de l'air, notamment la réduction des émissions de monoxyde de carbone (CO) et d'hydrocarbures, et le déplacement de certains toxiques atmosphériques comme le benzène. Toutefois, au cours des années, les progrès de la technologie de lutte antiémissions ont réduit l'avantage relatif de l'éthanol comme combustible plus propre. En outre, l'exposition potentielle des humains à certaines autres émissions liées à l'utilisation du mélange éthanol-essence suscite des inquiétudes (l'éthanol, l'acétaldéhyde, le formaldéhyde, le nitrate de peroxyacétyle, p. ex.).
En ce qui concerne les émissions associées au mélange éthanol-essence, il est difficile d'évaluer l'influence de divers changements positifs et négatifs sur la santé humaine et l'environnement. De plus, l'évaluation des effets positifs et des problèmes est brouillée par les avancées continues de la technologie de lutte antiémissions et de formulation de l'essence (réduction des niveaux de soufre et de benzène, p. ex.) qui ont permis de réduire considérablement les émissions de gaz d'échappement des automobiles au cours des dernières décennies et d'améliorer la qualité de l'air dans de nombreux pays.
Dans l'ensemble, les émissions des véhicules automobiles représentent toujours un sujet de préoccupation au chapitre de la santé. En raison des nombreux facteurs d'incertitude importants relativement aux inventaires des émissions et à la modélisation des émissions, Santé Canada reconnaît qu'il doit travailler avec ses partenaires pour déterminer quelle est l'information additionnelle nécessaire pour évaluer efficacement les émissions du mélange éthanol-essence et leurs effets potentiels sur la santé. C'est pourquoi Santé Canada a animé, en mai 2003 et sous l'égide d'Environnement Canada, un atelier auquel ont participé un groupe d'experts en éthanol pour étudier les effets potentiels sur la santé d'une utilisation éventuelle généralisée d'un mélange éthanol-essence au Canada. Les principaux points traités dans les exposés (section A) et les séances de discussion structurées en vue de répondre à des questions bien précises de Santé Canada (section B) sont présentés ci-dessous.
Tom Durbin
Faculté de génie - Centre de recherche et de la technologie en environnement
Université de Californie
Deniz Karman
Faculté de génie civil et environnemental
Université Carleton
Le présent exposé porte sur les résultats de diverses études sur des mélanges éthanol-essence dans le but d'examiner les effets escomptés de l'utilisation accrue de l'éthanol dans l'essence sur les inventaires d'émissions.
Une des premières études réalisées a été celle du département de santé publique du Colorado en 1983 (CDH, 1983). En 1988, l'Environmental Protection Agency des États-Unis a résumé les travaux qui avaient été réalisés à cette date et a estimé que les réductions des émissions de monoxyde de carbone (CO) et d'hydrocarbures totaux (HT) se chiffraient entre 21 et 35 % et 5 et 15 % respectivement (EPA des É.-U., 1998). Ces gammes d'estimations indiquent des différences dans les réductions attribuées à différentes technologies.
À la lumière d'une évaluation d'études sur les effets positifs des composés oxygénés sur les émissions, et sur les résultats et la réactivité des émissions pour les contaminants atmosphériques toxiques (acétaldéhyde, formaldéhyde, benzène, p. ex.), on peut conclure que l'utilisation de l'éthanol dans l'essence peut entraîner une réduction de CO et d'hydrocarbures dans les émissions des véhicules, et une certaine réduction des émissions de benzène. Par ailleurs, l'éthanol peut également entraîner une augmentation des émissions d'oxydes d'azote (NOX) et a tendance à augmenter les émissions d'acétaldéhyde. Un certain nombre d'études ont donné des résultats partagés, mais ces tendances sont plus uniformes dans les programmes de recherche plus vastes.
En ce qui concerne les besoins futurs en matière de recherche, il serait utile d'avoir des données additionnelles sur des véhicules plus récents (le programme E-67, p. ex.), ainsi que des données comparant les mélanges d'éthanol et les carburants reformulés non oxygénés. Enfin, il faudrait adopter des contrôles pour la pression de vapeur (PVR) pour réduire au minimum les augmentations d'émissions de vapeur durant l'utilisation.
Mike Lepage
RWDI West Inc
Ingénieurs-conseils
Ce n'est qu'à la fin des années 90 que l'on a commencé à faire plus de recherche sur la photochimie et la modélisation de la qualité de l'air en ce qui concerne le mélange éthanol-essence et que l'on a entrepris un certain nombre d'études sur l'éthanol et d'autres produits oxygénés (le MTBE, p. ex.) dans l'essence. Le présent examen porte sur des questions telles la formation de l'ozone troposphérique, les effets, sur la qualité de l'air, de l'utilisation de l'éthanol dans l'essence reformulée de phase 2 en Californie, la composition du carburant dans différentes études, un sommaire des résultats d'études de modélisation, une analyse des données de surveillance sur le terrain et les incertitudes concernant les inventaires d'émissions.
En se fondant sur les connaissances actuelles dans ce domaine, il est raisonnable de conclure que l'utilisation du E10 entraînerait une réduction de CO de l'ordre de 5 à 15 %, un effet presque nul sur les émissions de NO2, un effet moyennement nul sur l'ozone lors des phénomènes de smog, de légères augmentations d'aldéhydes lors des phénomènes de smog, des augmentations importantes possibles des niveaux moyens d'aldéhyde à plus long terme (l'acétaldéhyde, p. ex.), de légères augmentations, à plus long terme, des niveaux moyens de nitrate de peroxyacétyle, et un léger effet sur le niveau des émissions de benzène, selon la formulation du carburant.
Les domaines qui comportent le plus de facteurs d'incertitude concernant l'utilisation de E10 en comparaison de l'essence sont associés aux facteurs suivants : les émissions de E10 en comparaison des émissions de l'essence pour des conditions routières réalistes, la résolution temporelle de la modélisation, la résolution spatiale des données de surveillance (surtout pour les aldéhydes), la résolution spatiale de la modélisation, les variations de la composition du carburant, et le manque de données sur l'utilisation de E10 dans les véhicules à essence non routiers (p. ex., souffleuses à feuilles, tondeuses à gazon et véhicules marins, qui sont de plus en plus utilisés au Canada).
Il existe actuellement un certain nombre de possibilités de modélisation photochimique par grille pour le Canada (p. ex., l'Ontario, le Québec, les Maritimes, l'Alberta, la vallée du bas Fraser et le sud de la C.-B.). Ces modèles sont conçus pour examiner les effets de la pollution atmosphérique transfrontalière, mais pourraient être utilisés à d'autres fins.
Jeanette Southwood
Golder Associates Limited
Lynn McCarty
L. S. McCarty Scientific Research & Consulting
Nous manquons de données adéquates sur l'exposition des humains aux émissions résultant de l'utilisation de mélange éthanol-essence. L'élément qui nous préoccupe est difficile à cerner, et il faudrait plus de données fondamentales pour que les travaux que nous désirons entreprendre soient utiles. L'absence de spécifications détaillées pour l'essence E10 au Canada pose un problème. Il y a des règlements, notamment sur les niveaux de soufre et de benzène, adoptés récemment, mais les caractéristiques précises ne sont pas claires ce qui rend difficile l'évaluation de l'exposition. De plus, il faut tenir compte de questions connexes comme les gaz à effet de serre et le changement climatique mondial, mais il existe de nombreux facteurs d'incertitude dans ces domaines.
D'après une évaluation de l'information disponible sur l'exposition au mélange éthanol-essence, l'introduction généralisée du mélange éthanol-essence au Canada entraînerait des changements négatifs et positifs moyens au chapitre des émissions des véhicules, de la qualité de l'air et de l'exposition humaine/environnementale subséquente à diverses substances préoccupantes. Toutefois, pour réaliser une étude adéquate de l'exposition, il faut des données suffisantes et fiables sur l'exposition.
En ce qui concerne la surveillance de la santé et de l'exposition, il est prématuré de faire des commentaires sur ces questions car de nombreux facteurs dépendent des objectifs stratégiques. Il est important de souligner que les données disponibles indiquent des différences très modestes entre différents types d'essence (et elle ne sont pas toutes positives). Il faudra utiliser des échantillons de grande taille pour faire une analyse statistique afin d'aborder les différences importantes au chapitre de la santé ou de l'exposition. Il faudra déployer des efforts considérables et les résultats seront peut-être équivoques. On observera peut-être des différences qui ne seront pas nécessairement significatives sur le plan statistique. Un des éléments importants dont il faut tenir compte est l'incertitude des résultats, ce qui nous amène à nous demander s'il vaudrait la peine de déployer ces efforts.
Les jugements qualitatifs auront dont une incidence importante sur l'analyse; p. ex., comment arrive-t-on à la pondération des différents composés lors de l'analyse, le lieu de l'exposition, etc. Ce sont des jugements qui auront une incidence sur les résultats. Par conséquent, il faudra faire preuve de transparence sur la manière de produire les données.
La présente discussion de l'évaluation de l'exposition porte plus précisément sur la littérature qui traite des préoccupations liées à l'exposition dans le cas de l'éthanol et des aldéhydes (acétaldéhyde et formaldéhyde) dans l'air ambiant résultant de l'utilisation du mélange éthanol-essence. À la lumière des renseignements disponibles, il est possible de tirer deux conclusions importantes. Premièrement, avant l'introduction à grande échelle du mélange éthanol-essence, il est nécessaire d'effectuer des analyses additionnelles pour estimer l'exposition ambiante à l'éthanol et à ses produits de dégradation atmosphériques, notamment les composants comme l'acétaldéhyde, pour évaluer les effets potentiels de l'utilisation accrue de l'éthanol sur la santé publique. Les évaluations devraient tenir compte des sous-populations sensibles. Deuxièmement, on a recommandé différents programmes de surveillance dans certaines études sur l'évaluation de l'exposition. Pour diverses raisons, certains programmes ont une plus grande portée et d'autres sont relativement ciblés. Une recommandation préliminaire, fondée sur ces études, serait de mettre en oeuvre des programmes de surveillance ciblés (mesurer les concentrations ambiantes dans des lieux les plus défavorables probables, p. ex.), si l'utilisation du mélange éthanol-essence est généralisée.
Michel Charbonneau
INRS - Institut Armand-Frappier
Université du Québec
Robert Tardif
Université de Montréal
Des études de modélisation antérieures suggèrent que l'addition d'éthanol à l'essence pourrait modifier l'exposition des humains à certains composants des émissions, tels l'éthanol, l'acétaldéhyde, le formaldéhyde et le nitrate de peroxyacétyle (PAN). On s'attend à ce que ce genre d'émissions augmentent avec l'utilisation potentielle généralisée du mélange éthanol-essence au Canada.
L'exposé sur les profils toxicologiques des ces émissions importantes porte sur l'évaluation de la dose-réponse, plus particulièrement sur la faible exposition par voie respiratoire chez les humains et les espèces animales et sur les données quantitatives sur les relations dose-réponse afin de déterminer les niveaux seuils pour la dérivation de concentrations d'exposition sûres. En ce qui concerne les effets potentiels sur la santé, l'accent porte sur les effets chroniques et subchroniques et sur les effets aigus des quatre polluants susmentionnés.
L'analyse des données recueillies sur l'exposition par voie respiratoire a permis de dériver des valeurs de la concentration admissible d'exposition continue pour les trois produits chimiques évalués, à savoir : de 270 à 540 g/m3 pour l'acétaldéhyde, 7 g/m3 pour le formaldéhyde, et de 4,95 à 9,9 g/m3 pour le nitrate de peroxyacétyle. Il existe peu de données sur la toxicité de l'éthanol inhalé, et elles ne permettent pas de déterminer un niveau d'exposition sûr chez les humains. Il existe certaines preuves que des concentrations élevées de vapeurs d'éthanol peuvent entraîner une hyper-réactivité bronchique chez les humains.
En toxicologie, la règle empirique veut que lorsqu'un produit chimique produit un effet toxique dans le même organisme ciblé par le même mécanisme, les effets doivent être additionnés (c.-à-d. qu'ils doivent être considérés comme comme cumulatifs). Cette règle s'applique donc aux effets comme l'irritation et la cytotoxicité. Les produits chimiques qui font l'objet de la présente discussion devraient être considérés comme un groupe, et leurs niveaux dans l'environnement devraient être additionnés. Les autres rejets des émissions des véhicules automobiles et leurs interactions possibles n'ont pas été étudiés.
Le sommaire des réponses aux questions précises posées par Santé Canada pour une évaluation globale des exposés de l'atelier et des discussions subséquentes se trouve ci-dessous. Ces réponses peuvent être considérées comme des conclusions ou des recommandations.
Santé Canada est déterminé à procéder à une évaluation spécialisée fondée sur les risques et les bienfaits des conséquences positives et négatives découlant de l'utilisation répandue d'un mélange essence-éthanol (E10) sur la qualité de l'air au Canada et les répercussions qu'un tel mélange aurait sur la santé. Le groupe d'experts est d'accord sur le fait qu'il est nécessaire de réaliser une évaluation complète fondée sur les risques et les bienfaits. À ce titre, Santé Canada fait preuve de prudence et a entrepris, à l'automne 2003, une évaluation fondée sur les risques et les bienfaits dont l'objectif est de comprendre pleinement les conséquences possibles liées à l'utilisation généralisée de ce carburant.
L'évaluation de Santé Canada inclut les trois aspects suivants :
Actuellement, il n'y a pas suffisamment de preuves pour démontrer que l'utilisation courante du mélange essence-éthanol (E10) résulterait en des conséquences sur la santé de la population en général ou sur celle des utilisateurs de ce carburant.
M. Charbonneau a obtenu son doctorat en pharmacologie de l'Université de Montréal et a obtenu une bourse de perfectionnement postdoctoral au CIIT, sous la direction du Dr James Swenberg. Il est maintenant professeur de toxicologie à l'INRS-Institut Armand-Frappier, Université du Québec à Montréal, et directeur du Réseau de recherche en santé environnementale du Québec, un service du Fonds de recherche en santé du Québec (FRSQ). Le programme de recherche de M. Charbonneau est axé sur l'étude des mécanismes moléculaires et cellulaires des effets de l'hexachlorobenzène et d'autres polluants organiques persistants sur le développement du cancer du sein, et des mécanismes moléculaires et cellulaires du développement du cancer du foie induit par l'hexachlorobenzène et la microcystine-LR. Il a également participé à un projet de recherche sur la toxicocinétique de l'acétaldéhyde et de l'éthanol après l'exposition par inhalation chez les rats.
M. Durbin a obtenu un doctorat en physique de l'Université de Californie à Riverside et a obtenu une bourse de perfectionnement postdoctoral au Center for Environmental Research and Technology, également à l'Université de Californie à Riverside. Il est maintenant ingénieur de recherche adjoint au laboratoire de recherche sur les émissions des véhicules du CE-CERT. La recherche de M. Durbin vise à mieux comprendre et à quantifier les effets des gaz d'échappement des véhicules sur la qualité de l'air ambiant. Il a récemment élargi sa recherche pour inclure plus d'études sur le terrain afin de comprendre différents types d'activités et de profils d'utilisation. M. Durbin est l'auteur de nombreux articles de revues et coauteur d'un livre sur les émissions de véhicules.
M. Karman a obtenu un doctorat en génie chimique de l'Université du Nouveau-Brunswick et est maintenant professeur de génie environnemental à l'Université Carleton, à Ottawa. Ses travaux portent, entre autres, sur les émissions des véhicules à moteur et la qualité de l'air dans les microenvironnements, les sources de pollution atmosphérique, les méthodes de contrôle et la modélisation de la dispersion, ainsi que les émissions de gaz à effet de serre de sources industrielles. En plus de réaliser ses propres travaux de recherche, M. Karman participe, à titre d'expert-conseil, à des projets sur la surveillance des émissions des véhicules à moteur, les effets des combustibles de remplacement sur les émissions des véhicules, la modélisation de la dispersion sur les routes et dans les canyons urbains et la modélisation des récepteurs pour établir les sources de matières organiques volatiles et particulaires.
Mike Lepage a obtenu une maîtrise en sciences atmosphériques de la Texas Tech University. M. Lepage est certifié par l'American Meteorological Society et accrédité par la Société canadienne de météorologie et d'océanographie à titre de météorologiste conseil. Il est actuellement directeur de projet et associé chez Rowan, Williams, Davies, and Irwin, Inc., une firme conseil d'ingénierie. M. Lepage a dirigé le projet de modélisation du bassin atmosphérique régional réalisé par la RWDI, qui participe à la modélisation numérique de la météorologie et de la chimie atmosphérique pour étudier les phénomènes de smog importants. Certains de ses projets de recherche dans le domaine de la qualité de l'air comprennent : la dispersion des émissions à l'entrée des tunnels routiers, la simulation de concentrations de pointe dans les panaches variables, et le transport à longue distance et la transformation chimique des polluants.
Lynn McCarty a obtenu son doctorat en biologie de l'Université de Waterloo. M. McCarty est écotoxicologue et a une vaste expérience de l'évaluation des risques. Après avoir travaillé au ministère du Travail de l'Ontario et pour Cantox Inc., M. McCarty a créé sa propre compagnie, la L.S. McCarty Scientific Research and Consulting. Il est également professeur auxiliaire de biologie à l'Université de Waterloo. M. McCarty a participé à différents projets à titre d'expert, notamment l'examen des documents d'évaluation de l'acétaldéhyde, du formaldéhyde, du butadiène-1,3 et de l'hexachlorobutadiène de la LCPE II, l'examen du manuel d'orientation, l'évaluation des risques écologiques des substances prioritaires aux termes de la Loi canadienne sur la protection de l'environnement, l'examen de la qualité de l'air à Saint John, N.-B., et l'élaboration de 14 lignes directrices sur la qualité de l'air fondées sur des valeurs établies par d'autres organismes.
Jeanette Southwood a obtenu une maîtrise en génie chimique et environnemental de l'Université de Toronto. Elle est ingénieure agréée. Elle a récemment commencé à travailler à la Golder Associates. Elle travaillait auparavant à la Angus Environmental Limited où elle était chargée de la gestion et de l'inauguration de projets et d'activités sur l'évaluation des risques, l'évaluation de l'exposition, l'analyse des voies critiques, la désaffectation des sites et l'évaluation environnementale. Elle participe à de nombreux projets, notamment la gestion et l'élaboration conjointe de lignes directrices pour le Programme des substances nouvelles de la Loi canadienne sur la protection de l'environnement (LCPE), la gestion de projets visant à évaluer l'exposition à l'éther méthyltertiobutylique (MTBE) et à de nouvelles substances chimiques visées par la LCPE, l'examen et la recommandation des caractéristiques des récepteurs pour l'évaluation des risques multimédias, l'évaluation de l'exposition des Canadiens aux oxydes d'azote, et le dépistage et l'évaluation des substances de transition notifiées aux termes du Règlement sur les renseignements concernant les substances nouvelles de la LCPE.
M. Tardif a obtenu son doctorat en santé publique (toxicologie environnementale) de l'Université de Montréal. Il est actuellement professeur agrégé au département de santé environnementale et de santé publique à l'Université de Montréal et président du département de toxicologie avancée et d'évaluation des risques. M. Tardif a étudié la toxicité de plusieurs composés, notamment l'éthanol, et a publié de nombreux articles et chapitres de livres sur des sujets liés à la toxicologie. Il participe à de nombreux projets de recherche, notamment la modélisation toxicocinétique de l'exposition à l'éthanol, la toxicocinétique de l'éthanol absorbé par inhalation chez les rats et les humains, la caractérisation de la toxicocinétique de l'acétaldéhyde et de l'éthanol absorbés par inhalation chez les rats, et la mesure de l'acétaldéhyde exhalé par des volontaires humains exposés à de faibles concentrations d'éthanol.
Le Pembina Institute est un organisme indépendant sans but lucratif qui se consacre à la recherche et à l'éducation sur les politiques environnementales, fondé en 1986 par six enseignants au niveau secondaire. Les principaux programmes de recherche et d'éducation de l'Institut portent sur l'énergie durable, le changement climatique, la gouvernance en matière d'environnement, la réforme fiscale écologique, les indicateurs de durabilité et les effets environnementaux du secteur de l'énergie. Robert Hornung, directeur de l'élaboration des politiques au bureau d'Ottawa du Pembina Institute, a animé l'atelier.