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Végétaliser pour réduire localement l’exposition à la pollution de l’air : des solutions basées sur la nature

Focus - Actualisation : octobre 2021 

Selon diverses études, la présence de végétation pourrait réduire, en moyenne, la contribution des émissions locales aux concentrations de polluants de 15 à 20 %. Pour la Région bruxelloise, l’étude de scénarios de végétalisation appliqués à 4 zones critiques en terme de pollution de l’air, a permis d’estimer un impact sur les concentrations locales de dioxydes d’azote (NO2) de 5 à 10% lors de la mise en œuvre de mesures de grande ampleur.  
Cet effet est principalement dû à l'influence de la végétation sur les flux d'air (effet aérodynamique) et, dans une moindre mesure, à l'effet filtrant.  
Dans un contexte urbain, les mesures de végétalisation à elles seules ne permettent généralement pas de réduire la pollution de l’air de manière significative, le principal levier restant la réduction des émissions de polluants à la source.

Une étude pour mieux comprendre l’impact de la végétalisation des espaces urbains sur l’exposition des citadins à la pollution de l’air

Il existe aujourd’hui une conscience croissante de la nécessité et de l’urgence de végétaliser les villes. Outre le fait qu’elle constitue un élément important de la qualité de vie des citadins, la nature en ville remplit en effet de nombreuses autres fonctions notamment en matière de régulation des écosystèmes. 
Plusieurs plans bruxellois comportent des mesures visant à accroître la présence de végétation dans l’espace urbain afin de bénéficier de divers services (ou bénéfices) écosystémiques (voir focus « Végétaliser pour refroidir les espaces urbains  »).  Parmi les services attendus figure l’assainissement de l’air qui est évoqué par les plans Nature et Air-Climat-Energie (2016) ainsi que par le plan régional de développement durable (2018). 
Les mécanismes à la base de l’impact de la végétation sur la qualité de l’air sont néanmoins complexes et leurs effets réels, en milieu urbain, généralement peu connus.  

C’est dans ce cadre qu’une étude visant à synthétiser les connaissances scientifiques concernant l’impact de la végétation urbaine sur l’exposition des citadins aux polluants atmosphériques, au bruit et aux fortes chaleurs a été effectuée en 2020 à la demande de Bruxelles Environnement.

Le but de cette étude est d’objectiver le potentiel  de la végétation pour réduire, localement- et en milieu extérieur, des problèmes de qualité de l’air, de bruit ou de chaleur ressentie et de disposer de recommandations générales concernant la mise en œuvre de ces solutions, qualifiées de solutions fondées sur la nature (ou nature-based solutions), au niveau bruxellois.

Les solutions fondées sur la nature (SFN) ou nature-based solutions (NBS) sont définies par la Commission européenne comme des solutions inspirées par la nature et reposant sur cette dernière, qui sont rentables, qui offrent des avantages à la fois environnementaux, sociaux et économiques et qui favorisent la résilience. De telles solutions apportent aux paysages (…) des caractéristiques et des processus naturels plus nombreux et diversifiés, grâce à des interventions systémiques adaptées aux conditions locales et efficaces en termes d’utilisation des ressources. La Commission souligne en outre que les solutions fondées sur la nature doivent s’avérer bénéfiques pour la biodiversité et contribuer à la fourniture d’une série de services écosystémiques.

 

Ce focus explicite la façon dont la présence de végétation peut influencer localement la qualité de l’air.  Son contenu se fonde en grande partie sur les résultats de l’étude précitée (VITO et WITTEVEEN+BOS 2020).  L’impact de la végétalisation des espaces publics sur l’exposition au bruit et à l’exposition aux fortes chaleurs fait l’objet de deux autres focus.

Un effet filtrant et absorbant de la végétation sur la pollution de l’air

La végétation participe à la purification de l’air via trois mécanismes distincts : 

La déposition des polluants particulaires sur les feuilles et les branches

Parmi les polluants atmosphériques les plus néfastes pour la santé figurent les particules fines en suspension dans l'air. Celles-ci entrent en contact avec des feuilles et des branches, s'y déposent et sont ensuite emportées au sol par la pluie ou la chute des feuilles, voire remises en suspension par le vent. 
L’importance de ce dépôt croît avec la surface des feuilles et des branches des végétaux.

L’adsorption de polluants lipophiles dans les cires de la cuticule des feuilles

Les polluants tels que les polychlorobiphényles (PCB) et les dioxines (polluants organiques persistants) ont la propriété d'être solubles dans un corps gras. La cuticule, couche de cire présente à la surface des feuilles, est donc en mesure de les fixer (ou adsorber). A cet égard, les feuilles munies d'une cuticule épaisse comme les épines des conifères sont plus efficaces.
Notons que de par leurs propriétés physicochimiques, les sols peuvent également piéger les polluants présents en solution. Par ailleurs, les polluants dissous dans l’eau du sol peuvent être absorbés par les racines des plantes. 

La pénétration de polluants par les stomates 

Les stomates, minuscules ouvertures à la surface des feuilles, assurent les échanges gazeux entre la plante et l’air ambiant.  Ces échanges de dioxyde de carbone (CO2), d’oxygène (O2) et de vapeur d’eau (H2O) (essentiellement) sont nécessaires aux processus de photosynthèse, de respiration et de transpiration des végétaux. Via ces stomates, les feuilles peuvent également absorber, par diffusion, des polluants de petites tailles tels que l'ozone (O3), les oxydes d'azote (NO et NO2), les oxydes de soufre (SO et SO2), des composés organiques volatils (COV) ou encore, le monoxyde de carbone (CO).  
L’importance de l’absorption par les stomates est un phénomène complexe lié à de nombreux facteurs dont :  

  • Les caractéristiques physiologiques de la plante : densité de stomates, mécanismes de régulation en cas de sécheresse, etc. ; 
  • Les stimuli de l’environnement : sécheresse, lumière, concentration en dioxyde de carbone, etc.  

La contribution de la végétation au filtrage et à l’absorption des polluants dépend notamment du type de végétation, de l’espèce et des polluants

De manière générale, les arbres sont les végétaux les plus efficaces à cet égard, suivis respectivement par les arbustes et les plantes herbacées. 
Les conifères sont généralement plus efficaces en ce qui concerne la filtration des particules polluantes (plus grande surface d’interaction) et l’adsorption de composés organiques volatils. Ils sont également efficaces toute l’année puisqu’ils ne perdent pas leurs feuilles en hiver, à quelques exceptions près.
Durant la saison de végétation, les arbres à feuilles caduques obtiennent quant à eux de meilleurs résultats que les conifères pour l’absorption de polluants gazeux (NO2 et O3 notamment).  Pour les feuillus, le dépôt est lié à l’importance de la surface foliaire mais aussi aux caractéristiques des feuilles : en particulier, les feuilles rugueuses, poilues et collantes sont bien adaptées pour capturer les particules de particules fines.

L'impact de l’effet filtrant de la végétation sur de très courtes distances est estimé se situer entre 1% et quelques pour cent des concentrations présentes en ce qui concerne les particules (Litschke & Kuttler, 2008).  


Plus on s'éloigne de la végétation, plus l'impact diminue et ce, de manière exponentielle (Baldauf et al, 2008 ; Lefebvre & Vranckx, 2013). 

Mais c’est surtout en déviant l’air pollué qu’un écran végétal peut réduire localement la pollution… 

En créant un obstacle, la végétation - et en particulier les arbres - a une influence locale importante sur l'écoulement de l'air (vitesse, direction, turbulence). Lorsque la végétation se situe entre les sources d’émissions polluantes et le récepteur, l’écran végétal dévie l’air pollué vers des couches d’air plus élevées où il se dilue.
Diverses études de cas ont permis aux auteurs de l’étude d’estimer que la présence de végétation peut réduire en moyenne la contribution des émissions locales aux concentrations de polluants de 15 à 20 %. Cet effet est principalement dû à l'influence de la végétation sur le flux d'air (effet aérodynamique) et, dans une moindre mesure, à l'effet de filtrage décrit précédemment. Il est d’autant plus important que la végétation est située à proximité immédiate de la source de pollution et est limité spatialement. 

Présence d’une haie entre le trafic routier et les piétons : effet sur les concentrations locales de polluants 

… mais un dôme végétal peut aussi augmenter la pollution en piégeant les polluants émis par le trafic  

Présence d’arbres dans une rue canyon : effet sur les concentrations locales de polluants  

C’est surtout dans les rues canyons  à forte circulation que des alignements d’arbres au feuillage dense sont susceptibles d’entraver la circulation de l’air et de provoquer localement une augmentation des concentrations de polluants.

Une rue canyon est une rue dont les bâtiments se succèdent de manière (quasi) ininterrompue et qui sont étroites et/ou dont les bâtiments sont élevés.

Selon l’étude précitée, cette augmentation de la contamination s'élève généralement à 15 % en moyenne, avec des variations fonction de la configuration de la rue canyon et de la direction du vent.  L’implantation des arbres doit permettre d’éviter que la canopée ne bloque la pollution au sol par exemple, en laissant un espacement entre les couronnes d’arbres ou en implantant qu’une rangée d’arbres plutôt que deux pour éviter la formation d’un dôme végétal bloquant les polluants émis par le trafic. 
Dans la mesure où les façades sous le vent concentrent davantage les polluants (voir focus sur La cartographie du black carbon en Région bruxelloise ), il faut particulièrement veiller à ce que l’air puisse circuler de ce côté de la voirie.  L’aménagement doit aussi privilégier la plantation d’arbres à feuilles caduques afin d’assurer une meilleure ventilation ainsi qu’un meilleur ensoleillement au sol en hiver. Dans les rues canyons, les murs végétalisés peuvent aussi contribuer à réduire la pollution de l’air. 

Le cas particulier de l’ozone

L'ozone est un oxydant puissant qui peut causer de graves problèmes sanitaires s'il est présent en quantité anormalement élevée à proximité du sol (ozone troposphérique). Il a aussi un effet toxique sur la végétation, tant au niveau des cellules des feuilles (dégâts foliaires sous forme de taches ou nécroses) que sur la croissance elle-même ou la productivité des cultures.
Le lien entre végétation et pollution par l’ozone (O3) s’avère particulièrement complexe dans la mesure où les plantes contribuent à la fois à augmenter et à réduire les quantités d’ozone présentes à leur proximité. Différents mécanismes, dont l’intensité varie en fonction de nombreux facteurs (ensoleillement et températures entre autres), entrent en jeu : 

  • Absorption directe d’ozone (O3) via les stomates ;
  • Absorption de dioxyde d’azote (NO2) via les stomates : la réduction des concentrations en NO2 de l’air ambiant se traduit par une diminution de la formation d’ozone (voir  fiche documentée sur l’ozone) ;
  • Réduction de la température de l’air en période de forte chaleur liée à la présence de végétation (voir focus sur l’impact de la végétation sur le refroidissement des espaces urbains ) entraînant également une diminution de la formation d’ozone (idem) ;
  • Emission de composés organiques volatiles (COV) par les plantes via les stomates : l’augmentation des concentrations en COV de l’air ambiant se traduit par une augmentation de la formation d’ozone en présence de niveaux élevés de NOX  (idem).

Lors de fortes chaleurs, les plantes émettent en effet des COV, tels que par exemple les terpènes, qui sont des gaz intervenant dans la formation de l’ozone ainsi que de certaines particules fines sous certaines conditions. C’est pourquoi, il peut être souhaitable d’éviter de planter certaines essences particulièrement émettrices de COV en trop grandes quantités pour ne pas augmenter les niveaux d’ozone en période estivale.  Notons que ces terpènes ne sont pas intrinsèquement polluants : c’est suite à la présence de niveaux élevés de NOX, polluants émis par les processus industriels et les transports, que ces COV très réactifs entraînent des réactions chimiques se traduisant par la formation d’ozone. 

Certaines espèces végétales telles que les bouleaux et noisetiers émettent des pollens à fort potentiel allergisant, responsables de nuisances sanitaires saisonnières chez les personnes sensibles et allergiques. 

De nombreux facteurs à prendre en compte pour améliorer localement la qualité de l’air via la végétalisation des espaces publics

Il ressort de ce qui précède que lors de la plantation d’arbres dans l’espace urbain, il importe de prendre en considération de nombreux facteurs afin d’optimaliser les effets positifs des arbres sur la qualité de l’air et d’en limiter les impacts négatifs.
Concernant le choix des essences, rappelons que toutes les espèces d’arbres n’ont pas un impact équivalent sur la filtration et l’absorption de divers polluants et que certaines essences émettent davantage de COV ou sont allergènes.  De manière générale, il convient de privilégier un mélange de différentes essences afin de capter un large spectre de polluants. 
Outre le choix des essences, la façon dont sont plantés les arbres ainsi que leur structure constituent aussi des éléments importants :

  • Comme explicité ci-dessus, dans une rue type canyon, les arbres ne doivent pas entraver la circulation de l’air et être plantés de préférence du côté au vent ;
  • Un écran végétal dense situé entre les sources d’émissions polluantes et les usagers de l’espace public peut dévier une partie significative des flux d’air pollué vers des couches d’air plus élevées et réduire ainsi l’exposition des citadins aux polluants locaux ;
  • L’effet filtrant nécessite un contact entre les polluants et les feuilles.  Au niveau d’une voirie, la couronne des arbres doit donc ne pas être trop dense pour laisser circuler l’air à travers le feuillage ;
  • Si les rangées d’arbres le long des rues filtrent l’air, elles peuvent aussi être à l’origine d’un effet aérodynamique qui réduit la vitesse du vent (effet « tunnel de verdure »), ce qui peut augmenter localement les concentrations de polluants provenant des gaz d’échappement. Cet effet peut être en partie évité en privilégiant une plantation au feuillage pas trop dense ;
  • Pour avoir un effet d’écran effectif à différentes hauteurs, il convient de combiner plantations d’arbres, d’arbustes et de plantes herbacées ;
  • Lorsque c’est possible, il est plus efficace de privilégier la plantation des arbres en rangées perpendiculaires à la direction dans laquelle arrive l’air pollué ;
  • En l’absence de feuilles (période hivernale entre autres), les arbres à branchage dense interceptent davantage de particules que les arbres peu fournis en branches ;
  • A proximité de lieux concentrant plus de personnes sensibles (écoles, hôpitaux, maisons de repos, etc.), il est particulièrement intéressant de planter massivement des arbres et arbustes tout en évitant  la concentration d’arbres à fort potentiel allergisant ou émettant beaucoup de COV ;
  • A nombre de plantations égales, celles-ci seront d’autant plus bénéfiques qu’elles se feront dans des zones fortement habitées/fréquentées.

A titre illustratif, quelques exemples sont fournis ci-dessous pour une rue bordée de maisons deux façades :

Exemples d’aménagements de l’espace urbain prenant en compte l’impact de la végétation sur l’exposition locale des citadins à la pollution de l’air 

Source : VITO et WITTEVEEN+BOS 2020

Pour les cas étudiés, l’application de solutions fondées sur la nature de grande ampleur pourrait réduire de 5 à 10% les concentrations locales de NO2

Afin d’estimer, en première approche, le potentiel théorique de solutions fondées sur la nature pour réduire localement l’exposition des usagers de l’espace public à la pollution de l’air et aux nuisances sonores ainsi qu’aux chaleurs excessives, 4 zones bruxelloises représentatives de différentes configurations spatiales ont été étudiées. 
Pour chacun de ces cas, un scénario minimaliste (mesures de végétalisation compatibles avec une conservation des infrastructures de mobilité existantes) ainsi qu’un scénario maximaliste (mesures de végétalisation impliquant une emprise spatiale significative) ont été étudiés. Ces 2 scénarios ont également été comparés à un scénario de réduction de 50% du trafic motorisé (à infrastructures et végétalisation inchangées).

Principales solutions fondées sur la nature envisagées pour réduire localement l’exposition des usagers de l’espace public à la pollution de l’air

Source : VITO et WITTEVEEN+BOS 2020  

Il en ressort que, pour les cas étudiés, les scénarios maximalistes permettraient une réduction de l’ordre de 5 à 10% des concentrations locales de NO2. Notons que la réduction de 10% est associée à une mesure combinant végétalisation et infrastructure « dure »  (placement d’un écran végétalisé de 4 à 6 mètres de hauteur déviant l’air pollué en sortie d’un tunnel). 
Néanmoins, bien que ces réductions soient significatives, cette étude concoure à montrer que les solutions fondées sur la nature sont généralement insuffisantes pour réduire significativement la pollution atmosphérique et sont toujours subordonnées à des mesures visant à réduire les émissions de polluants à la source, en particulier via une réduction significative du trafic motorisé.

En résumé
L’impact de la végétation sur la réduction de la pollution locale dépend de nombreux facteurs : nature des polluants, espèce et type de végétation, conditions météorologiques ou encore, implantation de la végétation par rapport à la source locale de pollution.  La végétation peut aussi être source d’allergènes et de précurseurs de la formation d’ozone et d’aérosols polluants. Par ailleurs, dans des rues étroites où le trafic est important, le dôme des arbres peut freiner l’évacuation et la dilution des polluants et donc dégrader localement la qualité de l’air. Ces différents éléments doivent dès lors être pris en compte, parmi d’autres, lors de la conception de projets de végétalisation des espaces publics .
Datum van de update: 14/12/2021

Documenten: 

Fiche(s) documentée(s)
Thématique sol 

Fiche(s) de l'Etat de l'Environnement

Etudes et rapports 

Plans et programmes
Plan régional nature 2016-2020 en Région de Bruxelles-Capitale, 2016 (.pdf)
Plan régional air climat énergie, 2016 (.pdf)