Le problème près de chez soi des humidificateurs et de la qualité de l'air intérieur

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Nous avons tous entendu parler de la pollution de l'air et de la façon dont elle peut nuire à notre santé. La détérioration de la qualité de l'air causée par les usines, les voitures et la production d'énergie est dangereuse lorsqu'elle affecte nos villes et villages, enveloppant les communautés dans une brume.

L'un des agents nocifs de la pollution atmosphérique est la matière particulaire (PM) - un mélange de particules solides et de gouttelettes liquides qui existent dans l'air. Les matières particulaires sont normalement classées comme PM10 (particules de moins de 10 micromètres) ou PM2,5 (particules de moins de 2,5 micromètres). Ces particules sont extrêmement petites - les particules PM10 sont au moins dix fois plus petites que la largeur d'une mèche de cheveux. Bien que petites, ces particules peuvent causer de graves impacts lorsqu'elles se produisent en grand nombre. Les particules PM10 diminuent la visibilité et provoquent une irritation des yeux, du nez et de la bouche. Les particules PM2,5 sont encore plus dangereuses car elles peuvent pénétrer profondément dans les poumons et même pénétrer dans notre circulation sanguine. En raison de ces risques, les particules dans l'air extérieur et leur lien avec la pollution de l'air ont fait l'objet de beaucoup d'attention. Cependant, de nombreuses personnes peuvent également être exposées à des particules à l'intérieur. Le plus effrayant : ils peuvent eux-mêmes créer ce risque par le biais d'activités qui génèrent des particules facilement distribuées, comme des cheminées créant de la fumée ou utilisant de l'eau pour créer des aérosols.

Malgré le peu d'attention qu'elle reçoit, l'exposition intérieure aux particules est courante. En fait, près d'un tiers de tous les décès anthropiques liés aux PM2,5 sont le résultat de la production intérieure de particules. Cependant, il est beaucoup plus difficile de surveiller la qualité de l'air intérieur. Par conséquent, il n'y a pas de normes établies pour la qualité de l'air intérieur et le public est beaucoup moins conscient des voies possibles d'exposition à la pollution de l'air intérieur.

Les matières particulaires peuvent pénétrer dans l'air de nos maisons de plusieurs façons, mais peut-être une source inattendue est notre eau potable.

Bien qu'ils soient des états différents de la matière, l'air et l'eau sont intrinsèquement liés. Les minéraux, les molécules et les particules dans l'eau peuvent être transférés dans l'air de plusieurs façons. Les scientifiques appellent cette frontière figurative que les particules traversent l'interface air-eau, et elle a récemment fait l'objet d'une attention particulière dans le domaine de la santé publique. "Il y a une prise de conscience croissante que les produits chimiques dans l'eau ne sont pas simplement un risque lorsqu'ils sont ingérés, mais qu'ils peuvent traverser la frontière et faire partie de l'air que nous respirons", a déclaré Andrea Dietrich, professeure du programme d'enseignement supérieur interdisciplinaire Water INTERface (IGEP) de le département de génie civil et environnemental. Chaque fois que vous vous douchez, lavez la vaisselle ou apportez de l'eau dans votre environnement domestique, les minéraux et les particules de l'eau peuvent traverser l'interface air-eau et affecter la qualité de l'air. Ceci est problématique car de nombreux minéraux courants dans l'eau - calcium, magnésium, potassium, chlorure et carbonate - sont en fait sains lorsqu'ils sont ingérés, mais peuvent causer des problèmes lorsqu'ils sont inhalés dans les poumons.

Se doucher et faire la vaisselle sont des formes quelque peu indirectes d'échange de matière à l'interface air-eau, mais nous sommes nombreux à utiliser également un échangeur eau-air utile : l'humidificateur à ultrasons. Pensez-y, tout le travail d'un humidificateur consiste à prendre l'eau avec laquelle vous le remplissez et à le pousser à travers la frontière eau-air. La version à ultrasons de l'humidificateur y parvient en émettant une brume fraîche qui augmente l'humidité intérieure, ce qui est souvent utile dans les zones où l'air est naturellement sec et qui peut irriter la peau et les voies respiratoires et provoquer des maux de tête. De nombreuses marques d'humidificateurs recommandent d'utiliser simplement l'eau du robinet pour remplir le réservoir de l'humidificateur à ultrasons. Cependant, les chercheurs de Virginia Tech avec le Water INTERface IGEP avertissent que l'utilisation de l'eau du robinet ordinaire pour l'eau de remplissage de l'humidificateur peut créer des risques inquiétants de particules pour les personnes.

Dans la première expérience, un humidificateur à ultrasons acheté localement a été placé dans un dortoir et rempli d'eau distillée ou d'eau du robinet locale de Blacksburg, en Virginie. L'humidificateur à ultrasons a fonctionné pendant huit heures, ce qui représente un scénario d'utilisation assez standard pour le consommateur moderne - faire fonctionner un humidificateur dans une chambre pendant son sommeil. Au cours de l'expérience, plusieurs capteurs différents ont été utilisés pour mesurer les concentrations, la taille et la teneur en minéraux des particules.

Ces résultats sont frappants car l'eau du robinet de Blacksburg est réputée être de haute qualité pour la consommation. Pourtant, lors de l'utilisation de l'eau du robinet de Blacksburg pour remplir l'humidificateur à ultrasons dans un dortoir, la qualité de l'air s'est dégradée et a dépassé les normes de qualité de l'air ambiant de l'US EPA en matière de pollution par les particules extérieures.

Yao a mené une autre étude qui a utilisé différents types d'eau pour remplir un humidificateur à ultrasons placé dans une salle de conférence de taille moyenne. Quatre types d'eau différents ont été utilisés pour remplir l'humidificateur. Une source d'eau extrêmement propre, filtrée et déminéralisée a été utilisée comme témoin. Deux autres échantillons avaient une teneur élevée en minéraux; un échantillon avait des valeurs élevées de solides dissous totaux (TDS) et de dureté, et l'autre échantillon n'avait que des TDS élevés. L'eau du robinet ordinaire de Blacksburg a été utilisée comme échantillon final.

Les chercheurs voulaient spécifiquement tester des types d'eau avec différents niveaux de TDS et de dureté, car ce sont des mesures de la teneur en minéraux de l'eau qui sont inchangées par un traitement de l'eau typique. Le TDS mesure tous les minéraux dissous dans l'eau, tandis que la dureté mesure le calcium et le magnésium. Les eaux à TDS élevé et à dureté élevée contiennent beaucoup de minéraux dissous et sont considérées comme moins "pures" que l'eau à faible TDS ou dureté. L'eau de dureté élevée est évitée car elle est associée à une accumulation de minéraux sur les appareils de plomberie, même si le calcium et le magnésium sont nécessaires à une bonne nutrition. Bien qu'ils soient mauvais pour la plomberie, la dureté et le TDS de l'eau sont naturels et ne sont pas nécessairement mauvais pour la santé. Au fur et à mesure que l'eau interagit avec son environnement physique, elle capte les minéraux du sol et des roches, ce qui augmente sa teneur en TDS. Les techniques typiques de traitement de l'eau n'éliminent pas les minéraux de l'eau car cela est souvent difficile et coûteux, ce qui signifie que la plupart de l'eau potable contient des niveaux substantiels, mais sûrs, de TDS pour la consommation. Cependant, des niveaux sûrs de TDS pour boire l'eau ne correspondent pas à une qualité de l'air sûre lors de l'utilisation d'eau à TDS élevé comme eau de remplissage de l'humidificateur.

Dans l'expérience de Yao, des échantillons d'air ont été prélevés à plusieurs endroits dans la pièce après avoir fait fonctionner l'humidificateur. Les résultats montrent que le type d'eau utilisé pour remplir l'humidificateur a eu un impact considérable sur la concentration et la taille des particules - les deux mesures les plus importantes liées au risque et à l'exposition aux PM. Sans surprise, l'eau distillée a entraîné les plus faibles concentrations de particules dans l'air. Les deux échantillons d'eau avec un TDS élevé avaient les concentrations de particules les plus élevées, qui étaient environ 20 fois plus élevées que les concentrations de particules dans l'air lors de l'utilisation d'eau distillée. Si l'eau de remplissage de l'humidificateur à ultrasons contenait de grandes quantités de particules minérales, ces particules étaient transmises en quantités similaires à l'air. Plus de 90 % des particules d'eau à teneur élevée en TDS émises par l'humidificateur étaient inférieures à 0,5 micromètre, ce qui signifie qu'elles étaient inférieures au seuil de PM2,5 et à haut risque d'inhalation. Enfin, quel que soit le type d'eau, les concentrations de particules étaient les plus élevées à l'endroit le plus proche de l'humidificateur, ce qui signifie qu'une plus grande proximité de l'humidificateur augmente le risque d'inhalation de particules.

Les résultats de ces deux études montrent à eux seuls que faire fonctionner un humidificateur avec de l'eau du robinet peut être risqué en fonction du temps d'exposition et de la concentration de particules, avec des conditions dépassant systématiquement les normes d'air ambiant fixées par l'EPA. Yao et ses collègues ont voulu fournir une estimation encore plus détaillée du risque pour l'homme en estimant la quantité de particules produites par l'humidification qui se retrouverait réellement dans différentes régions du corps humain.

Pour estimer l'exposition par inhalation, Yao a utilisé le modèle de dosimétrie des particules à trajets multiples, ou MPPD. Le MPPD utilise des données sur la concentration et la taille des particules pour estimer la quantité de particules qui s'accumule dans diverses régions du système respiratoire, comme le nez, la gorge, les poumons supérieurs et les poumons profonds. Les chercheurs de Virginia Tech ont fourni au modèle des données sur la concentration et la taille des particules issues de leurs expériences, puis ont exécuté le modèle pendant une période de huit heures pour simuler le sommeil pendant la nuit. Le modèle a été exécuté pour une variété de groupes d'âge différents, allant des nourrissons aux adultes.

En général, une eau de remplissage à plus forte teneur en minéraux, qui libère de plus grandes quantités de particules dans l'air, entraîne une plus grande inhalation de particules. Lorsqu'elles sont inhalées, une grande partie des particules se déposent dans la région profonde des poumons, ce qui peut nuire au développement pulmonaire chez les jeunes enfants et entraîner des problèmes respiratoires chez les humains de tous âges.

La sortie du modèle a également montré que sur huit heures, les adultes inhalent plus de particules émises que les groupes d'âge plus jeunes. Ce n'est pas surprenant car les adultes ont des poumons plus gros qui absorbent plus d'air que les enfants lorsqu'ils respirent. Cependant, la clé du calcul de l'exposition réelle aux PM est le poids corporel. Parce que les enfants pèsent beaucoup moins que les adultes, ils reçoivent en fait plus de deux fois la quantité de PM par rapport au poids corporel par rapport aux adultes.

Les résultats sont saisissants. La qualité de l'air est gravement dégradée lorsque les humidificateurs à ultrasons émettent des minéraux et que le risque d'inhalation de particules est important. Mais pourquoi? Et peut-on l'éviter ?

Le pourquoi est lié au fonctionnement des humidificateurs à ultrasons. Ils ont un dispositif interne qui vibre et crée des gouttelettes de liquide extrêmement fines qui sont éjectées dans l'air sous forme de brume fraîche. Ces fines gouttelettes liquides contiennent du TDS et se situent dans la gamme des PM, qui présentent des risques lorsqu'elles sont inhalées par les humains. Malgré le risque, la technologie ultrasonique a été considérée comme une percée dans l'industrie des humidificateurs car elle complétait les humidificateurs à vapeur autrefois omniprésents.

Les humidificateurs à vapeur fonctionnent comme leur nom l'indique - en libérant de l'eau dans l'air sous forme de vapeur. Les humidificateurs à vapeur sont tombés en désuétude car la vapeur qu'ils émettent est chaude et peut présenter un danger pour les jeunes enfants qui peuvent se brûler par inadvertance avec la vapeur. Cependant, les humidificateurs à vapeur libèrent de la vapeur d'eau qui ne contient pas de petites particules minérales en grand nombre comme les humidificateurs à ultrasons. Les humidificateurs à ultrasons ont peut-être résolu le problème de chaleur des humidificateurs à vapeur, mais ils en ont créé un nouveau en libérant des particules indésirables dans l'air.

Cette recherche n'appelle pas à jeter les humidificateurs, mais a plutôt mis en évidence certaines options plus sûres. Un humidificateur à vapeur pourrait être utilisé à la place d'un ultrason pour contourner directement les problèmes de MP. Cependant, comme ils chauffent, cela peut ne pas être possible dans certaines situations. Si vous utilisez un humidificateur à ultrasons, l'air peut rester de qualité sûre si de l'eau distillée est utilisée comme eau de remplissage. Quelle que soit l'option choisie, il est conseillé d'éviter d'utiliser de l'eau du robinet standard pour remplir un humidificateur à ultrasons en raison des risques pour la santé associés. Comme l'a dit Yao, "l'humidificateur peut être une source inattendue d'exposition à la pollution de l'air, mais il doit être pris au sérieux".

En combinant les connaissances, les compétences et les outils de scientifiques de différentes disciplines, le groupe Water INTERface a aidé à identifier et à fournir des solutions potentielles à un important problème de santé publique. Ce n'est là qu'un exemple frappant de la manière dont la recherche, et en particulier la recherche interdisciplinaire, peut contribuer à améliorer notre monde. "Le monde a toutes sortes de problèmes, mais heureusement, nous avons toutes sortes de scientifiques qui, lorsqu'ils réfléchissent ensemble, peuvent s'attaquer à ceux qui sont importants pour améliorer la santé et le bien-être", a déclaré Dietrich.