La chimie à quatre pattes : comment les chiens modifient notre environnement intérieur

Si l'impact des occupants humains sur la qualité de l'air fait depuis longtemps l'objet de recherches, personne n'a jamais examiné de près le rôle des chiens. Pourtant, ces compagnons à quatre pattes font depuis longtemps partie de la vie quotidienne : plus d'un demi-million d'entre eux vivent dans des foyers suisses, contre 10,5 millions en Allemagne.

Une étude menée par l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) vient combler cette lacune. L'Institut Max Planck de chimie a joué un rôle clé, apportant sa longue expertise en chimie atmosphérique à la collaboration internationale avec l'EPFL, l'Institut finlandais pour la santé et le bien-être et l'Université technique du Danemark.

Clarté quantitative du laboratoire HOBEL

Dans cette nouvelle étude, une équipe de chercheurs du Human-Oriented Built Environment Lab (HOBEL) de l'EPFL a étudié les gaz, les particules et les micro-organismes que les chiens rejettent dans leur environnement. "Nous voulions apporter des éclaircissements scientifiques sur des facteurs qui n'étaient pas encore totalement compris", explique Dusan Licina, professeur au HOBEL. Les résultats fournissent, pour la première fois, des "facteurs d'émission" quantitatifs qui peuvent être utilisés pour affiner les modèles de qualité de l'air intérieur. À l'avenir, les chercheurs pourront simuler de manière plus réaliste la façon dont la coexistence des humains et des animaux domestiques affecte l'air dans les espaces clos. Il s'agit d'une étape importante pour mieux comprendre les sources de pollution de l'air et rendre l'environnement de vie plus sain".

Ammoniac et gaz respiratoires

Des indicateurs clés peuvent être utilisés pour mesurer la pollution intérieure affectant les humains. Nous rejetons dans l'air des cellules de la peau, des fibres de vêtements et des micro-organismes ; notre respiration génère du CO₂ ; et notre peau dégage de faibles niveaux de gaz ammoniac et de composés organiques volatils. Des réactions chimiques complexes se produisent également, par exemple lorsque les molécules d'air touchent la peau et sont transformées en nouveaux composés.

Les chercheurs ont examiné ces mêmes facteurs pour évaluer l'impact des chiens sur l'air que nous respirons. Sans surprise, l'étude montre qu'en termes absolus, les chiens dégagent à peu près autant de CO₂ que les humains : un chien de grande taille, comme un mastiff ou un terre-neuve, peut produire autant de CO₂ qu'un humain adulte au repos.

Et l'ammoniac, plus connu pour son odeur amère et ses effets caustiques, est en fait un sous-produit humain et animal courant. Dégagé par la peau ou exhalé par la respiration, ce gaz sert d'indicateur discret de l'activité biologique de l'organisme qui l'émet. Il est produit en très faible quantité lors de la digestion des protéines et participe à des réactions chimiques au contact de l'air. Là encore, les chiens en produisent à peu près autant que leurs maîtres. Les chercheurs ont découvert que le rapport ammoniac/CO₂ est plus élevé chez le chien que chez l'homme. "En d'autres termes, un chien expirant la même quantité de CO₂ qu'un humain produira beaucoup plus d'ammoniac. Cette différence est probablement due à leur alimentation plus riche en protéines, à leur métabolisme particulier et à leur respiration rapide, qui est l'un des moyens qu'ils utilisent pour réguler leur température corporelle", explique l'ingénieur en environnement Licina. Mais les chiens passent plus de temps à dormir, avec une respiration plus lente et parfois irrégulière. En fin de compte, au cours d'une journée, les chiens respirent à peu près autant que les humains et émettent à peu près la même quantité d'ammoniac.

Poils de chien, poussière et bouffées de particules

En ce qui concerne les polluants atmosphériques, l'impact le plus important des chiens est dû aux minuscules particules solides et liquides qu'ils envoient dans l'air. Quel propriétaire de chien ne s'est jamais demandé ce que son animal avait ramassé dans son pelage lors d'une promenade ? Là encore, les résultats de l'étude peuvent nous éclairer. En se secouant, en se grattant ou simplement en se faisant caresser, les chiens libèrent des quantités non négligeables de particules relativement grosses : poussières, pollens, débris végétaux et microbes. Chaque fois que les chiens de l'étude se déplaçaient, les capteurs captaient des "bouffées" de pollution intérieure, les grands chiens dégageant deux à quatre fois plus de micro-organismes que les humains dans la même pièce. Nombre de ces particules sont fluorescentes : lorsqu'elles sont exposées à la lumière ultraviolette, elles brillent légèrement, trahissant ainsi leur origine biologique. "Ce niveau élevé de diversité microbienne n'est pas nécessairement une mauvaise nouvelle", précise M. Licina. "Certaines études indiquent que l'exposition à une variété de microbes peut stimuler le développement du système immunitaire, en particulier chez les enfants. Mais l'impact précis sur la santé humaine est encore mal compris et peut varier d'une personne à l'autre. D'un point de vue scientifique, les mesures permettent également de quantifier la façon dont les animaux domestiques agissent comme des "porteurs" mobiles, transportant du matériel biologique à l'intérieur et le redistribuant dans le cadre des activités quotidiennes.

L'effet des caresses et de l'ozone

L'étude met également en lumière des réactions chimiques secondaires. Lorsque les chercheurs ont introduit dans la chambre d'essai de petites quantités d'ozone (_O3) à une concentration que l'on trouve généralement dans l'air extérieur propre, la composition de l'air a sensiblement changé. Un spectromètre de masse TOF très sensible de l'Institut Max Planck de chimie de Mayence a enregistré en continu de minuscules réactions chimiques. L'ozone ne reste pas longtemps inchangé après avoir pénétré dans les espaces intérieurs. Lorsqu'il entre en contact avec la peau humaine, il réagit rapidement avec l'huile cutanée, le squalène, et forme de nouveaux composés chimiques, notamment des aldéhydes et des cétones, ainsi que des particules ultrafines.

"Comme la peau des chiens n'a pas de pores, qu'elle n'est pas recouverte de squalène et que les chiens se refroidissent en haletant plutôt qu'en transpirant, nous avons d'abord supposé que les composés organiques volatils libérés seraient très différents", explique le chimiste atmosphérique Jonathan Williams, de l'Institut Max Planck de chimie. En fait, les chiens ont réagi à l'ozone de la même manière que les humains. Selon Jonathan Williams, cela s'explique par le fait que "lorsque nous les caressons, nous transférons des résidus cutanés sur leur fourrure, qui réagissent alors avec l'ozone et produisent à leur tour des sous-produits et des particules ultrafines".

Malgré toutes les caresses, les chiens participant à l'étude ont produit en moyenne 40 % de produits de dégradation de l'ozone en moins que les humains. Il s'agit d'une voie d'interaction qui a été largement négligée dans les modèles de chimie de l'air intérieur jusqu'à présent. On ne sait pas encore si les chiens agissent également comme des "puits d'ozone", c'est-à-dire s'ils peuvent décomposer l'ozone. Les études futures viseront également à préciser dans quelle mesure la race, le régime alimentaire ou les habitudes de toilettage jouent un rôle et si d'autres animaux de compagnie présentent des effets similaires.

Une chambre environnementale et un compagnon humain

Pour s'assurer de la fiabilité de leurs résultats, les chercheurs ont mené leurs expériences dans une chambre environnementale hautement contrôlée - une installation unique en son genre à l'EPFL de Fribourg, en Suisse. La chambre, équipée d'instruments de haute précision, a été conçue pour reproduire un intérieur ordinaire tout en éliminant les interférences extérieures. L'air étant filtré et la température et l'humidité étant maintenues constantes, tout changement dans la qualité de l'air pouvait être attribué spécifiquement aux chiens plutôt qu'à des facteurs environnementaux.

"Le plus difficile a été d'obtenir toutes les autorisations nécessaires et de respecter les normes éthiques", explique M. Licina. Par exemple, les animaux devaient être familiers les uns avec les autres et accompagnés par quelqu'un qu'ils connaissaient, afin de réduire le stress. Au final, la population étudiée était composée de deux groupes : 3 gros chiens dans un groupe et 4 petits chiens (chihuahuas) dans l'autre.

Avec leurs compagnons humains, les chiens ont alterné des périodes de repos et des périodes d'interaction - en se déplaçant, en jouant à des jeux doux et en se faisant caresser. Les chercheurs ont ainsi pu observer l'influence des animaux sur l'air ambiant, presque en temps réel et dans des conditions proches de la réalité. L'enceinte environnementale a servi de salle de séjour ordinaire pour les chiens et de laboratoire de haute précision pour les chercheurs.