Concilier santé humaine et environnement tout en luttant contre le COVID

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 2445 (2022) Citer cet article

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Les masques chirurgicaux sont devenus essentiels pour protéger la santé humaine contre la pandémie de COVID-19, même si leur charge environnementale fait l'objet d'un débat permanent. Cette étude visait à faire la lumière sur les impacts environnementaux des masques faciaux à usage unique (c.-à-d. MD-Type I) par rapport aux masques réutilisables (c.-à-d. MD-Type IIR) via une évaluation comparative du cycle de vie avec une limite de système du berceau à la tombe. Nous avons adopté une analyse à deux niveaux en utilisant la méthode ReCiPe (H), en considérant à la fois les catégories médiane et finale. Les résultats ont montré que les masques faciaux réutilisables créaient moins d'impacts pour la plupart des catégories médianes. Au niveau du point final, les masques faciaux réutilisables étaient supérieurs aux masques à usage unique, produisant des scores de 16,16 et 84,20 MPt, respectivement. Les principaux impacts environnementaux des masques à usage unique étaient liés à la consommation de matières premières, aux besoins énergétiques et à l'élimination des déchets, tandis que la phase d'utilisation et la consommation de matières premières apportaient la contribution la plus significative pour le type réutilisable. Cependant, nos résultats ont montré que les impacts environnementaux inférieurs des masques réutilisables dépendent fortement de la phase d'utilisation, car les masques réutilisables ont perdu leurs performances supérieures lorsque le scénario de lavage des mains a été testé. L'amélioration de l'éco-conception des masques est apparue comme un autre facteur clé, comme l'utilisation de matières premières plus durables et la conception de meilleurs scénarios d'élimination des déchets, qui pourraient réduire considérablement les impacts environnementaux.

Peu de temps après que l'Organisation mondiale de la santé (OMS) a déclaré la COVID-19 une pandémie en mars 20201, la production de masques faciaux et, en général, de tous les types d'équipements de protection individuelle (EPI) et de dispositifs médicaux (DM) (par exemple, blouses, gants , bas hygiéniques) est devenue une priorité mondiale. Au départ, seuls les professionnels de santé étaient concernés par l'utilisation des EPI et des DM ; cependant, en peu de temps, les citoyens ordinaires ont considérablement augmenté leur demande de masques et de gants à usage unique2. En particulier, l'utilisation de masques faciaux a considérablement augmenté, à la suite des mandats gouvernementaux de masquage public dans la plupart des pays. En conséquence, la consommation de matières premières d'origine fossile a augmenté, en raison de l'utilisation de matériaux polymères dans les masques3, et une quantité importante de déchets (y compris des matériaux d'emballage en plastique) a été générée, tant par les unités de soins que par les ménages, notamment en raison de la conception de la plupart des masques faciaux à usage unique4.

Récemment, Benson et al.5 ont estimé qu'environ 3,4 milliards de masques et écrans faciaux à usage unique sont jetés quotidiennement dans le monde ; ce chiffre est également conforme à l'interprétation de Prata et al.6, qui ont émis l'hypothèse que la pandémie pourrait entraîner la consommation et l'élimination mensuelles mondiales de 129 milliards de masques faciaux et de 65 milliards de gants. De plus, il convient de noter que, malgré l'introduction des vaccins COVID-19, la demande de masques faciaux ne devrait pas diminuer, du moins à court terme7, compte tenu de l'émergence et de la propagation de nouvelles variantes8. En conséquence, la durabilité environnementale des masques faciaux nécessite une attention particulière9 pour réconcilier la santé humaine avec l'environnement - un objectif qui a jusqu'à présent engagé les acteurs publics et privés10. Concrètement, l'éco-conception des masques faciaux doit être améliorée pour réduire les impacts environnementaux liés à leur fabrication ; dans le même temps, la sensibilisation des consommateurs à leur utilisation et à leur élimination correctes doit être renforcée.

Au sein de l'Union européenne (UE), deux principales classes de masques sont reconnues pour protéger contre la transmission virale : les EPI couverts par le règlement UE 2016/425 et les DM entrant dans le champ d'application du cadre juridique de l'UE sur les DM (c'est-à-dire la directive 93/42/ CEE [MDD], à remplacer par le règlement [UE] 2017/745 [MDR] du 26 mai 202111). Comme le montre le tableau 1, les MD sont différenciés en Type I et Type II, selon leur capacité de filtration bactérienne ; Le type II est en outre différencié en type II et type IIR, selon que le masque est résistant aux éclaboussures12.

La présente étude s'est concentrée sur la DM, qui représente un cas précieux pour l'investigation, étant donné que - comme mentionné ci-dessus - la DM est couramment utilisée par le grand public pour se protéger contre la transmission virale13. Plus précisément, l'étude a quantifié les impacts environnementaux des masques chirurgicaux à usage unique par rapport aux masques réutilisables pour révéler les opportunités et les limites tout au long du cycle de vie, y compris le traitement et la conception durables de chaque type. En effet, les masques réutilisables ne sont pas plus durables sur le plan environnemental, par définition, que les masques à usage unique, car toutes les étapes du cycle de vie doivent être évaluées dans leur intégralité, c'est-à-dire la production de matières premières, la fabrication, l'utilisation et l'élimination. Pour cette raison, l'analyse du cycle de vie (ACV)14,15 fournit un cadre clé qui est couramment appliqué pour évaluer la performance de durabilité environnementale d'un matériau/produit ou service spécifique16,17. En particulier, l'ACV comparative est un moyen de comparer différentes options pour concevoir des produits ayant des caractéristiques et des fonctions similaires mais avec moins d'impacts environnementaux18,19. De plus, des contributions récentes à la littérature ont souligné l'importance de l'ACV pour évaluer les implications environnementales des masques faciaux20,21.

La présente étude a été menée en Italie, où une dispersion importante de masques et de gants abandonnés a été signalée, et où l'utilisation quotidienne de masques chirurgicaux pendant les mesures de verrouillage à l'échelle de l'État a été estimée à 40 millions de pièces par jour, aux côtés de 40 millions de paires de gants à usage unique en nitrile ou en latex22. Plus précisément, compte tenu de la consommation annuelle de ces DM en 2020, une ACV comparative a été réalisée sur les masques à usage unique de type I et les masques réutilisables de type IIR, puisque ces deux types de masques ont été décrits par les experts interrogés comme les plus utilisés en Italie pendant le délai considéré. Les deux masques considérés (masques de type I et de type IIR) sont conformes à la norme EN 14 683:2019 et sont ainsi officiellement reconnus comme MD. Les masques à usage unique (Type I) sont fabriqués à l'aide de procédés conventionnels, tandis que les masques réutilisables (Type IIR) sont produits dans le cadre d'un projet pilote innovant, appelé "Le quartier social italien" car il intègre des objectifs économiques et productifs dans le but de l'inclusion sociale, assurant la réinsertion professionnelle de plusieurs catégories défavorisées, bien au-delà des obligations légales. Plus précisément, il vise à produire des masques chirurgicaux économiquement viables, respectueux de l'environnement et socialement responsables, efficaces pour protéger contre la transmission virale. Le quartier social italien est né de la collaboration de 36 entreprises et a impliqué jusqu'à 550 travailleurs dans sa première phase d'expérimentation et de test. Actuellement, le projet emploie 100 ouvriers de fabrication dans le sud de l'Italie qui fabriquent et emballent les masques, dont 46 personnes en situation de fragilité, participant à un programme de réinsertion professionnelle. Depuis la mise en œuvre du district social italien en 2020, le programme a généré 7,8 millions de masques, qui ont ensuite été approuvés par l'Institut national italien de la santé et utilisés pour la protection civile.

La présente demande d'ACV était basée principalement sur des données primaires (voir la section « Informations supplémentaires » et la section « Résultats » pour plus de détails sur la collecte de données), en adoptant une frontière de système du berceau à la tombe. Les scores des catégories d'impact médian (axé sur les problèmes) et final (axé sur les dommages) ont été évalués. Les principaux résultats ont montré que les masques faciaux réutilisables présentaient des performances supérieures sur le plan environnemental tout en offrant le même niveau de protection (sinon supérieur) que les masques à usage unique. Or, il convient de noter que les impacts environnementaux moindres des masques réutilisables dépendent fortement de certains comportements des consommateurs comme le démontrent clairement les analyses de sensibilité réalisées.

Avant de calculer les impacts environnementaux, nous avons analysé les données d'inventaire et les avons entrées dans le logiciel pour les simulations. En ce qui concerne les masques réutilisables, les mesures sur site des matières premières, les besoins énergétiques pour le traitement (par exemple, la pose, la coupe, la couture, etc.), les configurations des matériaux d'emballage, les options de réutilisation, les activités de nettoyage et les distances de transport ont été fournies par le district social italien . En particulier, les exigences de lavage du masque facial réutilisable ont été adaptées de Schmutz et al.9 conformément aux informations fournies par le producteur. De plus, les données sur les scénarios d'élimination des déchets pour les deux types ont été collectées à partir de la préimpression par Allison et al.23 Enfin, les données d'inventaire pour les masques à usage unique ont été collectées auprès de producteurs indépendants via des laboratoires certifiés. L'ensemble final de données d'arrière-plan et de premier plan est fourni dans le "tableau supplémentaire S1".

Les masques faciaux à usage unique sont constitués de trois couches de non-tissés en polypropylène. Les couches de tissu intérieures et extérieures sont en Spunbond et la couche intermédiaire est en Meltblown24 filtrant à 99 %. Les masques faciaux réutilisables (Type IIR) sont également composés de trois couches : une couche interne en coton de qualité antibactérienne, une couche intermédiaire en Meltblown et une couche externe en Spunbond. La qualité du masque est déterminée par la qualité des composants et est donc traçable jusqu'aux fournisseurs de composants. Des informations sur les fournisseurs et les types de composants de produits (y compris les certifications et les caractéristiques) sont fournies dans le "Tableau supplémentaire S2". Le Meltblown (fourni par Ramina) constitue la partie centrale des masques réutilisables. Ce composant garantit une performance filtrante de plus de 99% qui, associée au coton antibactérien C6 anti-goutte hydrofuge de haute qualité (fourni par Olmetex) de la couche intérieure, résiste jusqu'à 10 lavages par immersion. Ces matériaux, forgés ensemble à l'aide de machines spécialisées, améliorent les masques chirurgicaux de type IIR par-dessus tout, en ce qui concerne leurs performances supérieures dans le compromis global entre qualité de filtrage, réutilisation et durabilité environnementale. De plus, le tissu intérieur en coton de ces masques a la même efficacité que les masques à usage unique pour réduire la transmission des virus respiratoires25.

En ce qui concerne les bandes élastiques, le matériau des pinces nasales (pour les masques à usage unique) et les couches de tissu, aucun ensemble de données direct n'est disponible dans la base de données ecoinvent. Ainsi, pour la présente étude, des bandes élastiques sans latex non allergènes, réalisées selon un procédé « mousse souple polyuréthane », ont été retenues. Le matériau du pince-nez, qui n'est utilisé que pour les masques à usage unique, a été supposé être modélisé à l'aide d'un procédé "résine de chlorure de polyvinyle (B-PVC)". Enfin, nous avons supposé qu'un procédé "polypropylène, granulés" était utilisé pour les couches TnT Spunbond et Meltblown. En ce qui concerne les matériaux d'emballage, les masques réutilisables sont emballés dans des sacs en plastique biodégradables, tandis que les masques à usage unique sont emballés dans des sacs en plastique. Les deux types de masques sont conditionnés par lot de 10 et livrés dans des cartons recyclés. Dans la présente étude, les matériaux d'emballage ont été introduits dans le logiciel en tant que "biopolymère d'amidon complexé au polyester", "film d'emballage, polyéthylène basse densité" et "boîtes en carton ondulé : 16,6 % de fibres primaires, 83,4 % de fibres recyclées". Pour le transport, un processus "transport, fret, camion 16–32 tonnes métriques, EURO6" a été supposé à partir de l'usine de fabrication et de la distribution nationale par route, à l'aide de camionnettes Euro 6D.

Pour calculer le nombre de masques faciaux utilisés en Italie en 2020, nous avons estimé la population italienne à 60,6 millions, sur la base des statistiques de l'Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE)26. Nous avons supposé un masque par personne, par jour, pour les deux types de masques, conformément aux recommandations de l'OMS27. Comme les masques faciaux réutilisables peuvent être lavés jusqu'à 10 fois sans perdre leurs performances de filtration des virus (selon les propres spécifications du fabricant), nous avons supposé le nombre maximal de lavages pour la phase d'utilisation. En conséquence, le nombre total de masques faciaux utilisés en Italie a été calculé à 2,18 et 22,1 milliards pour les masques réutilisables et à usage unique, respectivement. La quantité totale de déchets a été calculée en fonction du nombre de masques utilisés, ainsi que de leurs matériaux d'emballage (c'est-à-dire des pellicules plastiques et des boîtes en carton) (tableau 2). Il a été constaté que les masques faciaux à usage unique génèrent près de 10 fois plus de déchets pour chaque catégorie de déchets, par rapport aux masques faciaux réutilisables.

En ce qui concerne l'utilisation du masque, notre scénario de base était basé sur les recommandations de l'OMS27, qui stipulent que les masques réutilisables doivent être lavés quotidiennement avec du savon/détergent et de l'eau chaude (60 °C). Nous avons supposé que tous les masques du ménage (2,3 personnes pour le cas italien) sont lavés avec d'autres vêtements dans une machine à laver standard de 7 kg, en suivant à la fois la documentation9 et les instructions du producteur. Schmutz et al.9 ont indiqué que les exigences pour une machine à laver à moitié pleine (une situation typique en Europe) sont de 84 g de détergent, 52,3 L d'eau du robinet et 1,1 kWh d'électricité par charge. En conséquence, les consommables de lavage moyens requis pour chaque masque sont calculés en normalisant les exigences spécifiées par rapport à un masque (c'est-à-dire en multipliant une exigence à moitié pleine charge par 0,2 %).

Il convient toutefois de noter que le comportement des utilisateurs n'est pas facile à prévoir et que la machine à laver n'est pas toujours considérée comme l'option préférée. Par conséquent, dans une étape supplémentaire, nous avons étudié différents comportements des utilisateurs en tant que cas de sensibilité. Tout d'abord, le lavage des mains a été introduit comme principal scénario de sensibilité9,23,28. Dans ce cas, nous avons supposé que l'ensemble des masques ménagers seront lavés ensemble tous les jours après utilisation, dans un bol de 5 L rempli jusqu'à 3 L d'eau à 60 °C puis rincés à l'eau sans savon/détergent. Environ 6,24 g de détergent liquide et 6 L d'eau sont nécessaires à chaque séance de lavage manuel23. Semblable au cas du lavage en machine, les consommables de lavage moyens requis pour chaque masque sont calculés en normalisant les exigences spécifiées par rapport à un masque (c'est-à-dire que les exigences par masque par lavage sont de 2,609 L d'eau du robinet, 2,713 g de détergent, 447,7 kJ d'énergie fournie par la chaudière à gaz).

De plus, nous avons également envisagé d'autres scénarios de comportement des utilisateurs possibles, en supposant que les masques réutilisables pourraient être lavés pendant plus que la durée de vie recommandée (c'est-à-dire 10 lavages). En conséquence, un deuxième cas de sensibilité a été modélisé pour les masques réutilisables lavés 15 fois avant d'être jetés. Enfin, en référence aux masques à usage unique, nous avons pris en considération une durée de port plus longue. Bien que l'utilisation recommandée du masque facial soit d'un masque par jour (ou 4 à 8 h), de nombreux utilisateurs portent des masques chirurgicaux à usage unique plus longtemps que cette période recommandée. Ainsi, dans ce cas de sensibilité, nous avons supposé que les utilisateurs porteraient le même masque pendant 2 jours consécutifs. Il convient toutefois de noter que les deux derniers cas de sensibilité, c'est-à-dire concernant une période de port plus longue des deux types, pourraient compromettre le niveau de protection des masques et donc la santé humaine.

En ce qui concerne les activités d'emballage et d'élimination des déchets, le district social italien a fourni des données issues de ses études en cours concernant la biodégradabilité des matériaux d'emballage pour les masques faciaux réutilisables (type IIR). Cependant, la présente étude n'a pas pu tenir compte des activités réelles d'élimination des déchets (c.-à-d. recyclage, réutilisation) en raison du manque d'évaluations approuvées. Ainsi, l'élimination des déchets reposait principalement sur des études antérieures indiquant que l'incinération et la mise en décharge étaient des options viables23,29. Nous avons supposé que les masques contaminés et les matériaux d'emballage mis au rebut iraient directement dans les sites d'élimination des déchets, et 43 % des déchets mixtes seraient mis en décharge tandis que 57 % des déchets mixtes seraient incinérés23. En ce qui concerne les activités d'élimination alternatives, nous avons considéré deux cas de sensibilité : un qui supposait que tous les masques de chaque type seraient entièrement incinérés9,30 et un autre qui supposait que tous les masques de chaque type seraient entièrement mis en décharge31.

Les impacts environnementaux des masques réutilisables et à usage unique ont été calculés à l'aide de la méthodologie ReCiPe (H), à deux niveaux. Les sous-sections suivantes fournissent une discussion complète des scores des catégories d'impact médian (axé sur les problèmes) et final (axé sur les dommages).

La présente étude a examiné 18 indicateurs de catégorie médiane : changement climatique, appauvrissement de la couche d'ozone, acidification terrestre, eutrophisation des eaux douces, eutrophisation marine, toxicité humaine, formation d'oxydants photochimiques, formation de particules, écotoxicité terrestre, écotoxicité des eaux douces, écotoxicité marine, rayonnement ionisant, occupation des terres agricoles. , Occupation des terres urbaines, transformation naturelle des terres, épuisement de l'eau, épuisement des métaux et épuisement des fossiles.

Le tableau 3 présente les impacts environnementaux globaux par unité fonctionnelle (c'est-à-dire le nombre total de masques faciaux utilisés en 2020). Compte tenu des impacts totaux, les masques faciaux à usage unique ont obtenu de meilleurs résultats que les masques faciaux réutilisables pour seulement 4 catégories d'impact (c. 14 catégories restantes. Les catégories d'impact pour lesquelles les masques faciaux à usage unique ont généré de meilleures performances étaient strictement liées aux exigences de la phase d'utilisation et à la culture du coton et à la transformation des masques faciaux réutilisables.

Pour mettre en évidence les effets de chaque étape du cycle de vie sur chaque score de catégorie intermédiaire, nous avons effectué une analyse de contribution pour les masques réutilisables et à usage unique. Les résultats sont présentés dans la Fig. 1 (pour d'autres analyses de contribution au processus, veuillez consulter les figures fournies dans "Fig. S1 et Fig. S2 supplémentaires").

Contribution de chaque étape du cycle de vie aux scores de la catégorie d'impact médian. (a), Masques faciaux réutilisables. (b), Masques faciaux à usage unique. (Abréviations : CC : Changement climatique, ODP : Appauvrissement de la couche d'ozone, TAC : Acidification terrestre, FEU : Eutrophisation des eaux douces, MEU : Eutrophisation marine, HT : Toxicité humaine, PCOF : Formation d'oxydants photochimiques, PMF : Formation de particules, TECO : Écotoxicité terrestre, FECO : Écotoxicité des eaux douces, MECO : Écotoxicité marine, IR : Rayonnements ionisants, ALO : Occupation des terres agricoles, ULO : Occupation des terres urbaines, NLT : Transformation naturelle des terres, WD : Appauvrissement en eau, MD : Appauvrissement en métaux, FD : Appauvrissement en fossiles).

En ce qui concerne les masques faciaux réutilisables, l'étape des matières premières se classe au deuxième rang des contributeurs les plus importants à la plupart des scores des catégories d'impact. Les activités de production et de transformation du coton, en particulier, sont responsables de plus de la moitié des scores globaux d'appauvrissement en eau, d'écotoxicité terrestre et d'occupation des terres agricoles. En ce qui concerne les masques faciaux à usage unique, les matières premières et/ou l'énergie pour les activités de production ont été les principaux contributeurs à tous les scores des catégories d'impact, et le polypropylène et/ou le polyuréthane ont été les matières premières les plus génératrices de charge.

En ce qui concerne l'étape de fabrication, les besoins énergétiques créent des charges relativement faibles par rapport aux autres étapes du cycle de vie des masques faciaux réutilisables, tandis que les masques à usage unique étaient plus énergivores et créaient un impact environnemental plus important sur diverses catégories médianes.

En ce qui concerne les masques faciaux réutilisables, l'emballage a eu une contribution relativement faible aux scores intermédiaires par rapport aux autres activités du cycle de vie. La contribution des emballages sur les catégories d'impact concerne principalement la production de sacs plastiques biodégradables à partir d'amidon. De même, les emballages des masques faciaux à usage unique ont eu une contribution relativement faible aux catégories d'impact, à l'exception de l'occupation des terres agricoles. Le polyéthylène basse densité a créé presque toutes les charges liées à l'emballage des masques à usage unique.

La phase d'utilisation n'a été prise en compte que pour les masques réutilisables, en ce qui concerne les activités de lavage. Pour tous les scores de catégorie, il en est résulté que la phase d'utilisation à elle seule contribue à plus d'un quart des impacts globaux. Les besoins en énergie et en agents de nettoyage pour le lavage sont apparus comme les polluants les plus importants pour les catégories Changement climatique et Transformation naturelle des sols, respectivement. Par conséquent, puisque cette phase joue un rôle central dans la décision de passer d'un masque facial à usage unique à un masque facial réutilisable, une section spécifique a été consacrée aux scénarios de sensibilité pour inclure d'autres comportements possibles de l'utilisateur.

Le transport est apparu comme un contributeur relativement faible à presque toutes les catégories, pour les deux types de masques. Pour les masques réutilisables, les activités de transport ont contribué à l'occupation des sols urbains, et pour les masques à usage unique, elles ont contribué à l'écotoxicité terrestre et à l'occupation des sols urbains.

De même, les activités d'élimination des déchets ont apporté une contribution relativement faible aux catégories médianes totales pour les deux types de masques, à l'exception des catégories Changement climatique et Eutrophisation des eaux douces. La première catégorie était principalement affectée par les activités d'incinération, tandis que la seconde était due à la mise en décharge.

Les catégories médianes ont fourni une image complète des impacts environnementaux associés à toutes les étapes du cycle de vie, avec un degré élevé de fiabilité et de certitude. Cependant, le grand nombre de catégories d'impact (c.-à-d. 18) pourrait avoir accru le degré de complexité pour tirer une conclusion directe. Par conséquent, les catégories d'effets pourraient être utilisées pour produire des scores représentatifs pour différentes alternatives, dans le but de faciliter la prise de décision pour l'éco-conception32. Les catégories de paramètres ont été évaluées pour trois domaines de protection (c'est-à-dire les catégories de dommages) : la santé humaine, la qualité de l'écosystème et la rareté des ressources. Les scores pour chaque domaine ont été exprimés en années de vie ajustées sur l'incapacité (DALY) ; perte d'espèces locales intégrée dans le temps (species.yr); et les coûts supplémentaires liés à l'extraction future des ressources minérales et fossiles (en dollars) pour la santé humaine, la qualité des écosystèmes et la rareté des ressources, respectivement. Une pondération finale a été appliquée pour produire un score unique représentatif définissant la charge environnementale globale, exprimée en millions de points (MPt).

Les scores de santé humaine ont été calculés comme une somme pondérée d'indicateurs médians concernant l'augmentation de la malnutrition et des maladies (y compris les maladies respiratoires et cancérigènes). Les scores des indicateurs pour les masques réutilisables et à usage unique étaient respectivement de 268 et 1 559 DALY. Les scores de qualité de l'écosystème ont été calculés comme une somme pondérée d'indicateurs médians concernant les dommages causés aux espèces d'eau douce, terrestres et marines. Les scores des indicateurs pour les masques réutilisables et à usage unique étaient de 2,88 et 7,54 espèces.an, respectivement. Enfin, les scores de rareté des ressources ont été calculés comme une somme pondérée d'indicateurs médians concernant l'extraction des matières premières et les coûts énergétiques. Les scores des indicateurs pour les masques réutilisables et à usage unique étaient respectivement de 6,91 et 56,56 millions de dollars.

Au niveau du point final, les masques faciaux réutilisables sont apparus comme supérieurs aux masques à usage unique pour les trois catégories de dommages. Les principaux impacts pour le type à usage unique étaient liés à la consommation importante de matières premières, aux besoins énergétiques et aux activités d'élimination des déchets menaçant la santé humaine en raison d'une plus grande quantité de déchets. En revanche, la contribution de la phase d'utilisation a eu un impact significatif pour les masques réutilisables. Les scores uniques représentatifs pour la charge environnementale étaient de 16,16 et 84,20 MPt pour les masques réutilisables et à usage unique, respectivement. Au final, les masques faciaux réutilisables ont obtenu de meilleurs résultats en termes de performance environnementale sur la base d'un score unique (Fig. 2).

Résultats de l'évaluation de l'impact au niveau du point final, exprimés en un seul score. La charge environnementale totale est un score pondéré de trois scores de catégories de dommages : la santé humaine, les écosystèmes et les ressources.

Pour approfondir les résultats, nous avons effectué des analyses de sensibilité concernant différents comportements des utilisateurs reflétant les pratiques réelles et les scénarios alternatifs d'élimination des déchets. Bien que seuls les scores des catégories de paramètres (Fig. 3) soient discutés ici en détail, les résultats pour tous les cas de sensibilité sont fournis dans les "Tableaux supplémentaires S3, S4, S5 et S6".

Scores d'analyse de sensibilité. (a), Comportement de l'utilisateur. (b), Alternatives d'élimination des déchets.

En ce qui concerne le comportement des utilisateurs de masques faciaux réutilisables, les impacts environnementaux ont considérablement augmenté lorsque le scénario de lavage des mains a été pris en compte. En effet, le score global d'impact environnemental pour le type réutilisable était plus élevé que celui à usage unique, et ainsi, dans ce cas, les masques réutilisables ont perdu leurs performances supérieures par rapport au type à usage unique. Une augmentation moyenne de neuf fois a été calculée pour chaque score de catégorie de dommages ainsi que pour la charge environnementale totale par rapport au scénario de base en raison de l'utilisation intensive d'eau, de savon et d'énergie (tableau S5). Par rapport aux masques à usage unique, les scores de rareté des ressources étaient légèrement inférieurs tandis que les scores de santé humaine étaient légèrement supérieurs pour les masques réutilisables lorsqu'ils étaient lavés à la main. L'augmentation extrême a été détectée dans les scores de qualité de l'écosystème, trois fois plus élevés que les scores à usage unique (tableau S6).

Dans une étape supplémentaire, les impacts environnementaux totaux ont été testés en modifiant le nombre de lavages avant de jeter le masque réutilisable, c'est-à-dire 15 fois au lieu de 10. Par conséquent, l'impact total sur chaque catégorie de dommages a diminué, ce qui a entraîné une charge environnementale globale plus faible. passant de 16,16 à 12,92 MPt, sur une base de score unique.

Pour les masques faciaux à usage unique, la période de port a directement affecté les impacts environnementaux globaux, le port du masque pendant 2 jours ayant réduit de moitié tous les scores des catégories de paramètres, comme prévu. Cependant, il convient de noter que ces comportements alternatifs pourraient compromettre les performances de protection des masques et donc la santé humaine.

En ce qui concerne les activités d'élimination alternatives, nous avons supposé deux cas de sensibilité pour chaque type de masque : entièrement incinéré9,30 et entièrement mis en décharge31. Cette analyse a été réalisée pour vérifier si le mix entre décharge et incinération modifiait significativement les impacts environnementaux. Pour le scénario d'incinération, les scores des catégories de dommages à la santé humaine et aux écosystèmes étaient plus élevés que les scores du scénario de base pour les deux types de masques, tandis que le score de la catégorie des ressources n'a pas été affecté de manière significative. En revanche, le scénario d'enfouissement a entraîné un impact plus faible sur les catégories de dommages à la santé humaine et aux écosystèmes pour les deux types de masques, tandis que la catégorie des ressources est restée presque inchangée. Par conséquent, sur la base d'un score unique, l'incinération a toujours créé une charge environnementale plus importante par rapport à la mise en décharge, avec une plage de variation de 10,6 - 14,9 % et de 5,7 - 17,8 % pour les catégories de dommages à la santé humaine et aux écosystèmes, respectivement. De même, les activités d'incinération ont créé une augmentation de 5,7 et 8,9 % par rapport au scénario de base concernant les scores globaux pour les masques réutilisables et à usage unique, respectivement. La principale raison de la charge environnementale plus élevée était probablement une augmentation de 14,1 à 18,7 % du score de la catégorie Changement climatique pour les masques réutilisables et à usage unique, respectivement.

L'analyse ci-dessus des scores d'impact médian et final montre que la comparaison entre les masques chirurgicaux à usage unique et réutilisables, en termes de durabilité environnementale, n'est pas anodine. Au-delà de l'utilisation plus élevée de matières premières et de la plus grande consommation de ressources nécessaires pour produire plus de pièces par fréquence d'utilisation donnée dans le cas des masques à usage unique (inconvénient de circularité), les deux types de masques sont également constitués de matériaux différents et l'impact de nettoyage des masques réutilisables doivent être pris en compte de manière globale.

Compte tenu de ces principales différences, nos résultats montrent que les masques réutilisables sont plus performants que les masques à usage unique en termes de durabilité environnementale globale puisque les masques à usage unique ne fonctionnent mieux que sur 4 des 18 critères d'impact médian considérés : écotoxicité terrestre, occupation des terres agricoles, transformation naturelle des terres. et épuisement de l'eau. Cependant, nous avons observé que les résultats ont complètement changé de manière à ce que les masques à usage unique obtiennent de meilleurs résultats dans les scores globaux lors de l'introduction du lavage des mains au lieu du lavage en machine (c'est-à-dire le scénario de base). Cette découverte ajoute de la pertinence à notre étude en soulignant à quel point l'impact environnemental global dépend fortement des options de lavage. En fait, le comportement des consommateurs dans les activités de nettoyage a suscité un grand intérêt non seulement pour les textiles médicaux mais aussi pour les articles vestimentaires ordinaires puisque la phase d'utilisation est apparue comme l'un des contributeurs les plus importants à l'impact environnemental global33. Des études antérieures sur l'ACV des textiles ont indiqué que les charges environnementales sont significativement affectées par les différentes préférences au cours de la phase d'utilisation par les consommateurs34.

En ce qui concerne les deux options de nettoyage pour les masques faciaux réutilisables, les études précédentes9,23 ont fait diverses hypothèses tout au long de leurs calculs, par exemple, différentes caractéristiques de la machine à laver et les exigences en matière de matériel de nettoyage. Notamment, une tendance générale en accord avec nos résultats se dégage clairement puisque les scores pour le type réutilisable sont toujours moins bons que les masques à usage unique lorsque le lavage à la main est sélectionné. En effet, ce résultat suggérerait que l'introduction de masques réutilisables devrait être accompagnée d'une campagne d'information ainsi que d'un étiquetage clair concernant l'option de lavage préférée, pour garantir un impact environnemental global positif. De même, il a été souligné que fournir des conseils efficaces aux consommateurs sur les activités à faible impact parmi les alternatives de phase d'utilisation est considéré comme une mesure clé pour réduire les impacts environnementaux totaux des vêtements ordinaires35.

Un autre point intéressant est lié à l'éco-conception qui pourrait être améliorée pour renforcer les performances environnementales des masques réutilisables31. Par exemple, Tabatabaei et al.30 ont proposé que le remplacement des plastiques d'origine fossile par des plastiques biosourcés puisse entraîner une diminution significative des impacts environnementaux totaux. Ainsi, le polypropylène pourrait être remplacé par de la fibre de coton durable36. En outre, une éco-conception améliorée concernant les activités d'élimination des déchets pourrait également être utile pour créer un scénario sur mesure pour le recyclage des matériaux et/ou pour produire des masques faciaux de manière à faciliter le démontage des composants et la séparation des matériaux31. Ces résultats mettent clairement en évidence l'importance de l'éco-conception non seulement en considérant les activités liées à la phase d'élimination des matières premières et des déchets mais aussi la phase d'utilisation, puisque les masques doivent toujours être conçus de manière à pouvoir être lavés en machine sans perdre leurs performances de protection (comme dans notre étude de cas).

Avant tout, l'atténuation du changement climatique est un domaine de durabilité crucial qui exige notre attention et représente un contexte critique pour comprendre l'impact des masques à usage unique et réutilisables (en termes d'émissions de gaz à effet de serre). Comme on le sait, l'objectif ambitieux de contenir la concentration de CO2 dans l'atmosphère et de limiter l'augmentation de la température mondiale a conduit la communauté internationale à fixer l'objectif de zéro émission nette d'ici 2050 (ou 2060 pour la plupart des pays). Cela implique un effort considérable pour réduire les émissions de CO2 à environ 54 milliards de tonnes métriques de CO2-eq/an au niveau mondial. En partie, cet objectif est encore hors d'atteinte puisque la courbe des coûts marginaux de réduction est ascendante (c'est-à-dire que les coûts de réduction augmentent considérablement à mesure que les émissions diminuent). Il est donc de la plus haute importance d'analyser et de comparer les avantages potentiels (en termes de réduction des émissions) des masques à usage unique par rapport aux masques réutilisables. Compte tenu des scénarios de base, le passage des masques à usage unique aux masques réutilisables entraînerait une réduction annuelle des émissions de plus de 80 %. Ce résultat semble être en accord avec les études précédentes28. De plus, pour augmenter ce pourcentage, d'autres pratiques d'éco-conception sont nécessaires, comme l'application de coton biologique (qui réduirait l'empreinte carbone due à l'élimination des pesticides et des engrais fossiles) ou des composants en coton recyclé9.

Les recherches futures devraient viser à remédier à certaines des limites de la présente étude. Tout d'abord, notre étude teste une conception de masque spécifique, pour un scénario de production et de gestion des déchets spécifique en Italie et, par conséquent, il pourrait ne pas être représentatif d'autres pays. Cependant, l'interprétation de base de nos résultats a fourni plusieurs indications vers l'amélioration de la performance environnementale des masques chirurgicaux. Une autre limitation concerne les limites du système, qui dans notre cas étaient définies pour inclure le transport depuis l'usine de fabrication et la distribution à l'échelle nationale. Cependant, le transport des déchets vers les sites d'élimination et du savon/détergent vers les maisons n'a pas été pris en compte, en raison de lacunes dans les données. De plus, l'utilisation moyenne de savon des consommateurs lors du lavage d'un masque est difficile à quantifier. En conséquence, à la lumière du nombre croissant d'études et de statistiques, une étude de suivi devrait chercher à étendre les frontières du système pour inclure toutes les activités liées aux transports. De plus, en ce qui concerne la phase d'utilisation, le comportement du public représente toujours une boîte noire nécessitant une enquête approfondie ; ainsi, des études comportementales du grand public sont également requises9, telles que des expériences sur le terrain pour mesurer directement l'énergie et les matériaux (savon et eau) utilisés pour le nettoyage. De plus, d'autres analyses de sensibilité pourraient être effectuées pour prendre en compte d'autres variables importantes, telles que les différents poids de coton.

Enfin, au-delà des impacts environnementaux, d'autres aspects tels que les impacts sociaux et les coûts économiques des masques faciaux doivent être pris en compte pour fournir une image plus complète et exhaustive de leur durabilité. La nécessité d'une évaluation intégrée permettant de couvrir les trois piliers de la durabilité a en effet pris de l'ampleur dans la littérature,37,38.

Dans l'ensemble, notre analyse soutient le concept « une seule santé » de l'OMS, soulignant l'interdépendance entre la santé humaine et la santé environnementale. Les résultats sur les différentes catégories de critères d'évaluation des masques à usage unique par rapport aux masques réutilisables montrent clairement comment un produit conçu pour améliorer la santé humaine pendant la pandémie de COVID-19 peut, en fait, avoir des conséquences indirectes négatives plus élevées sur la santé humaine s'il est conçu avec moins d'impact sur l'environnement. normes.

La base méthodologique de l'ACV est définie par les normes publiées par l'Organisation internationale de normalisation (ISO). La norme ISO 14 040 définit l'ACV comme « la compilation et l'évaluation des entrées, des sorties et des impacts potentiels d'un système de produits tout au long de son cycle de vie »14. Il met également en évidence l'utilité de l'ACV pour explorer les charges environnementales possibles d'un produit ou d'un service à toutes les étapes du "cycle de vie", y compris l'extraction des ressources, la production de matériaux, l'utilisation, le recyclage et l'élimination. Les exigences de base et les lignes directrices sont également introduites par la norme ISO 14 04415. La présente étude a été réalisée conformément aux lignes directrices ISO 14 040/14 044 susmentionnées.

Selon la norme ISO 14 040, une étude ACV typique est menée en quatre étapes successives : (i) définition des objectifs et du périmètre, (ii) analyse de l'inventaire, (iii) évaluation de l'impact et (iv) interprétation.

Dans cette première étape, les objectifs et la portée de l'étude sont définis, ainsi que l'unité fonctionnelle. La présente étude visait à comparer les impacts environnementaux associés à l'utilisation de masques à usage unique et réutilisables tout au long d'une seule année en Italie. La comparaison a été effectuée dans les limites d'un système du berceau à la tombe, qui comprenait l'extraction des matières premières, le transport (depuis l'usine de fabrication et la distribution à l'échelle nationale), la fabrication, l'utilisation (par exemple, les activités de nettoyage, en ce qui concerne les masques réutilisables) et l'élimination des déchets. . L'unité fonctionnelle faisait référence à une description quantifiée de la fonction principale du système à l'étude, représentée par le nombre total de masques réutilisables et à usage unique utilisés par la population italienne en 2020.

L'analyse de l'inventaire du cycle de vie comprend la quantification : (i) des vecteurs énergétiques et des matières premières utilisées ; (ii) les émissions dans l'atmosphère, l'eau et le sol ; et (iii) les différents types d'occupation des sols concernant l'unité fonctionnelle. Dans la présente étude, une approche de modélisation attributionnelle a été adoptée pour examiner les impacts environnementaux générés tout au long du cycle de vie des deux types de masques faciaux et pour comparer les impacts environnementaux de ces masques faciaux au sein de la même unité fonctionnelle. Au cours de l'analyse de l'inventaire, deux types de données (c'est-à-dire des données de premier plan et de base) ont été recueillies. Les données de premier plan, spécifiques aux activités de production, ont été fournies par des mesures et des calculs sur site par le projet de district social italien pour les masques faciaux réutilisables. Les données d'inventaire des masques à usage unique ont été collectées auprès de producteurs indépendants via des laboratoires certifiés. Les données de base, obtenues à partir de la base de données ecoinvent (v3.01)39 et d'articles publiés précédemment, ont fourni des détails supplémentaires sur la production de matériaux génériques, l'énergie, le transport et la gestion des déchets. Les processus d'inventaire ont été saisis dans le logiciel SimaPro 8.2.0.0 PhD en tant que processus unitaires (c'est-à-dire une combinaison d'entrées d'émissions et de ressources provenant des étapes du processus).

L'évaluation de l'impact du cycle de vie (LCIA) interprète et évalue le degré et l'importance des impacts environnementaux d'un produit ou d'un service. La présente étude a utilisé la méthodologie d'évaluation d'impact ReCiPe avec une perspective hiérarchique (H) V1.12 pour calculer les impacts environnementaux, car cela reflète la méthode la plus récente utilisant à la fois les problèmes (point médian) et les dommages (point final). catégories d'impact40. Les scores des catégories médianes ont une incertitude relativement faible en raison de leur forte relation avec les flux environnementaux, tandis que les scores des points finaux fournissent des informations potentiellement meilleures sur la pertinence des flux environnementaux, bien qu'avec une incertitude plus élevée32. A cet égard, les deux approches sont complémentaires. Les indicateurs de niveau médian choisis pour la présente étude étaient : Changement climatique, Appauvrissement de la couche d'ozone, Acidification terrestre, Eutrophisation des eaux douces, Eutrophisation marine, Toxicité humaine, Formation d'oxydants photochimiques, Formation de particules, Écotoxicité terrestre, Écotoxicité des eaux douces, Écotoxicité marine, Rayonnement ionisant, Agriculture occupation des terres, occupation des terres urbaines, transformation naturelle des terres, épuisement de l'eau, épuisement des métaux et épuisement des fossiles. Ces indicateurs de niveau médian ont ensuite été combinés en trois catégories de dommages : la santé humaine, les écosystèmes et les coûts des surplus de ressources. Enfin, les trois catégories de critères d'évaluation ont été normalisées, pondérées et agrégées en un seul score représentant le système global de comparaison des masques à usage unique par rapport aux masques réutilisables. Le progiciel SimaPro 8.2.0.0 PhD a été utilisé pour estimer les impacts environnementaux au niveau médian et final, par unité fonctionnelle.

La phase finale de l'ACV évalue les résultats d'une analyse d'inventaire ou d'une évaluation d'impact, dans le contexte des objectifs de l'étude. Il vise également à proposer des recommandations et à préparer le rapport final des résultats. Une discussion détaillée de la phase d'interprétation de la présente étude est fournie dans la section "Résultats".

Toutes les données collectées, générées et analysées au cours de cette étude sont incluses dans les "Informations supplémentaires". Des questions supplémentaires sur les données peuvent être adressées à l'auteur correspondant.

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Les auteurs tiennent à remercier Luca Raffaele pour l'aide apportée tout au long de la collecte des données lors de l'analyse de l'inventaire du cycle de vie.

Groupe de recherche sur la bioéconomie en transition – Université Unitelma Sapienza de Rome, 00161, Rome, Italie

Piergiuseppe Morone, Gulsah Yilan & Enrica Imbert

Département de génie chimique, Université de Marmara, Campus de Göztepe, 34722, Istanbul, Turquie

Gulsah Yilan

Département d'économie et de finance, Université de Rome Tor Vergata, Via Columbia 2, 00133, Rome, Italie

Léonard Becchetti

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Tous les auteurs sont également responsables des contributions au manuscrit, concernant la recherche, la collecte de données, la simulation, les résultats, les informations supplémentaires et les méthodes.

Correspondance à Piergiuseppe Morone.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Morone, P., Yilan, G., Imbert, E. et al. Réconcilier la santé humaine avec l'environnement tout en luttant contre la pandémie de COVID-19 grâce à l'amélioration de l'éco-conception des masques faciaux. Sci Rep 12, 2445 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-06536-6

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Reçu : 26 avril 2021

Accepté : 27 janvier 2022

Publié: 14 février 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-06536-6

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