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LA POLLUTION ATMOSPHERIQUE
Les principaux polluants
Marie-Dominique LOŸE - CERES
Vous respirez ~ 15 m3 d’air /jour !
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Pékin en plein smog
Depuis le 8-10, les particules <2,5 µ atteignent 500 µg/m3,
soit 20 fois plus que le seuil recommandé par l’OMS (Organisation mondiale de la santé).
JDLE, R. Loury
13-10-2014
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La Loi sur l’Air et l’Utilisation Rationnelle de l’Energie
(septembre 1996)
« constitue une pollution atmosphérique au sens de la
présente loi, l’introduction par l ’homme, directement ou
indirectement, dans l’atmosphère et les espaces clos, de
substances ayant des conséquences préjudiciables de nature à
mettre en danger la santé humaine, à nuire aux ressources
biologiques et aux écosystèmes, à influer sur les changements
climatiques, à détériorer les biens matériels, à provoquer des
nuisances olfactives ».
=> un triple risque : sanitaire, environnemental, climatique
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Pollution atmosphérique : processus physico-chimiques
Document Airparif
Les concentrations de polluants dans l’atmosphère dépendent 1- des émissions,
2- des transformations et de la dispersion dans l’atmosphère et 3- du dépôt.
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Quelques rappels sur les cycles des
composés émis dans l’atmosphère
Sources naturelles
Exemple des composés soufrés (troposphère)
Sources anthropiques
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Quelques rappels sur les cycles des composés émis dans
l’atmosphère
Exemple des composés soufrés (troposphère)
+ oxydation
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• Emissions : Sources naturelles/anthropiques, ponctuelles/diffuses
Formes physiques gaz, liquide, particules
Nature chimique
• Transformation et transport
réactivité chimique atmosphère: 02,H2O, énergie solaire
facteurs météorologiques vents, turbulence, soleil
Polluants primaires / polluants secondaires
• Dépôt sec et humide => nettoyage atmosphère
Impact sanitaire et environnemental
POLLUANTS ATMOSPHERIQUES
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Les polluants « majeurs » µg/m3
• Gaz: SO2, NOx, O3
• Particules => indicateurs
O3
NO2
SO2
PM 10
Bastia 12-06-2014 7h 19h
Données Qualitair Corse
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Image Meteosat 12-06-2014 12h
Situation anticyclonique - faible dispersion des polluants=> pics d’émissions bien nets
NO2, PM10, SO2 (trafic automobile, bateaux)
+ - rayonnement solaire: forts niveaux d’ozone (03)
- interactions entre polluants (déplétion ozone /pics émissions)
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SO2 : dioxyde de soufre
• Irritation des voies respiratoires, muqueuses
• Combustion: oxydation du soufre des combustibles
• Sources: raffinage, centrales thermiques, chauffages, véhicules diesel
• Temps séjour faible: polluant de proximité
après transport:
=> H2SO4 : acidité de l’atmosphère
composé acidifiant
gaz-> liquide H2SO4 aq (gouttelettes)-> particules NH4HSO4, (NH4)2SO4, CaSO4
Impact sur environnement:
bâtiments, eaux, sols et écosystèmes
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• Sous-secteurs prépondérants en 2008
(cinq premiers des émissions totales)
1 - Raffinage pétrole 26 %
2 - Production d'électricité 20 %
3 - Chimie 9,6 %
4 - Minéraux non métalliques et matériaux de
construction 8,7 %
5 - Résidentiel 5,4 %
SO2
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SO2 évolution émissions France
Kt/an
Autres transports
Transport routier
Agriculture/sylviculture
Résidentiel/tertiaire
Industrie manufacturière
Transformation énergie
CITEPA 2014
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NOx : oxydes d’azote
• Irritants voies respiratoires
• Combustion: oxydation N air à hte t°
=> NO + NO2
• Sources: trafic automobile, centrales thermiques
• Temps séjour faible: polluants de proximité
* Proximité des sources: NO dominant = pas pris en compte dans les normes!
Rôle dans la formation d’ozone
après transport
=> HNO3 : acidité de l’atmosphère
gaz=> gaz HNO3 g => particules NaNO3, …
Impact sur environnement : acidifiant, mais aussi nutritif
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NOx
Autres transports
Transport routier
Agriculture/sylviculture
Résidentiel/tertiaire
Industrie manufacturière
Transformation énergie
Kt/an CITEPA 2014
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NOx : oxydes d’azote
Temps séjour faible: polluants de proximité
NO -> NO2 -> HNO3
Agglomération lilloise
NO2
polluant de proximité
AREMA LRT
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NOx : oxydes d’azote
• Temps séjour faible: polluants de proximité
NO -> NO2 -> HNO3
Pb!
A proximité immédiate des sources*,
NO dominant
= pas pris en compte dans les normes!...
ne figure pas dans les données publiques
* voir - diapo 3 de la présentation de C. Kergomard du 7 octobre
- graphique 4 du Bilan de la qualité de l’air en France en 2013 CGDD - MEDDE
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NOx : oxydes d’azote
• Irritants voies respiratoires
• Combustion: oxydation N air à hte t°
=> NO + NO2
• Sources: trafic automobile, centrales thermiques
• Temps séjour faible: polluants de proximité
• Rôle dans la formation d’ozone
• Précurseur de HNO3 : acidité de l’atmosphère
NO2 gaz=> gaz HNO3 => H+ + NO3-, particules (NaNO3,
NH4NO3,..)
Impact sur environnement : acidifiant, mais aussi nutritif
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Evolution comparée des émissions de SO2 et NOx
Kt/an
2000
300
Kt/an
1200
2000
Effet des politiques de
réduction des émissions
sur la pollution soufrée 2
00
0
20
00
19
60
19
60
20
09
20
09
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Ozone : O3
• Polluant secondaire
• Origine:
- NOx + composés organiques volatils (COV) , O2
+ T° + rayonnement solaire (pollution photochimique)
- suites d’équilibres: formation ozone plus ou moins
importante selon teneur en NOx, COV, ensoleillement, t°
Irritant voies respiratoires et yeux
Atteinte à végétation (oxydant puissant!)
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Ozone : O3
+ autres polluants secondaires : PAN, aldéhydes,
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Ozone : O3
Formation d’ozone et concentration des précurseurs
(NOx et COV) Seinfeld et Pandis, 1998
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De la pollution régionale à la pollution continentale Episode de très forte pollution à l’ozone par temps de canicule (été 2003)
observé
modèle
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Particules (aérosols)
• Altération fonction respiratoire - risques cardio-
vasculaires,
• Cancérigènes et mutagènes pour certains types de
particules
• Effet sur bâtiments
Pollution à Paris
visible « grâce » aux
particules en suspension
dans l’air
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Particules : Problème complexe
Toxicité et impact environnemental
dépendent de taille et nature des particules
TAILLE: <1µ >100µ
PM 10: particules de taille < 10 µ
comportent des particules naturelles (aérosols
désertiques , poussières volcaniques) : les plus
fréquemment mesurées
PM 2.5: particules de taille < 2.5 µ
PM 1: particules de taille < 1 µ
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Particules les plus fines :
• vont le plus loin dans le tractus respiratoire
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Aérosols volcaniques Aérosols désertiques
Aérosols feux biomasse
Particules « grossières » > 10µ
Particules «fines »
< 1µ -> qq microns
Taille des aérosols
+ POLLENS
Particules les plus fines : transport à longue distance: pollution « transportée »
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Particules : Problème complexe
• mélange dans l’atmosphère de particules de natures
différentes
• beaucoup de particules sont hétérogènes
Toxicité et impact environnemental
dépend taille et nature des particules
Nature des particules:
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Aérosols collectés en Corse
Echantillons hebdomadaires : environ 100 m3
= ce que vous respirez en 1 semaine
Couleur noire: micro suies: particules anthropiques (combustion)
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CORSE: différents composants des particules
NO3-
1%
Sea Salt
5%
nss-K
1%
dust
4%
BC
7%
Ammonium
Sulfate
38%
POM
44%
Ammonium
Sulfate
5%
dust
15% POM
18%
NO3-
14%
Sea Salt
46%
BC
2%
Particules < 2.5 µm
Particules > 2.5 µm
POM = 1.5 x OC
OC fine = 0.7 x OC
BC fine = 0.8 x BC
Nss-Ca = 0.0912 x dust
Mass closure hypotheses*
* All these hypothesis have deduced
from the MINOS 2001 campaign in
Crete Isl. (Finokalia Station)
Matière
organique
Moyenne annuelle 2001-2002
Cachier et al, 2003
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Particules < 10µ Stations corses Oct. 2014
sirocco
Arrivée d’air du Sahara,
chargé poussières
désertiques
Données Qualitair Corse
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• Particules fines:
essentiellement anthropiques
Concentration dans l’air (µg/m3) des
particules < 2.5µ
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Emissions des particules : spéciation et
évolution : PM 10
Autres transports
Transport routier
Agriculture/sylviculture
Résidentiel/tertiaire
Industrie manufacturière
Transformation énergie
19
90
CITEPA 2014
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Emissions des particules : spéciation et
évolution : PM 2,5
Autres transports
Transport routier
Agriculture/sylviculture
Résidentiel/tertiaire
Industrie manufacturière
Transformation énergie
19
90
CITEPA 2014
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Particules
Toxicité dépend taille et nature des particules
Particules fines
portent les éléments les plus toxiques
en particulier substances issues de la combustion
condensation de nanoparticules et de gaz
métaux lourds, polluants organiques
Particules = indicateurs de pollution
Evaluer la toxicité: mesurer éléments toxiques associés:
métaux lourds, polluants organiques
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Particules
Particules fines
portent les éléments les plus toxiques
• devraient être mesurées en priorité
mais problèmes de mesure en routine
• devraient être caractérisées dans chaque zone:
pouvoir acidifiant, métaux lourds, polluants organiques
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Polluants « mineurs »
• Métaux lourds: Pb, Zn, Cu, Ni, As, Cd, Hg
• Polluants organiques: HAP, PCB, HCB,
dioxines
Bioaccumulation
Concentrations faibles dans l’atmosphère: dosages
difficiles, longs et onéreux => pas de mesures en routine.
mais toxicité à très faibles doses => nécessité de les mesurer
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Métaux lourds
Pb CITEPA 2014
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Métaux lourds
Zn
Autres transports
Transport routier
Agriculture/sylviculture
Résidentiel/tertiaire
Industrie manufacturière
Transformation énergie
CITEPA 2014
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Métaux lourds
Cd
Autres transports
Transport routier
Agriculture/sylviculture
Résidentiel/tertiaire
Industrie manufacturière
Transformation énergie
CITEPA 2014
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Métaux lourds Hg
Autres transports
Transport routier
Agriculture/sylviculture
Résidentiel/tertiaire
Industrie manufacturière
Transformation énergie
CITEPA 2014
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Métaux lourds
Cu
Autres transports
Transport routier
Agriculture/sylviculture
Résidentiel/tertiaire
Industrie manufacturière
Transformation énergie
CITEPA 2014
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Polluants organiques persistants
POP’s
• HAP: hydrocarbures polycycliques
aromatiques
• PCB : polychlorobiphényls
• Dioxines et furanes La plupart associés aux particules
Les plus dangereux
Produits Organiques Persistants (POP)- classification CE- : Trichloroéthylène
(TRI), Trichloroéthane (TCE), Tetrachloroéthylène (PER), Dioxines et furanes
(Diox), Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), Polychlorobiphényls
(PCB) et Hexachlorobenzène (HCB).
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HAP: hydrocarbures polycycliques
aromatiques
Somme de 4 « indicateurs »
- benzo(a)pyrène (1)
- benzo(b)fluoranthène (2)
- benzo(k)fluoranthène (3)
- indeno(1,2,3-cd)pyrène (4)
Autres transports
Transport routier
Agriculture/sylviculture
Résidentiel/tertiaire
Industrie manufacturière
Transformation énergie
CITEPA 2014
1 2
4
3
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Dioxines et furanes
2,3,7,8-tétrachlorodibenzo-p-dioxine
Di benzo furane
Cas des
dioxines/furanes :
problème évaluation /
mesure des
émissions
Autres transports
Transport routier
Agriculture/sylviculture
Résidentiel/tertiaire
Industrie manufacturière
Transformation énergie
CITEPA 2014
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Autres polluants
• COV composés organiques volatils
ex: benzène, … solvants, combustions
• CO monoxyde de carbone combustions
• Aldéhydes solvants, combustions
• NH3 ammoniac agriculture
• HCl acide chlorhydrique, HF ac. fluorhydrique
combustions (déchets)
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COVNM composés organiques
volatils non méthaniques •
Autres transports
Transport routier
Agriculture/sylviculture
Résidentiel/tertiaire
Industrie manufacturière
Transformation énergie
Hors émissions
biogéniques
CITEPA 2014
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CO monoxyde de carbone
Autres transports
Transport routier
Agriculture/sylviculture
Résidentiel/tertiaire
Industrie manufacturière
Transformation énergie
CITEPA 2014
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NH3 ammoniac
Autres transports
Transport routier
Agriculture/sylviculture
Résidentiel/tertiaire
Industrie manufacturière
Transformation énergie
- Formation particules fines
: sulfate d’ammonium
- Acidification des sols
CITEPA 2014
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Polluants « naturels »
• Particules volcaniques ou désertiques
• Gaz volcaniques (SO2, H2S)
émissions +/- discontinues
• Radon: gaz radioactif roches granitiques
(pb air intérieur)
• Amiante environnemental : particules
roches ophiolitiques
( pb Corse)
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Polluants « émergents » Pesticides
• Glyphosate
= Roundup herbicide non sélectif
• Atrazine herbicide
• Fipronil
= Regent, Frontline insecticide
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Pollution de l’air par les PESTICIDES
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• Dépend des méthodes d’épandage
• Dépend de la météo (-> 90 %)
• Dépend de la végétation cible
Dispersion des pesticides dans l’air
Pertes pendant l’application
V. herbacée
V. arborée
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• Transport à plus ou moins longue distance
Arctique: atrazine, chlorothalonil, trifuraline
Contamination de fond de l’atmosphère
• Transformations dans l’atmosphère (photodégradation, adsorption sur phase particulaire, …)
• Retombées sur le sol: dépôt sec, brouillards et pluies
Pollution de l’air par les pesticides
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POLLUTION DE L’AIR / pesticides
Région parisienne (Chevreuil et al 1996)
Station rurale et Paris - 1992 / 1993
AIR (ng/m3) PLUIE (ng/l)
Lindane 0.3 / 6 5 - 350
Atrazine > 0.03 5 - 380
Simazine > 0.03 5 – 650
Valeurs maximales au printemps après les traitements
Pas de différences entre station rurale et Paris
Limite eaux boisson: 100 ng/l