environement

1. L’atmosphère
et la Pollution de l’air

2. Diagramme de la composition de l’air
oxygène
Azote
Gaz carbonique, argon,
vapeur d’eau et gaz à effet
de serre

3. Les couches de l’atmosphère

4. Noms et caractéristiques des couches de
l’atmosphère
•
LA TROPOSPHÈRE: (les nuages et arc-en-ciel sont là)
–
Épaisseur: 10 km. Plus épaisse à l’équateur et
mince aux pôles
–
Température: de plus en plus froid
–
Autre: air dense
.
•
LA STRATOSPHÈRE: (la couche d’ozone)
–
Épaisseur: 40 km
–
Température: de plus en plus chaud
–
Autre: les avions volent au bas de la stratosphère

5. •
LA MÉSOSPHÈRE: (les météorites brûlent ici = étoile filante)
–
Épaisseur: 30 km
.
–
Température: de plus en plus froid
–
Autre: les météorites font friction avec l’air, donc
elles brulent
.
•
LA THERMOSPHÈRE: (les aurores boréales (northerrn lights))
–
Épaisseur: 1000 km
.
–
Température: de plus en plus chaud à cause de la
proximité du soleil
–
Autre: l’air est très rare
.

6. Structure Verticale de
l’Atmosphère
Pression Atmosphérique
P(z) = P(0) exp (- kdz)
k= 1/8.5 km-1
La pression diminue d’un facteur
2.78 tous les 8.5 km
Quelle fraction dans la
Troposphère
?

7. Composition chimique de
l’Atmosphère
•
Composition moyenne de l’Atmosphère (0  100 km env.)
•
Gaz
ppmv*
ppmw*
masse (1020
g)
•
----------------------------------------------------------------------------------
•
Azote 780,900 755,100 38.648
•
Oxygène 209,500 231,500 11.841
•
Argon 9,300 12,800 0.655
•
Carbon dioxyde 300 460 0.0233
•
Néon 18 12.5 0.000636
•
Hélium 5.2 0.72 0.000037
•
Méthane 1.5 0.94 0.000043
•
Krypton 1.0 2.9 0.000146
•
Oxide nitreux 0.5 0.8 0.000040
•
Hydrogène 0.5 0.035 0.000002
•
Ozone** 0.4 0.7 0.000035
•
Xenon 0.08 0.36 0.000018
•
Vapeur d’eau
**
•
Etc
…
•
*
ppm = parts per million. **Variable avec l’altitude
.
Gaz majeurs
Gaz
traces

8. WIKIPEDIA
:
Le polluant a pour définition la plus souvent retenue [1] :
un altéragène biologique, physique ou chimique, qui au
delà d'un certain seuil, et parfois dans certaines
conditions, développe des impacts négatifs sur tout ou
partie d'un écosystème ou de l'Environnement en général
.
Ceci revient à définir, le polluant comme un contaminant
d'un ou plusieurs compartiments des écosystèmes (air,
eau, sol) et/ou d'un organisme (qui peut être l'Homme) ou
ayant une incidence sur l'écosystème, au delà d'un seuil
ou norme
.
Qu’est-ce qu’un polluant
?

9. Les différents Polluants mesurés pour
l’indice de qualité de l’Air
•
Pollution photochimique : O3,NOx, SO2, CO
,
•
Polluants particulaires PM10
•
Métaux Lourds
•
Polluants Organiques Persistants
•
Benzène, Toluène, Xylène (BTX)

10. II-
Pollution atmosphérique, Santé
et Qualité de l’Air

11. Effets des polluants sur la
Santé
•
le SO2 se transforme en acide sulfurique, avec effet pulmonaire, notamment
bronchique
.
•
les particules fines ; elles se fixent plus ou moins profondément sur l'appareil respiratoire
interne. Leur toxicité est à long terme et dépend : de leur taille, de leur forme et de leur
composition chimique. (hydrocarbures polycycliques absorbés, silice, métaux lourds
toxiques, etc.). Les effets directs apparaissent essentiellement à long terme
•
le polluant primaire NO se fixe sur l'hémoglobine avec effet mutagène. Le NO2 qui
entraîne une baisse des fonctions respiratoires et de la résistance aux infections, il favorise
la synthèse de l'immunoglobuline E, un marqueur de l'allergie
.
•
l'ozone (O3) agit par irritation des muqueuses oculaires et pulmonaires et aggrave les
symptômes allergiques
.
•
le CO se fixe sur l'hémoglobine à la place de l'oxygène, entraînant syncope, asphyxie et
même décès. Annuellement en France, 2 à 300 personnes décèdent d'intoxication massive
à l'oxyde de carbone, le plus souvent à leur domicile
.
•
les hydrocarbures et les composés organiques volatils (COV, précurseurs de l'ozone), ont
une toxicité variable. Le benzène et le formaldéhyde (formol) sont des cancérigènes
reconnus
.

12. Environnement
Pollution de l’air
ABC des polluants de l’air
Les polluants atmosphériques néfastes pour la santé
se présentent sous forme de gaz et de particules respirables.
Quatre gaz sont les principaux responsables de la pollution :
• l’ozone (O3
)
• le dioxyde d’azote (NO2
)
• le dioxyde de soufre (SO2
)
• le monoxyde de carbone (CO)
•À eux s’ajoutent d’autres polluants chimiques comme les métaux lourds et les composés
organiques volatils (COV) qui comprennent des produits nocifs tels le benzène…
Les particules respirables (aussi appelées particules fines ou ultrafines) désignent un
mélange hétérogène de particules solides et liquides en suspension dans l’air. Elles sont
classées en deux catégories selon leur grosseur plutôt que leur composition. Plus elles sont
petites, plus elles peuvent être toxiques parce qu’elles pénètrent alors plus profondément
dans le système respiratoire et peuvent même atteindre le système
cardiovasculaire. On les nomme communément PM, l’abréviation du terme anglais
particulate matter.

13. Aérosols
•
Suspension de petites particules dans l’air
•
Peuvent être solides ou liquides
•
Grande variété d’origines et de propriétés

14. Aérosols: taille et concentration
•
La taille des particules varie de moins de 10 nm jusqu’à 0.1
mm
•
PM10: Diamètre moins de 10 µm: particules considérées
comme respirables et nuisibles
•
Norme européenne
–
PM10 : 50 µg/m³

15. Différents types d’aérosols:
Aérosols minéraux
–
Poussière emportée
par le vent
–
Agriculture ou trafic
–
Cendres volcaniques
Dust storm over the Sahara desert

16. Différents types d’aérosols:
La suie
•
Combustion de combustibles
fossiles (industrie, trafic) ou du bois
•
Incendies de forêt
(
source: Müller & Zeitler (2005) Microsc. Microanal
).

17. Impact sur la qualité d’air :
Alarme smog
!
•
Particules fines produites par le trafic et la combustion restent près de la surface: le
“smog d’hiver
”
•
Limite de vitesse pendant certains jours où la norme de poussière fine est dépassée
•
Selon la VMM le seuil pour PM10 de 50 µg/m³ a déjà été dépassé plus de 35 fois en
1 an

18. Le smog photochimique
•
Un autre type de smog est produit dans les régions polluées
pendant les jours ensoleillés
•
La combinaison des polluants NO et NO2 , des composés
organiques volatils et de la radiation solaire cause une
production élevée d’ozone (O3)
Smog photochimique
à Beijing
:
Gauche
:
Journée pluvieuse
Droite
:
journée ensoleillée

19. Les effets des particules fines sur la santé
•
Des études ont démontré qu’il y a un impact des particules
fines sur les maladies respiratoires et cardiaques et le cancer
•
Surtout les particules de moins de 1 µm peuvent entrer
facilement dans les alvéoles

20. Influence des aérosols sur le climat Influence direct
:
•
Aérosols reflètent la lumière: moins de
réchauffement planétaire
•
Mais: d’autres aérosols (comme la suie)
absorbent la lumière
!

21. Influence des aérosols sur le climat:
Influence indirecte
•
Les aérosols sont des germes de condensation pour la vapeur
d’eau pendant la formation de nuages
Plus d’aérosols veut
dire plus de nuages,
plus de réflexion de
lumière, ce qui
refroidit la planète

22. Influence des aérosols sur le climat
•
Réchauffement
planétaire causé par
l’émission de CO2 et
quelques autres gaz
•
L’effet net des
aérosols est
refroidissant
•
Mais l’impact précis sur
le réchauffement est
encore très incertain
!
•
Plus de recherche est
nécessaire

23. Environnement
Pollution de l’air
PM10 (d’un diamètre inférieur à 10 micromètres).
PM2,5 (moins de 2,5 micromètres) les plus toxiques.
Il est relativement difficile de savoir quel polluant en particulier peut être
responsable d’un problème spécifique de santé.
En effet, la plupart du temps, les polluants, peu importe leur provenance, se
présentent sous la forme d’un cocktail composé de nombreux éléments qui
agiraient en synergie.
Ainsi, les études épidémiologiques portent souvent sur les différents effets
néfastes d’une pollution « combinée ».
On estime généralement l’intensité de cette pollution en évaluant la
concentration d’un ou deux des polluants principaux, qui servent alors de
marqueurs, plutôt que de mesurer systématiquement chacun des éléments.

24. Environnement
Pollution de l’air
Les polluants : où sont-ils?
La grande majorité des polluants, gaz ou particules proviennent de
l’utilisation des combustibles fossiles (pétrole, gaz naturel et
charbon) qui, à eux seuls, comblent environ 80 % des besoins
énergétiques mondiaux.
Ces combustibles sont surtout utilisés pour le transport, l’industrie,
le chauffage et dans les centrales thermiques de production
d’électricité. Ils se concentrent, en majorité, en milieu urbain.
Il faut aussi noter que dans plusieurs grandes villes, le chauffage au
bois est une source très importante de pollution atmosphérique.

25. Environnement
Pollution de l’air
Les polluants : où sont-ils?
La provenance et la concentration des polluants varient d’un endroit
à l’autre en fonction de la densité de la population, du type
d’industries, des normes environnementales en vigueur, etc.
Dans un même quartier et selon l’heure ou la saison, on peut aussi
observer des différences importantes. Ainsi, les taux de pollution sont
souvent plus élevés aux abords des grandes artères routières ou
des industries, et les taux élevés d’ozone s’observent presque
seulement en été.
Il faut aussi se rappeler que l’ozone peut se retrouver jusqu’à 800 km
plus loin que son point d’origine.

26. Environnement
Pollution de l’air
Les polluants : où sont-ils?
En Occident, de toutes les sources de pollution de
l’air, le transport (auto, camion, poids lourds,
avion, etc.) demeure le grand champion.
Dans une ville comme Montréal, par exemple, on
estime qu’il est responsable d’environ 75 % de la
pollution atmosphérique, dont 85 % des
émissions d’oxydes d’azote et 43 % des
composés organiques volatils (COV).

27. Environnement
Pollution de l’air
Les polluants : où sont-ils?
Même si leur efficacité énergétique s’est beaucoup améliorée depuis
quelques années, les avions contribuent plus à la pollution
atmosphérique que les autres moyens de transport.
D’une part, ils consomment plus de carburant par kilomètres et par
personne que les autres modes de transport.
D’autre part, le fait qu’ils rejettent leurs gaz nocifs directement dans
la haute atmosphère, rend leur action encore plus dommageable. Et
puisqu’ils consomment beaucoup de carburant au décollage et à
l’atterrissage, les voyages courts sont, toutes proportions gardées, les
plus polluants.

28. Environnement
Pollution de l’air
Ozone de surface ou couche d’ozone?
L’ozone de surface est un polluant toxique. Il ne doit pas être
confondu avec la fameuse couche d’ozone qui nous protège des
rayons du soleil.
L’ozone au sol se forme lorsque les oxydes d’azote et les composés
organiques volatils, qui proviennent des véhicules et des industries,
se transforment sous l’action des rayons solaires et de la chaleur.
L’ozone, avec les particules respirables, est l’une des principales
composantes du smog qui ont un effet nocif sur la santé.

29. Environnement
Pollution de l’air
Le smog?
Le smog est une brume jaunâtre, provenant d'un mélange de
polluants atmosphériques (particules fines et ozone) qui limite la
visibilité dans l’atmosphère, d’après la définition qu’en donne le
ministère québécois du Développement durable, de l’Environnement
et des Parcs. En janvier et février 2005, Montréal a connu le plus
long épisode de smog de son histoire : neuf jours consécutifs.

30. Environnement
Pollution de l’air
Montréal sous le smog
Source : Réseau de surveillance de la qualité de l’air, Ville de Montréal, 2002.

31. Environnement
Pollution de l’air
Pollution et gaz à effet de serre : deux choses
Les combustibles fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon) constituent
la principale source de polluants atmosphériques. Ils sont aussi les
plus importants générateurs de gaz à effet de serre - principalement le
gaz carbonique (CO2) - qui contribuent au réchauffement
climatique.
Les gaz à effet de serre ne sont toutefois pas à proprement parler des
polluants. Le gaz carbonique n’est d’ailleurs aucunement toxique en
soi. Il est même essentiel à la croissance des plantes, qui le captent et
utilisent son carbone pour constituer leur structure (le carbone
représente environ 40 % de la matière sèche des végétaux).

32. Le dioxyde de carbone La production
La respiration, la fermentation
La précipitation des carbonates
:
La production de dioxyde de carbone par les océans
:
Le volcanisme
:
La précipitation des carbonates
La production de dioxyde de carbone par les océans
Le volcanisme
La combustion
:
Les feux de forêt
Les foyers des
cheminées
Les incinérateurs les
cimenteries, l’industrie
La circulation
Les poids lourds
toute combustion, d’herbes, de bois, de pétrole, d’essence, d’ordure ainsi que les
productions industrielles (acier, ciment,..) …produit de toute façon du dioxyde de carbone (et de l’eau) –
sans parler de tous les produits annexes, toxiques (SO2, NOX, dioxines,…)
.
310
g/voiture.km-1
259.106
t/an
1
m3
brûlé produit
1,5
t de CO2
1
t de ciment
=
1
t de CO2

33. Environnement
Pollution de l’air
Pollution et gaz à effet de serre : deux choses
Cependant, en brûlant de grandes quantités de combustibles fossiles,
on libère beaucoup de gaz carbonique – emprisonné dans le sous-sol
depuis des milliers d’années -, et les végétaux ne parviennent plus à
le fixer. Le gaz carbonique se retrouve alors en concentration
excessive dans l’air. Il peut être considéré comme une forme de
pollution, parce qu’il contribue à l’effet de serre qui provoque le
réchauffement de la planète.
Il faut noter que le réchauffement planétaire tend à accentuer les
effets néfastes sur la santé de la « vraie » pollution atmosphérique.
C’est ce réchauffement planétaire que tente de contrer le Protocole
de Kyoto