Les arosols

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Les aérosols
Héloïse Gennart Rachel Linel Manouane Dubois
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Les aérosols Plan de la présentation
1.Granulométrie 2.Sources de particules 3.Compo
sition chimique 4.Puits de particules 5.Effets
des particules sur le climat sur la
visibilité atmosphérique sur la
santé 6. Réglementation
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1. Granulométrie
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Granulométrie
PM particules en suspension dans l'atmosphère
(en anglais  Particulate Matter )

• PM10 PM avec un diamètre aérodynamique lt 10 µm
• (Grosses particules)
• PM2,5 PM avec un diamètre aérodynamique lt 2,5
  µm
• (Particules fines)
• PM0,1 PM avec un diamètre aérodynamique lt 0,1
  µm
• (Particules ultrafines)

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• La granulométrie des PM affecte
• leurs effets sanitaires
• leurs effets sur le climat et la visibilité
  atmosphérique
• leurs vitesses de dépôts (secs et humides) et,
  par conséquent, leur durée de vie dans
  latmosphère

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Phénomènes qui affectent la granulométrie

• Nucléation formation de nouvelles particules
  (lt0.01 µm) Augmente la masse et le nombre de
  particules
• Condensation transformation dune molécule de
  gaz en phase particulaire Augmente la
  masse et conserve le nombre de particules
• Evaporation transformation dune molécule de
  la phase particulaire en molécule gazeuse.
• Diminue la masse et conserve le nombre de
  particules

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• Emissions augmentent la masse et le nombre de
  particules
• Dépôts diminuent la masse et le nombre de
  particules
• Coagulation formation dune nouvelle particule
  après collision de deux particules Conserve
  la masse et diminue le nombre des particules

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Granulométrie
La coagulation affecte principalement les
particules ultrafines Le nombre de particules
diminue
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Granulométrie
Mode de nucléation
Mode daccumulation
Mode grossier
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Granulométrie
Nombre
Volume
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2.Sources de particules
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• Il faut distinguer
• Les PM primaires qui sont émises dans
  latmosphère comme particules solides ou liquides
• Les PM secondaires qui sont formées dans
  latmosphère par réaction chimique et/ou par
  changement de phase

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• Il faut aussi distinguer
• Les composants des PM qui sont dorigine
  naturelle
• Les composants des PM qui sont dorigine
  anthropique

Ex. démissions naturelles - Sels marins - Feux
de forêts - Eruptions volcaniques - PM biotiques
(acariens, pollens, bactéries, virus, etc.)
Ex. démissions anthropiques - Emissions des
routes (ex. érosion des pneus sur le sol) -
Combustion charbon, biomasse - Sources mobiles -
Industries - Feux de cheminées - Certaines
cuisson daliments - Fumée de tabac -
Agriculture, construction
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Grosses particules

• Les particules les plus grosses sont
  principalement produites par des phénomènes
  mécaniques (frottement, érosion, etc.)
• On y trouve donc des éléments minéraux et
  organiques venant du sol et de la végétation

Fines particules
Ces particules (0,1 2,5 µm) proviennent de la
condensation de vapeurs peu volatiles et de
phénomènes de coagulation
Ultra-fines particules
Elles résultent de transformations gaz-solide
dans latmosphère
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Particules d'origine naturelle

• 1/ La mer en est la source la plus importante
• Les noyaux de sels de mer se forment lorsque des
  bulles de gaz éclatent dans l'eau à la surface de
  la mer (par vent fort)
• 2/ Les poussières minérales (par ex. les déserts)
• un composé de l'aérosol atmosphérique de fond
• 3/ Les éruptions volcaniques (vu plus loin), les
  feux de forêt, les particules biologiques...

Formation de très fines gouttelettes
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Particules d'origine anthropique

• Combustion des énergies fossiles (centrales
  thermiques, véhicules, chauffage, etc.)
• émission de fines particules
• Poussière émise par les routes, les travaux...
• émission de grosses particules
• On trouve plus de particules dans les villes
• particules ultrafines

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3. Composition chimique des particules
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Composition chimique

• Une particule atmosphérique est généralement
  formée de plusieurs composés
• Minéraux sulfate, nitrate, ammonium, EC,
  métaux, sels marins, poussières telluriques
• Organiques HAPs, acides, alcools, aldéhydes,
  cétones, etc.

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Physico-chimie des PM
Chimie de la phase aqueuse
Formation de PM par évaporation du nuage
Nucléation de nouvelles particules Condensation
sur des particules
Chimie de la phase gazeuse
Emissions de PM primaires et de polluants gazeux
Dépôts secs et humides
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PM primaires

• Particules solides
• -noyaux de sel de mer
• -sable
• -poussières
• -suies dans les cheminées
• -etc
• Particules liquides
• -eau sous forme de brouillard ou de nuages

Polluants gazeux (précurseurs)

• COV composants organiques volatiles
• NOx différents oxydes dazote

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Physico-chimie des PM
Chimie de la phase aqueuse
Formation de PM par évaporation du nuage
Nucléation de nouvelles particules Condensation
sur des particules
Chimie de la phase gazeuse
Emissions de PM primaires et de polluants gazeux
Dépôts secs et humides
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Exemple Formation de HNO3

• Phase gazeuse
• NO2 OH ? HNO3
• NO2 NO3 ? N2O5
• N2O5 H2O ? 2 HNO3
• RH NO3 ? HNO3 R .
• Phase aqueuse
• NO3 ??? ? HNO3
• N2O5 H2O ? 2 HNO3

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Physico-chimie des PM
Chimie de la phase aqueuse
Formation de PM par évaporation du nuage
Nucléation de nouvelles particules Condensation
sur des particules
Chimie de la phase gazeuse
Emissions de PM primaires et de polluants gazeux
Dépôts secs et humides
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Phénomènes qui gouvernent la composition chimique
des particules

• Les taux de nucléation, condensation/évaporation,
  et émissions diffèrent selon les composés
  chimiques
• Nucléation sulfate, ammonium, eau, certains
  composés organiques
• Condensation sulfate, nitrate dammonium,
  composés organiques, eau
• Évaporation nitrate dammonium, composés
  organiques, eau
• Émissions sulfate, suies, composés organiques,
  sels marins, composés telluriques, autres
  composés

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4. Puits de particules
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Physico-chimie des PM
Chimie de la phase aqueuse
Formation de PM par évaporation du nuage
Nucléation de nouvelles particules Condensation
sur des particules
Chimie de la phase gazeuse
Emissions de PM primaires et de polluants gazeux
Dépôts secs et humides
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Dépôts

• Dépôts secs particules grossières (gt 10µm)
• - Courte durée de vie
• - Sous linfluence de la gravité
  (sédimentation)
• - Acidification des sols et des lacs
• Dépôts humides particules intermédiaires
  (0,110 µm)
• - Elimination humide par les pluies
• - Durée de vie de 4 à 6 jours (durée de vie
  moyenne)
• - Généralement associés aux pluies acides et
  aux dépôts azotés
• Petites particules coagulent rapidement (quelques
  heures) ? Courte durée de vie
• ? La coagulation détermine la durée de vie
  des particules ultrafines

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Durée de vie en fonction de la granulométrie
Durée de vie
Élimination humide
Coagulation
Sédimentation
Diamètre des particules
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5. Effets des particules sur le climat et la
visibilité atmosphérique
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Effets des particules sur le bilan radiatif de
latmosphère

• Effets directs
• Dispersion du rayonnement
• Absorption du rayonnement
• Effets indirects
• Formation de nuages (formation de gouttelettes)
• Modification de
• la chimie de
• latmosphère

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Dispersion et absorption du rayonnement solaire

• Les aérosols ont le potentiel dinfluencer de
  manière significative la quantité de lumière du
  soleil atteignant la surface de la terre, et donc
  le climat

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Exemple Les éruptions volcaniques

• Les éruptions explosives injectent de grandes
  quantités de poussière et de substances gazeuses
  (ex. dioxyde de soufre) haut dans latmosphère
• Le dioxyde de soufre est converti en aérosols
  dacide sulfurique fortement réfléchissants
• Conséquence réduction substantielle du faisceau
  solaire direct (réduction nette de 5 à 10 de
  lénergie reçue sur la surface de la terre)
• Une éruption individuelle peut causer un
  refroidissement global de près de 0,3C avec des
  effets durant 1 à 2 ans.

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• Leffet de refroidissement mondial des aérosols
  synthétiques pourrait compenser leffet de
  réchauffement des concentrations accrues en gaz à
  effet de serre de presque 30 (modèles avec
  ordinateurs)
• Lévaluation des impacts des aérosols sur les
  changements climatiques mondiaux à long terme est
  plus complexe que celle due aux gaz à effet de
  serre car la répartition géographique des
  aérosols est fortement variable et liée à leurs
  sources

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Visibilité atmosphérique

• Les particules dispersent et, dans le cas des
  suies (EC), absorbent la lumière
• La dispersion de la lumière dépend de la taille
  de la particule
• Les particules entre 0,1 et 1 µm sont plus
  efficaces pour disperser la lumière et ont donc
  le plus deffet sur la détérioration de la
  visibilité atmosphérique et le forçage radiatif
• Les particules ultra-fines dispersent
  préférentiellement la lumière bleue dans les
  longueurs donde du spectre visible
• Labsorption de la lumière varie selon le type de
  suie

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Effet des particules sur la visibilité
atmosphérique
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Noyaux de condensation nuageuse CCN

• Les aérosols atmosphériques permettent la
  formation des nuages
• Les particules sont utiles à la condensation de
  la vapeur deau
• Les caractéristiques des nuages changent en
  fonction de la taille et du nombre des particules
  
• Ces caractéristiques sont
• - microphysique (nombre et taille des gouttes)
• faculté à précipiter ou non
• propriétés optiques

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• Plus les particules sont nombreuses, plus les
  gouttelettes sont nombreuses et petites
• Par leurs activités les humains modifient donc
  le nombre et les caractéristiques des nuages !

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5. Effets des particules sur la santé
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Effets sur la santé

• Les particules peuvent transporter des composés
  toxiques (présence de métaux, des HAP, de
  composants organiques...)
• La toxicité des particules dépend de leur
  composition chimique mais surtout de leur taille
  car
• Plus une particule est petite, plus elle pénètre
  profondément dans le système respiratoire

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Influence de la granulométrie
NOPL voies aériennes supérieures TB arbre
trachéo-bronchique P région pulmonaire
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Epidémiologie

• Un seuil au dessous duquel il ny aurait pas
  deffets sanitaires nest pas évident
  cependant, les réglementations sont fondées sur
  lexistence dun seuil
• Nombreux facteurs à prendre en compte
• Les résultats des études épidémiologiques
  suggèrent une augmentation à peu près linéaire du
  risque sanitaire avec la concentration de PM
• Mais effets synergiques entre les particules et
  des polluants gazeux (SO2, NO2, CO, etc.)
• Réactions

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6. Réglementation
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Réglementation

• Quasiment impossible de déterminer un niveau
  dexposition ne présentant aucun danger
• Proposition de directive (septembre 2005)
• Concentration en PM2,5 de 25 µg /m³ par année
  civile avec comme date de respect de cette valeur
  le 1er janvier 2010
• 20 de réduction des concentrations de PM2,5 de
  2010 à 2020

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Exemples ditérations entre différents aspects de
la problématique PM
Réglementations
Effets sanitaires
Mesures des émissions
Mesures
Modélisation
Inventaires démissions
Abattement des émissions
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Merci de votre attention !
Hélöïse Gennart Rachel Linel Manouane Dubois