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Qualité de l'air et enjeux atmosphériques

Qu’est ce que la pollution atmosphérique ?

 

L’air que nous respirons tous les jours est constitué à 99% d’azote et d’oxygène,  0,9% d’argon, et d’autres gaz présents à l’état de trace. L’état original peut être perturbé par la présence de composés chimiques supplémentaires, sous la forme de gaz ou de particules, et en des proportions qui pourraient avoir des conséquences néfastes sur la santé humaine et l’environnement. Ils proviennent de nos activités humaines et parfois de phénomènes naturels. Cette perturbation se traduit par la notion de pollution atmosphérique.

La loi 96/1236 du 30 Décembre 1996  sur l’air et l’utilisation rationnelle de l’énergie (LAURE) fournit une définition de la pollution atmosphérique selon les termes suivants :

« 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 excessives. »

La LAURE, désormais codifiée au Code de l’Environnement, établit « le droit reconnu à chacun à respirer un air qui ne nuise pas à sa santé ».

Elle définit à ce titre les actions qui  consistent «  à prévenir, à surveiller, à réduire ou à supprimer les pollutions atmosphériques, à préserver la qualité de l'air et, à ces fins, à économiser et à utiliser rationnellement l'énergie ».

La qualité de l’air,  ainsi définie, est l’une des préoccupations majeures des citoyens. Le baromètre 2013 de la perception des risques et de la sécurité  par les français établi par l’Institut de Radioprotection et de Sécurité Nucléaire (IRSN) montre que la pollution atmosphérique reste le problème environnemental le plus préoccupant pour le tiers des français depuis 10 ans. Les notions de qualité de l’air et de pollution atmosphérique s’appliquent à l’environnement que nous respirons et donc les plus basses couches de l’atmosphère, jusqu’à une altitude de 2km environ.

La prise de conscience a eu lieu lors de l’épisode de pollution extraordinaire qui a frappé la ville de Londres en décembre 1952 (« The big smoke »). Le brouillard qui avait alors envahi la ville était provoqué par les fumées des industries et des logements privatifs chauffés au charbon. Des conditions météorologiques extrêmement froides et stables ont maintenu cet état pendant plusieurs jours provoquant le décès de quelques 4 000 personnes. Il s’agit de la plus grande catastrophe sanitaire due à la pollution atmosphérique (en dehors de celles provoquées par les rejets accidentels et massifs de produits chimiques).

Aujourd’hui l’exposition de la population et de l’environnement à la pollution atmosphérique constitue essentiellement un risque chronique : l’exposition quotidienne à des doses de substances chimiques même faibles, peut provoquer troubles respiratoires, asthme, maladies cardio-vasculaires … et la dégradation des cultures et écosystèmes. Les décideurs politiques, avec le concours de l’Organisation Mondiale pour la Santé (OMS), fixent des valeurs limites, des objectifs de qualité destinés à limiter la teneur des substances toxiques présentes dans l’environnement atmosphérique, et à garantir ainsi la protection des citoyens.

 

Londres, 6 décembre 1952, by Central Press/Hulton Archive/Getty Images

L’Organisation Mondiale pour la Santé fixe un certain nombre de valeurs guide  pour différents polluants atmosphériques du fait de leurs effets sanitaires. Ces valeurs sont à la base des législations sur la qualité de l’air dans le monde entier. Elles sont données dans la table ci-dessous :

Polluants

Valeurs guide de l’OMS

Effets sur la santé

Particules de diamètre inférieur à 10 µm (PM10 )

50 µg/m3 en moyenne journalière

20 µg/m3 en moyenne annuelle

Risques de développement de maladies cardio-vasculaires et respiratoires

Particules de diamètre inférieur à 2,5 µm  (PM2.5 )

25 µg/m3 en moyenne journalière

10 µg/m3 en moyenne annuelle

Risques de développement de maladies cardio-vasculaires et respiratoires

 Ozone
(O3 )

100 µg/m3 en moyenne sur 8 heures

Peut induire des difficultés respiratoires, asthme. Risque de perturbation du fonctionnement des poumons

Dioxyde d’azote
(NO2 )

40 µg/m3 en moyenne annuelle

200 µg/m3 en moyenne horaire

Risque de développement de bronchites chroniques chez les sujets asthmatiques.

Dioxyde de soufre
(SO2 )

20 µg/m3 en moyenne journalière

500 µg/m3 en moyenne sur 10 minutes

Peut susciter les fonctions respiratoires et le système pulmonaire, ainsi que des irritations des yeux

 

 

Au-delà des risques pour la santé humaine, la pollution atmosphérique présente également des risques pour notre environnement. Les écosystèmes sont agressés par les dépôts de polluants atmosphériques. Le phénomène des pluies acides suscita une prise de conscience en Europe venue de la Scandinavie (où les forêts et les lacs étaient particulièrement concernés) au début des années 60. Aujourd’hui si le problème de l’acidification des écosystèmes s’est largement amélioré du fait des politiques de  maîtrise des émissions de dioxyde de soufre, il ne subsiste pas moins des effets induits par  les dépôts de composés azotés (eutrophisation des écosystèmes) et de l’ozone (perte de rendement des cultures). Dans un autre registre, les dépôts de particules sont à l’origine de l’encrassement des bâtiments et monuments historiques et peuvent également nuire à la bonne visibilité

 

Les effets des pluies acides, by Source: ypte.org.uk

Comment la qualité de l’air est-elle affectée ?

La présence des polluants dans l’atmosphère et leur évolution résultent de processus physico-chimiques (transport, transformations chimiques, dépôt au sol) régis par quatre facteurs principaux :

- Les émissions de polluants atmosphériques  à partir de sources anthropiques liées aux activités humaines, et de sources naturelles (émissions de végétation, sels marins, érosion des sols, volcans…) influencent directement la présence et la teneur des substances chimiques dans l’atmosphère ;

- Les conditions météorologiques régissent le transport et la chimie des polluants atmosphériques. Les conditions de vent (vitesse, direction), la température, l’humidité ambiante, la pluviométrie, la nébulosité et le gradient thermique vertical qui influence la stabilité de l’atmosphère sont des paramètres sensibles ; 

- Les conditions de site (occupation du sol, typologie du bâti) influencent les conditions de dispersion des polluants et de dépôt ;

- Les conditions aux limites quantifient les imports de polluants (en termes de concentrations atmosphériques) en provenance de sources extérieures au domaine d’intérêt.

Les polluants atmosphériques interagissent entre eux dans l’atmosphère par un jeu de réactions chimiques extrêmement complexe. Ainsi l’ozone n’est pas émis directement dans les basses couches de l’atmosphère. Il résulte de réactions chimiques impliquant deux classes de composés dits « précurseurs » qui sont, quant à eux émis par les activités humaines : les oxydes d’azote (NOx) et les composés organiques volatils (COV). Ces réactions s’opèrent lorsque les conditions météorologiques s’y prêtent (rayonnement et températures élevées favorisant les processus photochimiques) et lorsque les composés précurseurs sont émis selon certaines proportions. Une part importante des particules présentes dans l’air sont également issues de réactions chimiques impliquant émissions de gaz et de particules.

Il est ainsi d’usage de faire la distinction entre les polluants primaires, directement émis dans l’atmosphère, et les polluants secondaires issus d’une chaine de réactions chimiques.

Chaque polluant à son propre temps de vie dans l’atmosphère qui dépend généralement de sa réactivité chimique (et donc de son aptitude à se recombiner avec d’autres composés), de l’occupation du sol et de la capacité de l’environnement à capter les polluants par dépôt, et des conditions météorologiques (les précipitations étant à l’origine de dépôts humides). Il est d’usage de parler de temps de résidence des polluants dans l’atmosphère. Les polluants ayant des temps de résidence longs, tels que l’ozone, sont susceptibles de se déplacer sur de très longues distances au gré des masses d’air. Leur impact maximal est généralement localisé en dehors des zones d’émission. D’autres polluants, tels que les oxydes d’azote sont très réactifs et leurs effets sont perceptibles près des zones d’émission.
  Appréhender les phénomènes de pollution atmosphérique avec les échelles de temps et d’espace appropriées reste un enjeu majeur pour définir des stratégies de gestion efficaces.