La Pollution Atmosphérique Particulaire sème le trouble Pierre-Charles MARIA Professeur à...

La Rochelle, mai 2007La Rochelle, mai 2007

La Pollution Atmosphérique ParticulaireLa Pollution Atmosphérique Particulairesème le troublesème le trouble

Pierre-Charles MARIAPierre-Charles MARIAProfesseur à l’Université de Nice Sophia-AntipolisProfesseur à l’Université de Nice Sophia-Antipolis

Vice-président d’ATMO PACAVice-président d’ATMO PACA

La Rochelle, mai 2007La Rochelle, mai 2007 22

Les Rois de JudaLes Rois de Juda

R.-A. Lefèvre et P. Ausset, R.-A. Lefèvre et P. Ausset, Pollution AtmosphériquePollution Atmosphérique, N° 172, 571-587 (2001), N° 172, 571-587 (2001)

croûtes grisescroûtes grisessur les faces :sur les faces :

abondants dépôtsabondants dépôtsde bois cimentésde bois cimentéspar unepar unegangue minéralegangue minéralecalcique peu sulfatéecalcique peu sulfatée

La pollution atmosphérique particulaireLa pollution atmosphérique particulaired’origine anthropique est-elle récente ?d’origine anthropique est-elle récente ?


Claude MonetClaude Monet

Londres, le parlement,Londres, le parlement,effet de soleil dans le brouillardeffet de soleil dans le brouillard

huile, 81 X 92 cmhuile, 81 X 92 cmdaté 1904daté 1904

Enchères atteintesEnchères atteinteschez Christie’s à New Yorkchez Christie’s à New York

le 3 novembre 2004 :le 3 novembre 2004 :20 167 500 $20 167 500 $

Peint probablementPeint probablementle 9 mars 1900le 9 mars 1900

J. Baker et J. E. Thornes, Proceedings of the Royal Society A, doi: 10.1098/rspa.2006.1754J. Baker et J. E. Thornes, Proceedings of the Royal Society A, doi: 10.1098/rspa.2006.1754


http://www.portfolio.mvm.ed.ac.uk/studentwebs/session4/27/greatsmog52.htmhttp://www.portfolio.mvm.ed.ac.uk/studentwebs/session4/27/greatsmog52.htm

The London Smog Disaster of 1952 The London Smog Disaster of 1952

Days of toxic darkness Days of toxic darkness

““On 5th December 1952On 5th December 1952hanging in the air were thousands of tonneshanging in the air were thousands of tonnesof black soot, sticky particlesof black soot, sticky particlesof tar and gaseous sulphur dioxide,of tar and gaseous sulphur dioxide,which had mostly come from coal burntwhich had mostly come from coal burnt

in domestic hearths”in domestic hearths”


Distribution de la phalène du bouleau dans les îles britanniquesDistribution de la phalène du bouleau dans les îles britanniques

Alain Alain GalienGalien (2006) http:// (2006) http://webpublic.ac-dijon.frwebpublic.ac-dijon.fr


B. S. Grant et L. L. Wiseman, B. S. Grant et L. L. Wiseman, The Journal of HeredityThe Journal of Heredity, , 9393, 86-90 (2002), 86-90 (2002)

Décroissance des populations de phalène du bouleauDécroissance des populations de phalène du bouleaude la forme carbonaria aux Etats Unis de la forme carbonaria aux Etats Unis

Zones industrialisées dans le Michigan et en PennsylvanieZones industrialisées dans le Michigan et en Pennsylvanie

Zones rurales en VirginieZones rurales en Virginie


Photo : Filtromat / Environnement S. A.Photo : Filtromat / Environnement S. A.

Oxydes de soufre et fumées noiresOxydes de soufre et fumées noiresLe mesurage Le mesurage

La collecte des échantillons est effectuée une fois par semaineLa collecte des échantillons est effectuée une fois par semaineLa fumée noire est évaluée par réflectométrie ;La fumée noire est évaluée par réflectométrie ;l'indice de noircissement est traduit en concentration (µg/ml'indice de noircissement est traduit en concentration (µg/m33).).Le dioxyde de soufre et les sulfates éventuellement présents,Le dioxyde de soufre et les sulfates éventuellement présents,sont absorbés par la solution contenue dans le barboteur.sont absorbés par la solution contenue dans le barboteur.

Le titrage acidimétrique permet d'évaluer les oxydes de soufre totaux.Le titrage acidimétrique permet d'évaluer les oxydes de soufre totaux.

La méthode est ancienne maisLa méthode est ancienne maistoujours utilisée pour le suivitoujours utilisée pour le suivides évolutions sur le long termedes évolutions sur le long terme


EVOLUTION DES NIVEAUX MOYENS HIVERNAUX DE FUMEES NOIRESA PARIS INTRA-MUROS

HIVERS 1956-1957 A 2004-2005

178

187182

158153

137

176

153

128

108

97101102

8985

102

91

72

62

75

61 62

74 74

6457 55 56

63 6054

45

30

43 43 46

34

19 2227 28 27

19 2016 18

2319 17

0

20

40

60

80

100

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160

180

200

56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04

Années

µg/

m3

A partir de 1993 :passage à une

abaque européenne

Fumées noiresFumées noires

Evolution des niveaux moyens hivernaux de fumées noires Paris intra-muros

Hivers 1956-1957 à 2004-2005

Philippe Lameloise, AIRPARIF Philippe Lameloise, AIRPARIF


La statue d’Apollon dans la cour carrée du Louvre

R.-A. Lefèvre et P. Ausset, LISA, 2004, R.-A. Lefèvre et P. Ausset, LISA, 2004, 6th International Symposium on the Conservation of Monuments in the Mediterranean Bassin6th International Symposium on the Conservation of Monuments in the Mediterranean Bassin

marbre de Carrare, milieu du 19marbre de Carrare, milieu du 19èmeème siècle siècle22èmeème niche à droite niche à droite pavillon de Saint Germain l’Auxerroispavillon de Saint Germain l’Auxerroisrestaurée par sablage en 1985 restaurée par sablage en 1985

1994 : main droite cassée par un vandale1994 : main droite cassée par un vandale

Entre les doigts de la main récupérée :Entre les doigts de la main récupérée :croûte noire épaisse formée avant 1985croûte noire épaisse formée avant 1985gypse cimentant des cendres volantesgypse cimentant des cendres volantes

Sur le dos de la main :Sur le dos de la main :fine croûte gris foncé formée entre 1985 et 1994fine croûte gris foncé formée entre 1985 et 1994

Sur la section du bras cassé en 1994 :Sur la section du bras cassé en 1994 :poussière gris clairpoussière gris clairmoins de cendres volantes micrométriquesmoins de cendres volantes micrométriquesplus de suies carbonées nanométriquesplus de suies carbonées nanométriques


PM 10 et PM 2.5PM 10 et PM 2.5

NéphélométrieNéphélométriepDR-1200 / EcomesurepDR-1200 / Ecomesure

Mesure de fréquenceMesure de fréquenceTEOMTEOMTapered elementTapered elementoscillating balanceoscillating balanceR & P / EcomesureR & P / Ecomesure

Analyse actuelle des particules en suspension dans l’air ambiantAnalyse actuelle des particules en suspension dans l’air ambiant

Energie absorbée par l’échantillonEnergie absorbée par l’échantillonexposé à une source radioactiveexposé à une source radioactiveJauge BétaJauge BétaEnvironnement S. A.Environnement S. A.


Montmartre vu du toit d’Airparif, 7 rue Crillon (4ème), 5kmMontmartre vu du toit d’Airparif, 7 rue Crillon (4ème), 5km

9 juin 2004, 10H9 juin 2004, 10HIndice Atmo 7 Indice Atmo 7 PM10 : 80 µg/mPM10 : 80 µg/m33

14 juin 2004, 10H14 juin 2004, 10HIndice Atmo 3Indice Atmo 3PM10 : 20 µg/mPM10 : 20 µg/m33


Evolution des niveaux moyens annuels de particules PM10de 1997 à 2005*

62

5047

43 44 4346

41 42

2824 23 23 24 24

2622 21

0

10

20

30

40

50

60

70

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

µg/m

3

Bd périphérique Porte d' Auteuil

Agglomération parisienne**Valeur limite annuelle

* jusqu'au 5/12/05 **échantillon constant de stations urbaines

PM 10 à ParisPM 10 à Paris



Evolution des niveaux moyens annuels de PM2,5de 1999 à 2005

3432

29 2928

2627

1415 15

16

13 13

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

µg

/m3

Boulevard périphérique Auteuil(Station trafic)

Vitry-sur-Seine(Station urbaine de fond)

* jusqu'au 05/12/05

PM 2.5 à ParisPM 2.5 à Paris

Normes US-EPANormes US-EPA

Projet “plafond de concentration” directive européenneProjet “plafond de concentration” directive européenne



Fraction PM2.5

Sulfate anthropique

17%

Nitrates12%

Carbone suie10%

Matière organique

44%

nd2%

Sels de Mer2%

Poussière minérale

5%

Ammonium8%

Fraction "coarse" (PM2.5-10)

Ammonium1%

Poussière minérale

48%

Sels de Mer11%

nd7%

Matière organique

11%

Carbone suie2%

Nitrates14%

Sulfate anthropique

6%

Fraction « grossière » :Fraction « grossière » :prédominance des poussières minéralesprédominance des poussières minéraleset du sel marinet du sel marin

Fraction Fraction «« fine fine »» : :forte proportion de matière organique,forte proportion de matière organique,de carbone (suie)de carbone (suie)et de matières inorganiques secondaireset de matières inorganiques secondaires(sulfates, ammonium)(sulfates, ammonium)

Composition chimique de l’aérosolComposition chimique de l’aérosol

Gonesse (2004/2005)Gonesse (2004/2005)Collaboration LSCE / AIRPARIFCollaboration LSCE / AIRPARIFPhilippe LameloisePhilippe Lameloise


0

20

40

60

80

100

120

140Cinq avenues Saint Louis

Lycée Thiers La Timoneen µg/m³

Valeur limite (2005)

Moyennes journalière en PM10 du lundi 16 au lundi 23

février 2004

21 et 22 février 200421 et 22 février 2004

Masse d’air chargée Masse d’air chargée en poussièreen poussièreen provenance du suden provenance du sudde la Méditerranéede la Méditerranée

PM 10 à MarseillePM 10 à Marseille


PM 10 et PM 2.5 à MarseillePM 10 et PM 2.5 à Marseille

Feu Feu de Forêtde Forêt


http://www.cseindia.orghttp://www.cseindia.org

Respirable Suspended Particulate Matter (PM10)Respirable Suspended Particulate Matter (PM10)

Un exemple de ville très polluée : New Delhi en IndeUn exemple de ville très polluée : New Delhi en Inde

Augustin MariaAugustin Maria« le miracle du GPL à Delhi »« le miracle du GPL à Delhi »


Contributions aux émissions de PM 10 : l’exemple de l’ItalieContributions aux émissions de PM 10 : l’exemple de l’Italie


1

10

100

1000

10000

100000

Cr Fe Mn Ni V Co Cu As Rb Sb Sr Cd Sn pb Zn Ti

J.-F. Fabretti, N. Sauret et al. LRSAE, PM 2.5, Tunnel Malraux, NiceJ.-F. Fabretti, N. Sauret et al. LRSAE, PM 2.5, Tunnel Malraux, Nice

Les métaux,Les métaux,traceurs de la pollution particulaire due au trafic routiertraceurs de la pollution particulaire due au trafic routier

Facteur d’enrichissement (sources anthropiques/croûte terrestre)Facteur d’enrichissement (sources anthropiques/croûte terrestre)

Usure des pneusUsure des pneusUsure des freinsUsure des freinsCarburantsCarburants


Distributions caractéristiques des particules diesel :Distributions caractéristiques des particules diesel :masse, nombre et surfacemasse, nombre et surface

D. Kittelson, Center for Diesel Research, University of MinnesotaD. Kittelson, Center for Diesel Research, University of Minnesota


Pollution atmosphérique par les particules en suspension :Pollution atmosphérique par les particules en suspension :Des effets nuisant gravement à la santéDes effets nuisant gravement à la santé

Effets sanitaires à court terme des augmentations de 10 μg/mEffets sanitaires à court terme des augmentations de 10 μg/m33 des niveaux de PM10 des niveaux de PM10

Aide-mémoire EURO/04/05Aide-mémoire EURO/04/05Berlin, Copenhague, Rome, 14 avril 2005Berlin, Copenhague, Rome, 14 avril 2005


APHEIS : Air Pollution and Health : A European Information SystemAPHEIS : Air Pollution and Health : A European Information SystemS. Medina (InVS) http://www.apheis.net S. Medina (InVS) http://www.apheis.net

Health Impact Assessment on the BenefitsHealth Impact Assessment on the Benefitsof Reducing PM 2.5 in 26 European Citiesof Reducing PM 2.5 in 26 European Cities


Flight 175 Crashes into the World Trade Center North Tower

11 septembre 200111 septembre 2001

Photo by Robert ClarkUSA, Aurora for Time


World Trade CenterWorld Trade Center

L’attentat du 11 septembre 2001 a donné lieuL’attentat du 11 septembre 2001 a donné lieuà deux évènements de pollution de l’air très différents :à deux évènements de pollution de l’air très différents :

1)1) Les incendies initiaux suivis d’un énorme nuage de poussière dûLes incendies initiaux suivis d’un énorme nuage de poussière dûà l’effondrement des structures ;à l’effondrement des structures ;

2) Une émission continue à partir des décombres se consumant.2) Une émission continue à partir des décombres se consumant.

Thomas A. Cahill, DELTA Group, UC DavisThomas A. Cahill, DELTA Group, UC Davishttp://delta.ucdavis.edu/http://delta.ucdavis.edu/


WTC - Une minute après l’effondrement de la tour NordWTC - Une minute après l’effondrement de la tour Nord


PS64

0

25

50

75

100

Mic

rog

ram

s/m

3

PM

2.5

9/12 1pm9/11 9am

9/13 9am

PM 2.5 Measurements in NYC - Week of Sept 10 2001PM 2.5 Measurements in NYC - Week of Sept 10 2001


WTC – Les décombres se sont consumés jusqu’à la mi-décembreWTC – Les décombres se sont consumés jusqu’à la mi-décembre


6.5130.21V

23

45

67

89

1011

1213

1415

1617

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2021

2223

2425

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2829

3031

October, 2001

0

5

10

15

20

Na

no

gra

ms/m

3

Vanadium Chromium Nickel

New York Aerosols post Sept. 11, 2001UC Davis DRUM Data from 201 Varick Street

Nickel et vanadium sont présents en quantitésNickel et vanadium sont présents en quantitéségales dans les décombres.égales dans les décombres.Dans les particules très fines en suspensionDans les particules très fines en suspension(0.09 (0.09 m< Dp < 0.26 m< Dp < 0.26 m),m),Le vanadium est 5 fois plus abondant :Le vanadium est 5 fois plus abondant :la température de volatilité de V (VClla température de volatilité de V (VCl44) est) estnettement plus basse que celle de Ni (NiClnettement plus basse que celle de Ni (NiCl22))


30.21V

23

45

67

89

1011

1213

1415

1617

1819

2021

2223

2425

2627

2829

3031

October, 2001

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Nan

ogra

ms/

m3

Vanadium Chlorine

Very fine aerosols 0.26 . Dp > 0.09 micrometers>>

Vanadium et chlore sont présents ensembleVanadium et chlore sont présents ensembledans les particules très fines mais le rapportdans les particules très fines mais le rapportV/Cl est très supérieur à celui de VClV/Cl est très supérieur à celui de VCl44


Hills of Griffith Park with smog and downtown L.A. in the backgroundHills of Griffith Park with smog and downtown L.A. in the background

Anne Monod (LCE) : smog estival à Marseille, été 2004Anne Monod (LCE) : smog estival à Marseille, été 2004

Les évolutions de la pollution atmosphériqueLes évolutions de la pollution atmosphériquesont elles de nature à modifier durablement le climat ?sont elles de nature à modifier durablement le climat ?


A. Givati & D. Rosenfeld, A. Givati & D. Rosenfeld, J. Appl. MeteorolJ. Appl. Meteorol. . 4343, 1038-1056, 1038-1056 ( (2004) 2004)

Réduction de la ressource en eau Réduction de la ressource en eau dans les régions semi-arides et densément peupléesdans les régions semi-arides et densément peuplées

Los AngelesLos Angeles Tel AvivTel Aviv


La pollution atmosphérique particulaireLa pollution atmosphérique particulairediminue les précipitations sur les pentes des reliefs diminue les précipitations sur les pentes des reliefs

D. Rosenfeld et al. D. Rosenfeld et al. ScienceScience 315315, 1396-1398 (2007), 1396-1398 (2007)

Ro est le rapport entreRo est le rapport entreLes précipitations surLes précipitations surles pentes des reliefs et les pentes des reliefs et dans la plaine d’où vientdans la plaine d’où vient

le ventle vent

L’exemple du Mont HuaL’exemple du Mont Huaau dessus de Huayin prèsau dessus de Huayin prèsde Xian en Chinede Xian en Chine


Les observations récentes du climatLes observations récentes du climatcorroborent les prévisionscorroborent les prévisions

Source : Rustam VaniaSource : Rustam Vania

S. Rahmstorf, A. Cazenave et al.Published online 2 February 2007

10.1126/science.1136843http://www.sciencexpress.org


Estimation des contributions au forçage radiatif global moyenEstimation des contributions au forçage radiatif global moyen


http://www-pm.larc.nasa.gov/http://www-pm.larc.nasa.gov/

Une contribution positive modeste - Un phénomène bien visible Une contribution positive modeste - Un phénomène bien visible Les traînées de condensation des avions (contrails)Les traînées de condensation des avions (contrails)

Borghéas (Peillon) Alpes Maritimes, 31 décembre 2006Borghéas (Peillon) Alpes Maritimes, 31 décembre 2006

Elles contribuent positivementElles contribuent positivementau forçage radiatifau forçage radiatifen absorbant plus les radiationsen absorbant plus les radiationsde forte longueur d’ondede forte longueur d’ondequ’elles ne réfléchissentqu’elles ne réfléchissentles radiationsles radiationsde faible longueur d’ondede faible longueur d’onde


Une contribution négative importante des aérosols (effet parasol)Une contribution négative importante des aérosols (effet parasol)effet direct et albédo des nuageseffet direct et albédo des nuages

Le réchauffement de la planète par les gaz à effet de serreLe réchauffement de la planète par les gaz à effet de serrea pu être sous-estimé à cause des effets de refroidissement dû auxa pu être sous-estimé à cause des effets de refroidissement dû auxaérosols issus des combustions et autres sources de pollutionaérosols issus des combustions et autres sources de pollution

CNESCNES


Paul J. CrutzenPaul J. CrutzenPrix Nobel de chimie en 1995Prix Nobel de chimie en 1995Avec Molina et Rowland Avec Molina et Rowland

P. J. Crutzen P. J. Crutzen Climatic ChangeClimatic Change, , 7777, 211-219 (2006), 211-219 (2006)

L’utilisation des combustibles fossilesL’utilisation des combustibles fossilesprovoque chaque annéeprovoque chaque annéele rejet dans l’atmosphère de :le rejet dans l’atmosphère de :

25 milliards de tonnes de CO25 milliards de tonnes de CO2 2

- mais aussi de- mais aussi de

55 millions de tonnes de soufre55 millions de tonnes de soufresous forme de SOsous forme de SO22

dont environ la moitié produitdont environ la moitié produitdes particules de sulfate de taille inférieuredes particules de sulfate de taille inférieureà un micron à un micron


USGSUSGS

Après l’éruption du Mont Pinatubo aux Philippines en 1991,Après l’éruption du Mont Pinatubo aux Philippines en 1991,les observations ont montré queles observations ont montré que

la température moyenne de notre planète avait baissé de 0.5 °Cla température moyenne de notre planète avait baissé de 0.5 °C


M. I. Mishchenko et al. M. I. Mishchenko et al. ScienceScience, , 315315, 1543 (2007), 1543 (2007)

Les observations récentes par satellite font apparaîtreLes observations récentes par satellite font apparaîtreune tendance à la baisse des aérosols dans la troposphèreune tendance à la baisse des aérosols dans la troposphère


Géo-ingénierie, un sujet tabou ?Géo-ingénierie, un sujet tabou ?Un double constat :Un double constat :Il faut réduire très fortement la pollution ;Il faut réduire très fortement la pollution ;cependant, la pollution de l’air contrecarre encependant, la pollution de l’air contrecarre enpartie le réchauffement dû aux gaz à effet de serrepartie le réchauffement dû aux gaz à effet de serre

Des prévisions : Des prévisions : Une amélioration complète de la qualité de l’airUne amélioration complète de la qualité de l’airpourrait conduire à une augmentation de 0.8 °Cpourrait conduire à une augmentation de 0.8 °Csur la plupart des continents et de 4 °C dans lessur la plupart des continents et de 4 °C dans lesrégions arctiques en dix ansrégions arctiques en dix ans

Une proposition relançant le débat :Une proposition relançant le débat :En se basant sur l’expérience acquise après l’éruption du Pinatubo, Crutzen évalue àEn se basant sur l’expérience acquise après l’éruption du Pinatubo, Crutzen évalue à0.75 W/m0.75 W/m22 le pouvoir de refroidissement de un million de tonnes de soufre le pouvoir de refroidissement de un million de tonnes de soufredans la stratosphère.dans la stratosphère.Pour compenser l’élimination des aérosols sulfatés anthropogéniques, si on n’arrive pasPour compenser l’élimination des aérosols sulfatés anthropogéniques, si on n’arrive pasà réduire les émissions de gaz à effet de serre, il faudrait disperser chaque annéeà réduire les émissions de gaz à effet de serre, il faudrait disperser chaque annéeun à deux millions de tonnes de soufre dans la stratosphèreun à deux millions de tonnes de soufre dans la stratosphère

La Rochelle, mai 2007La Rochelle, mai 2007 4242Source : Chris MaddenSource : Chris Madden

Energie, transports,Energie, transports,matériaux…matériaux…

Pour éviter un tel scénario,Pour éviter un tel scénario,

il va falloir porter un regard nouveauil va falloir porter un regard nouveausur notre environnement :sur notre environnement :

améliorer l’efficacité énergique ;améliorer l’efficacité énergique ;réduire les rejets atmosphérique ;réduire les rejets atmosphérique ;optimiser les cycles de vie…optimiser les cycles de vie…

AAnalyser,nalyser,

CConcevoir (catalyser…),oncevoir (catalyser…),

MModéliser,odéliser,

EEduquer !duquer !

Les chimistes ont de quoi faire !Les chimistes ont de quoi faire !

La Pollution Atmosphérique Particulaire sème le trouble Pierre-Charles MARIA Professeur à...

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