Aérosol

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Transports de poussières/aérosols jusqu'aux îles Canaries à partir du Sahara (Image Terra/MODIS 17.02.2004).
La révolution industrielle a été à l'origine d'une pollution massive, par aérosols et gaz, de l'air. C'est aujourd'hui l'automobile, l'érosion agricole et les incendies de forêt qui sont les premières sources d'émission
Les incendies de forêt sont une source importante d'aérosols, aux époques sèches ou l'air est plus chargé en poussières, ici en Géorgie, É.-U.

Un aérosol est un ensemble de fines particules, solides ou liquides, d'une substance chimique ou d'un mélange de substances chimiques, en suspension dans un milieu gazeux. Émis par les activités humaines ou naturelles (volcans, incendies de forêt), les aérosols interviennent aussi à l'échelle planétaire et locale dans les phénomènes de pollution de l'air et d'allergies. La pluie, le ruissellement et la flore (arbres notamment) nettoient l'atmosphère d'une grande partie des aérosols[1]. Des particules vivantes (pollens, spores de champignons[2], bactéries, microalgues) peuvent composer certains aérosols, alors nommés bioaérosols, éventuellement en association peut-être symbiotiques ou opportunistes (Des chercheurs ont par exemple observé et étudié un aérosol microbien formé d'un consortium bactério-fongique (Staphylococcus epidermidis + Penicillium oxalicum, deux microorganismes fréquents dans l'air intérieur)[3]

Dans la vie courante, le terme « aérosol » désigne aussi, par métonymie, le récipient contenant un produit et un gaz propulseur. Le propulseur crée une pression à l'intérieur du récipient ; l'ouverture de la valve de sortie induit l'expulsion du mélange en micro-gouttelettes ou cristaux ou fines particules en suspension dans l'air, c'est-à-dire sous forme d'aérosol.

Aérosols atmosphériques[modifier | modifier le code]

Divers aérosols naturels contribuent au cycle de l'eau et à la régulation climatique. Ce sont notamment des molécules soufrées produites par les algues océaniques[4], mais aussi des particules emportées dans l'air par l'érosion éolienne naturelle des sols, ou les incendies naturels de forêt. Les spores et pollens ou des molécules entraînées avec l'évapotranspiration sont également présentes, mais plus localement[5].

Incidence sur le climat et l’atmosphère[modifier | modifier le code]

Des aérosols interfèrent avec le climat et l'atmosphère en les modifiant artificiellement, au moins de deux manières :

  1. Certains aérosols sont responsables de ce qu'on appelle le trou dans la couche d'ozone. La diminution de la couche d'ozone est responsable d'une augmentation de l'irradiation de l'atmosphère et de la planète par le rayonnement stellaire (UV solaire notamment) qui a des effets cancérigènes et mutagènes sur le Vivant, mais qui peut aussi agir sur la formation des nuages ; Ces aérosols peuvent indirectement contribuer à en modifier la composition et la nature physique (nucléation en gouttelette de l'eau vapeur), et secondairement l'albédo et donc la température des hautes couches (avec notamment des cirrus artificiels produits par les traînées de condensation d'avions).
  2. Certains aérosols (soufrés notamment), d'origine industrielle ou produits par des incendies de forêts et par la combustion de carburants fossiles, induisent une nucléation des gouttes d'eau et produisent des nuages ou traînées d'avion à des lieux, altitudes et moments où il ne se seraient pas normalement formés.

On a même montré que les variations d'activité économique et de transport entre la semaine travaillée et le Week- end se traduisait par des variations météorologiques significatives.

Les interactions et rétroactions entre nuages, aérosols, évolutions climatiques et météo sont complexes et mal comprises. Un projet international, EarthCARE (Earth Cloud, Aerosol and Radiation Explorer) impliquant notamment l'ESA (European Space Agency) et la JAXA[6] japonaise, prépare un satellite pour 2013, équipé d'une caméra multi-bandes, d'un radiomètre à large bande, d'un lidar et d'un radar Doppler CPR (Cloud Profiling Radar) en bande W (94 GHz, résolution verticale de 500 m sur 20 km d'épaisseur d'atmosphère). Ce satellite tournera en orbite 3 ans pour étudier ces interactions et mieux les comprendre et les prévoir ; ceci en complément d'une mission satellitaire GCOM (observation du cycle de l'eau et des changements climatiques prévue pour 2010), et d'une mission GPM (observation des précipitations, prévue en 2013).

Les aérosols carbonés[modifier | modifier le code]

On regroupe sous le nom d'« aérosols carbonés » deux espèces chimiques différentes : le « carbone suie », ou « carbone noir » ((en) « Black Carbon » BC) et le carbone organique ((en) « Organic Carbon » OC). BC est intégralement émis par les sources de combustion tandis que OC comporte à la fois une partie émise (OC primaire, OCp) et une partie formée secondairement par photochimie dans l'atmosphère : aérosols organiques secondaires (AOS,(en) SOA), de deux origines : anthropique (SOAa) et biogénique[7] (SOAb)[8].

En première approche, on peut retenir que les particules résultant de processus chimiques (combustions ou réactions photochimiques) ont des diamètres aérodynamiques inférieurs à micromètre (particules submicroniques)[9]. Les particules « submicroniques » se partagent en deux modes[10] :

  1. le « mode de nucléation » (diamètres inférieurs 0 1 micromètre) ; il regroupe les particules nouvellement formées par nucléation dans l’atmosphère ou directement émises ;
  2. le « mode d’accumulation » (diamètres compris entre 0,1 et 1 micromètre) ; ces particules ont évolué dans l’atmosphère par condensation de gaz et coagulation.

Les sources majeures d'aérosols carbonés sont les combustions et la formation secondaire de SOA par photo-oxydation de composés organiques volatils (COV, (en) VOC) dits « COV précurseurs ». La photo-oxydation atmosphérique des composés organiques volatils conduit à la formation d’espèces oxydées, moins volatiles. La nucléation homogène (nucléation en milieu homogène) ou la condensation (sur des particules préexistantes) de ces produits d’oxydation permet d’expliquer la formation des Aérosols Organiques Secondaires ((en) SOA) dans l’atmosphère[11].

Une part des OCp émises, encore mal caractérisée, provient également directement de la végétation (PBAP – Primary Biogenic Aerosol Particles, aérosols primaires biogéniques), particules supermicroniques (i. e. de diamètre aérodynamique supérieur à 1 micromètre)[10]. La végétation émet également des COV biogéniques (COVb), précurseurs d’aérosols organiques biogéniques secondaires (SOAb)[10]. L’affinement des méthodes de chimie analytique a permis de déterminer que les aérosols organiques biogéniques secondaires (SOAb) composent 60 % de la fraction organique (OC) des aérosols carbonés présents dans l’atmosphère et ce, même en milieu urbain[12].

Les combustions impliquées dans les émissions sont aussi bien celles de combustibles fossiles (pétrole, charbon, gaz naturel, transports, chauffage, industrie...) que les combustions de la biomasse (chauffage, feu de bois, feu de forêt, agriculture...)[13].

Le carbone noir est émis dans l'air lorsque des combustibles fossiles et des biocombustibles, tels que le charbon, le bois et le gazole, sont brûlés. Le carbone noir est trouvé dans le monde entier.

Le carbone noir est lié aux combustions incomplètes de combustibles fossiles et de la biomasse. Il représente une partie des suies, mélanges complexes de particules contenant du carbone noir et du carbone organique. Le carbone noir a un pouvoir de réchauffement de l'atmosphère car il absorbe le rayonnement solaire, peut être transporté à longue distance et se dépose sur les étendues glaciaires en diminuant leur pouvoir réfléchissant (albédo). Le carbone organique au contraire tend à refroidir l'atmosphère[14].

Le carbone noir déposé dans la neige, qui absorbe une grande quantité de lumière solaire, a un net impact sur le forçage radiatif total. De plus, la couche qui recouvre la neige et la glace accélérerait la fonte des glaciers aux hautes latitudes boréales, mais aussi ailleurs sur le globe[12]. Comme l’Arctique, les régions alpines pourraient tirer avantage de la réduction des émissions de carbone noir[15].

Dans les zones de fort rayonnement solaire, les concentrations élevées de carbone noir concourent à la formation des nuages bruns qui recouvrent de vastes régions du globe, en Asie notamment. Ces systèmes obscurcissent la surface de la Terre, réchauffent l’atmosphère et perturbent le cycle hydrologique, ce qui pourrait avoir un effet sur la mousson[12]. Le nuage brun d'Asie a pour origine pour deux tiers la combustion de la biomasse et pour un tiers la combustion de combustibles fossiles[16].

Concernant l’Europe, le programme scientifique européen Carbosol (2001-2005) a établi que 50 à 70 % de la pollution par les aérosols carbonés en période hivernale avait pour origine la combustion de la biomasse (chauffage au bois, feux de végétaux)[17]. Les feux agricoles sont en outre souvent à l’origine des feux de forêt qui sont eux-mêmes une source d’émissions importante de carbone noir[15].

Si l’on se fie aux projections établies par l’Institut international pour l’analyse des systèmes appliqués, dans le cadre du programme CAFE (Clean Air For Europe - Air pur pour l’Europe -), le chauffage domestique, au bois notamment, sera l’une des principales sources de rejet de matières particulaires et de carbone noir. Les émissions de ce type sont peu réglementées dans de vastes régions de l’Europe. De plus, les petites installations utilisées pour se chauffer au bois sont anciennes et rejettent beaucoup d’aérosols carbonés. Enfin, les poêles et les foyers résidentiels ont une durée de vie assez longue, ce qui retarde l’adoption de technologies plus propres[12].

Concernant les risques sanitaires, l’OMS n’établit aucune distinction entre les effets des particules qui sont dégagées par la combustion des matières fossiles et ceux des particules produites par la combustion de la biomasse[12].

Risques sanitaires[modifier | modifier le code]

L'exposition à certains minéraux (silice, amiante...), à certaines particules organiques (farine, poussière de bois...) et à des agents biologiques aéroportés est associée à divers problèmes de santé [3].

Les aérosols carbonés générés par les combustions peuvent induire notamment des affections respiratoires et le cancer du poumon[17].

Tous les aérosols atmosphériques (« matières particulaires », PM) sont désormais classées cancérogènes pour l'homme (Groupe 1) du CIRC[18].

On cherche à produire des modèles et cartographies de risque sanitaire lié à l'exposition des populations aux aérosols de pollution atmosphérique, en France avec le projet CERPA[19], à partir des concentrations mesurées dans l'air par les réseaux dédiés et AASQA (Associations Agréée de Surveillance de la Qualité de l'Air) et via d'autres techniques (tubes passifs, modélisation météorologique et de chimie et physique de l'atmosphère incluant l'impact des NOx et O3 sur les PM, télédétection, ...).

Un autre enjeu sanitaire est de mieux comprendre et maitriser les conditions de développement des microorganismes (bactéries, champignons, algues) sur les filtres à air[20] (exemple : filtres de CTA), car ils peuvent éventuellement être source de réémission d'aérosols et de bioaérosols[21] différents et potentiellement pathogènes[3].

Article détaillé : Assombrissement global.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Alexandre Petroff, Étude mécanique du dépôt sec d'aérosols sur couverts végétaux, sur le site irsn.fr - IRSN-2005/50-FR [PDF]
  2. Kelkar U, Balam K, Kulkarni S (2005). Fungal contamination of air conditioning units in operating theatres in India. J. Hosp. Infect. 60 (1), 81 - 84
  3. a et b Forthomme A, Simon X, Bemer D, Duquenne P, Joubert A, ANdres Y & Coquelle () Étude de la génération d'un aérosol microbien formé d'un consortium bactérien-fongique ; École des Mines de Nantes & INRS, PDF, 1 page.
  4. Voir : sulfure de diméthyle
  5. Histoire des Aérosols, sur le site 1001aerosols.com]
  6. (en) ESA’s cloud, aerosol and radiation mission, sur le site esa.int
  7. Biogénique (francisation de (en) biogenic), adjectif dont la signification pertinente ici est : produit par des organismes vivants, ou par un procédé biologique (source : le Wiktionary).
  8. Les aérosols: émissions, formation d'aérosols organiques secondaires, transport longue distance - Zoom sur les aérosols carbonés en Europe -, résumé de thèse (2006), sur le site du CCSD, consulté le 12 janvier 2015, et (en) ORISAMTM4 : a new global sectional multicomponent aerosol model including SOA formation Focus on carbonaceous BC and OC aerosols, résumé du document (2007), sur le site knmi.nl, consulté le 18 janvier 2015.
  9. [PDF] Aérosol, sur le site gsite.univ-provence (université de Provence Aix-Marseille I), p. 4, consulté le 21 janvier 2015.
  10. a, b et c [PDF] Bruno Guillaume, Les aérosols:émissions, formation d'aérosols organiques secondaires, transport longue distance- Zoom sur les aérosols carbonés en Europe -, thèse de doctorat d’université (2007), p. 23, 25, 29, 30 consulté le 18 janvier 2015.
  11. Instrumentation et Réactivité Atmosphérique (IRA), sur le site lce.univ-amu.fr (Université d'Aix-Marseille), consulté le 18 janvier 2015.
  12. a, b, c, d et e [PDF] Karl Espen Yttri et al. Les aérosols carbonés — un problème persistant (2009) , sur le site de l’OMM, consulté le 12 janvier 2015.
  13. [PDF] Les émissions anthropiques, biogéniques et naturelles, p. 5, sur le site lmd.polytechnique.fr, consulté le 15 janvier 2015.
  14. Poussières en suspension, sur le site du CITEPA, consulté le 12 janvier 2015.
  15. a et b (en) [PDF] Black carbon, Conseil économique et social des Nations unies (2010), p. 2, 13, 14, consulté le 15 janvier 2015.
  16. L'origine du "nuage brun" d'Asie éclaircie, sur le site d’un service de l’ADIT, consulté le 12 janvier 2015.
  17. a et b Verdict du programme européen Carbosol, document du CNRS, consulté le 19 janvier 2015.
  18. [PDF] La pollution atmosphérique une des premières causes environnementales de décès par cancer, selon le CIRC - Communiqué de presse no 221 du 17 octobre 2013, sur iarc.fr, consulté le 12 janvier 2015.
  19. Le projet CERPA, qui inclut une base de données euro régionale sur les particules - consulté le 21 février 2011
  20. Bonnevie Perrier JC, Le Coq L, Andres Y, Le Cloirec P (2008) Microbial Growth onto Filter Media Used in Air Treatment Devices. International Journal of Chemical Reactor Engineering, 6, A9
  21. Douwes J, Thorne P, Pearce N & Heederik D (2003) Bioaerosol health effects and exposure assessment: Progress and prospects. Annals of Occupational Hygiene, 47(3), 187 - 200

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]