1.2.2. Origine des particules en milieu urbain
Les particules constituent un ensemble très
hétérogène dont les caractéristiques
physico-chimiques et/ou biologiques sont influencées par les sources
d'émission ou par leur processus de formation dans l'atmosphère.
Alors que dans le passé, les fumées des processus incomplets de
combustion de charbon, notamment du fait des activités industrielles et
du chauffage
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domestique, dominaient la composition de l'aérosol
urbain, les particules en suspension dans l'air sont aujourd'hui principalement
issues des véhicules automobiles (surtout de type diesel), des usines
productrices d'énergie non nucléaire ainsi que des
réactions chimiques entre gaz atmosphériques et l'humidité
de l'air. Elles sont produites par divers processus comme :
· La transformation des gaz en particules,
· L'altération éolienne,
· La coalescence et croissance des particules,
· Les émissions directes,
· Les bris des vagues des océans : des sels
marins sont injectés dans l'atmosphère sous l'effet d'un
pétillement résultant de l'éclatement de bulles à
la surface des mers,
· Les météorites (matière
extra-terrestre)
L'émission directe des particules dans
l'atmosphère est le résultat de procédés
anthropiques ou naturels. C'est le cas notamment dans les zones urbaines et les
sites fortement industrialisés. Les sources de production
déterminent la composition chimique des aérosols, tandis que les
mécanismes de production sont responsables de leur spectre
granulométrique ainsi que leur forme (d'Almeida et al.,
1991).
1.2.2.1. Sources naturelles
? Sources naturelles primaires
L'origine de ce type d'aérosols peut être
crustale due à l'érosion des sols, marine par le
pétillement de la mer, volcanique et plus localement liée aux
feux naturels.
Les poussières crustales : cette
catégorie de poussières résulte de l'action du vent sur
les sols dépourvus de végétation ainsi que de l'abrasion
des roches.
Ce phénomène se produit
généralement dans les déserts et les régions arides
et il est très important dans la mesure où ces zones couvrent
environ le tiers de la surface des continents (Usher et al., 2003).
Les particules peuvent être mises en suspension dans l'air si la vitesse
du vent dépasse 3 m/s (Masclet et Cachier, 1998) et les particules de
taille comprise entre 0,1 et 5 ìm peuvent parcourir des distances
supérieures à 5000 km (Dall'Osto et al., 2010 ;
d'Almeida et al., 1991). La composition chimique des aérosols
atmosphériques provenant de l'érosion des
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sols indique qu'ils sont dans l'ensemble, constitués
d'éléments caractéristiques de la croûte terrestre,
à savoir Al, Si, Fe, Ti, Ca, Na, Mg et K (Usher et al.,
2003).
Les sels marins : les particules de sels
marins prennent naissance lors de l'éclatement des bulles d'air à
la surface de l'eau : suite au mouvement des vagues, des bulles d'air se
forment et atteignent la surface d'eau. L'éclatement de ces bulles
aboutit à la formation de très petites gouttelettes en suspension
dans l'air. Pendant leur transport dans l'atmosphère, ces gouttelettes
s'évaporent et forment des solutions saturées en sels. Lorsque
l'humidité relative est suffisamment basse, un changement de phase
intervient et des particules solides sont obtenues (MacIntyre, 1974). Les
éléments les plus caractéristiques dans l'eau de mer sont
Cl, Na, les ions sulfates, Mg, Ca et K. A partir de ceux-ci, plusieurs
composés sont formés par recristallisation lors de
l'évaporation des gouttelettes dans l'atmosphère, avec NaCl comme
composé principal, accompagné de KCl, CaSO4, (NH4) 2SO4 et de
nombreux autres sels comme les carbonates. Les propriétés
hygroscopiques de ces composés déterminent la taille des
particules (Jaenicke, 1993).
Les éruptions volcaniques : les
éruptions volcaniques sont à l'origine de la formation de deux
types de particules solides, les poussières et les cendres volantes,
ainsi que d'émissions gazeuses constituées essentiellement de SO2
, CO2 , H2O, H2S, etc., qui peuvent jouer le rôle de gaz
précurseurs lors de la conversion gaz-particules. Les particules sont
prédominantes lors des éruptions des volcans en activité,
et ces derniers même en absence d'éruptions, émettent des
quantités importantes de SO2 (Andreae, 1995). Les particules primaires
émises dans la troposphère sont de taille plutôt importante
et par conséquent, leur temps de résidence dans
l'atmosphère est relativement court. Cependant, lors d'éruptions
intenses, elles peuvent atteindre la couche supérieure de la
troposphère et accéder à la stratosphère. Les temps
de résidence deviennent alors beaucoup plus longs, ce qui leur permet
d'être transportées sur de très longues distances, avant de
réintégrer la troposphère par simple
phénomène de sédimentation (Hidy, 1984).
? Sources naturelles secondaires
Les particulaires naturelles secondaires se forment, à
partir des gaz émis naturellement et impliqués dans les
conversions gaz-particules. Ces gaz sont composés essentiellement de
soufre, d'azote et d'hydrocarbures (Pueschel, 1994).
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Les émissions naturelles de soufre :
Les origines de la production naturelle de gaz à base de soufre sont la
flore marine, la faune et la flore terrestres, ainsi que les éruptions
volcaniques et la combustion de la biomasse. Ces composés soufrés
réagissent dans l'atmosphère pour former le dioxyde de soufre
(SO2), lequel après oxydation conduira à la formation de sulfates
particulaires.
Les émissions naturelles d'azote : Les
continents sont des sources efficaces d'oxyde de diazote (N2O), qui se forme au
cours de la lente décomposition de la végétation et des
engrais. D'autre part, le NO2 se forme au cours des phénomènes
électriques dans l'atmosphère, particulièrement au moment
des orages, et est produit également par l'oxydation de l'ammoniac
naturel (NH3) et de l'oxyde d'azote (NO) provenant des émissions de la
croûte terrestre (Middleton, 1995). NH3 considéré comme
précurseur des aérosols à base d'ammonium, provient des
sols et des océans ainsi que de la décomposition de
matériaux organiques (d'Almeida et al., 1991 ; Möller,
1995).
Les émissions naturelles de composés
organiques : des aérosols organiques secondaires (AOS)
d'origine naturelle peuvent se former suite à l'oxydation des
composés organiques émis par les forêts et les prairies,
les éruptions volcaniques, la combustion de la biomasse (feux des
forêts) ainsi que ceux trouvés dans les débris
biologiques.
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