Encore un article sur les particules !

Les particules inférieures à 2,5 microns (PM 2,5)

Présentation

"Elles jouent un rôle essentiel dans la physicochimie de l'atmosphère et elles ont toutes, directement ou indirectement, une origine commune qui peut être soit la nucléation homogène hétéromoléculaire, soit la condensation. C'est ainsi que, en nombre, la presque totalité des aérosols provenant de transformations gaz-particules, et notamment les sulfates, se trouve dans ce domaine de dimensions." (RENOUX A., BOULAUD D. ,1998)
Elles sont dites insédimentables car elles sont incapables de se déposer au sol sous l'effet de la gravitation (elles peuvent donc parcourir des distances plus importantes sous l'action des vents) et sont extrêmement nombreuses et difficiles à quantifier, d'autant plus qu'elles ont une masse négligeable. Cette gamme granulométrique est essentiellement composée de suie et sont émises par le trafic routier (J.P WOLF, 1999).
Une grande partie d'entre elles résulte des activités polluantes (moteurs diesel, suies, particules issues de la transformation chimique des gaz polluants en nitrates et sulfates, déchets de la combustion). En effet, le carbone est un sous-produit des gaz d'échappement et des fumées d'usine car tout foyer où la combustion reste incomplète libère du carbone particulaire. Ainsi, les PM2,5 proviennent des véhicules diesel (0,1 à 0,3 µm médian), mais sont également constituées de composés organiques comme les HAP, substances mutagènes et cancérigènes. La mesure des PM2,5 reste plus délicate que les PM10 vu que leur masse est moins importante, en effet on ne peut peser que les plus grosses (celles d'au moins 1 µm).

Les particules diesel

Les moteurs diesel émettent des particules toxiques capables d'atteindre les alvéoles pulmonaires. Ainsi, leur diamètre aérodynamique moyen est centré sur 0,1 µm en sortie d'échappement. Le diesel dégage une pollution spécifique, visible, des fumées noires et des suies constituées de particules de carbone et imprégnées de diverses substances, en particulier d'hydrocarbures.
En effet, on observe au microscope électronique à transmission qu'elles sont constituées d'agglomérats de microsphérules de carbone, sur lesquelles sont adsorbés les hydrocarbures et les autres espèces minérales. "Ces sphérules de quelques centaines d'angström ont un grand pouvoir d'assemblage soit en mode "embryon" de 0,005 à 0,015 µm soit en mode agrégat de 0,08 à 1µm, fonction du régime moteur et de la richesse du carburant" (ADEME, 1998). Ces agrégats peuvent être constitués de quelques éléments de grand diamètre à quelques milliers d'unités de petit diamètre.
Ainsi, les particules diesels sont principalement constituées :

• de résidus solides sous forme de suies
• d'une partie soluble constituée d'hydrocarbures imbrûlés issus de la combustion incomplète du gazole et de l'huile
• d'une fraction insoluble (sulfates et dérivés soufrés).

Composition chimique d'une particule
crédit : INERIS, 1993

Ce sont en fait, des particules solides avec une structure fractale qui s'apparente à une éponge (WOLF, 1999). Des mesures de l'INERIS (1995) en site proche du trafic à la porte d'Auteuil (Paris - France) en bordure du boulevard périphérique, révèlent que 75% du carbone suie se trouve dans la fraction granulométrique inférieure à 1 µm, le reste étant à associer à des particules plus grossières. Ce qui démontre bien l'importance et la spécificité de la pollution diesel.

Les particules de soufre

Il existe des particules secondaires issues de transformations des particules primaires, comme les sulfates, les nitrates et l'acide sulfurique (H2SO4). Le SO2 est souvent associé à des particules en suspension notamment des sulfate SO4 sous forme de sels ou d'acides.
Les particules reliées aux oxydes de soufre et d'azote sont extrêmement hygroscopiques c'est-à-dire qu'elles ont une affinité avec l'eau et autres liquides. Les gouttelettes de liquide sont donc souvent recouvertes d'une mince pellicule imperméable qui empêchent leur évaporation, phénomène qui assure la formation de brume. Une des propriétés des plus dangereuses des poussières est de fixer des molécules gazeuses irritantes ou toxiques présentes dans l'atmosphère (acide sulfureux, goudrons, gaz nitreux), ce qui augmente considérablement leur nocivité. Tel est le mécanisme toxique des brouillards de Londres ou de Los Angeles, appelés smogs (de smoke, "fumée", et fog, "brouillard"). Les particules servent donc de noyaux de condensation pour la vapeur d'eau.

Les métaux lourds

Les poussières contenant des métaux lourds sont capables de contaminer les chaînes alimentaires. Les effets de ces polluants sont divers et dépendent de l'état chimique sous lequel on les rencontre (métal, oxyde, sel, organométallique).
On y trouvait par exemple le plomb issu de la transformation des composés plombiques utilisés comme additif des supercarburants. Les types de métaux lourds rencontrés sont fonction des sources d'émissions. Par exemple, l'automobile émet principalement du cuivre et du fer. Les usines d'incinération : zinc et cadmium... (JUGUET et al, 1984).

Les microsuies

Leur "granulométrie est très largement inframicronique (0,05 à 0,1 micromètres)," et elles "sont émises par la combustion du fioul léger (moteurs diesel, chauffage domestique), de l'essence, du kérosène et du gaz. Elles sont essentiellement carbonées, mais peuvent contenir du soufre si le combustible dont elles sont issues en contient (fioul léger, par exemple). Certains pensent que leur concentration atmosphérique serait en augmentation, en rapport avec le trafic automobile. L'absence de séries de mesures des microsuies ne nous permet pas d'en connaître quantitativement l'évolution. Elles sont les probables responsables de la reprise du noircissement des façades après les récentes grandes campagnes de nettoyage-ravalement des monuments et immeubles parisiens." (PRQA Ile-de-France, 2000)
Ce sont les plus dangereuses pour la santé humaine car elles sont susceptibles de pénétrer dans les alvéoles pulmonaires.
Par ailleurs, elles contaminent les plus hautes couches atmosphériques et sont donc responsables d'une pollution globale. Les plus fines particules peuvent s'agréger aux plus importantes sous l'action des forces d'adhésion, de capillarité et de tension superficielle. En premier lieu, la moitié des particules ont un diamètre inférieur à 2 µm sur une échelle allant jusqu'à 10 µm. Nous constaterons également que :

• près de 80 % des particules contenant du plomb sont inférieures à 2 µm, ce qui confirme l'origine automobile de cette granulométrie
• environ 82 % des particules contenant des HAP ou étant génotoxiques ont un diamètre inférieur à 2 µm, or ces éléments sont préoccupants pour la santé
• enfin, les particules contenant du fer ou du magnésium sont davantage grossières, 60% d'entre elles faisant plus de 3,3 µm

Les objectifs actuels sur cette pollution

Actuellement, on s'intéresse davantage aux particules de 10 et 2,5 microns. En effet, ces seuils jouent un rôle essentiel au niveau sanitaire. Car les particules inférieures à 10 microns sont capables de pénétrer dans les poumons (on les appelle particules inhalables PM10), et celles qui ont un diamètre inférieur à 2,5 microns peuvent atteindre les alvéoles pulmonaires pour s'y accumuler (particules alvéolaires PM2,5).
A ce titre, une stratégie thématique sur la pollution atmosphérique a été adoptée par la Commission européenne en septembre 2005, elle est assortie d’une proposition de directive sur la qualité de l’air ambiant. Celle-ci devrait fixer des limites sur les concentrations des PM2,5 et PM10.
En milieu urbain la mesure des PM10, qui contiennent 80% en masse de particules inférieures à 2,5 microns, fournit une assez bonne représentation des concentrations en PM 2,5. (Communauté européenne, 09/2006)