Pollution atmosphérique

1. 2011 Formation en météorologie Pollution atmosphérique We're conducting a vast toxicological experiment and we are using our children as experimental animals. -Philip Landrigan, MD quoted in Trade Secrets: A Moyers Report

2. Conséquences de la pollution atmosphérique • Les changements climatiques • La destruction de la couche d’ozone • Le smog • Les pluies acides http://clg-balzac-saint-amand-longpre.tice.ac-orleans-tours.fr/eva/spip.php?article98/

3. La destruction de l’ozone stratosphérique Définitions • Ozone • DU = Dobsonunits

4. L’ozone stratosphérique Max de concentration se situe entre 20 et 40 km (stratosphère) : 8 molécules d’ozone par million de molécules d’air. Qu'est-ce que l'ozone et comment se forme-t-il? L'ozone (O3 : 3 atomes d'oxygène) est naturellement présent dans l'atmosphère. Variation latitudinal de la concentration de O3.

5. Unité de mesure : Le Dobson (DU) 1 unité Dobson (notée DU pour Dobson Unit en anglais) est définie comme une couche de 0.01 mm d'épaisseur à la température et la pression de l'atmosphère standard. Donc, la colonne d'ozone au-dessus du Labrador est de 300 DU. Si la totalité de l'ozone comprise dans cette colonne d'air était ramenée à la température et à la pression de l'atmosphère standard (0°C et 1 atmosphère) et répartie uniformément sur la section au sol de la colonne, on obtiendrait alors une couche d'environ 3 mm d'épaisseur.

6. Le cycle de Chapman

7. Le cycle de Chapman • Les molécules de O2 se dissocient par absorption d’un photon de longueur d’onde = 240 nm. • Les molécules de dioxygène s’unissent à l’oxygène monoatomique pour former des molécules d’ozone. • Le O3 absorbe un photon de longueur d’onde < à 300 nm et se dissocie en une molécule de dioxygène et un atome d’oxygène : taux de formation du O3 = taux de destruction du O3 . • L’ozone se combine avec un atome d’oxygène pour former deux atomes de dioxygène. • Une molécule de O3 a une durée de vie de 100 à 200 secondes avant sa dissociation. • Malgré la faible concentration d’ozone dans la stratosphère sa présence est suffisante pour filtrer (absorber) le rayonnement solaire dans l’intervalle de longueurs d’onde 200-300 nm.

8. Perturbation anthropogénique du cycle de Chapman Canada

9. La destruction de l’ozone par les CFCs

10. Nuages Noctilucents La beauté toxique Quand la température de la stratosphère tombe au-dessous de -88°C, il se forment des minces nuages constitués d’un mélange de glace, acide nitrique et acide sulfurique. Ces nuages stratosphériques (PSPs) libèrent, au printemps du clore. Photo de la NASA.

11. Le vortex polaire http://biophysics.sbg.ac.at/atmo/ozone.htm

12. Hémisphère nord : on n’est pas à l’abri "Pour la première fois, la diminution a été suffisante pour qu'on puisse raisonnablement parler de trou dans la couche d'ozone en Arctique", estime l'étude publiée dans la revue scientifique britannique Nature. «Les problèmes du monde ne peuvent être résolus par des sceptiques ou des cyniques dont les horizons se limitent aux réalités évidentes. Nous avons besoin d'Hommes capables d'imaginer ce qui n'a jamais existé.» JFKennedy Helen Chadwick http://www.iesd.dmu.ac.uk

13. Smog Le smogest une brume jaunâtre, provenant d'un mélange de polluants atmosphériques qui limite la visibilité dans l’atmosphère. Il est constitué surtout de particules fines et d'ozone. Il peut se former à toute période de l’année. L’été, il est en grande partie constitué d’ozone et de particules fines, alors que l’hiver ce sont surtout ces dernières qui le caractérisent. Journée de smog hivernal où on observe que les polluants sont piégés près du sol. 2 février 2005 - 9:00 – vue vers l’est (29eétage de l’édifice Marie-Guyart à Québec) http://www.mddep.gouv.qc.ca/air/info-smog/

14. Les émissions de polluants correspondent aux quantités de polluants directement rejetées dans l'atmosphère par les activités humaines (cheminées d'usine ou de logements, pots d'échappement, agriculture…) ou par des sources naturelles (volcans, ou composés émis par la végétation et les sols) exprimées par exemple en kilogrammes ou tonnes par an ou par heure. Les concentrations de polluants caractérisent la qualité de l'air que l'on respire, et qui s'expriment le plus souvent en microgrammes par mètre cube (µg/m³) ou particules par million (ppm). http://www.airparif.asso.fr/pollution/emissions-ou-concentrations

15. Conditions météorologiques et impact de la pollution En hiver, l’air peut devenir chargé des produits de la combustion incomplète comme les matières particulaires, les composés organiques volatils (COV), le monoxyde de carbone(CO) et les oxydes d'azote (NOx). L’importance du smog hivernal qui en résulte dépend du degré de dispersion atmosphérique. Plus le niveau de dispersion atmosphérique est faible, plus le niveau de smog hivernal est élevé. La dispersion atmosphérique est principalement déterminée par la vitesse du vent et la hauteur de mélange.

16. La topographie La topographie joue également un rôle important dans la concentration des polluants. Par exemple, les « murs » physiques d’une vallée limitent les mouvements de l’air à l’intérieur de la vallée. De hauts niveaux de polluants dans l’air ne pourront pas être suffisamment dispersés et les communautés habitant dans la vallée seront recouvertes de smog. Une communauté située sur une plaine ne connaîtra pas ce problème de dispersion. Le smog apparaît aussi dans les régions vallonnées où l’air froid peut être retenu dans les nombreuses poches du terrain et entraîner une inversion de température. (Image: Alaskan wildfires, 2004; NASA's Terra, Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer; Jacques Descloitres, NASA Goddard)

17. La topographie Visible satellite image at 1:45 pm PDT Wednesday October 24, showing a huge area of smoke over the Pacific Ocean. Some of this smoke is being blown northward (top of image), and is expected to move over northern California and northern Nevada over next two days. This northward-moving smoke is being lifted by the flow around an approaching low pressure system, and is not expected to affect air quality near the surface. However, the smoke just offshore San Diego and Los Angeles will remain near the surface, and some of it will be pushed back over land by afternoon sea breezes. Image credit: NASA.

18. La topographie

19. Été : smog photochimique Dans le cas de l'ozone, il s'agit plutôt d'une réaction impliquant les rayons solaires http://www.derm.qld.gov.au/air/pollution/pollutants/ozone.html

20. http://www.appa.asso.fr/npdc/Pages/article.php?art=195 Processus simplifié de formation de l’ozone Les précurseurs sont parfois transportés par les masses d’air sur plusieurs centaines de kilomètres. Les concentrations d’ozone les plus importantes ne sont pas nécessairement mesurées sur le lieu principal d’émission des polluants précurseurs (centre des agglomérations, zones industrielles), mais parfois à 50, voire jusqu’à 150 km de là, dans des zones rurales sous le vent des émetteurs. Des polluants précurseurs émis plusieurs heures, voire plusieurs jours auparavant, peuvent contribuer de manière significative à la formation d’ozone ; Durant la canicule, les températures élevées et le fort ensoleillement contribuent à une formation importante d’ozone.

21. Évolution des panaches de pollution 1èrephase : Le panache de fumées s’élève et sa trajectoire dépend essentiellement : • de sa température. Les effluents gazeux possèdent souvent une température nettement supérieure à la température ambiante. Cette énergie thermique entraîne une surélévation variable du panache, excepté dans le cas où la densité de l’effluent est nettement plus élevée que celle de l’air environnant • de sa vitesse d’éjection Vs qui peut atteindre 10 m/s ; • de la vitesse u et de la direction du vent au voisinage du débouché de la cheminée : plus le rapport Vs/u est grand, plus la surélévation est importante.

22. Évolution des panaches de pollution 2ephase: Elle débute lorsque le panache acquiert une densité sensiblement égale à celle de l’air ambiant : devenu horizontal, il n’a plus de mouvement propre et sa diffusion dépend des conditions météorologiques et de la turbulence atmosphérique. • La turbulence a principalement deux origines : • une origine dynamique due au relief et aux obstacles à la surface du sol et aux cisaillements du vent • une origine thermique due à la variation de la température de l’air avec l’altitude (structure thermique verticale).

23. Évolution des panaches de pollution 3e phase Elle concerne la diffusion du panache à l’échelle régionale (distances de l’ordre de 20 à 400 kilomètres en aval de la source). Progressivement, les polluants tendent à se répartir uniformément à l’intérieur d’un volume d’atmosphère appelé couche de mélange. Le panache perd alors ses paramètres d’émission. 4ephase Les polluants se déplacent alors sur de longues distances, à plusieurs centaines, voire plusieurs milliers de kilomètres des points d’émission.

24. Dispersion des polluants Stable Neutre Stable Stable Instable Stabilité + turbulence Instable Vitesse du vent Dispersion = advection + diffusion (transport) (dilution)

25. Dispersion des polluants Lochcarron, Scotland Stable Source : Wikipédia

26. Mécanismes de dépollution • Ils résultent : • de la circulation des masses d’air pollué qui entraîne une incorporation progressive des polluants dans les gouttelettes d’eau des nuages ; • des polluants présents sous forme de fines particules dans l’air, qui peuvent servir de noyaux autour desquels se condense la vapeur d’eau atmosphérique ; • des polluants qui sont entraînés vers le sol par lessivage de l’atmosphère au cours des précipitations. Ils interviennent dans les deux dernières phases et correspondent à des transformations physico-chimiques, des dépôts humides et des dépôts secs. Les dépôts humides englobent l’ensemble des retombées des polluants gazeux ou particulaires incorporés au sein des précipitations (pluie, neige, brouillard, etc.).

27. La dispersion des polluants selon leur taille

28. Les pluies acides

29. Définition • Les pluies acides peuvent être produites • par la nature, les NOx(volcans, foudre) • et amplifiées par l'activité humaine (chauffage, transport : NOx; industrie : SO2 ,…). On définit couramment le terme «pluies acides», comme étant toutes formes de précipitations ayant un pH inférieur à 5,2, (pluie, smog, etc.) qui dégradent ou même détruisent des écosystèmes.

30. Pluies acides : PH < 5,2 SCA-2611 Introduction à la météorologie

31. La formation et le dépôt des pluies acides

32. Pluies acides

33. Le problème en Amérique du Nord Principales sources de SO2 au Canada : Fonderies Centrales au charbon. Principales sources de NOx au Canada Les véhicules automobiles Les centrales au charbon Estimation : 50% des pluies acides au Canada proviennent des États-Unis et 10 % des dépôts dans le nord-est des États-Unis ont leur origine au Canada.