Épaisseur Optique en aérosol (AOT)

L’épaisseur optique en aérosol est définie par la fraction de lumière diffusée ou absorbée par les aérosols de la couche atmosphérique traversée pour une longueur d’onde donnée. C’est une grandeur sans unité qui caractérise la transparence de l’atmosphère à la traversée du rayonnement solaire.

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L’épaisseur optique τ de la couche d’atmosphère traversée s’obtient par la relation suivante :

I

IO = e

τ _{avec τ = ln (}I

IO)

I0 : designe l’intensité du rayonnement émis par le soleil et I l’intensité du rayonnement qui

parvient à la surface de la terre.

L’épaisseur optique est voisine de 0, pour une atmosphère transparente, où il n’y a presque pas de perte d’énergie. Une épaisseur optique forte signale une atmosphère relativement chargée en aérosols. Une forte baisse de la visibilité est associée à une grande valeur de l’épaisseur optique. C’est la raison pour laquelle les valeurs d’épaisseur optique sont particulièrement importantes à proximité des régions sources. Par exemple en Afrique de l’Ouest sous forte influence des poussières désertiques issues du Sahel et du Sahara, des épaisseurs optiques de 1,5 à 2 et pouvant même atteindre de valeurs supérieures à 4 sont fréquemment observés lors d’intenses tempêtes de sable (Pinker et al., 2010 ; Slingo et al.,2006 ; Milton et al., 2008). Ceci est illustré par cette image satellite de 2003 (Figure I.18) présentant l’épaisseur optique en aérosol à 550 nm en moyenne. En zones urbaines africaines, il est courant d’observer que l’AOT est de l’ordre de 0,6 (Djossou et al., 2018).

Figure I. 18:Composite de l’épaisseur optique en aérosol à 550 nm vue par 6 satellites en moyenne

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I.1.3 Impacts des aérosols sur l’environnement et le climat

Les aérosols ont un impact sur plusieurs phénomènes de l’atmosphère, depuis la formation des nuages, à celles des précipitations jusqu’au rayonnement solaire (Watson, 2002). Les aérosols produisent un forçage radiatif direct par absorption du fait de la présence de carbone suie et de certaines poussières minérales mais également par rétro-diffusion du rayonnement solaire lié au carbone organique (Jacobson et al., 2001a). Les forçages radiatifs induits par les différents types de polluants particulaires, sur la période 1750-2011 (IPCC, 2014), à l’échelle globale sont résumés à la figure I.19.

On attribue également à ces aérosols un forçage radiatif indirect résultant de leur capacité à être des noyaux de condensation et donc de leur influence sur la taille mais surtout sur le nombre des gouttelettes d’eau dans les nuages. Cela a pour conséquence une modification du temps de vie et des propriétés optiques de ces nuages (IPCC, 2001). Les aérosols interagissent donc avec les nuages mais leur action est complexe du fait de la présence de composés organiques hydrosolubles ou non qui peuvent jouer le rôle de micelles. L’échauffement de l’atmosphère peut changer les profils de température et impacter la dynamique des nuages (effet semi-direct) (Hill and Dobbie, 2008). En effet, le terme effet semi- direct décrit l’impact de l’absorption des aérosols absorbants (carbone suie) sur les nuages (Hansen et al., 1997), l’influence de cet effet est un réchauffement du climat (forage positif). Des travaux de Jeong and Wang (2010), de Jiang et al. (2013) et ceux de Levy et al. (2013) à travers des campagnes sur terrain et des observations par satellite, ont mis en évidence les effets (directs, semi-directs et indirects) des aérosols carbonés sur le cycle hydrologique des régions de mousson tropicale. Cela a été confirmé par les travaux de Ramanathan et al. (2005) dans le Nord de l’océan Indien, et particulièrement dans la région de l’Afrique de l’Ouest par Huang et al. (2009a, 2009b, 2009c). Tummon et al. (2010) en utilisant le modèle RegCM3, ont montré également que le cycle hydrologique en Afrique était affecté par les aérosols carbonés issus des feux de biomasse. On assiste ainsi à l’augmentation des précipitations dans le Sud de l’Afrique, conséquence de l’augmentation de la convection profonde entre 5°N et 8°S.

Les valeurs de forçage radiatif de réchauffement liées au BC provenant des

combustibles fossiles et biocarburants sont de l’ordre de +0.4 W.m-2_{. Quant au forçage radiatif}

de OC (-0.09 W.m-2_{, IPCC, 2014), il est à l’origine d’une augmentation du refroidissement. A}

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C’est le cas de celui des feux et poussières du Sahel (+19.3W.m-2_{) et au niveau du Sahara (+8.4}

W.m-2_{), démontrant ainsi l’impact significatif des aérosols des feux de biomasse et de}

poussières en Afrique de l’Ouest (Malavelle et al., 2011).

Les impacts des aérosols portent aussi sur l'environnement tant dans sa composante abiotique que biotique. En effet, les aérosols participent à l’altération des matériaux en corrodant, encroûtant et noircissant les bâtiments. Les particules/poussières issues de la combustion de produits pétroliers ou des activités industrielles minières salissent et détériorent particulièrement les bâtiments, en lien avec l’humidité, l’acidité et les micro-organismes. Les pluies acides provoquent directement ou via les sols des dégâts sur les végétaux et les arbres ainsi que des phénomènes de corrosion. Ces impacts ont été mis en évidence par Kanakidou et ses collaborateurs à travers les aérosols carbonés sur les écosystèmes (Kanakidou et al., 2012). Le carbone organique, l’azote (N), le fer (Fe), le phosphore (P), etc.… affectent les écosystèmes marins, la productivité biologique et par ricochet le cycle du carbone atmosphérique. Par ailleurs, l’aérosol peut également entrainer une réduction de la croissance des plantes, même sans dommage visible ou une résistance amoindrie des plantes à certains agents infectieux (Matsui et al., 2008).

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I.2 Impacts des aérosols sur la santé

Selon un récent rapport de l’Institut américain « Health Effects Institute (HEI) » basé sur des données de 2016, l’exposition à la pollution atmosphérique particulaire constitue la 6è cause de mortalité précoce dans le monde devant notamment l’alcool, une mauvaise alimentation et le manque d’activité physique, provoquant la mort de 4,1 millions de personnes par an (Figure I.20). Cette mortalité est due à des accidents vasculaires cérébraux, des pathologies cardiaques, des cancers pulmonaires, des pathologies respiratoires chroniques et des infections respiratoires. En France, la pollution atmosphérique est la 3è cause de mortalité, derrière le tabac (78 000 décès) et l’alcool (49 000 décès), contribuant à 9 % des morts annuelles selon Santé Publique France. Mais les concentrations de particules sont très inégales à l’échelle mondiale. Ainsi, les continents les plus concernés par l’impact de la pollution atmosphérique particulaire sont l’Afrique et l’Asie (Figure I.20).

Figure I. 20:Nombre de décès attribuables à la pollution de l'air par les combustibles solides en 2016

(State Globale air /2018, HEI https://www.stateofglobalair.org/health).

Selon des chiffres de l’Organisation mondiale de la santé (OMS), 90% des décès dus à la pollution de l’air se produisent dans des pays à revenu faible ou intermédiaire, principalement en Asie et en Afrique, suivis des pays à revenu faible ou intermédiaire des régions de la Méditerranée orientale, de l’Europe et des Amériques. Au niveau mondial, dans de nombreuses

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limites recommandées) pour la qualité de l’air établies par l’OMS. Dans les régions d’Afrique de l’Ouest, les fortes concentrations sont principalement dues à la poussière minérale véhiculée

par des vents de grande intensité depuis le Sahel (Leroux, 1983). Par ailleurs une grande partie

de la population brûle des combustibles solides, et à ciel ouvert, ou des savanes, ces facteurs pouvant également contribuer de manière substantielle à la pollution de l'air extérieur. Du fait des caractéristiques des aérosols (volatilité, taille, composition…) et de leur large présence dans l’air, la principale voie d’exposition aux aérosols est la voie respiratoire. C’est la raison pour laquelle les principales pathologies associées à l’exposition aux particules sont des pathologies respiratoires et cardiovasculaires (Figure I.21). Le Centre International de la Recherche sur le Cancer a classé, en 2013, les particules et la pollution de l’air extérieur comme cancérigènes pour l’homme (Loomis et al., 2013 ; Benbrahim-Tallaa et al., 2012) et l’avait également fait pour les échappements diesel en 2012. Il a souligné que dans la pollution de l’air extérieur, les matières particulaires étaient le polluant le plus étroitement associé à une incidence accrue de cancers, en particulier du poumon (Raaschou-Nielsen et al., 2016). Il a également été observé un lien entre la pollution atmosphérique et la proliferation du nombre de cancers des voies urinaires/de la vessie.

Figure I. 21:Classement mondial des facteurs de risque selon le nombre total de décès toutes causes

confondues pour tous les âges et les deux sexes en 2016 (State Globale air /2018, HEI

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