Ce chapitre a présenté le cadre réglementaire qui oriente la surveillance de la qualité de l’air et les besoins en recherche engendrés, en particulier les mécanismes de dépôt sec des aérosols.
Il ressort de cette synthèse que le 7Be est un traceur potentiel des aérosols grâce à son origine
purement naturelle. Les mécanismes de formation et de dépôt des particules par voie humide sont également définis.
Les potentielles sources des polluants étudiés ont été identifiées et la méthode d’observation par microscope électronique à balayage (MEB) peut constituer une approche intéressante pour distinguer les particules d’origine anthropique et celles d’origine naturelle.
Les autres outils d’identification des sources des polluants ont été présentés.
En ce qui concerne plus précisément les polluants étudiés dans le cadre de ce travail, les méca-nismes d’évacuation du compartiment atmosphérique sont précisés. Les dépôts secs et humides concernent les éléments traces métalliques, les pesticides et les HAP. Des réactions de dégrada-tion (photodégradadégrada-tion) peuvent aussi constituer des mécanismes d’évacuadégrada-tion de l’atmosphère très importants.
Au vu de ces travaux menés précédemment sur la pollution en milieu urbain, il apparait nécessaire de se focaliser sur les flux de dépôt sec atmosphérique, pour lesquels peu de données sont actuellement disponibles. Cet aspect sera donc particulièrement abordé dans la suite de ce mémoire.
Matériel et Méthodes
Ce chapitre est consacré à la description des moyens mobilisés et des méthodes appliquées dans le but de quantifier les flux de polluants sur le bassin versant urbain du Pin Sec.
Dans un premier temps, le site d’étude est caractérisé par son contexte climatique, hydrolo-gique et urbain.
L’instrumentation nécessaire pour la détermination des flux de polluants mais aussi pour le cal-cul du bilan de masse des polluants, a été mise en place sur ce site et est décrite dans la deuxième section de ce chapitre. Il s’agit notamment des mesures de débit et de prélèvement des échan-tillons d’eau à l’exutoire du réseau d’eaux pluviales, des mesures de retombées atmosphériques sèches et humides et enfin des mesures de pluie.
La troisième partie détaille le traitement des échantillons d’eau et d’air, la description de la mise au point analytique, l’analyse des échantillons extraits (et reconcentrés), le calcul des flux mensuels de polluants et enfin la détermination des paramètres granulométriques des aérosols. Un dernier point est relatif aux incertitudes.
2.1 Le bassin versant du Pin Sec
Le bassin versant du Pin Sec (cf :figure2.1) fait l’objet d’un suivi depuis 2006 dans le cadre de l’Observatoire Nantais des Environnements Urbains (ONEVU). Plusieurs thèses ont notamment
été menées sur ce bassin versant, traitant de l’hydrologie quantitative (Le Delliou,2009) de la
caractérisation des polluants (Lamprea,2009) ou encore de flux d’énergie (Bagga,2012).
Cette thèse s’inscrit directement dans la suite des projets ONEVU en apportant une contribution sur les mécanismes de dépôt atmosphérique.
2.1.1 Contexte climatique
Le bassin versant du Pin Sec se situe au nord-est de la ville de Nantes entre la Loire et l’Erdre. Le climat est de type océanique avec des pluies fréquentes mais de faible intensité. La hauteur moyenne annuelle de précipitations est d’environ 800 mm. De fortes variations annuelles peuvent être observées (1087 mm à Nantes en 1999 par exemple). Les températures sont douces avec des températures maximales moyennes en hiver de 5℃ et en été de 18,5℃. La micro
climatologie urbaine y a déjà été étudiée parRuban et al.(2009). Elle y est définie comme étant la
résultante de l’interaction entre la morphologie urbaine et la climatologie régionale. Les processus physiques mis en jeu sont les transferts hydrologiques et énergétiques entre les surfaces urbaines et l’atmosphère, à des échelles variables, allant de la rue à l’agglomération. La mise en place de l’observatoire nantais des environnements urbains (ONEVU, anciennement secteur atelier pluridisciplinaire) (SAP)) dans le cadre du projet fédératif de l’IRSTV (Institut de Recherche en Sciences et Techniques de la Ville) a permis l’installation au sein du bassin versant du Pin Sec, d’une station météorologique sur le toit d’un immeuble de quatre étages et de 16 mètres de hauteur pour mesurer les paramètres météorologiques : vitesse et direction du vent, température et humidité de l’air, pression atmosphérique, radiations solaires entrantes et atmosphériques ainsi que les radiations solaires diffuses. Parallèlement à cette station météorologique, un mât télescopique d’une hauteur de 28 m, situé à proximité, est équipé avec des capteurs à différents niveaux afin d’obtenir des profils de température et d’humidité, de mesurer la vitesse et la
direction du vent ainsi que les flux turbulents. Les premiers résultats obtenus par Ruban et al.
(2009) montrent des effets d’ilots de chaleur modérés en été comme en hiver. Mais pour l’instant
l’analyse des flux de chaleurs sensible et latente sur les zones non homogènes comme le Pin Sec reste très délicate. Des études sont actuellement en cours pour mieux détailler l’occupation des sols et ainsi mieux caractériser les sources locales.
2.1.2 Contexte hydrologique
Le bassin versant hydrologique du Pin Sec, avec une surface de 120 ha, est quant à lui beaucoup plus étendu que le bassin urbain du Pin Sec. L’altitude y est comprise entre 13 et 29 m et la pente moyenne est de 0,9%. Il contient le bassin versant urbain du Pin Sec imperméabilisé
Tableau 2.1: Répartition des surfaces sur le Bassin du Pin Sec
bâtiments % moyen % moyen Hauteur quantité surface totale surface totale
vitres sur la vitres sur la moyenne vitrée (m2)
longueur largeur (m) façade( m2)
Immeuble 20 - 14 35 9 954 48 874
Maison 10 5 7 57 3 192 12 768
Duplex 20 5 6 30 2 520 10 080
Mitoyenne 20 5 7 10 834 14 733
à 49% avec une pente moyenne de 1,1%. Son réseau d’assainissement est un réseau séparatif, avec un réseau d’assainissement des eaux usées d’une longueur de 7,3 km et un diamètre à l’exutoire de 600 mm. Le réseau d’eaux pluviales visitable seulement à l’exutoire présente un diamètre de 1200 mm. La longueur totale du réseau d’eaux pluviales est de 4 km. Il se jette dans une canalisation enterrée reprenant le cours de l’ancien ruisseau des Gohards. Ce ruisseau retrouvait l’air libre 1,2 km plus en aval du bassin versant, mais suite aux travaux d’aménagement de l’éco-quartier Bottiere Chenaie, le ruisseau a été réouvert. Les eaux usées rejoignent le collecteur unitaire qui transporte les effluents vers la station d’épuration de Tougas située 10 km plus à l’ouest le long de la Loire.
2.1.3 Contexte urbain
Le bassin versant du Pin Sec a une superficie de 31 ha avec une population d’environ 2500
habitants (Lamprea,2009). L’occupation des sols se caractérise à l’est par des logements
résiden-tiels avec habitats collectifs et à l’ouest par des maisons individuelles. Les travaux de Lamprea
(2009) ont montré qu’environ 51% de la surface totale du bassin est perméable, occupée
principa-lement par des espaces verts (jardins privés, squares et parcs publics). Les surfaces imperméables sont représentées par les toitures, les trottoirs, les chaussées et les zones de parking. Les toitures représentent 18% de la surface du bassin. Quatre types de toitures (ardoise, tuile, toit terrasse
et tôle galvanisée) ont été identifiés lors des études précédentes (Lamprea, 2009). L’ardoise et
la tuile ont été caractérisées comme étant les matériaux les plus répandus sur les toitures des maisons individuelles avec des surfaces respectivement de 22 et 37% par rapport à la surface totale des toitures. La tôle galvanisée est la moins répandue et représente environ 2% de la surface totale, le reste étant représenté par les toits terrasses.
Les chaussées représentent 23% de la surface totale du bassin. Le trafic automobile est faible
avec un passage d’environ 1 200 véh j−1. Le boulevard Jules Verne à l’ouest est plus emprunté
avec un trafic de 9 400 véh j−1.
En complément de ces données, dans le cadre de cette thèse, la surface vitrée des façades verticales, a été calculée. Ce travail a été réalisé par des visites sur le terrain complétées par des informations cadastrales renseignant également la hauteur des bâtiments. La surface vitrée moyenne a été estimée à 20% de la surface totale de la façade pour les calculs éffectués sur un système d’information géographique (Mapinfo v.8,5). Une comparaison a été effectuée entre les résultats des observations sur site et ceux obtenus par calcul. Les valeurs obtenues sont reprises dans le tableau 2.1.