Condensation Evaporation Dissolution et
3.3 Estimation du dépôt sec de composés oxy-azotés
Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes orientés vers l’étude des oxydes d’azote. Ces derniers sont corrélés au trafic, tous types de véhicules (VL ou PL), de motorisation (essence ou diesel) et de génération confondus. Ils ont d’autre part un effet environnemental probable à l’échelle des vallées. Toutefois, ces dernières sont peu propices à la dispersion rapide des polluants. Or, le volet de cette synthèse consacré à la dispersion a montré que les NOx sont très réactifs dans l’atmosphère. Ce qui fait que les réactions chimiques s’enchaînent avant que les composés azotés produits ne migrent vers d’autres régions ou ne se déposent. Ainsi, il apparaît essentiel d’estimer les teneurs de l’ensemble des composés azotés, pas uniquement celles de NO2.
R e m a r q u e i m p o r t a n t e
Les dépôts d’azote oxydé sont issus de la famille des NOy, composés oxy-azotés (parfois dénommés nitroxydes), très réactifs dans l’atmosphère. Mais, une autre famille de dépôts azotés contribue tout autant aux dépôts azotés totaux. Il s’agit des dépôts d’azote réduit issus de la famille de l’ammoniac NH4, éléments peu réactifs de l’atmosphère [CEE-NU, 2001c, p. 1]. L’origine des espèces d’azote réduit est essentiellement agricole. Ainsi, il importe de rappeler que notre champ d’étude est celui de la pollution automobile et donc celui des dépôts d’azote oxydé (oxy-azotés) qui ne constituent donc qu’une partie de l’ensemble des dépôts azotés.
Les processus de dépôts ont été décrits en détails. Le flux de dépôt sec constitue une partie des dépôts. Il est fonction de la concentration dans l’air et du coefficient de vélocité propre à chaque espèce. L’autre partie se fait sous forme humide, en relation avec la chimie multiphasique qui gouverne les gaz, l’eau et les aérosols atmosphériques.
Concentrations respectives des principaux composés azotés. – Le modèle de chimie atmosphérique développé par BEY [1997] permet d’estimer – pour un scénario rural – les concentrations respectives des principaux composés oxy-azotés (NO, NO2, NOx, PAN, HNO3). Les composés ammoniacaux sont ignorés dans ce modèle. Ce modèle intègre les flux de radicaux et les transformations des précurseurs d’ozone : COV et NOx mais aussi les processus nocturnes, moins bien connus que la chimie diurne. Ainsi, il permet d’estimer les concentrations de l’ensemble des espèces oxy-azotées et définit ainsi des rapports entre leurs différentes concentrations. Connaissant les concentrations en NO2, il devient possible d’estimer celles des autres éléments. Les dépôts azotés totaux sont estimés sur les bases suivantes :
Composés nuit jour 24 heures
PAN 6,5% 15% 11%
HNO3 8% 25% 16,5%
NO <1% 7% 4%
NO2 65% 30% 47,5%
Tableau 19 : Contributions des principaux NOy à la concentration
diurne et nocturne totale en NOy [BEY, 1997, p. 175]
En se basant sur NO2, on a pour 1 ppb de NO2 : 0,35 ppb de HNO3, 23 ppb de PAN et 0,08 ppb de NO.
Coefficients de vélocité utilisés pour chaque composé. – Les coefficients de vélocité (ou vitesse de dépôt) sont donnés en cm/s. Le flux de dépôt est estimé en multipliant cette vitesse par la concentration exprimée en molécules/cm3.
Composés Vitesse de dépôt maximale (pendant la journée) Vitesse de dépôt minimale (pendant la nuit) Vitesse moyenne utilisée dans ce travail SO2 0.58 0.11 O3 0.65 0.12 NO2 0.55 0.05 0.3 cm/s NO 0.01 0.01 HNO3 3.2 1.8 2,5 cm/s H2O2 0.8 0.17 HCHO 0.6 0.05 CH3CHO 0.25 0.01 CH3OOH 0.45 0.04 CH3C(O)OOH 0.45 0.04 PAN 0.38 0.04 0,21 cm/s HONO 0.52 0.12
Tableau 20 : Vitesses de dépôt obtenues pour l’ensemble des espèces pour le scénario rural [BEY, 1997, p. 111]
De cette façon, il est possible de proposer une estimation de la valeur de dépôt sec des composés oxy-azotés.
Ce premier chapitre, un peu long, est nécessaire car la pollution automobile est un sujet complexe. Il fait appel à des connaissances de diverses disciplines dont il est important de disposer pour permettre une réflexion relativement autonome et réaliste. De nombreuses simplifications sont véhiculées par des présentations trop succinctes.
Nous avons commencé par traiter des émissions : les principaux polluants, les unités de mesures, la part de la pollution automobile dans les émissions totales, les facteurs influençant ces émissions, notamment le parc automobile, la mesure des émissions unitaires, les émissions « naturelles », les cycles et les échelles de pollution. L’étude des oxydes d’azotes a été privilégiée pour l’importance de la contribution des transports routiers aux émissions, pour ses effets sur l’environnement et les échelles spatio- temporelles correspondant aux sites d’étude.
Dans le second volet, nous avons rappeler les principaux mécanismes commandant la dispersion : météorologie (et ses spécificités montagnardes) et processus physico-chimiques (forte réactivité des oxydes d’azote, transport ou dépôt sous d’autres formes).
Enfin, les processus de dépôt sec et humide ont fait l’objet du dernier volet. Un point spécial a été consacré à la question de l’estimation des différentes espèces azotées.
Notons que chaque thématique abordée aurait mérité davantage de développements car la pollution est un thème pour lequel presque chaque affirmation doit être nuancée tant les interactions entre de nombreux processus sont nombreuses et les incertitudes encore grandes, notamment en ce qui concerne la mesure auquel est dédié le chapitre suivant.
C h a p i t r e
I I
PR O T O C O L E S D E
M E S U R E S E T V A L I D A T I O N
(V A L L E E S D’ AS P E E T D E
BI R I A T O U)
La première partie de cette thèse a mis en évidence la complexité du problème de l’incidence de la pollution des transports routiers sur les écosystèmes de montagne ; de nombreux aspects liés à cette problématique ont été abordés, d’autres ont été écartés. C’est le cas du système français de surveillance de la qualité de l’air.
A l’échelle nationale, l’ADEME assure une mission de coordination technique de la surveillance de l’air, de gestion des fonds destinés à cette surveillance et élabore des protocoles d’acquisition et d’échanges de données issues des réseaux de mesures : ces dernières sont centralisées et gérées au sein de la Base de Donnée sur la Qualité de l’Air (la BDQA) [ADEME, 2001, pp. 14-20]. Localement, la mesure de la qualité de l’air est assurée par le réseau des AASQA (Association Agréées de Surveillance de la Qualité de l’Air). Regroupées au sein de la fédération ATMO, ces 39 associations reçoivent le soutien technique du Laboratoire central de surveillance de la qualité de l’air (LCSQA). Depuis
1995, les données récoltées permettent d’informer le grand public grâce à un indicateur synthétique de la qualité de l’air : l’indice ATMO [GARCIA et COLOSIO, 2001, p. 46].
Des disparités très fortes existent entre les régions : dans certaines, les structures sont anciennes. Elles disposent alors – en général – d’un nombre de capteurs plus important, d’une longue expérience et de ressources humaines. L’Aquitaine fait partie des dernières régions à s’être dotée d’une structure de surveillance : AIRAQ (Association pour la surveillance de la qualité de l’air en Aquitaine). Née dans les années 1990, son réseau d’analyseurs doit encore être développé.
En 2000, le parc des analyseurs comptait, pour la France, 560 machines pour la mesure du dioxyde de soufre, 471 pour les oxydes d’azotes, 353 pour l’ozone, 400 pour les particules et les fumées noires, 61 pour les hydrocarbures totaux, 22 pour le plomb et 120 pour les oxydes de carbones [ADEME, 2001, pp. 22]. Ce parc se concentre essentiellement en milieu urbain, dans les grandes agglomérations et les principales villes régionales. Le réseau s’étoffe cependant peu à peu dans les espaces périurbains et ruraux. Le maillage reste toutefois beaucoup trop lâche par rapport à nos propres besoins, ce qui explique que nous soyons obligés de réaliser nos propres mesures, avec le contrôle de spécialistes. Si cela pose certaines difficultés, l’avantage est de pouvoir mettre en place un protocole intégrant dès sa conception les contraintes de la recherche en géographie.
Ce chapitre est consacré à la description de la phase d’acquisition des données : description du protocole de mesure visant à quantifier la pollution émise par les véhicules, description des appareils, validation des mesures obtenues. Parallèlement, d’autres données sont nécessaires à nos travaux comme les données du trafic et les données météorologiques par exemple. Si nous avons complété le dispositif de mesure de la pollution par la mise en place d’une station météorologique (cf. § 1.3.4 Mesures météorologiques, p. 161), nous avons également besoin des données fournies par les AUTOROUTES DU SUD DE LA FRANCE (ASF) et la Direction Départementale de l’Equipement (DDE) pour les données de trafic, METEO- FRANCE et AIRAQ pour des compléments de données météorologiques et sur la qualité de l’air à l’échelle régionale.
La genèse des données qui constituent la base de l’étude est une étape primordiale. Elle apporte les informations garantissant la transparence vis-à-vis des valeurs utilisées (possibilités de contrôle) et permet de juger de la qualité et du soin porté. N’étant pas spécialistes de la métrologie, il est nécessaire de donner suffisamment de détails pour asseoir le travail ultérieur sur des bases bien précisées, permettre les vérifications afin de disposer d’un minimum de crédit auprès des autres disciplines. Du coup, l’approche géographique que nous revendiquons ne sera véritablement au cœur de la réflexion que dans les parties suivantes.
Pour l’heure, la présentation du protocole de mesures et de validation des données de base s’articule en quatre sous-parties : la justification des choix, la description des campagnes de terrain et des procédés analytiques utilisés, les données fournies auprès d’autres organismes.