1.2.5.1 Fraction minérale

La fraction minérale de la matière particulaire est formée de composés minéraux cités ci-dessous :

a) Sulfates (SO42-)

Les aérosols sulfatés sont majoritairement issus de l’oxydation atmosphérique du

dioxyde de soufre (SO2). Ils sont d’origine anthropique et proviennent majoritairement de la

combustion des carburants fossiles et de la combustion de la biomasse (Mkoma et al., 2013). Cependant, ils peuvent être d’origine naturelle, provenant des émissions de sulfure de diméthyl (DMS) émis par le phytoplancton marin.

Par ailleurs, une étude récente menée par Ouafo-Leumbe et ses collaborateurs en zone

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ions avec les nitrates (NO3-), émis principalement par le sol durant la saison des pluies montrant

ainsi l’importance des émissions biogéniques (Ouafo-Leumbe et al. 2018).

En Afrique de l’Ouest, certaines études ont montré que la concentration de SO42- est de

l’ordre de 72 et 246 ng.m-3 _{dans les particules de PM2,5 et de PM10 respectivement, à Djougou,}

au Bénin. A Bamako, la contribution de SO42- est estimée à 22 et 19 % de la masse totale de

PM2,5 et de PM10 respectivement, et ces tendances présentent un pic pendant l'épisode de

poussière. Ceci souligne l'importance relative du SO42- dans les deux sites, probablement lié à

l'interaction entre les sulfates et la poussière à Bamako, au sel marin, à l'importance des émissions biogènes et aux feux de biomasse (Manktelow et al., 2010; Doumbia et al., 2012; Ouafo-Leumbe et al., 2018).

b) Nitrates (NO3-) et ammonium (NH4+)

Ils sont principalement de nature anthropique. Les précurseurs sont l’ammoniac et l’acide nitrique. L’ammoniac est émis par l’agriculture du fait de l’utilisation des engrais chimiques et par les effluents d’élevage. L’acide nitrique, provient de l’oxydation des oxydes d’azotes (NOx) qui sont émis par les processus de combustion (feux de biomasse, industries, combustion de carburants fossiles) (Bauer et al., 2007). Le nitrate d’ammonium particulaire se forme en atmosphère riche en ammoniac. L’acide nitrique peut aussi réagir avec les sels marins et les poussières pour former du nitrate particulaire. Dans les zones urbaines africaines, la combustion de biomasse, les feux domestiques, la combustion de biocarburants, certains

procédés industriels et le trafic automobile constituent une source importante de NH3 (Paulot et

al., 2017b ; Behera et al., 2013 ; Akagi et al., 2011 ; Sun et al., 2017 ; Teng et al., 2017; Prevot et al., 2017 ; Sapek, 2013; Whitehead et al., 2007 ; Adon et al. (2010, 2016) ; Liousse et al.,

2014). Les NO3- ne sont pas négligeables en Afrique, avec une proportion variant de 4 à 6% à

Dakar et de 7-8% à Bamako et des proportions relativement plus élevées au Bénin. Il se retrouve

particulièrement et majoritairement dans les particules fines et montre des corrélations

légèrement meilleures avec Al, Be et Ti (R2_{> 0,97), ce qui indique une contribution des}

processus hétérogènes de formation des nitrates sur les poussières désertiques(Doumbia et al.,

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c) Chlorures (Cl-_{), Sodium (Na}+_{), Potassium (K}+_{), Magnésium (Mg}2+_{), Calcium}

(Ca+₎

Ces ions sont habituellement trouvés comme des éléments majeurs des contributions marines et terrigènes dans les aérosols. A une distance considérable de la mer, la contribution marine peut devenir négligeable (Putaud et al., 2004 ; Duan et al., 2005). Ils peuvent être également émis par les feux de savanes (Gaudichet et al., 1995) ou contenus dans certains aérosols de combustion suite à la neutralisation par l’ammoniac des vapeurs d’acide chlorhydrique émises par les incinérateurs et les centrales énergétiques. Ces ions ont une contribution non négligeable en Afrique. La concentration de chaque ion peut varier entre 15,7

et 24,1 µg.m-3_{, soit 3-6% des TSP, PM10 et PM2,5 à Bamako. Cependant, à Dakar, cette}

contribution semble plus importante (21,5-38,9 µg.m-3_{, soit 13-25%) (Doumbia et al., 2012).}

d) Eléments traces

Les éléments traces métalliques proviennent généralement des sources de remise en suspension des sols (érosion éolienne, abrasion des routes par le trafic, débris de freins ou de pneu, etc.) et par des sources industrielles (Götschi et al., 2005 ; Rajšić et al., 2008 ; Salvador et al., 2012; Vallius et al., 2005). Les éléments tels que Al, Fe, Si sont les principaux composés traces retrouvés dans les poussières désertiques. L’aérosol émis de l’abrasion des freins de voiture est enrichi en cuivre (Cu) tandis que celui issu de l’abrasion des pneus est enrichi en

zinc (Zn) (Adachi and Tainosho, 2004). Les éléments traces dépendent du type de source

considérée, des processus mis en place mais aussi des matériaux utilisés (Yatkin et Bayram, 2008). Par exemple, la production d'acier concerne les éléments Pb, Cd, Cr, Zn, Mn, As, Ni (Moreno et al., 2006). Les sources de combustion de fiouls lourds émettent un aérosol principalement enrichi en aluminium (Al), en fer (Fe), en calcium (Ca), en vanadium (V) et en nickel (Ni) alors que la combustion de charbon émet un aérosol uniquement enrichi en Al, Ca et Fe (Yatkin et Bayram, 2008).

Il existe un sous-groupe d’éléments traces appelé éléments traces métalliques ou métaux lourds. Il englobe un grand nombre d’éléments présents en très faible teneur dans l’environnement. Ce sont des métaux de densité élevée. Dans l’air, les métaux lourds se retrouvent majoritairement sous forme particulaire à l’exception du mercure qui est principalement gazeux.

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Ils proviennent de la combustion des combustibles fossiles et du bois, des cimenteries, de l’agriculture, de certains procédés industriels et de l’incinération des déchets. Des études récentes notamment celle de (Ouafo-Leumbe et al., 2018) menée en Afrique estime que l’Al et le Fe présentent des concentrations les plus élevées des éléments traces quelle que soit la fraction. Ils représentent plus de 94 % de la concentration massique totale d'oligo-éléments sur

l'ensemble de la période. A Djougou (au Bénin), l’Al représente environ 66 et 63 % des PM2,5

et PM10 respectivement à l'échelle saisonnière tandis qu’à Dakar (Sénégal), la source de

poussière minérale repérée par les éléments Al, Fe et Ti contribue pour 28% de la masse des

TSP, 18% de celle des PM10 et 13% de celle des PM2,5 (Doumbia et al., 2012; Ouafo-Leumbe

et al., 2018).

e) Poussières minérales (dust)

Terme générique pour décrire les particules primaires émises par les sols et qui regroupe

des éléments traces (Al, Fe, Si, …) et des ions (Ca++_{, Na}+_{, …), les poussières minérales peuvent}

représenter entre 6-50% de la masse totale des PM en zone urbaine (Doumbia et al., 2012 ; Andreae and Crutzen, 1997 ; Ramaswamy et al., 2001). Elles sont majoritairement d'origine naturelle (érosion, sable du désert). Mais elles proviennent également de sources anthropiques comme l’agriculture (récolte, labour, etc.), les industries (production de ciment) et le transport routier. L’Afrique, à l’échelle globale, est la plus grande source d’aérosols minéraux. En effet, l’estimation des émissions de poussières minérales injectée par le Sahara et ses bordures dans l’atmosphère varie entre 600 et 900.Tg par an (Andreae, 1991 ; Callot et al, 2000 ; Ozer et al., 2003 ; Laurent et al., 2008), soit approximativement la moitié de la production de poussières minérales en suspension dans l’atmosphère à l’échelle globale (Goudie, 1996 ; Ginoux et al., 2001 ; Tegen et al., 2002 ; Zender et al., 2003a; Diana,2008). Des régions arides et semi-arides de l’Afrique septentrionale et occidentale contribuent largement à l’injection globale de poussières minérales dans l’hémisphère nord (Prospero et al., 2002 ; Washington et al., 2003). La composition et les concentrations des aérosols sont fortement influencées par la présence de poussières minérales aux niveaux local et régional. Pour quantifier l'impact des intrusions de poussières locales ou sahariennes sur les concentrations de particules, la teneur en élément trace (Al, Fe, élément de la croûte terrestre) est fréquemment utilisée, suivant des approches décrites dans la littérature.

Une autre relation est aussi utilisée pour déterminer la quantité de dust à partir des ions calcium non marins (Sciare et al., 2005). En Afrique de l’Ouest, en milieu urbain, plus précisément à

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Dakar et à Bamako, la contribution des poussières issues des croûtes terrestres a été estimée à (5-20%), celle des poussières minérales à (13-23%), et des poussières routières en suspension à (8-29 %).