3.1 Validation de l’utilisation du 7 Be comme traceur des aérosols
3.2.3 Les éléments traces métalliques dans les PM 10
Figure 3.22: Évolution mensuelle des concentrations en ETM dans les PM10
Tous les éléments traces métalliques recherchés ont été détectés à l’exception du cadmium qui était parfois en dessous des limites de quantification. Globalement, les concentrations res-tent faibles et inférieures aux limites réglementaires. Comme nous pouvons le voir sur l’évolution annuelle présentée sur la figure 3.22, montre de grandes fluctuations. On note des pics de concen-trations en septembre 2010 avec une baisse au mois de Janvier 2011 (sauf pour le zinc). Puis semble se poursuivre jusqu’au mois de juin 2011. Les concentrations remontent en fin de période estivale.
La figure 3.23 confirme la grande disparité en termes de concentration, existant pour un même élément. En prenant toutes les concentrations hebdomadaires obtenues nous voyons bien l’abondance relative des éléments avec les trois éléments majoritaires que sont le zinc, le cuivre et
le plomb. Pour les autres éléments afin de mieux les visualiser sur le graphique leurs teneurs ont été multipliées par 10. On constate que par rapport aux études antérieures de Lamprea (2009) sur le dépôt total atmosphérique l’abondance relative des métaux est légèrement différente ; avec par ordre décroissant ZnCu > Cr≈Ni > Pb > Cd. Le plomb semble donc être plus abondant par rapport aux autres éléments que dans les retombées totales.
●
●●
●
●
●
●●
●
●
●
●
●
●●
●
●
●
●
●●
●
●
●
●
●
●●
●●
●
●● ●
●
●
●
●
●
●●
●
VX10 CrX10 NiX10 Cu Zn AsX10 CdX10 Pb
010203040506070
concentration (ng/m3 )
Figure 3.23: Concentrations en métaux dans les PM10
Une analyse en composantes principales des distributions des teneurs en métaux dans les particules atmosphériques a été réalisée afin de dégager des tendances des corrélations pouvant exister. Une première analyse prenant en compte tous les mois a été réalisée montrant le caractère particulièrement exceptionnel du mois d’avril 2011, nous avons donc par la suite supprimé ce mois. L’analyse présentée sur la figure 3.24 montre bien que le zinc, le cuivre et le plomb sont les trois éléments qui vont contribuer de manière importante à l’établissement de l’analyse. On remarque aussi que la répartition des individus (mois) montre un effet de saisonnalité surtout pour les 3 mois d’été juin, juillet et août qui sont regroupés.
−0.4 −0.2 0.0 0.2 0.4 0.6
−0.4−0.20.00.20.40.6
Analyse en composantes principales
Comp1 84%
Comp2 15%
Sept Nov Oct
Déc
Janv mai
juin
juillet août
−0.4 −0.2 0.0 0.2 0.4 0.6
−0.4−0.20.00.20.40.6
VNi
Cu
Zn CdAs
Pb
Figure3.24: Analyse en composantes principales des teneurs en métaux dans les PM10
Tableau 3.5: Corrélations des métaux avec différents paramètres
pression atmosphérique température precipitation PM10 humidité relative
V 0.75 0.65 -0.77 0.15 -0.44
Cr -0.10 -0.35 -0.26 0.93 -0.10
Ni 0.70 0.41 -0.74 -0.02 -0.92
Cu -0.19 -0.31 0.39 0.30 0.48
Zn -0.32 -0.58 -0.01 0.81 0.63
As -0.23 -0.64 -0.04 0.97 0.62
Cd -0.64 -0.88 0.46 0.73 0.70
Pb -0.23 -0.40 0.19 0.47 0.56
L’influence des conditions météorologiques et des teneurs en particules (PM10) sur les concen-trations en métaux dans l’air a été recherchée.
Un certain nombre de corrélations sont mises en évidence, en particulier entre métaux et PM10: As (0,97), Cr(0,93), Zn (0,81), Cd (0,73), ce qui montre l’affinité des métaux avec les PM10. En revanche, les faibles corrélations pour les autres métaux pourraient s’expliquer par des apports beaucoup plus locaux de polluants se fixant sur des particules grossières se déposant rapidement.
Il est donc possible que ces particules ne soient pas mesurées par les dispositifs de mesure des
PM10 de Air Pays de la Loire, expliquant ces faibles corrélations.
Une forte corrélation négative existe entre le nickel et le taux d’humidité relative (-0,92), tandis que le zinc, l’arsenic et le cadmium sont corrélés positivement avec ce paramètre. Nous avons vu précédemment, dans le paragraphe 3.1.2.1, que l’humidité relative est généralement corrélée négativement avec le taux de particules en effet plus l’humidité augmentera et plus la taille de la particule augmentera ce qui aura pour effet d’accroitre sa vitesse de dépôt et de réduire son temps de séjour dans l’atmosphère. En ce qui concerne la pression atmosphérique des corrélations positives sont observées avec le vanadium (0,75) et le nickel (0,70) et une négative avec le cadmium (-0,64).
Une corrélation négative avec la température est observée pour le cadmium (-0,88) et l’arsenic (-0,64) alors que le vanadium est corrélé positivement.
Il est surprenant par ailleurs d’observer des corrélations faibles entre métaux et taux de précipitation ; en effet on aurait pu s’attendre à avoir de fortes corrélations négatives étant donné que la pluie a tendance à lessiver l’atmosphère. Or il apparaît que seuls le vanadium et le nickel présentent des corrélations négatives assez fortes respectivement -0,77 et -0,74. On observe aussi des corrélations positives faibles et non expliquées pour Cu, Cd et Pb. Nous avons voulu savoir si la pluie pouvait avoir une influence significative sur les concentrations en métaux dans les particules atmosphériques. Pour cela nous avons séparé les semaines sèches (c’est à dire où le cumul des précipitations hebdomadaires est inférieur à 5 mm) des semaines humides ( cumul hebdomadaire supérieur à 5mm). Nous avons choisi ce seuil de 5 mm car nous avons remarqué qu’à cette valeur les intensités horaires pluvieuses étaient très faibles et ne constituaient pas un événement pluvieux. Nous avons examiné les écarts des moyennes des concentrations des métaux dans les particules atmosphériques sur les semaines sèches et pluvieuses. Les résultats des moyennes des concentrations avec leurs intervalles de confiance sont présentés sur la figure 3.25.
Figure3.25: Répartition des métaux dans les PM10 en fonction des semaines humides et sèches
De manière générale, nous voyons que la pluie n’explique pas de manière significative la teneur des ETM dans les PM10, sauf peut être pour certains éléments comme le vanadium et le nickel. Afin de confirmer cette tendance, nous avons réalisé un test de Whitney (ou Mann-Whitney-Wilcoxon) ; ce test non paramétrique permet de tester si deux échantillons ont la même
moyenne. Les valeurs-P ont été testées au seuil de 5%, l’hypothèse H0 est "les échantillons ont la même moyenne". Les résultats sont présentés dans le tableau 3.6.
Tableau 3.6: Valeurs-P obtenues par le test de Wilcoxon Eléments Valeurs-P
V 0.02614
Cr 0.1847
Ni 0.07793
Cu 0.9893
Zn 0.3983
As 0.221
Cd 0.8798
Pb 0.8202
Le test nous permet de voir qu’il y a une différence significative entre les moyennes des teneurs en vanadium entre les semaines sèches et humides puisque le test montre qu’au seuil de 5% il y’a 3% de chance que l’hypothèse que les distributions des teneurs de vanadium entre semaine sèche et humide soient identiques. Ils semblent que la même tendance se dégage pour le nickel mais avec une valeur-P beaucoup plus élevée. Ce résultat très intéressant montre qu’il sera complexe de déterminer des taux de rabattement des aérosols par les eaux de pluie. En effet la pluie n’influe pas sur l’abaissement des concentrations des métaux dans la phase particulaire des aérosols, mais cependant pour le nickel et le cadmium une différence significative apparaît, il est possible que sur ces éléments la pluie ait un rôle prépondérant dans leurs teneurs dans l’atmosphère.
3.2.4 Les hydrocarbures aromatiques polycycliques et les pesticides dans les