La littérature sur la pollution atmosphérique évoque régulièrement des noms de polluants.
On parle aussi de la dispersion et de la transformation de ces polluants. Les impacts et les cibles sur lesquels se manifestent les impacts sont également très souvent mentionnés. La pollution de l’air apparaît ainsi comme une boîte noire aux yeux d’un lecteur non averti.
On cherche ainsi à décrire, dans cette partie, le mécanisme global de la pollution atmosphérique.
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Seule la pollution de l’air extérieur est étudiée dans cette thèse dans la mesure où les transports qui constituent notre sujet d’étude interviennent majoritairement au niveau de la qualité de l’air extérieur. Cette pollution se manifeste essentiellement dans la couche de l’atmosphère comprise entre 0 et 30 km d’altitude. Elle est caractérisée par les
concentrations en polluants atmosphériques et les impacts résultant de l’exposition des cibles à la qualité de l’air.
III-1-1-Les émissions :
Les polluants atmosphériques qui contribuent à la dégradation du patrimoine bâti sont principalement des particules et des produits corrosifs [Diren & coll.]. Au sein des particules, ce sont surtout les particules de grande taille (suies, particules abrasives…) qui interviennent majoritairement dans les salissures. Au sein des produits abrasifs, les gaz aux propriétés acides ou oxydantes (HNO3, H2SO4, O3 …) sont les principaux acteurs de la corrosion des matériaux (Baer & coll., 1985; Miles, 1986; Thomson, 1954; 1986).
Parmi les polluants contribuant à la dégradation du patrimoine bâti, aucun n’est réglementé. D’après [Citepa], le secteur des transports émettrait 9 % du total des émissions sectorielles annuelles de particules en suspension, 23 % de PM10, 20 % de PM2,5 et 15 % de PM1, 54 % de NOx, (plus %) 29 % de COV, et 6 % de SO2 .
L’activité de transport et principalement le trafic, comme d’autres secteurs d’activités anthropiques, constituent une source importante d’émissions de polluants primaires dans l’atmosphère. Parmi ces polluants, on recense par exemple les poussières ou les particules, le dioxyde de soufre (SO2), les oxydes d’azote (NOx), le monoxyde de carbone (CO), les métaux lourds, les composés organiques volatils (COV), le fluor, l'acide chlorhydrique, le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), le protoxyde d’azote (N2O), les chlorofluorocarbures (CFC), les hydrofluorocarbures (HFC) , les perfluorocarbures (PFC), les hexafluorures de soufre (SF6), les organochlorés (dioxines et furannes), les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP)… (Ademe, 2003a).
Les émissions de polluants atmosphériques sont ponctuelles et instantanées, c’est-à-dire qu’à chaque instant un système peut émettre de nouvelles molécules d’un même polluant, à un endroit donné. Etant donné que l’émission ponctuelle d’une molécule à un instant donné est forcément distincte d’une autre molécule émise au même instant et/ou au même endroit, ou à un instant différent et/ou à un endroit différent, les molécules émises peuvent être sommées sur un intervalle de temps donné ou pour une activité donnée, et sur un espace donné (grandeur extensive16). Elles sont ainsi mesurées pour un polluant donné et une source donnée.
Type d’émission
Il existe principalement deux types d'émissions :
- Les émissions biogéniques, provenant de sources naturelles telles que les volcans, les feux de forets, l'émission de sels de mer ou l'érosion du sable, ou encore les composes organiques volatiles (COV) émis en particulier par la photosynthèse, - Les émissions anthropiques, dues à l'activité humaine, c'est-a-dire au transport
(routier et aérien), aux émissions industrielles, au chauffage et à l'agriculture.
62 III-1-2-Le processus de transport-dispersion:
Les particules d’origine automobile qui interviennent dans la dégradation du patrimoine bâti sont transportées sur des distances assez faibles. Les gaz corrosifs peuvent être transportés sur des distances bien plus grandes (1000 à 2000 km) (Luiset, 2000).
Lorsqu’un polluant primaire est émis dans l’atmosphère, il est soumis aux processus de transport et de dispersion dont le calcul repose sur le principe de la continuité-conservation [Martin & coll., 1988]. La dispersion et le transport des polluants dans l'air sont très variables dans le temps et dans l’espace, et dépendent de l'état de l'atmosphère, des conditions météorologiques, des facteurs topographiques, des facteurs anthropiques et des éléments propres aux polluants.
III-1-3-Les transformations physico-chimiques :
Les polluants qui interviennent dans la dégradation du patrimoine bâti sont des particules (polluants primaires) ou des polluants secondaires dont les processus de transformation ont déjà été présentés au niveau de l’acidification ou de la pollution photochimique.
Dans le cas de certains polluants et sous des conditions atmosphériques particulières, il existe des processus de transformation physico-chimiques des polluants primaires émis, en polluants dits secondaires, car non émis directement par les sources (Ademe, 2003a;
Federation Atmo, 2002). Les transformations sont plus ou moins rapides et ont lieu dans la troposphère et la basse stratosphère. Dans le cas de la formation d’ozone troposphérique à partir des émissions de COV et de NOx, les transformations chimiques sont assez rapides, de l’ordre de l’heure. En revanche, dans le processus de formation des précurseurs de diminution de la couche d’ozone, les réactions chimiques sont beaucoup plus longues (quelques mois) dans la mesure où elles nécessitent des conditions atmosphériques (physiques) particulières. Les facteurs qui interviennent le plus dans les processus de transformations sont la stabilité physico-chimique du polluant et les facteurs météorologiques
III-1-4-Les concentrations :
La concentration des polluants atmosphériques émis par les transports et impliqués dans la dégradation du patrimoine bâti commun est suivie par les réseaux de mesures de la qualité de l’air (pollution de fond : Particules, O3) (Baer & coll., 1985; Diren & coll.; Miles, 1986; Thomson, 1954; 1986).
L’exposition aux polluants affectant le patrimoine bâti commun est globalement plus grande dans les zones urbaines et suburbaines que dans les zones rurales.
La dégradation du patrimoine bâti commun peut être caractérisée par : - l’émission de particules, de NOx, de COV, de SO2, et de CO ;
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- la dégradation du patrimoine bâti (impact réversible), dont le mécanisme d’impact est un impact physique et non linéaire.
III-1-5-L’immission :
La teneur ou la concentration désigne en règle générale la présence de polluants dans l’air extérieur. Plus précisément, la concentration d’un polluant représente la présence d’un certain nombre de molécules du polluant dans un volume d’air déterminé, sur une zone donnée (pouvant être réduite à un point), et à un instant donné. Elle est normalement exprimée en unité de masse par unité de volume, par exemple en mg/m3 .
Dans la littérature, on trouve souvent le terme d’immissions (d’origine allemande) pour caractériser la teneur ou la concentration. Ce terme désigne la résultante des émissions après dispersion, c’est à dire après modification par la morphologie urbaine et par des paramètres météorologiques, comme le vent, eux aussi influencés par la présence du bâti (Figure I-3).
Figure I-3-Emissions et immissions en milieu urbain. (Source : Maignant, 2007)
Les concentrations ne dépendent que très peu du récepteur et de la couverture du sol (Martin & coll., 1988). Elles dépendent principalement des émissions du polluant considéré et des conditions de dispersion et de transformation (durée de vie) dans l’air.
Les molécules présentes à un instant donné et à un endroit donné peuvent correspondre par exemple à l’ensemble des molécules émises :
- à cet instant donné et à cet endroit donné - à un instant antérieur à ce même endroit - à un instant antérieur et à un endroit différent.
Contrairement aux émissions qui ont un caractère instantané, les concentrations (mesurées en instantané) disposent ainsi d’une inertie temporelle d’une part, et d’une inertie spatiale d’autre part.
Cette double inertie permet de définir l’échelle temporelle et l’échelle spatiale de la pollution atmosphérique. Les deux échelles peuvent être divisées en trois niveaux. Avec principalement l’ensoleillement et les précipitations. Les transformations physico-chimiques font l’objet de modélisations plus ou moins complexes et de mieux en mieux déterminées.
III-1-6-La déposition atmosphérique :
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La déposition atmosphérique se réfère à l’ensemble des processus de transfert d’interface qui concourent à diminuer la teneur d’une substance présente dans l’air (Ademe, 2003a;
Martin & coll., 1988). La déposition sèche correspond au transfert d’un aérosol ou d’un gaz entre l’air et un réservoir tel que le sol, la végétation, l’eau ou un élément anthropique.
La déposition humide est un transfert qui s’effectue par les précipitations et, dans certains cas, par les brouillards et la rosée. La déposition est habituellement mesurée dans une unité de masse rapportée à une unité de surface et une unité de temps (mg/m²/jour par exemple)