Observations au microscope électronique à balayage

Afin de compléter la caractérisation des particules atmosphériques, nous avons effectué des observations au microscope électronique à balayage. Les prélèvements ont été effectués à l’aide

du collecteur de particule (Partisol 2000 FRM) sur des périodes beaucoup plus courtes que les prélèvements pour la mesure des micropolluants dans les PM₁₀ (5, 12, 72 heures), avec des débits de prélèvements beaucoup plus faibles (5 L min^-1). Afin de ne pas surchauffer la pompe lors des prélèvements, des filtres nucléopores de diamètre 0,45 µm ont été utilisés. Ce diamètre va donc laisser passer les particules les plus fines qui nous limitera les observations, cependant nous verrons par la suite que le MEB atteint une limite d’observation proche de 1 µm.

Lors de nos observations, nous avons distingué plusieurs classes de particules que nous avons caractérisées de manière qualitative par micro sonde.

Particules organiques biologiques

Ces particules sont les plus grossières que nous ayons identifiées. On retrouve au sein de ce groupe des formes différentes de particules.

Le premier groupe est composé de particules de type "débris biologiques". Les tailles de ces particules sont variables, mais comme le montrent les figures 4.10a à 4.10c elles sont toutes supérieures à 5 µm. En termes de masse, ces particules sont importantes.

(a) (b)

(c)

Figure 4.10: Débris de nature biologique

Les analyses à la microsonde montrent que ces particules sont principalement composées de carbone et d’oxygène, confirmant leur origine biologique.

Le deuxième groupe est composé de pollens et de bactéries qui ont des formes beaucoup plus régulières que les débris (cf. figure 4.11a à 4.11c. Ces particules sont plus petites que les débris biologiques, avec des tailles comprises entre 2 et 7 µm.

(a) Pollen (b) Bactéries

(c) Bactérie

Figure 4.11: Pollens et bactéries

Comme le montre le spectre sur la figure 4.12 ces particules comme celles du groupe précé-dent, sont principalement formées de carbone (55%) et d’oxygène (20%).

Figure4.12: Composition d’une particule biologique

Ce type d’observations est cohérent avec les observations deLamprea(2009) qui avait iden-tifié un grand nombre de particules de ce type principalement des pollens.

Les particules minérales

Dans des fractions plus fines, on retrouve des particules avec des formes beaucoup plus

régulières de type particules en bâtons (cf. figure 4.13a), carrés réguliers (cf. figure4.13c). Ce type de particules est principalement d’origine mécanique issus de la croûte continentale, celles ci sont remises en suspension dans l’air par des phénomènes d’abrasion mécanique (érosion éolienne, trafic automobile) (WANGet al.,2008).

(a) Particules en bâton (b) Carré régulier

(c) Carré régulier avec une bactérie

Figure 4.13: Particules minérales

Figure 4.14: Composition d’une particule minérale

Ce type de particule (alumino-silicates)est composé majoritairement de silice (25 %), d’oxy-gène (40 %) et d’aluminium (10 %). Ces particules sont grossières avec des tailles allant de 2 µm à 5 µm.

En revanche nous voyons que même si les particules que nous avons vu jusqu’à présent semblent

dominer la teneur totale on peut constater que des particules plus fines, d’origine anthropique, sont également présentes.

Les particules organiques d’origine anthropique

Ces particules sont beaucoup plus fines que les précédentes et sont difficiles à distinguer avec un matériel comme le MEB, un microscope éléctronique à transmission (MET) permettrait peut être de mieux les observer. Ces particules sont en générale inférieures à 1µm, nous n’avons donc pu observer que les plus grossières d’entre elles. Elles sont de forme sphérique (cf. figure 4.15) parfois un peu plus irrégulières et brillantes.

(a) (b)

(c)

Figure4.15: Particules sphériques

Ces particules sont principalement formées lors des activités anthropiques, elles sont com-posées comme le montre la figure 4.16, en grande majorité de carbone (76 %) et d’oxygène (12

%). Ces particules sont caractéristiques d’émissions d’activités anthropiques (Lamprea, 2009;

WANG et al.,2008), les particules de formes sphériques sur les figures 4.15a et 4.15b sont pro-bablement émises lors des activités de combustion (trafic automobile, centrales thermiques). La particule brillante identifiée sur la figure 4.15c est observée dans plusieurs études (WANGet al., 2008;Colbecket al.,1997;Lamprea,2009), elle correspond à une particule de suie générée lors de la combustion des carburants.

Figure4.16: Composition d’une particule sphérique

Cartographie

(a) Cartographie Zn (b) Cartographie Cu

(c) Cartographie Sr

Figure 4.17: Cartographie au MEB et distribution en Zn, Cu et Sr sur une zone avec des particules sphériques

Afin d’approfondir la nature de ces particules anthropiques, une cartographie a été réalisée sur une zone caractéristique.Lamprea(2009) sur le même type d’observations, avait montré que ces particules pouvaient contenir du Ba s’associant généralement avec des sulfates formant ainsi du sulfate de barium ou baryte, caractéristique des résidus générés par l’abrasion des garnitures

de freins ou des peintures utilisées sur les routes. Cependant l’absence de soufre dans ce type de particule écartait cette hypothèse.

Nous avons donc cartographié une zone similaire, les éléments les plus fréquemment observés sont présentés sur la figure 4.17.

Les trois éléments présentés sont les plus significatifs de la composition des particules. Ces particules semblent essentiellement composées de strontium, ce type d’observation a déjà été faite parWidory(2006) qui a montré que le strontium est beaucoup plus présent dans les PM₁₀ que dans les PM₂.5. Le strontium se retrouve fréquemment dans l’atmosphère et est couramment utilisé comme traceur des aérosols ; il caractérise cendres volantes, les émissions d’hydrocarbures et les pigments de peintures. La présence du zinc (cf. figure 4.17a) et du cuivre (cf. figure 4.17b) sur les particules d’origine anthropique montre que ces éléments sont émis par des activités de combustions, probablement dues au trafic automobile.

Pour le reste des ETM, les concentrations faibles dans l’atmosphère n’ont pu permettre d’effec-tuer une cartographie.

Les agglomérats et particules non identifiées

(a) (b)

(c)

Figure 4.18: Agglomérats et particules non identifiées

Nous avons distingué un dernier groupe de particules avec des tailles variables mais restant supérieures à 5 µm.

La composition chimique de ces particules est variable, en effet sur la figure 4.18a l’analyse à la microsonde a montré une nature plus organique. Il s’agit sans doute, vu la taille importante, d’une particule biologique (débris végétal). En revanche, les agglomérats présentés sur les figures 4.18b et 4.18c sont de nature minérale principalement composés d’aluminium et de silice. Ce

type de particules avait été identifié par Lamprea (2009), qui les avait caractérisé comme des aluminosilicates.