SOURCES D’EMISSION DES POLLUANTS ATMOSPHERIQUE

quelles sont les sources responsables de ces émissions. Ces sources peuvent être naturelles ou liées à l’activité humaine, ce qui à une importance certaine sur leur répartition globale autour de la planète. Toutefois, comme l’atmosphère est un système dynamique extrêmement complexe, et malgré le grand nombre d’études menées sur le sujet, les estimations des émissions à l’échelle de la planète sont parfois divergentes, ce qui rend difficile l’estimation de la part naturelle et de la part anthropique de la pollution. Il est néanmoins évident que cette dernière est beaucoup plus importante à proximité des zones très peuplées.

1. Les sources naturelles

Ces sources naturelles de pollution sont responsables, selon les estimations du “United Nations Environment Programme” de 1983 de l’émission de 80 à 288 millions de tonnes d’oxyde de soufre par an (contre 79 millions pour les sources anthropiques) et de 20 à 90 millions de tonnes d’oxydes d’azote par an (contre 22 millions pour les sources anthropiques) [5]. De plus, 10 à 15% de l’ozone que l’on retrouve au niveau du sol est d’origine stratosphérique où il est formé par réaction photochimique de l’oxygène avec le rayonnement ultraviolet émis par le soleil. Chaque année, environ 400 milliards de tonnes de CO2 sont dégagées par la respiration, la fermentation ou le volcanisme.

1.1. Le volcanisme

L’activité volcanique est responsable du rejet dans l’atmosphère de quantités importantes de cendres, d’oxydes de carbone (CO, CO2) ou de soufre (H2S, SO2). Ainsi, chaque année, 30 millions de tonnes de poussières et d’aérosols sont émises dans l’atmosphère par les volcans. Ces aérosols, dont les gouttelettes mesurent typiquement entre 0,3 et 0,5 μm, se forment généralement par réaction du SO2 avec l’eau contenue dans l’atmosphère. Ils peuvent alors catalyser des réactions hétérogènes qui affectent la couche d’ozone stratosphérique (conversion de réserves stables de chlore comme HCl et ClONO2, en espèces chlorées photochimiquement actives comme Cl2 ou ClNO2). La formation dans la stratosphère d’aérosols sulfatés peut aussi avoir une influence sur le bilan radiatif de la planète, les températures atmosphériques (éruption du Pinatubo : -0,5°C en 1992, éruption d’El Chichón au Mexique en 1982 : -0,3°C) et de surface, la météo régionale, les changements climatiques

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et la chimie atmosphérique. Lors de l’éruption du Pinatubo (du 12 au 16 juin 1991), les mesures d’émissions d’aérosols et de poussières (entre 8,4 et 10,4 km3 d’éjectas projetés dans l’atmosphère [11]) et leurs effets sur le système climatique de la terre ont permis la validation d’une nouvelle génération de modèles de circulation globale et une meilleure compréhension de la dispersion et de la décomposition de ces aérosols.

1.2. La foudre

La foudre est la principale source d’émission d’oxydes d’azote dans la partie supérieure de la troposphère. Elle est responsable de plus d’un quart de la production mondiale de NOx [12]. La foudre peut apparaître à l’intérieur même d’un nuage ou bien entre un nuage et le sol. En général, un coup de foudre complet dure de 0,01 à 2 secondes. Le coup de foudre commence par le développement d’un système de précurseurs (prédécharges faiblement lumineuses se déplaçant à plus de 200 km.s-1). Lorsque le contact est établi une puissante décharge (arc en retour) remonte alors vers le nuage à plus de 40.000 km.s-1. Cet arc est caractérisé par un intense courant impulsionnel de 25.000 ampères en moyenne (valeur crête comprise entre 3.000 et 200.000 ampères) et donne naissance à des phénomènes de couplage electrodynamiques. La phase de courant persistant (quelques centaines d’ampères) qui fait suite au premier arc en retour, provoque des effets thermiques importants : dans le canal ionisé, la température atteint 20.000 à 30.000 K et une violente lumière est émise (plasma thermique). L’élévation de pression explosive due à l’échauffement du canal produit alors une onde de choc acoustique : le tonnerre. La puissance instantanée des décharges électriques nuage-sol est généralement voisine de 20.000 mégawatts.

Les hautes pressions et les hautes températures qui règnent le long du canal provoquent la dissociation des molécules d’azote et d’oxygène dont les fragments se recombinent pour former des oxydes d’azote. Généralement, plus la décharge est violente, plus la production deNOx est importante. Comme l’apparition de la foudre est souvent associée à la pluie, le NO2 produit peut réagir avec l’eau pour former de l’acide nitrique (HNO3). Chaque décharge nuage-sol produit en moyenne 7.1026 molécules de NO (soit environ 30 kg) [13]. Si l’on considère que dans le monde, la foudre frappe le sol entre 50 et 100 fois par seconde, la production de NOx qui en résulte représente chaque année plus de 100 millions de tonnes.

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1.3. Autres sources naturelles de pollution

Chaque année, 400 millions de tonnes de poussières et d’aérosols sont émis dans l’atmosphère suite à l’érosion éolienne. A cela s’ajoutent environ un milliard de tonnes de particules minérales transportées dans l’atmosphère à partir des zones arides et semi-arides du Globe, principalement du nord de l’Afrique [14]. Les embruns marins soulevés par le vent (1,2 milliards de tonnes de poussières et d’aérosols dont 40 millions de tonnes de soufre), les incendies naturels (souvent dus à la foudre), la décomposition bactérienne de matières organiques (émission de SO2 ou de NO) ou les poussières extraterrestres (50.000 à 350.000 tonnes de poussières contenant des métaux lourds) contribuent aussi à la pollution atmosphérique naturelle.

2. Les sources anthropiques

Les risques de modification du climat de la planète et la détérioration de l’environnement par l’activité humaine sont désormais bien connus. Tout commence par une constatation qui ne souffre aucune ambiguïté : depuis le début de l’ère industrielle, la composition chimique de l’atmosphère a subi une évolution brutale, sans précédent au cours des derniers milliers d’années. Cette constatation résulte de mesures qui ont été faites soit dans des bulles d’air emprisonnées par les glaciers (pour les climats anciens), soit plus directement à partir d’un réseau planétaire qui est allé en s’étoffant au cours des dernières décennies. La teneur en dioxyde de carbone, dont la valeur au cours des 400.000 dernières années avait oscillé entre 180 ppm et 280 ppm a brusquement dépassé 360 ppm [15]. D’après l’UNEP (United Nations Environment Programme), en 1992, les industries des 50 principaux pays émetteurs de CO2 ont libéré plus de 20 milliards de tonnes de ce gaz dans l’atmosphère (Les Etats-Unis arrivent en tête avec 4,88 milliards de tonnes, la France est en 11ème position avec 362 millions de tonnes)[16]. Mais les conséquences les plus immédiates de cette pollution anthropique se rencontrent au niveau local et affectent le bien-être d’une grande part de la population mondiale qui vit en milieu urbain.

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2.1. Emissions d’échappements moteurs – Cas de l’automobile

Le développement de tous les moyens de transport (terrestre, maritime, aérien) a entraîné une pollution spécifique importante. Nous n’aborderons dans cette partie que le cas des moteurs des véhicules terrestres. En France, les véhicules à moteur brûlent plus de 50% du pétrole consommé [3] et sont considérés comme les principaux responsables de la pollution atmosphérique urbaine. En 1999, ils ont émis 28.000 tonnes de SO2, 728.000 tonnes de NOx, 577.000 tonnes de COVNM et 3.071.000 tonnes de CO. Pour les véhicules équipés de moteurs à essence, les polluants proviennent des gaz d’échappement, des gaz de respiration du carter, de la ventilation des hydrocarbures présents dans le réservoir ou du rejet d’hydrocarbures par le carburateur (élévation de la température sous le capot lors de la demi- heure qui suit l’arrêt du moteur). Les émissions polluantes des véhicules à moteur diesel ne proviennent quant à elles que des gaz d’échappement. Le fonctionnement normal du moteur à essence conduit à émettre quantité d’imbrûlés tandis que le moteur Diesel émet, lors du fonctionnement en surcharge, des suies provenant du craquage des vapeurs de gazole ou des imbrûlés liquides. Le tableau suivant présente la composition des principaux gaz d’échappement des véhicules routiers :

Tableau I.2 : Composition des gaz d’échappement des véhicules routiers [3]

Une importante réduction des émissions polluantes dans le cas de l’automobile est observée depuis une décennie. Elle est due à l’application des normes d’émission de polluants de plus en plus sévères qui a conduit à une amélioration des conditions de fonctionnement moteur et

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au traitement des effluents en sortie de celui-ci. Cette diminution des émissions polluantes se fait toutefois sentir avec retard en raison du délai nécessaire au renouvellement du parc automobile. En effet, sans mesures incitatives, le délai de renouvellement du parc est de l’ordre de 15 à 20 ans. Au 1er janvier 2000, l’âge moyen du parc automobile français était de 7,5 ans, le quart de ce parc étant composé de véhicules âgés de plus de 10 ans (donc non soumis aux normes Euro I à leur mise sur le marché), 7% de véhicules âgés de plus de 15 ans et 4% environ de véhicules de plus de 20 ans ; enfin, l’âge moyen de sortie du parc était de 12,6 ans (conte 11,6 en Allemagne). Or, à titre d’exemple, une voiture équipée d’un moteur à essence mise sur le marché il y a quinze ans émet, par rapport à un véhicule neuf actuel, vingt fois plus de monoxyde de carbone et dix à quinze fois plus d’oxydes d’azote et d’hydrocarbures imbrûlés (quant aux actuels modèles à moteur diesel, ils rejettent cinq fois moins de particules que ceux commercialisés en 1985).