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RECHERCHE SUR LA POLLUTION DE L’AIR
Contribution à l’étude des ions solubles dans l’eau des aérosols de la ville d’Antananarivo
Cette étude a pour objectif de déterminer les ions majeurs dans les aérosols prélevés dans quelques sites de la ville d’Antananarivo. Ces ions sont présents dans les aérosols après la transformation physico-chimique des gaz notamment les oxydes d’azote (NOX), les oxydes de soufre (SOX) et l’ammoniac (NH3) ou des composés chimiques émis dans l’atmosphère soit par des sources naturelles ou des sources anthropiques. Les particules fines jouent un rôle important sur la réduction de la visibilité, sur les effets néfastes de la pollution de l’air sur la santé humaine et sur la variabilité climatique tant au niveau régional que mondial (Charlson and Heintzenberg, 1995). La majorité constituant des PM2,5 provient de la transformation des gaz comme les NOX, les SOX et le NH3 en particule soit par le mécanisme condensation, soit par la nucléation directe (Baek B.H et Aneja, 2004; Song et al.; 2006). Les composés inorganiques formés par la conversion des gaz en particules sont généralement le bisulfate d’ammonium (NH4HSO4), le sulfate d’ammonium (NH4)2SO4, le nitrate d’ammonium (NH4NO3) et le chlorure d’ammonium (NH4Cl) (Judith C. Chow et al., 1998). Les résultats scientifiques ont montré que ces aérosols secondaires ont été formés par la réaction entre le gaz ammoniac (NH3) et les acides comme l’acide sulfurique (H2SO4), l’acide nitrique (HNO3) et l’acide chlorhydrique (HCl) (Lin and Cheng, 2007 ; Aneja et al. ; Behera and Sharma, 2011) Alors, il s’avère nécessaire d’obtenir les données préliminaires sur les caractéristiques des aérosols en terme des ions solubles dans l’eau dans la ville d’Antananarivo afin qu’on puisse évaluer leurs impacts sur l’environnement. Ce travail a été confié à NASSUR Roubanta, étudiant préparant son mémoire de fin d’étude pour l’obtention du diplôme d’étude approfondie (D.E.A). L’échantillonneur DICHOTOMOUS a été utilisé pour colleter les échantillons d’aérosols dans les trois sites de la ville d’Antananarivo à savoir Ambanidia, Ambohidahy et Soarano. Cet échantillonneur permet de prélever deux fractions d’échantillons: les grosses particules ayant de diamètre aérodynamique équivalent entre 10μm et 2,5μm noté PM10 ou PM10-2,5 et les particules fines ayant de diamètre aérodynamique équivalent inférieur à 2,5μm noté PM2,5.(Technical guidance note M15, 2012) Il est parmi les échantillonneurs homologués par les institutions internationales comme l’Agence de Protection de l’Environnement aux Etats-Unis (A.P.E), l’Union européenne, Chine. Les filtres membranes nucléopores en polycarbonate de porosité 0,4μm ayant de diamètre 37mm et 47mm ont été utilisés pour prélever les PM10 et les PM2,5, respectivement. Pour déterminer la masse des aérosols déposés sur les filtres, ils doivent être pesés à l’aide d’une balance de précision ayant une sensitivité de l’ordre de 1μg (I.A.E.A TECDOC-950, 1997). La durée du prélèvement est de huit (08) heures dans la journée de 08 heures à 16 heures. La fréquence du prélèvement est trois (03) fois par semaine (Lundi, mercredi et vendredi) pour chaque site. Les échantillons ainsi prélevés ont été préparés pour analyser les anions et cations dans les aérosols par les deux appareils de chromatographie ionique DX-120. L’étude menée en Pologne a montré que la chromatographie ionique est une technique susceptible d’analyser le nitrite, le enitrate, et l’amdemonium dans les échantillons environnementaux (R. Michalski and I. Kurzica, 2005). De plus, la méthode de détermination des anions solubles dans l’eau en utilisant la chromatographie ionique est développée dans le document ISO 10304-1 2007. Alors, la préparation des échantillons aérosols prélevés consiste à extraire les ions solubles dans l’eau contenus dans les échantillons à l’aide de l’eau dé ionisée 18MΩ. Ensuite, les deux appareils sont étalonnés en utilisant des solutions mères standards 1000mg.L-1 et de l’eau dé ionisée. Pour l’analyse des anions, la solution éluant préparée contient du carbonate de sodium (Na2CO3) de concentration 8mM et de l’hydrogénocarbonate de sodium (NaHCO3) de concentration 1mM. Pour les cations, la solution de H2SO4 de concentration 20mM est utilisée comme éluant cationique. Dans le cadre de cette étude, les résultats ont montré que les anions analysés sont le sulfate (SO42-), le nitrate (NO3-), le fluorure (F-), le chlorure (Cl-) et le bromure (Br-) et les cations présents dans les échantillons sont l’ammonium (NH4+), le calcium (Ca2+), le potassium (K+), le sodium (Na+) et le magnésium (Mg2+). Les chromatographes ioniques DIONEX-120 munies des colonnes de séparation Ion Pac AS 14A et Ion Pac CS 12A ont été utilisées pour analyser les anions et les cations, respectivement. Les tableaux III.1.1.1 et III.1.1.2 représentent respectivement les concentrations moyennes des cations et des anions dans les échantillons prélevés dans les trois sites de prélèvement (NASSUR Roubanta, 2007).
Nos résultats sont bien comparables avec les résultats publiés par des chercheurs car la plupart des ions trouvés dans les aérosols dans le milieu urbain sont le sulfate (SO42-), le nitrate (NO3-), le fluorure (F-), le chlorure (Cl-), le bromure (Br-), l’ammonium (NH4+), le calcium (Ca2+), le potassium (K+), le sodium (Na+) et le magnésium (Mg2+) (EV. Fisher, 2007 ; Dhananjay K. Deshmukh et al., 2011).
Pour le bromure, la concentration analysée est inférieure à la limite de détection de la méthode (0,018 ng/m3) dans les aérosols analysés aussi bien pour les PM2,5 que les PM10-2,5.
Les concentrations du fluorure dans la fraction PM2,5 à Ambanidia, Ambohidahy et Soarano sont respectivement 6,91±0,05 ng/m3, 29,43±0,03 ng/m3et 8,27±0,05 ng/m3. Pour la fraction PM10-2,5, la teneur du fluorure à Ambanidia, Ambohidahy et Soarano sont respectivement 30,57±0,02 ng/m3, 15,42±0,05 ng/m3 et 19,48±0,04 ng/m3. De plus, la concentration du fluorure dans les matières particulaires inférieures à 10μm varie de 27,75±0,04 ng/m3 à 44,85±0,03 ng/m3. Le tableau III.1.1.3 récapitule les concentrations du fluorure dans les trois sites de prélèvement.
En ce qui concerne le chlorure, les concentrations mesurées à Ambanidia, Ambohidahy et Soarano sont respectivement 23,37±0,04 ng/m3, 31,62±0,04 ng/m3 et 31,29±0,05 ng/m3.dans les PM2,5 et 63,29±0,02 ng/m3, 43,67±0,03 ng/m3 et 162,14±0,02 ng/m3 dans les PM10-2,5 . Pour les matières particulaires inférieures à 10 μm, les concentrations dans les trois sites varient de 86,66±0,01 ng/m3 à 193,43±0,02 ng/m3. Le tableau III.1.1.4 montre les résultats obtenus dans les trois sites. Pour le nitrate (NO3-), les concentrations mesurées dans les PM2,5 et les PM10-2,5 à Ambanidia, Ambohidahy et Soarano sont respectivement 11,93±0,05 ng/m3, 0,28±0,05 ng/m3, 13,63±0,04 ng/m3 et 25,10±0,04 ng/m3, 0,52±0,04 ng/m3, 8,89±0,04 ng/m3 . Par ailleurs, la teneur du chlorure varie de 0,80±0,03 ng/m3 à 37,03±0,04 ng/m3 dans les matières particulaires inférieures à 10μm. Le tableau III.1.1.5 récapitule les résultats obtenus.
Les aérosols prélevés à Ambanidia, Ambohidahy et Soarano contiennent tous du sulfate (SO42-) dont les concentrations sont respectivement 49,63±0,03 ng/m3, 49,59±0,04 ng/m3, 29,40±0,03 ng/m3 et 42,78±0,03 ng/m3, 16,72±0,05 ng/m3, 32,44±0,03 ng/m3 dans les fractions PM2,5 et les PM10-2,5. Dans les matières particulaires inférieures à 10μm, la concentration du sulfate varie de 61,85±0,02 ng/m3 à 92,41±0,02 ng/m3. On constate que le sulfate se concentre plus dans les particules fines. Le tableau III.1.1.6 récapitule les concentrations mesurées dans les aérosols prélevés dans les trois sites de prélèvement.
Pour les cations, les résultats ont montré que les concentrations du sodium (Na+) et d’ammonium (NH4+) sont inférieures à la limite de détection de la méthode qui est respectivement 0,021 ng/m3 et 0,015 ng/m3.
Les échantillons d’aérosols prélevés à Ambanidia, Ambohidahy et Soarano renferment du potassium dont les concentrations sont respectivement 1,39±0,09 ng/m3, 16,30±0,05 ng/m3, 8,89±0,07 ng/m3 dans la fraction PM2,5 et 5,35±0,09 ng/m3, 10,28±0,05 ng/m3, 32,53±0,05 ng/m3 dans la fraction PM10-2,5. De plus, la concentration des particules inférieure à 10μm varie de 6,70±0,08 ng/m3 à 41,42±0,05 ng/m3 dans les trois sites. Le tableau III.1.1.7 montre les résultats correspondants.
Les résultats concernant le magnésium dans les aérosols ont montré que les concentrations mesurées à Ambanidia, Ambohidahy et Soarano sont respectivement 7,06±0.08 ng/m3, 6,41±0,09 ng/m3 et 2,4±0,10 ng/m3 dans la fraction PM2,5 et 9,85±0,04 ng/m3, 6,27±0,09 ng/m3 et 16,27±0,05 ng/m3 dans la fraction PM10-2,5. Concernant les matières particulaires inférieures à 10μm, la concentration varie de 12,68±0,01 ng/m3 à 18,67±0,05 ng/m3. Le tableau III.1.1.8 montre les résultats y afférents.
Pour le calcium, les concentrations des aérosols prélevés à Ambanidia, Ambohidahy et Soarano sont respectivement 35,32±0,05 ng/m3, 29,93±0,05 ng/m3 et 23,56±0,03 ng/m3 pour les particules fines et 41,95±0,05 ng/m3 , 29,43±0,05 ng/m3et 57,33±0,04 ng/m3 pour les grosses particules. On constate que le calcium se concentre beaucoup dans les grosses particules. Pour les particules inférieures à 10μm, les concentrations varient de 59,36±0,04 ng/m3 à 80,89±0,02 ng/m3. Le tableau III.1.1.9 récapitule les résultats correspondants.
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE I : CONTEXTE ET AXES DE RECHERCHE
I.1 CONTEXTE GÉNÉRAL
I.2 AXES DE RECHERCHE
I.3 OBJECTIFS
I.3.1 Objectifs principaux
I.3.2 Objectifs spécifiques
PARTIE II : MÉTHODES
II MÉTHODES UTILISÉES
II.1. Documentation
II.2. Stratégie d’échantillonnage
II.3. Méthodes de préparation des échantillons
II.4. Méthode de quantification
II.5. Méthodes d’étalonnage
II.6. Contrôle qualité de la méthode
II.7. Traitement et analyse des données
II.8. Diffusion des résultats
PARTIE III : SYNTHÈSE DES TRAVAUX DE RECHERCHE
III.1. RECHERCHE SUR LA POLLUTION DE L’AIR
III.1.1. Contribution à l’étude des ions solubles dans l’eau des aérosols de la ville d’Antananarivo
III.1.2. Optimisation de l’impacteur en Cascade par le langage Dev C++
III.2. RECHERCHE SUR L’APPLICATION ET LA VALORISATION DE LA TECHNIQUE DE LA FLUORESCENCE X A ENERGIE DISPERSIVE POUR L’ANALYSE ELEMENTAIRE DES ECHANTILLONS ENVIRONNEMENTAUX
III.2.1. Détermination de la teneur en tantale dans quelques minerais de Madagascar
III.2.2. Application de la fluorescence X à l’étude de quelques éléments dans les sols de rizières de la commune rurale d’Ambohitrimanjaka
III.2.3. Détermination des éléments majeurs, mineurs et en traces dans les Astacoides madagascariensis par la technique de la fluorescence X à excitation directe
PARTIE IV : VALORISATION DES RÉSULTATS ET PERSPECTIVES GÉNÉRALES
IV.1 VALORISATION DES RÉSULTATS
IV.2 PERSPECTIVES GÉNÉRALES
CONCLUSION
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