Soutenance mémoire
La Pollution atmosphérique urbaine
Toutes les mégapoles et métropoles du monde souffrent d’une forte pollution atmosphérique, visible quand on approche de ces villes surmontées d’un «couvercle» atmosphérique peu transparent et de couleur orangé. Cette pollution atmosphérique est aussi physiquement perceptible par des picotements plus ou moins intenses des yeux, du nez et de la gorge, traduisant l’existence de réactions allergiques. Elle s’exprime sous deux formes : des concentrations trop élevées en gaz agressifs et/ou toxiques et en particules respirables dont les effets exacts sont encore mal connus. Ce problème de pollution urbaine est devenu un enjeu majeur de santé publique, ceci d’autant plus que la majorité de la population mondiale est de plus en plus concentrée dans des mégapoles, en particulier dans les pays en voie de développement où elles ont des croissances exponentielles.
Des recherches récentes mettent en évidence de plus en plus clairement l’existence de corrélations entre l’augmentation des concentrations en polluants et l’augmentation des admissions dans les hôpitaux pour des problèmes généralement respiratoires ou cardiovasculaires (Delfino et al., 2005; Ostro et al., 1996).
Devant cet enjeu de santé publique, la majorité de ces mégapoles et de plus en plus de villes de taille moyenne se sont dotées, ces dernières décennies, d’organismes de surveillance d’un certain nombre d’indicateurs de pollution afin de pouvoir émettre des bulletins d’alerte lors de pics de pollution. Ces organismes constituent ainsi des bases de données temporelles très précieuses qui peuvent ensuite être valorisées et exploitées en relation avec des spécialistes de la chimie de l’atmosphère, afin de comprendre les causes de ces pollutions, d’identifier leurs sources et/ou mécanismes de formation et, à terme, de disposer d’arguments pour définir des politiques de réduction de ces polluants. Les paramètres généralement suivis en continu et analysés automatiquement sont :
– Les polluants gazeux : teneurs en NO, NO2, CO et CO2, O3, SO2.
– Les aérosols solides de tailles inférieure a 1µm: ils sont collectés sur des filtres, en général sous forme d’un prélèvement tous les 24h, et leur poids de particules respirables est déterminé (µg/m3 d’air), ainsi parfois, que leurs teneurs en C particulaire.
Bien évidemment les conditions météorologiques: T°, hygrométrie, direction du vent, etc, sont aussi mesurées. Chaque pays a défini ses normes en termes de dangerosité et des normes ont aussi été fixées par l’OMS. Les concentrations des polluants mesurées permettent, selon des péréquations spécifiques à chaque ville/pays, de calculer un indice de pollution global, diffusé à la population. Quand l’indice global et/ou un de ces paramètres mesuré dépasse la norme locale, des états de pré-alerte, puis d’alerte sont déclanchés. Ils se traduisent d’abord par des recommandations faites aux populations les plus fragiles, puis par des mesures coercitives touchant: les vitesses de circulation et/ou le nombre de véhicules autorisés à circuler et les activités industrielles, qui peuvent être arrêtées. Mais toutes ces actions de prévention parent au plus pressé et ne règlent pas les problèmes de fond qui nécessitent de comprendre tous les processus impliqués dans le développement des conditions de crise de pollution.
Les composants de la pollution atmosphérique
Les polluants gazeux
Les gaz polluants principaux sont:
– Les oxydes d’azote (NO et NO2), qui proviennent des gaz d’échappement des véhicules, des centrales thermiques et électriques, des usines de fabrication d’acide nitrique, d’explosifs et d’engrais.
– Les oxydants photochimiques : l’ozone principalement mais aussi les nitrates de péroxyacétyle et les aldéhydes, qui se forment dans l’atmosphère par réaction des oxydes d’azote et des hydrocarbures avec la lumière. Ils se forment donc principalement durant les périodes de grand soleil et grande chaleur.
– Les hydrocarbures (éthane, éthylène, propane, butane, pentane, acétylène) qui proviennent des gaz d’échappement, des solvants, de l’élimination des déchets solides, et qui sont les produits dérivés de nombreux processus industriels.
– Le gaz carbonique (CO2) issu de toutes formes de combustion.
– Les composés organiques volatils (COV).
Tous ces gaz sont reconnus comme (CO) responsables de troubles médicaux et certains sont soumis à des recommandations de doses admissibles à ne pas dépasser (Vovelle, 2000 ; Hester and Harrison, 1998). Mais ces gaz ont des durées de vie très variables dans l’atmosphère, depuis l’ozone qui est relativement instable et disparaît relativement rapidement, le CH qui peut rester 10 ans dans l’atmosphère et le CO2 jusqu’à 120 ans. Ces durées de vie longues diminuent bien sûr l’efficacité des mesures prises pour en réduire l’impact sur la santé.
De nombreux programmes sont développés par les chimistes de l’atmosphère pour comprendre ces réactions complexes qui se développent à différents niveaux de l’atmosphère et conduisent à la formation de gaz secondaires tels que l’ozone. Les effets de la pollution sur le climat et sur les bilans radiatifs sont aussi bien étudiés. Causes et effets des polluants gazeux sont enfin bien suivis et compris à l’échelle locale, en relation avec les organismes de suivi et de recherche. Les polluants gazeux ne seront abordés que très marginalement dans ce travail, en relation avec leur capacité à donner naissance à des particules de sels secondaires (Préndez, 1993; Eisele and McMurry P.H, 1997; Zhang et al., 2004,) .
Les particules solides
Les particules solides peuvent être classées selon leur origine : lithogénique, biogénique, anthropogénique, ou selon leur mode de formation : particules primaires (déjà individualisées mécaniquement et chimiquement avant d’être prises dans la circulation atmosphérique), ou particules secondaires (qui sont, comme les polluants gazeux secondaires, formées dans l’atmosphère, par des réactions entre composés naturels et/ou anthropogéniques). Ces deux modes de classement se recoupent, les particules lithogéniques et biogéniques font partie des particules primaires, comme certaines particules d’origine anthropogénique, issues du trafic ou des industries. Les particules d’origine secondaires sont d’origine mixte ou anthropogénique et jouent un rôle important dans l’impact de la pollution sur la santé. Les particules primaires d’origine lithogénique: Des particules de toutes tailles sont présentes dans l’air, indépendamment de l’activité et de la concentration humaine, provenant des sols et dispersées par le vent (aérosols terrigènes ou AT). De nombreuses études portent sur les sources et les causes de remise en suspension de particules du sol, sur leur capacité de dissémination, les altitudes où ces particules peuvent être trouvées dans l’atmosphère, sur leur rôle aussi en terme de bilan radiatif (Brasseur et al., 1999).
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Table des matières
INTRODUCTION
La Pollution atmosphérique urbaine
Les composants de la pollution atmosphérique
Les polluants gazeux
Les particules solides
Taille des particules et temps de résidence
Les particules solides respirables
Les particules respirables et leur impact sur la santé
Objectifs de la thèse
CHAPITRE 1: PRESENTATION DU CADRE DE L’ETUDE
1.1 Introduction
1.2 General Context
1.3 Topography
1.4 Geology
1.5 Climate and vegetation
1.6 Meteorology
1.6.1 Large scale atmospheric circulation
1.6.2 Local flow
1.6.3 Definition of episodes of contamination
1.6.4. Meteorological conditions associated with episodes of contamination
1.7 Inventory of the primary sources involved in air pollution in Santiago: sources categories
1.8 Location of the major industrial and mining activities and major roads around and within Santiago
1.8.1 Major industrial centers and roads
1.8.2 Major mining and smelting facilities
1.8.3. Quarries, cement and plaster industries
1.8.4. Other major industries
1.9 The government survey program and the effect of the last regulations
1.10 Previous studies performed on PM 10 and PM 2.5 fractions from Santiago
1.10.1 Concentrations (µg/m3 air) in PM10 and PM2.5
1.10.2 Mineralogy
1.10.3 Metal concentrations and source identification
1.11 Conclusion
CHAPITRE 2: SITES, MATERIELS ET METHODES
2.1 Introduction
2.2 Selection criteria for the four sites
2.3 Description of the sites and their surroundings
2.3.1 Teatinos Station (run by Univ. of Chile)
2.3.2 Macul Station (run by Univ. of Chile)
2.3.3 La Paz station (part of the MACAM network)
2.3.4 Las Condes station part of the (MACAM network)
2.4 Filter collection and sampling
2.4.1 Teatinos and Macul Filters
2.4.2 La Paz and Las Condes filters (MACAM network)
2.5 Analytical techniques
2.5.1 SEM analysis
2.5.2 Proton-induced X-ray emission (PIXE) analysis
2.5.3 ICP-MS analysis
2.6 Treatments processing of geochemical data
2.6.1 Enrichment factors (EF)
2.6.2 Pearson Matrix (used in Morata et al., 2008)
2.6.3 Factor Analysis (FA)
2.6.4 Principal Component Analysis
CHAPITRE 3: MINERALOGIE
3.1 Introduction du chapitre
3.2 Résumé de l’article Morata et al., 2008
3.2.1 Conclusions
3.3 Article
TRAVAIL EN COURS
3.4 Mineralogical characterisation of the samples studied in geochemistry. La Paz and Las Condes samples from 2004/2005
3.4.1 Morphological Characteristics
3.4.2 Comparison between La Paz and Las Condes
3.4.3 Conclusion
CHAPITRE 4: GEOCHIMIE
4.1 Introduction
4.2 Résumé de l’article en préparation
4.3 Geochemical features on urban aerosols in Santiago de Chile from time-series
analysis
Abstract
Introduction
1 Main features of atmospheric metallic pollution in Santiago
2 Santiago de Chile general context
3 Sampling sites and methods
4 Analytical techniques
5 Results and discussion
5.3 Meteorological consequences on intensity and style of the pollution
5.4 Evolution of elemental concentrations between 1998 and 2005
6 Conclusion
References
CHAPITRE 5: DISCUSSION
CONCLUSION
