Les particules sont des entités solides ou liquides en
suspension dans l'air (gaz), elles forment avec celui-ci un
aérosol (gaz + particules en suspension).
Elles peuvent avoir des compositions, densités, formes et
dimensions très diverses selon leur mode de formation. Elles
sont principalement caractérisées par leur diamètre, variant
de 0.02 µm à 100 µm pour les particules dites atmosphériques
(restant dans l'air). Ce diamètre est défini comme étant celui
d'une hypothétique particule sphérique, de densité unitaire
qui aurait les mêmes caractéristiques aérodynamiques que la
particule concernée.
Il est très complexe de réaliser leur prélèvement et leur
dosage. En effet, chacune des méthodes permet d'estimer la
concentration en particules d'un type déterminé. En Région
wallonne, nous disposons de 4 méthodes de prélèvement, dont
trois sont pour les particules en suspension : la méthode
des fumées noires (méthode optique), la néphélométrie
(méthode optique), la gravimétrie associée à un prélèvement
avec une fraction de coupure à 50 % de 10 µm, et une méthode
pour les poussières sédimentables (gravimétrique sans
information sur la fraction de coupure). Les différentes
méthodes sont détaillées au § 7.2.
Les émissions naturelles de poussières proviennent de
l'abrasion des sols (phénomènes d'érosion), des embruns
marins, des éruptions volcaniques, des feux de forêt et de
phénomènes biologiques. La proportion entre les émissions
naturelles et anthropiques est notamment fonction de l'occurrence
d'éruptions volcaniques; elles seraient du même ordre de
grandeur au niveau mondial.
Une première estimation des émissions anthropiques de poussières a été effectuée, pour la Région wallonne, pour l'exercice 1994. Elle est de 23.000 tonnes.
D'après des informations recueillies dans la littérature,
pour la France, les émissions sont d'environ 200.000 tonnes par an.
7.1.3. Formations, transformation,
interactions et transport
7.1.3.1.Formation des particules
On distingue deux types de particules ayant des modes de
formation différents :
La formation des fines particules s'opère en deux étapes.
D'abord, par la formation de petits agrégats, soit par réaction
chimique, soit par condensation de gaz. Ces agrégats, composés
de quelques molécules, ont des dimensions très faibles. Ils
peuvent servir de noyau pour la condensation d'autres molécules
de gaz ou coaguler avec d'autres agrégats pour former des
particules de taille plus importante, ce qui constitue la seconde
étape.
Figure 22 : Formations naturelles des particules
La composition de ces particules est très variable. En effet,
les grosses particules contiennent des éléments abondants dans
la couche terrestre et les sels marins tels que Al, Ca, Fe, K,
Ti, Mn, Sr, Si, alors que les particules fines contiennent des
sulfates, nitrates, ammonium résultant de la transformation dans
l'air des oxydes de soufre et d'azote, de l'ammoniac ainsi que du
carbone, des composés organiques et des métaux provenant entre
autres des combustibles fossiles.
7.1.3.2. Transformations des particules
Les principales transformations que peuvent subir les
particules sont, d'une part, la coagulation (par agglomération
de particules ou par condensation de gaz à leur surface) et,
d'autre part, l'enrichissement en composés organiques ou
métalliques, suite à leur adsorption en surface. Comme les
particules fines présentent une surface spécifique plus
importante que les grosses particules, elles ont tendance à
subir un enrichissement plus important. Ce qui les rend
potentiellement plus toxiques.
7.1.3.3. Interactions des particules
Les particules peuvent interagir entre elles et avec d'autres
substances dans le phénomène de coagulation. Elles peuvent
servir de catalyseur dans certaines réactions se déroulant dans
l'air. Mais surtout, elles peuvent interagir avec la lumière et
en diminuer l'intensité. En effet, certaines particules (surtout
celles riches en carbone et oxydes de fer) peuvent absorber la
lumière, tandis que d'autres, très fines, peuvent la disperser.
Ce dernier phénomène est généralement le plus important. Il
s'agit en fait d'une diffraction des rayons lumineux par
interaction avec des particules dont les dimensions sont du même
ordre de grandeur que la longueur d'onde de la lumière
incidente.
7.1.3.4. Transport des particules
La distance de transport des particules dépend de leur taille
et de leur densité. Les particules grosses et lourdes ont
tendance à sédimenter rapidement, d'où leur nom de particules
sédimentables. Les particules fines ont un comportement qui
s'apparente à celui des gaz et ne sédimentent pratiquement pas.
Elles sont appelées particules en suspension.
Par conséquent, les particules sédimentant rapidement
subissent un transport de l'ordre de quelques centaines de
mètres à quelques kilomètres depuis leur source d'émission,
tandis que les particules très fines peuvent faire plusieurs
fois le tour de la terre! A titre d'exemple, l'éruption du
Pinatubo a donné lieu à l'émission de particules dont on
estime qu'elles sont restées pendant des années en suspension.
Les vitesses de chute peuvent être estimées en fonction du
diamètre aérodynamique des particules, les quelques exemples
suivants sont destinés à fournir une idée des ordres de
grandeur de ces vitesses.
| Diamètre aérodynamique (µm) | vitesse de chute (m/ jour) |
| 0.1 | 0.01 |
| 0.25 | 0.04 |
| 0.5 | 0.1 |
| 2.5 | 1 |
| 5 | 10 |
| 10 | 30 |
| 20 | 100 |
Tableau
29 : Vitesse de chute des particules
Lorsqu'elles ont atteint le sol, les particules peuvent être
remises en suspension par le vent avant de tomber à nouveau.
Les valeurs, obtenues sur base d'un prélèvement à l'aide
d'une tête PM10 (coupure à 10 µm, 50 % des particules ayant un
diamètre aérodynamique de 10 µm sont captées), varient, pour
l'Europe, entre 25 µg/m³ (pour les zones rurales à caractère
non aride) à près de 400 µg/m³ (140 à Paris et 85 à
Londres) pour le centile 98 des valeurs journalières. Pour cette
mesure, on a relevé, dans la littérature, des valeurs guides de
l'OMS (70 µg/m³) et du Royaume-Uni (50 µg/m³).
En ce qui concerne les particules fines mesurées par la
méthode des poussières noires (méthode mise au point depuis de
très nombreuses années basée sur le pouvoir réflecteur des
poussières noires, recueillies sur un filtre blanc pendant une
durée de prélèvement donnée), les informations fournies par
l'OMS sont :
Les effets des poussières se portent surtout sur le système
respiratoire. Ces effets sont plus marqués pour les poussières
les plus fines susceptibles d'atteindre les alvéoles
pulmonaires qui ne sont pas protégées par un mucus et où les
échanges entre les particules et le corps humain sont plus
aisés.
En plus des effets dus à la présence physique de particules
suite à leur déposition à l'un ou l'autre niveau du tractus
respiratoire, il peut y avoir certains effets toxiques dus aux
composés (métaux, organiques) qu'elles contiennent. Ces
composés présentent une concentration plus importante dans les
fines particules du fait de leur mode de formation et de leur
surface spécifique (les métaux et composés organiques ayant
tendance à s'adsorber sur les poussières).
On subdivise les poussières en diverses classes, en fonction
de la zone du système respiratoire qu'elles peuvent atteindre :
Tractus naso-pharyngé (nez et pharynx) :
les particules de dimensions supérieures à 100 µm s'y
déposent dans leur quasi totalité. Les particules de dimension
inférieure à cette valeur sont dites inhalables, elles le
traversent d'autant plus facilement que leurs dimensions seront
faibles. Ainsi, 50% des particules de 2.5 µm s'y déposent
encore alors que 100 % des particules de 1 µm le traversent. La
majorité des particules qui se déposent à ce niveau sont
évacuées vers l'estomac.
Thorax et arbre bronchique : les particules d'un
diamètre supérieur à 10 µm s'y déposent, celles qui sont
inférieures pourront atteindre la structure pulmonaire, en
pourcentage plus ou moins important selon leurs dimensions.
Structure pulmonaire : bronchides et alvéoles où
se déposent les particules très fines, de diamètre inférieur
à 2.5 µm. Ces particules sont dites respirables. Les plus fines
atteignent les alvéoles pulmonaires.
Il est possible de mettre en parallèle certains systèmes
d'échantillonnage avec ce qui vient d'être évoqué. La tête
de prélèvement PM10 permet un échantillonnage représentatif
des fractions de poussières pouvant pénétrer dans le système
respiratoire des bronches supérieures. L'échantillonnage
" fumées noires " concerne les particules
inférieures à 2 µm et est donc représentatif de ce qui est
défini comme respirable et atteint les structures fines du
poumon.