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 aérodynamique, 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 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 % (d50) égal
à 10 µm, et une méthode pour les poussières
sédimentables (gravimétrique sans information sur
la fraction de coupure). Les différentes méthodes
sont détaillées au § 8.2.
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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;
elle serait 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.
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8.1.3. Formation, transformation, interactions
et transport
8.1.3.1. 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.
La composition des 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.
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8.1.3.2. Transformation 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.
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8.1.3.3. 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.
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8.1.3.4. 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 certaines 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.
Lorsqu'elles ont atteint le sol, les particules peuvent être
remises en suspension par le vent avant de tomber à nouveau.
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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 étant 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 ce polluant, 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 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.