Les particules atmosphériques

Que recouvrent les termes poussières, particules ou aérosols ? Nous tenterons ici de définir plus précisément la nature physico-chimique des particules présentes dans l'atmosphère, tout en insistant sur la spécificité de celles émises par l'automobile et notamment la motorisation Diesel.

Définition

Les particules sont solides ou liquides et résultent essentiellement de composés solides du carbone, des hydrocarbures non brûlés, mais aussi de l'usure des pneus et des métaux lourds. Leur taille est donc réduite et les place à une échelle microscopique.
Dans la littérature, on emploie bien souvent indistinctement différents termes pour définir ce type de pollution. Parmi eux :

• les aérosols sont formés de particules solides ou liquides de dimension inférieure à 100 micromètre. La définition stricte est la "suspension, dans un milieu gazeux, de particules solides ou liquides présentant une vitesse de chute négligeable." On peut également parler de particules insédimentables. Les aérosols correspondent donc aux plus fines particules
• les "fumées noires" (qualifiées comme telles d'après la méthode de prélèvement associée) sont des particules carbonées de diamètre inférieur à 5 µm jusqu'à 0,1 µm environ
• les poussières qui sont faites de particules solides inférieures à 75 µm, les plus grosses retombant prés de la source d'émission

Le terme de "particules" englobe en fait l'ensemble des définitions précédentes indifféremment des propriétés physico-chimiques de chacune d'elle. C'est l'expression générique. Ce composant atmosphérique peut-être soit d'origine naturelle ou lié aux émissions anthropiques de polluants.

Sources d'émissions

Les différents émetteurs et diamètres des particules générées
Ndc = Noyaux de Condensation, NCdN = Noyaux de condensation des nuages
crédit : SCHAEFER, DAY, 1997

Les émetteurs de particules sont multiples. Les travaux domestiques d'intérieur nous exposent à prés de 45% des rejets totaux de particules par an. L'automobile n'en constituant qu'environ 7%. Cela explique l'apparition d'études quantifiant les particules inhalées par une personne dans ses déplacements et dans son habitation. Dans une ville industrielle, l'air peut contenir plus de 3 millions de particules par cm3, dans une ville aux activités plus tertiaires de 10 000 à 50 000 (soit 100 µg.cm-3) alors qu'au-dessus de l'océan ou en montagne il n'y en a que quelques milliers, et dans un endroit exempt d'émission seulement 100 à 20 particules par cm3 (LYONS T.J., SCOTT W.D, 1990).

Cette pollution est dite par voie sèche afin de se démarquer de celle par voie humide caractérisée notamment par les pluies acides.
Nous distinguerons les grosses particules des plus fines d'après leurs propriétés et leur genèse. Ainsi, les particules sont produites par divers processus comme :

• la transformation des gaz en particules
• l'altération éolienne
• la coalescence et croissance des particules
• les émissions directes
• les bris des vagues des océans : des sels marins sont injectés dans l'atmosphère sous l'effet d'un pétillement résultant de l'éclatement de bulles à la surface de l'eau des océans
• les météorites (matière extra-terrestre)

Pour les particules naturelles, leur origine est : volcanique, saline (cristaux salins : NaCl ; 2240 millions de tonnes par an), feux de végétation (170 millions de tonnes par an), organique : formes vivantes microscopiques (bactéries, acariens, moisissures...), graines aigrettées, pollen (de 30 à 40 µm), fibres végétales (champignons...) ou animales..., tellurique : argiles (inférieur à 2µm), limons (de 2 à 50 µm), sables fins (de 50 à 200 µm).

Si elles sont anthropiques (poussières chimiques et minérales), elles résultent :

• de la combustion industrielle (hauts fourneaux et fours)
• du chauffage
• des incinérateurs à grilles ou à lit fluidisé
• des transports (notamment routier), celles-ci sont généralement constituées de :
  • charbon (carbone si la combustion est incomplète)
  • d'oxydes métalliques : fer, aluminium...
  • de ciment
  • de calcaire
  • de silice
  • de goudron.

Chaque année, les activités humaines produisent environ 300 millions de tonnes de poussières ! (Science & Vie, mars 2012)

Un classement par taille

Il existe plusieurs classifications possibles pour les particules selon les effets qu'elles induisent sur la santé, leurs caractéristiques physiques et chimiques, ou suivant les méthodes utilisées pour les définir...
Cependant, elles sont communément réparties en fonction de leur taille. Dans cette optique, on les mesure en donnant le diamètre qu'aurait une sphère de comportement aérodynamique équivalent. Ceci n'est pas vrai pour les particules fibreuses (comme l'amiante) qui nécessitent l'observation de prélèvements au microscope électronique afin de les compter et les mesurer.
Dans le cadre de la pollution atmosphérique, on distingue généralement deux granulométries de particules : les PM10 et les PM2,5.