PO.V.A. - La POllution dans les Vallées Alpines

Est-ce que la composition chimique varie selon la taille des particules ?

La composition chimique n’est pas la même pour toutes les particules en suspension dans l’air, et en particulier, elle peut varier fortement en fonction de leur taille. Ceci dépend des sources d’émission (qui ne rejettent pas toutes des particules de même taille et de même composition chimique), mais aussi des processus de modifications que les particules subissent une fois dans l’atmosphère.

Etudier la chimie des particules en fonction de leur taille est intéressant dans la mesure où les résultats donnent donc de l’information sur les sources d’émissions et sur les processus de modification qui caractérisent une "population" de particules à un moment et un lieu donné. De plus, ces résultats sont importants car les impacts de ces particules (en particulier en ce qui concerne les effets respiratoires sur l’homme) ne sont pas les mêmes selon les compositions chimiques et les tailles des particules.

Lors des campagnes de terrain de 2003, nous avons mis en œuvre des méthodes de prélèvement et d’analyse des particules atmosphériques qui permettent de déterminer les concentrations chimiques des espèces principales selon 13 classes de taille, variant des plus fines (entre 10 et 30 nanomètres) aux plus grosses (entre 10 et 15 micromètres).

La figure suivante présente pour ces espèces principales, la composition chimique des particules prélevées à Orelle (vallée de la Maurienne) entre le 27 Juin 08h00 et le 28 Juin 08h00. L’axe du bas donne la taille des particules, l’axe de gauche donne la concentration du carbone organique et du sulfate (par classes de taille), et l’axe de droite donne les concentrations du carbone élémentaire, du nitrate, et du calcium (par classes de taille). On notera que les concentrations de l’axe de droite sont le dixième de celles de l’axe de gauche.

Les principales observations sont que :

Une très grosse proportion des particules ont un diamètre inférieur à 2 µm : leur diamètre moyen est de l’ordre de 0,5 microns
Cette classe de particules avec un diamètre moyen vers 0,5 microns contient l’essentiel du sulfate et du carbone élémentaire, ainsi qu’une grande partie du carbone organique,
Cette taille résulte de transformations dans l’atmosphère de particules plus petites, ayant à l’origine une taille inférieure à 0,1 microns
Une partie non négligeable de la masse de carbone organique est encore dans ces particules très fines
On observe une population de particules avec des diamètres moyens d'environ 3 microns, qui contiennent l’essentiel du calcium (émis en partie par des sources naturelles comme les poussières du sol), du nitrate (provenant des combustions via les transformations des NO_x), et une fraction conséquente du carbone organique (provenant très probablement du collage d’espèces organique gazeuses sur ces grosses particules).

Ces observations sont plutôt caractéristiques d’un milieu rural en été.

La figure suivante propose, avec le même type de représentation que précédemment, les distributions des concentrations chimiques selon les classes de taille pour un échantillon collecté dans la zone urbaine de Chamonix (au Clos de l’Ours) entre le 21 Janvier 2003 08H00 et le 22 Janvier 2003 08h00.

On note cette fois :

Très majoritairement, encore, des particules dont le diamètre se situe aux alentours de 0.5 microns
Cette population contient l’essentiel du carbone élémentaire et du carbone organique, mais aussi le potassium (K+). L’association EC/OC/potassium indique une source importante liée aux feux de bois (feux de cheminée),
Le sulfate et le nitrate sont cette fois associés aux particules dont la taille est plutôt comprise entre 1 et 2 microns, cette population étant assez différente (et donc avec des sources et des processus de formation différents) de celle comprenant la matière carbonée.

Globalement, l’ensemble des résultats obtenus montre que les populations de particules mesurées dans les vallées sont généralement plus fines que celles rencontrées sur d’autres sites français ou européens. Les caractéristiques mettent en avant l’importance des processus de combustion pour la formation de ces particules, et entre autres, la forte influence des feux de bois en hiver.