TD Aerosol M1 TC2 commenté

Pourquoi étudier
l’aérosol
atmosphérique?
Impact Climatique
Impact sanitaire
Les particules atmosphériques sont avant tout étudiées pour leurs impacts sur le
climat et sur la santé humaine.
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Réchauffement climatique : observations
IPCC, 2007
Le réchauffement climatique est désormais une réalité et l’impact des gaz à effet
de serre (GES) est avéré. Mais ils ne sont pas les seuls acteurs de cette machine
climatique complexe.
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Réchauffement climatique : Projections
IPCC, 2007
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Et les aérosols ?
IPCC, 2007
Cette figure représente les différents acteurs ayant influencé le climat depuis
1750.
On y retrouvent les GES qui provoquent un réchauffement…et les aérosols qui
engendrent un refroidissement (!)..
Notons dès à présent les grandes incertitudes qui encadrent l’estimation de leurs
impacts et le niveau de compréhension scientifique encore faible.
Les particules agissent sur le climat selon deux effets : un effet in direct et un
effet indirect (noté ici Cloud albedo effect)
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Impact climatique : Forçage radiatif des aérosols
IPCC,
IPCC, 2007
2007
Impact direct : absorption et diffusion des rayonnements solaires
Impact indirect : Modification de la micro-physique des nuages (Taille des
gouttelettes, pouvoir réfléchissant, durée de vie des nuages etc..)
Forçage radiatif :
-0.7 [-0.3 à -1.8] W.m-2
IPCC,2007
CO2
1.66 [1.49 à 1.83] W.m-2
L’ensemble de ces effets est schématisé sur cette figure (..complexe..). Simplifions les choses…
L’impact direct (première illustration à gauche) consiste en la diffusion et dans une moindre
mesure à l’absorption du rayonnement solaire. L’énergie solaire absorbée et/ou rétro diffusée est
autant d’énergie qui ne réchauffe pas la terre. Cet effet engendre donc un refroidissement. Cet
impact direct est également appelé effet parasol.
L’impact indirect (toutes les autres illustrations) est relatif au rôle des particules dans la structure
(microphysique) du nuage. Il est important de comprendre que sans particules solides dans
l’atmosphère aucune gouttelette d’eau et donc aucun nuage ne pourrait se former. Une particule
sert en réalité de noyau autour duquel la vapeur d’eau peut condenser. D’un point de vue
climatique l’impact principal des nuages est de réfléchir le rayonnement solaire incident. Ils
agissent comme un miroir. Depuis 1750 les activités humaines ont injecté et injectent chaque jour
un grand nombre de particules dans l’atmosphère. Ainsi nous pouvons considérer que le nombre
de particules moyen dans l’atmosphère a considérablement augmenté depuis la période
préindustrielle. Or à quantité de vapeur d’eau constante (hypothèse réaliste) plus le nombre de
particules est important plus la taille des gouttelettes formées sera faible (simple question de bilan
de matière). Cette diminution de la taille moyennes des gouttelettes de nuages constitue le point
de départ principal de l’impact indirect des particules sur le climat. En effet un nuage composés de
gouttelettes fines à un pouvoir réfléchissant plus important qu’un nuage composés de grosses
gouttelettes (illustration du bas). Cette diminution de taille des gouttelettes engendre également un
temps de vie plus long pour les nuages (moins de précipitation). Les nuages sont donc
globalement plus réfléchissant et ont un temps de vie dans l’atmosphère plus long.
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Illustrations de l’impact direct : diffusion et visibilité
Particulate Conc. 7 µg/m3
Particulate Conc. 12 µg/m3
Particulate Conc. 21 µg/m3
Particulate Conc. 65 µg/m3
Plus la concentration en particules augmente plus la lumière est diffusée (la
visibilité diminue).
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Illustrations de l’impact direct : diffusion et visibilité
Pittsburgh
Pékin
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Illustration de l’impact direct
Exemple récent : éruption du Pinatubo en 1991
Le 15 juin 1991, l’éruption du
mont Pinatubo produisit le
plus grand nuage de
particules volcaniques de la
stratosphère du XXème siècle
( ~20 mégatonnes)
Éruption du Mt. Pinatubo, Juillet 1991,
J.N. Marso, U.S. Geological Survey
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Illustration de l’impact direct
Avant éruption
1 mois aprè
après
Les températures
enregistrées sur les
continents de l’hémisphère
Nord ont atteint jusqu’à 2 °C
de moins que la normale
pendant l’été 1992 et
jusqu’à 3 °C de moins au
cours des hivers 1991-1992
et 1992-1993.
2 mois aprè
après
2 ans aprè
après
Éruption du Mt. Pinatubo, Juillet 1991,
J.N. Marso, U.S. Geological Survey
Les cartes illustrent extension du nuage de poussière via l’épaisseur optique de
l’atmosphère, c’est-à-dire son pouvoir bloquer le rayonnement solaire.
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1990
1991
1994
1993 1992
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Impact Sanitaire
Ministère de la santé et de l’environnement
Pénétration dans le système respiratoire
dépend de la taille de particules :
Dp> 10 µm : Particules bloquées dans les
voies aériennes supérieures.
Dp< 10µm : Les particules pénètrent plus
profondément, dans les poumons
Programme CAFE : 9 mois d’espérance de vie perdus (4
millions d’années de vie perdues pour UE25)
386 000 décès prématurés (20 400 pour O3)
Ministère Ecologie : coût perte d’espérance de vie est de 16,3
milliards €/an en France
Une forte demande en matière de surveillance réglementaire
des PM (nouvelles réglementations..)
Le deuxième grand type d’impact des particules est d’ordre sanitaire. Les
principaux effets des particules sur la santé sont synthétisés dans le tableau.
En première approche on peut considérer que plus les particules sont fines plus
elles pénètrent profondément le système respiratoire, où leurs effets sur la santé
sont décuplés.
Une récente étude européenne (voir transparent suivant) a montré que
l’exposition des populations de l’union européenne aux particules
atmosphériques engendrait une diminution de l’espérance de vie moyenne de 9
mois (représentant plus de 4 millions d’années de vie perdues au total) et était
responsable de 386000 décès prématurés.
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Impact Sanitaire
Programme CAFE
« Clean Air for Europe »
2005
Si PM2.5 < 15 µg/m3
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Impact Sanitaire
Santé Canada
Environnement Canada
Ci-dessus quelques graphes illustrant l’impact des particules sur la santé. Ils sont
toutefois à manier avec une extrême précautions étant donné qu’il est difficile de
déconvoluer tous les facteurs influençant les variables de santé publique
considérées sur ces illustrations.
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Normes en France
Pas de prise ne compte
des PM2.5 (juste
recommandation)
Loi sur l’air 1999
Ci-dessus l’état actuel des normes en France en matière de qualité de l’air pour
les particules. Sur beaucoup de stations de mesures ces normes sont déjà
dépassées et les nouvelles législations qui rentreront en vigueur dans quelques
années sont encore plus drastique.
Réduire la concentration en particules dans l’atmosphère et particulièrement dans
nos grands centres urbains est devenu un véritable challenge.
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Recommandations, nouvelles et futures normes
Nouvelle directive Européenne (Avril 2008) :
• Prise en compte des PM2.5
• Valeur cible (moy. annuelle) : 25 µg/m3 en 2010
• Valeur limite (moy. annuelle) : 25 µg/m3 en 2015
En France suite au Grenelle de l’Environnement :
• Objectif : 15 µg/m3 en moyenne annuelle en 2010
L’une des nouveautés de la nouvelle réglementation sur les particules est la prise
en compte des particules fines (<2.5µm), plus novices pour la santé.
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