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2011 Formation en météorologie
We're conducting a vast toxicological experiment and we are using our children
as experimental animals.
-Philip Landrigan, MD quoted in Trade Secrets: A Moyers Report
Conséquences de la pollution
atmosphérique

Les changements climatiques

La destruction de la couche
d’ozone

Le smog

Les pluies acides
http://clg-balzac-saint-amand-longpre.tice.ac-orleanstours.fr/eva/spip.php?article98/
2
La destruction de l’ozone
stratosphérique
Définitions
Ozone
 DU = Dobson units

3
L’ozone stratosphérique
Qu'est-ce que l'ozone et
comment se forme-t-il?
Max de concentration se situe entre
20 et 40 km (stratosphère) : 8
molécules d’ozone par million de
molécules d’air.
L'ozone (O3 : 3 atomes
d'oxygène) est naturellement
présent dans l'atmosphère.
Variation latitudinal de la concentration de O3.
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Unité de mesure : Le Dobson (DU)
1 unité Dobson (notée
DU pour Dobson Unit
en anglais) est définie
comme une couche de
0.01 mm d'épaisseur à
la température et la
pression de
l'atmosphère standard.
Donc, la colonne
d'ozone au-dessus du
Labrador est de 300
DU.
Si la totalité de l'ozone comprise dans cette colonne d'air était ramenée à la
température et à la pression de l'atmosphère standard (0°C et 1 atmosphère) et
répartie uniformément sur la section au sol de la colonne, on obtiendrait alors une
couche d'environ 3 mm d'épaisseur.
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8
Le cycle de Chapman
Le cycle de Chapman






Les molécules de O2 se dissocient par absorption d’un photon de
longueur d’onde = 240 nm.
Les molécules de dioxygène s’unissent à l’oxygène monoatomique
pour former des molécules d’ozone.
Le O3 absorbe un photon de longueur d’onde < à 300 nm et se
dissocie en une molécule de dioxygène et un atome d’oxygène :
taux de formation du O3 = taux de destruction du O3 .
L’ozone se combine avec un atome d’oxygène pour former deux
atomes de dioxygène.
Une molécule de O3 a une durée de vie de 100 à 200 secondes
avant sa dissociation.
Malgré la faible concentration d’ozone dans la stratosphère sa
présence est suffisante pour filtrer (absorber) le rayonnement
solaire dans l’intervalle de longueurs d’onde 200-300 nm.
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Perturbation anthropogénique du cycle de
Chapman
Canada
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La destruction de l’ozone par les CFCs
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Nuages Noctilucents
La beauté toxique
Quand la température de la stratosphère
tombe au-dessous de -88°C, il se forment
des minces nuages constitués d’un
mélange de glace, acide nitrique et acide
sulfurique. Ces nuages stratosphériques
(PSPs) libèrent, au printemps du clore.
Photo de la NASA.
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Le vortex polaire
http://biophysics.sbg.ac.at/atmo/ozone.htm
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Hémisphère nord : on n’est pas à l’abri
"Pour la première fois, la diminution a
été suffisante pour qu'on puisse
raisonnablement parler de trou dans la
couche d'ozone en Arctique",
estime l'étude publiée dans la revue
scientifique britannique Nature.
«Les problèmes du monde ne peuvent
être Helen
résolus
par des sceptiques ou des
Chadwick
http://www.iesd.dmu.ac.uk
cyniques
dont les horizons se limitent
aux réalités évidentes. Nous avons
besoin d'Hommes capables d'imaginer
ce qui n'a jamais existé.»
JFKennedy
Smog
Le smog est une brume
jaunâtre, provenant d'un
mélange de polluants
atmosphériques qui limite la
visibilité dans l’atmosphère.
Il est constitué surtout de
particules fines et d'ozone. Il
peut se former à toute période
de l’année. L’été, il est en
grande partie constitué d’ozone
et de particules fines, alors que
l’hiver ce sont surtout ces
dernières qui le caractérisent.
Journée de smog hivernal où on observe que les polluants sont
piégés près du sol. 2 février 2005 - 9:00 – vue vers l’est
(29e étage de l’édifice Marie-Guyart à Québec)
http://www.mddep.gouv.qc.ca/air/info-smog/
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Les émissions de polluants correspondent aux quantités de polluants directement
rejetées dans l'atmosphère par les activités humaines (cheminées d'usine ou de
logements, pots d'échappement, agriculture…) ou par des sources naturelles (volcans,
ou composés émis par la végétation et les sols) exprimées par exemple en kilogrammes
ou tonnes par an ou par heure.
Les concentrations de polluants caractérisent la qualité de l'air que l'on respire, et qui
s'expriment le plus souvent en microgrammes par mètre cube (µg/m³) ou particules par
million (ppm).
http://www.airparif.asso.fr/pollution/emissions-ou-concentrations
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Conditions météorologiques et impact
de la pollution
En hiver, l’air peut devenir chargé des
produits de la combustion incomplète
comme les matières particulaires, les
composés organiques volatils (COV), le
monoxyde de carbone(CO) et les oxydes
d'azote (NOx).
L’importance du smog hivernal qui en
résulte dépend du degré de dispersion
atmosphérique. Plus le niveau de
dispersion atmosphérique est faible, plus
le niveau de smog hivernal est élevé. La
dispersion atmosphérique est
principalement déterminée par la vitesse
du vent et la hauteur de mélange.
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La topographie
La topographie joue également un rôle important dans la concentration des
polluants. Par exemple, les « murs » physiques d’une vallée limitent les
mouvements de l’air à l’intérieur de la vallée. De hauts niveaux de polluants
dans l’air ne pourront pas être suffisamment dispersés et les communautés
habitant dans la vallée seront recouvertes de smog. Une communauté
située sur une plaine ne connaîtra pas ce problème de dispersion. Le smog
apparaît aussi dans les régions vallonnées où l’air froid peut être retenu
dans les nombreuses poches du terrain et entraîner une inversion de
température.
(Image: Alaskan wildfires, 2004; NASA's Terra, Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer;
Jacques Descloitres, NASA Goddard)
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La topographie
Visible satellite image at 1:45 pm PDT Wednesday October 24, showing a huge area of smoke over the
Pacific Ocean. Some of this smoke is being blown northward (top of image), and is expected to move over
northern California and northern Nevada over next two days. This northward-moving smoke is being lifted by
the flow around an approaching low pressure system, and is not expected to affect air quality near the
surface. However, the smoke just offshore San Diego and Los Angeles will remain near the surface, and
some of it will be pushed back over land by afternoon sea breezes. Image credit: NASA.
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La topographie
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Été : smog photochimique
Dans le cas de l'ozone, il s'agit plutôt d'une réaction impliquant les rayons
solaires
http://www.derm.qld.gov.au/air/pollution/pollutants/ozone.html
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http://www.appa.asso.fr/npdc/Pages/article.php?art=195
Processus simplifié de formation de l’ozone
Les précurseurs sont parfois transportés par
les masses d’air sur plusieurs centaines de
kilomètres.
Les concentrations d’ozone les plus
importantes ne sont pas nécessairement
mesurées sur le lieu principal d’émission des
polluants précurseurs (centre des
agglomérations, zones industrielles), mais
parfois à 50, voire jusqu’à 150 km de là, dans
des zones rurales sous le vent des émetteurs.
Des polluants précurseurs émis plusieurs
heures, voire plusieurs jours auparavant,
peuvent contribuer de manière significative à la
formation d’ozone ;
Durant la canicule, les températures élevées et
le fort ensoleillement contribuent à une
formation importante d’ozone.
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Évolution des panaches de pollution
1ère phase : Le panache de fumées s’élève et sa trajectoire dépend essentiellement :

de sa température. Les effluents
gazeux possèdent souvent une
température nettement supérieure
à la température ambiante. Cette
énergie thermique entraîne une
surélévation variable du panache,
excepté dans le cas où la densité
de l’effluent est nettement plus
élevée que celle de l’air
environnant

de sa vitesse d’éjection Vs qui peut
atteindre 10 m/s ;

de la vitesse u et de la direction du vent au voisinage du débouché de la
cheminée : plus le rapport Vs/u est grand, plus la surélévation est importante.
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Évolution des panaches de pollution
2e phase: Elle débute lorsque le
panache acquiert une densité
sensiblement égale à celle de
l’air ambiant : devenu horizontal,
il n’a plus de mouvement propre
et sa diffusion dépend des
conditions météorologiques et de
la turbulence atmosphérique.

La turbulence a principalement deux origines :
 une origine dynamique due au relief et aux obstacles à la surface du sol et aux
cisaillements du vent
 une origine thermique due à la variation de la température de l’air avec l’altitude
(structure thermique verticale).
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Évolution des panaches de pollution
3e phase
Elle concerne la diffusion du panache à l’échelle régionale (distances
de l’ordre de 20 à 400 kilomètres en aval de la source).
Progressivement, les polluants tendent à se répartir uniformément à
l’intérieur d’un volume d’atmosphère appelé couche de mélange. Le
panache perd alors ses paramètres d’émission.
4e phase
Les polluants se déplacent alors sur de longues distances, à plusieurs
centaines, voire plusieurs milliers de kilomètres des points d’émission.
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Dispersion des
polluants
Stable
Neutre
Stable
Stable
Instable
Vitesse du vent
Stabilité
+
turbulence
Instable
Dispersion = advection + diffusion
(transport) (dilution)
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Dispersion des
polluants
Lochcarron, Scotland
Stable
Source : Wikipédia
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Mécanismes de dépollution
Ils interviennent dans les deux dernières phases et correspondent à des
transformations physico-chimiques, des dépôts humides et des dépôts secs. Les
dépôts humides englobent l’ensemble des retombées des polluants gazeux ou
particulaires incorporés au sein des précipitations (pluie, neige, brouillard, etc.).

Ils résultent :
 de la circulation des masses d’air pollué qui entraîne une
incorporation progressive des polluants dans les gouttelettes d’eau
des nuages ;
 des polluants présents sous forme de fines particules dans l’air, qui
peuvent servir de noyaux autour desquels se condense la vapeur
d’eau atmosphérique ;
 des polluants qui sont entraînés vers le sol par lessivage de
l’atmosphère au cours des précipitations.
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La dispersion des polluants selon leur taille
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Les pluies acides
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Définition
On définit couramment le terme «pluies acides», comme étant toutes formes de
précipitations ayant un pH inférieur à 5,2, (pluie, smog, etc.) qui dégradent ou
même détruisent des écosystèmes.

Les pluies acides peuvent être produites
 par la nature, les NOx (volcans, foudre)
 et amplifiées par l'activité humaine (chauffage, transport : NOx; industrie : SO2 ,…).
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Pluies acides : PH < 5,2
SCA-2611 Introduction à la météorologie
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La formation et le dépôt des pluies acides
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Pluies acides
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Le problème en Amérique du Nord
Principales sources de SO2 au
Canada :
Fonderies
Centrales au charbon.
Principales sources de NOx au
Canada
Les véhicules automobiles
Les centrales au charbon
Estimation : 50% des pluies acides
au Canada proviennent des ÉtatsUnis et 10 % des dépôts dans le
nord-est des États-Unis ont leur
origine au Canada.
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