15. Les épisodes de pollution aux particules en Île-de-France

Index de la série « Pollution de l’air »

Avant d’analyser plus avant les pics de pollution, on rappellera que s’ils ont un très fort impact médiatique (et ont l’avantage de faire prendre conscience du problème), ils ne sont responsables que de 7 % des problèmes de santé (cf 1er billet de la série).

Ce qui se comprend : nos poumons filtrent l’air pollué et s’encrassent. Si une concentration habituelle de 30 µg/m³ triple pendant 2 jours, les poumons auront finalement filtré ces deux jours là ce qu’ils filtrent habituellement toutes les semaines, ce qui ne change finalement pas tellement les choses. C’est schématique – bien sûr, la toxicité augmente avec la concentration – mais cela permet de ne pas perdre de vue l’essentiel : la pollution chronique quotidienne.

Analyse des épisodes de fort dépassements en particules en 2009 à Paris

Dans son intéressante étude en 2011 sur l’origine des particules dans la région, AirParif s’est aussi intéressé aux pics de pollution en 2009/2010, quand les PM₁₀ dépassent 50 µg/m³ loin du trafic (zone urbaine);

On peut distinguer trois types de pics de pollution aux particules : ceux en hiver, ceux au printemps et ceux en automne.

1/ Épisodes anticycloniques hivernaux

Dans ces épisodes, 75 % des particules PM₁₀ sont importées (généralement du nord-est), et l’import représente environ 50 µg/m³, causant à lui seul le dépassement.

Avec plus de 50 µg/m³, les PM_2,5 seules causent déjà le dépassement.

On constate également un doublement de la contribution urbaine des PM_2,5, qui passe de 4 à 8 µg/m³ .

Des conditions météorologiques très peu dispersives expliquent cette augmentation notable de la contribution urbaine. Les dépassements ont en effet été enregistrés pendant des épisodes anticycloniques avec de très faibles vitesses de vent de secteur est à nord-est, associés à des températures très basses. Ces conditions ont donc contribué à la fois à accentuer les niveaux de particules (en les concentrant) mais aussi leurs émissions avec des besoins de chauffage plus importants.

La composition chimique des particules est la suivante :

EC : Carbone élémentaire (suies) ; POM : Matière Organique Particulaire ; nss-SO₄ : sulfates non marins ; NO_3- : Nitrates ; NH₄₊ : Ammonium

Rappelons tout d’abord que le nitrate d’ammonium est une espèce secondaire issue de l’oxydation chimique de précurseurs gazeux, principalement l’ammoniac (NH₃) et les oxydes d’azote/acide nitrique (NO_x/HNO₃), en équilibre entre la phase gazeuse et la phase particulaire en fonction de la température et de l’hygrométrie ambiantes. Sa concentration en air ambiant est donc fonction de la disponibilité de ses précurseurs gazeux ainsi que des conditions météorologiques. En particulier en fin d’hiver/début de printemps, la conjonction de la reprise des épandages agricoles et d’épisodes anticycloniques froids et humides le matin et globalement ensoleillés, favorisent la condensation d’importantes quantités de nitrate d’ammonium en phase particulaire.

On constate donc que les particules sont composées :

majoritairement de composés inorganiques secondaires (nitrate, sulfate et ammonium), à près de 60 % dans les particules importées et à environ 40 % dans la contribution urbaine. Les nitrates pèsent plus du quart à chaque fois. Ces composés inorganiques secondaires représentent donc plus de 20 μg/m³ en moyenne, soit une concentration plus de 4 fois supérieure aux normales. Le nitrate d’ammonium est un composant majeur des particules lors des épisodes hivernaux en raison de leur stabilité dans l’atmosphère à basse température ;
à plus de 30 % par de la matière organique (OM, signature notamment du chauffage), ce qui représente des concentrations 3 fois supérieures aux moyennes annuelles. On note que la concentration en carbone élémentaire de la contribution urbaine est exactement les mêmes qu’en moyenne annuelle, ce qui exclut un changement notable de la contribution du trafic routier. Cette augmentation significative de la part de matière organique pourrait donc être provoquée par le recours au chauffage au bois, très fort contributeur de la formation de matière organique.

2/ Épisodes anticycloniques de printemps

Dans ces épisodes, 70 % des particules PM₁₀ sont importées (généralement du nord-est), et l’import représente environ 42 µg/m³. Contrairement à l’hiver, la fraction grossière importée est très significative (plus de 6 µg/m³).

Avec moins de 30 µg/m³, les PM_2,5 représentent cette fois moins de 60 % du niveau déclenchant un dépassement.

On constate que la contribution urbaine des PM_2,5 augmente peu, c’est la fraction urbaine grossière qui augmente (et dépasse 13 µg/m³).

Les conditions météorologiques de ces épisodes étaient anticycloniques avec des vents modérés de secteur nord à nord-est.

La composition chimique des particules est la suivante :

EC : Carbone élémentaire (suies) ; POM : Matière Organique Particulaire ; nss-SO₄ : sulfates non marins ; NO_3- : Nitrates ; NH₄₊ : Ammonium

On constate donc que les particules sont composées :

majoritairement de composés inorganiques secondaires (nitrate, sulfate et ammonium), à près de 60 % dans les particules importées et à environ 40 % dans la contribution urbaine. Les nitrates pèsent plus de 30 % – correspondant à des périodes d’épandage d’engrais. Ces composés inorganiques secondaires représentent donc plus de 20 μg/m³ en moyenne, soit une concentration plus de 4 fois supérieure aux normales ;
à environ 30 % par de la matière organique, ce qui représente des concentrations 3 fois supérieures aux moyennes annuelles.

On note que la concentration en carbone élémentaire de la contribution urbaine est un peu majorée par rapport à la moyenne annuelle, et surtout à un doublement de la contribution des poussières minérales.

3/ Épisodes locaux d’automne

Dans ces épisodes, seulement 60 % des particules PM₁₀ sont importées, et l’import représente environ 35 µg/m³. Comme au printemps, la fraction grossière importée est très significative (plus de 6 µg/m³).

Avec presque 35 µg/m³, les PM_2,5 représentent 70 % du niveau déclenchant un dépassement.

La contribution urbaine est très importante, 40 %, et représente 24 µg/m³en moyenne. La contribution urbaine des PM_2,5 est quatre fois supérieure à la moyenne.

Les conditions météorologiques de ces épisodes étaient également anticycloniques, mais avec une origine des masses d’air beaucoup plus variable. En effet, à la différence des épisodes hivernaux et printaniers, les conditions dispersives de ces journées étaient très mauvaises, avec de très faibles vitesses de vent, et des hauteurs de couche limite très basses. Ces très mauvaises conditions dispersives expliquent l’importance de la contribution urbaine.

La composition chimique des particules est la suivante :

EC : Carbone élémentaire (suies) ; POM : Matière Organique Particulaire ; nss-SO₄ : sulfates non marins ; NO_3- : Nitrates ; NH₄₊ : Ammonium

On constate donc que les particules sont différentes des épisodes hivernaux et printaniers :

à environ 40 % de composés inorganiques secondaires (nitrate, sulfate et ammonium),soit bien moins que dans les autres épisodes, surtout au niveau de la masse (8 µg contre 23 µg en hiver et 12 µg au printemps). Les nitrates sont plus faibles, le nitrate d’ammonium étant moins stable qu’en hiver à cause des températures. Ces composés inorganiques secondaires représentent donc plus de 20 μg/m³ en moyenne, soit une concentration plus de 4 fois supérieure aux normales ;
à près de 40 % par de la matière organique, ce qui représente des concentrations 2 à 3 fois supérieures aux moyennes annuelles. La combustion de la biomasse (feux de cheminée ou feux de végétaux) expliquent la majorité de cette augmentation.

On note aussi que la concentration en carbone élémentaire de la contribution urbaine est nettement majorée par rapport à la moyenne annuelle.

Voici un exemple des compositions lors de l’épisode de novembre 2011 :

Synthèse

Voici pour terminer 4 graphiques de synthèse pour mieux comprendre ces phénomènes saisonniers de pollution. Les deux premiers reprennent les informations sur la taille et l’origine des particules :

On note que :

en période de pics, la pollution importée est toujours prépondérante ;
il y a énormément de particules fines PM_2.5 importées en hiver ;
beaucoup de particules grossières au printemps ;
et une pollution plus locale en automne, la concentration en particules fines locales quadruple, en raison des conditions météorologiques non dispersantes.

Pour les compositions chimiques :