Particules fines

Pour les articles homonymes, voir PM.

Les particules en suspension (notées PM en anglais pour Particulate Matter) sont d'une manière générale les fines particules solides portées par l'eau ou solides et/ou liquides portées par l'air. On peut les recueillir et quantifier par filtration ou par d'autres procédés physiques.

L'augmentation des taux de particules fines dans l'air est facteur de risques sanitaires (maladies cardiovasculaires, altération des fonctions pulmonaires, cancer du poumon et diminution de l'espérance de vie.

Sources

Les particules sont d'origine anthropiques et/ou naturelles.

• Des particules d'origine naturelle proviennent principalement d'éruptions volcaniques, de l'érosion éolienne,(tempêtes de poussière en particulier), de feux de forêts, brousses, savanes ou prairies. Une petite quantité provient de la végétation (pollens..) et des embruns.
• Les activités humaines, telles que le chauffage (notamment au bois), la combustion de combustibles fossiles dans les véhicules, les centrales thermiques et de nombreux procédés industriels génèrent également d'importantes quantités d'aérosols. En moyenne sur le globe, les aérosols directement produits par l'homme constitueraient 10% environ de la quantité totale d'aérosols présents dans l'atmosphère. La pollution particulaire d'origine automobile diminue dans les pays riches (par véhicule), mais augmente fortement dans plusieurs pays en développement. Dans le monde les particules émises par les cheminées de navires marchands ou navires de guerre est aussi en forte augmentation.

Dans l'air

Les travaux publics sont une des nombreuses sources de particules en suspension (ici aggravée par l'utilisation d'air comprimé pour nettoyer le substrat)

Ici c'est une souffleuse portative qui, sous prétexte de nettoyage disperse dans l'atmosphère d'un centre ville peuplé la poussière, y compris des particules de fientes d'oiseaux et d'excréments de chiens

Envol tourbillonnaire de poussières de plomb toxique (source de saturnisme), Usine Métaleurop-Nord, peu avant sa fermeture

Particules polluant l'air intérieur (type suies et fumées de diesel), laissées sur un plafond autour d'une bouche de climatisation

Dans le cas de la pollution atmosphérique, la faible masse moyenne des particules en suspension dans l'air leur donne une vitesse de chute par gravité négligeable. Schématiquement selon la forme des particules et leur densité, on peut retenir que pour des particules classiques, leur diamètre serait sensiblement inférieur à 50 micromètres, voire dans le cas de particules très légères à 100 micromètres.
Au-dessus de ces valeurs, les particules ne sont plus maintenues en suspension par la résistance de l'air et chutent en fonction de leur densité ; on les qualifie alors de poussières sédimentables, notées P.Sèd.

Classification

La métrologie des PM fait appel dans le cas de la surveillance de la qualité de l'air à des méthodes physiques très sophistiquées ; la référence métrologique étant la gravimétrie par filtration, mais qui a l'inconvénient d'être une méthode discontinue ; pour déterminer les PM en continu, on utilise soit des micro-balances à quartz, soit des sondes à rayons bêta. Une autre méthode d'évaluation par comptage optique peut être fait avec des capteurs à diffraction laser moyennant une erreur réalisé par la densité fixée lors de l'étalonnage.

Selon la taille des particules (diamètre aérodynamique ou diamètre aéraulique), on distingue en métrologie les PM 10, les PM 2,5 ou les PM 1 selon la taille des particules en micromètre (10^-6 m)ou encore 1 micron (1µm).

• PM 10 particules en suspension dans l'air, d'un diamètre aérodynamique (ou diamètre aéraulique) inférieur à 10 micromètres. Les particules plus fines peuvent être référencées :
• PM 2,5 dont le diamètre est inférieur à 2,5 micromètres, appelées particules fines
• PM 1,0 dont le diamètre est inférieur à 1,0 micromètre, appelées particules très fines
• PM 0,1 dont le diamètre est inférieur à 0,1 micromètre, appelées particules ultrafines ou nanoparticules

Persistance des particules en suspension dans l'atmosphère

Les particules peuvent demeurer dans l'atmosphère plus ou moins longtemps, selon leur taille. D'autres facteurs peuvent influer sur leur durée de séjour dans l'air, par exemple les précipitations qui accélèrent leur élimination de l'atmosphère.

• Les particules grossières (fraction des PM10 de taille comprise entre 10 et 2,5 micromètres) retombent assez vite. Leur durée de séjour dans l'air est de l'ordre de 1 jour.
• Ce sont les particules très fines (fraction des PM1 de taille comprise entre 1,0 et 0,1 micromètre) qui restent le plus longtemps en suspension dans l'atmosphère, jusqu'à 1 semaine environ. Elles peuvent ainsi être transportées sur de longues distances. Elles ne sont pratiquement éliminées que par les précipitations et ont le temps de s'accumuler dans l'air.
• Dans le cas des particules ultrafines (ou nanoparticules PM 0,1), d'autres facteurs, qui accélèrent leur élimination de l'atmosphère, interviennent .Leur durée de séjour est très courte, de l'ordre de quelques minutes à quelques heures^[1] (pages 27 et 28).

1. Deux premières observations s'imposent

• La pollution atmosphérique engendrée par les sources peut subsister longtemps après la fin des émissions.
• Même des émissions locales peuvent polluer l’air très loin de leur lieu d'origine.

Un exemple typique de pollution particulaire à longue distance est donné par les tempêtes de sable au Sahara qui transportent les sables du désert jusque dans nos régions.

Autre exemple, impliquant la combustion de biomasse : au printemps 2006, des feux agricoles de l’Europe de l’Est ont considérablement pollué l’air d'une île de l'Arctique, à 3000 km de distance ^[2]. Conclusion de l'article : « L’importance de la combustion de la biomasse en Eurasie par rapport à celle des combustibles fossiles semble donc avoir été sous-estimée jusqu’alors dans l’inventaire de la pollution de l’air en Arctique. »

2. Les PM2,5 et les PM1 sont des indicateurs du secteur résidentiel, émetteur principal en France métropolitaine.

La réduction des émissions de PM2,5 (qui incluent les particules PM1, les plus dangereuses pour la santé) fait partie des priorités du « Plan Particules »^[3], notamment pour les secteurs suivants :

• Le secteur résidentiel, émetteur principal de PM2,5 et majoritaire de PM1, du fait essentiellement de la combustion du bois (voir bois énergie).
• Le transport routier, à la quatrième place seulement pour les émissions de PM2,5 mais en seconde position pour les émissions de PM1, du fait essentiellement des moteurs Diesel.

Enjeux de santé publique

Selon leurs tailles, ces particules fines pénétrent plus ou moins profondément dans le système respiratoire. Des particules de type PM2,5 par exemple arrivent jusqu'au niveau des alvéoles pulmonaires.

Les particules issues des processus de combustion sont identifiées comme étant particulièrement dangereuses.

Le CITEPA^[4], organisme qui assure la réalisation technique des inventaires de la pollution atmosphérique en France, signale qu'une attention particulière doit être portée aux émissions de particules : « Les particules solides servent de vecteurs à différentes substances toxiques voire cancérigènes ou mutagènes (métaux lourds, HAP,...) et restent de ce fait un sujet important de préoccupation ».

• En France, le chauffage au bois, principal émetteur de particules fines PM2,5 et émetteur majoritaire de particules très fines PM1, mais aussi de HAP et de benzène (voir bois énergie), présente des risques sanitaires importants; aussi fait-il l'objet d'une attention toute particulière de la part du « Plan Particules »^[3]. Le développement de ce mode de chauffage, dans le cadre de la promotion des énergies renouvelables, fait en effet craindre une aggravation de la pollution par les particules.

Selon l’OMS, au moins 1,4% des décès dans le monde seraient induites par les particules polluantes de l’air qui est aussi pour un grand nombre de gens un facteur de diminution de l’espérance de vie ;

• de 8,2 mois dans l’Europe des 15,
• de 10,3 mois dans les dix nouveaux États de l’UE (plus pollués).

Dans l’Europe des 25, ce sont environ 348 000 morts prématurées par an qui sont attribuées à cette pollution.

• Les effets sont trois fois plus élevés là où sont concentrés les transports et émissions de chauffage ou centrales thermiques mal filtrées (par rapport aux zones moins polluées)^[5]
• Les PM de taille inférieure à 2,5 micromètres (PM2.5) sont les plus dangereuses.^[5]
• Dans l'Europe des 15, on note une diminution de la contribution du transport routier aux émissions de PM2.5, malgré une augmentation du trafic, et cette tendance devrait se poursuivre dans les prochaines années avec les nouvelles réglementations européennes. En revanche, toujours pour les émissions de PM2.5, on prévoit une augmentation de la contribution des procédés industriels et du chauffage domestique au bois; ce dernier deviendrait à terme la principale source de PM2.5 ^[5].
• Un rapport EMEP ^[6] a montré qu'en 2005-2006 de nombreuses grandes villes européennes étaient très polluées par les particules, avec des teneurs moyennes en PM2.5 dépassant quotidiennement et annuellement - et de beaucoup - les seuils, valeur limites ou directives de l'OMS (qui sont plus strictes que les limites européennes).
  Les valeurs limites OMS sont aussi dépassées dans des secteurs de taille très significative en aval de zones urbaines denses, suite au transport des petites particules par le vent.
  Selon une étude récente ^[7], les variations d'espérance de vie de la fin des années 70 au début des années 2000, mesurée dans 51 régions urbanisées des Etats-Unis ont confirmé une corrélation entre la mortalité et l’évolution du taux de pollution de l’air par les particules fines ; Une diminution de 10 µg/m3 de particules fines PM 2,5 (< à 2,5 µm ) dans l’air s’est traduit sur cette période par une augmentation l’espérance de vie de 5 à 9 mois (en tenant compte des évolutions socio-économiques, démographiques et de l’exposition au tabac durant la même période).

Les nanoparticules ne sont pas suivies ou très mal mesurées, mais elles pourraient avoir des impacts similaires ou plus graves. On en trouve par exemple des taux élevés dans les tunnels routiers.

Contrôle et surveillance

Europe :
Depuis janvier 2005, deux valeurs-limites sont applicables en Europe pour les PM-10 ^[8] :

• une norme de 50 microgrammes par mètre cube (µg/m3) à ne pas dépasser sur 24 heures, et ne devant pas être dépassée plus de 35 jours par an;
• une concentration de 40 µg/m3 qu'on ne doit en aucun cas dépasser durant un an.

Or, un ou plusieurs dépassement de cette norme ont concerné 83 millions de personnes dans 132 zones en Allemagne, Espagne, Estonie, Italie, Pologne, Slovénie, Suède, à Chypre, au Portugal et au Royaume-Uni^[9]
Début 2009 ^[10], 6 mois après une lettre d’avertissement envoyée en juin 2008, la Commission a donc entamé une poursuite contre 10 États-membres pour non-respect de la norme européenne de qualité de l’air sur les particules PM-10.

L'Europe avait accordé un délai supplémentaire pour respecter la norme sur les PM-10, aux états capables de prouver qu'ils avaient fait un effort pour respecter les valeurs-limites dès 2005, mais que cet effort avait été contraint par des faits ne dépendant pas d'eux, et qu’un plan relatif à la qualité de l'air a été mis en oeuvre dans toutes les zones concernées. En 2008, l'Allemagne, l'Espagne, l'Italie et la Pologne n'avaient fait aucune demande pour leurs dépassements locaux des valeurs-limites de PM-10.

En France :
Ces mesures sont assurées en France par les Associations Agréées de la Surveillance de la Qualité de l'Air (AASQA). Des PRQA se mettent en place ou sont renouvelés.

Voir aussi

• nanoparticule
• Pollution
• Poussière
• Suie, carbocendres
• Circulation alternée
• Filtre à particules
• Toiture végétale

Liens externes

• (fr) Particules en suspension et santé résumé de GreenFacts de rapports scientifiques de l'OMS
• (fr) Site du Ministre wallon de l'Environnement (Belgique)
• (en) Lave LB, Seskin EP. Air pollution and human health. Science 1970;169:723-733
• (en) Evans JS, Tosteson T, Kinney PL. Cross-sectional mortality studies and air pollution risk assessment. Environ Int 1984;10:55-83
• (en) Özkaynak H, Thurston GD. Associations between 1980 U.S. mortality rates and alternative measures of airborne particle concentration. Risk Anal 1987;7:449-461 (Télécharger)
• (en) Dockery DW, Pope CA III, Xu X, et al. An association between air pollution and mortality in six U.S. cities. N Engl J Med 1993;329:1753-1759 Télécharger

Notes et références

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