Bonjour.

Nous nous intéressons beaucoup aux polluants et au gaz à effet de serre que nous trouvons dans les gaz d’échappement en sortie des véhicules. Nous nous intéressons aussi aux effets de ces polluants sur notre santé quand nous les respirons. Vous êtes-vous déjà demandé ce que devenaient ces polluants entre les pots d’échappement et nos poumons, comment ils voyageaient et se propageaient dans l’atmosphère ? Ce sont des questions qui sont pourtant essentielles pour mieux comprendre les problèmes que soulève la pollution et pour trouver des solutions pour résoudre ces problèmes.

Cette séance consacrée à la dispersion atmosphérique des polluants va donc nous permettre de mieux comprendre notre atmosphère, les échelles de dispersion atmosphérique à laquelle on va être confronté dans le temps et dans l’espace et aussi les différents paramètres qui jouent sur cette dispersion atmosphérique.

Nous devons d’abord nous intéresser au fonctionnement de notre planète et plus particulièrement à l’atmosphère. Le rayonnement solaire qui arrive sur notre planète traverse l’atmosphère qui est constituée de différents gaz. Ces gaz laissent passer une partie du rayonnement solaire qui va atteindre le sol. Le sol, une fois chauffé par ce rayonnement, va réémettre un rayonnement infrarouge qui va être renvoyé vers l’atmosphère. Les gaz de notre atmosphère ont une capacité, pour certains d’entre eux, à retenir ce rayonnement infrarouge et à renvoyer une partie de ce rayonnement vers le sol. Ce phénomène est ce qu’on appelle l’effet de serre. 

La capacité de ces différents gaz à participer à cet effet de serre est mesurée par le pouvoir de réchauffement global, noté aussi PRG. Le CO2, le dioxyde de carbone est pris comme référence pour calculer ce PRG. On peut voir dans le tableau que si on s’intéresse au méthane, si on rejette 1 kg de méthane dans l’atmosphère sur 100 ans, cela équivaut à 21 kg de CO2 émis dans l’atmosphère sur 100 ans.

Ces différents gaz vont donc contribuer à donner une différence de température dans l’atmosphère suivant notre altitude dans cette atmosphère. Donc comme on peut voir sur le schéma, suivant les différentes altitudes à laquelle on va se placer dans notre atmosphère, la température va diminuer ou va pouvoir augmenter. Si on fait un zoom sur la partie la plus basse de notre atmosphère, dans la troposphère, on peut voir que, suivant le soleil, si on se trouve de nuit ou de jour, on va avoir un comportement différent des masses d’air. De nuit, les masses d’air vont être très stables parce que la température est très faible au niveau du sol. Quand le soleil va se lever, le sol va se réchauffer, l’air chaud va avoir tendance à s’élever pendant que l’air froid va vouloir redescendre au sol. Ce mouvement qui participe au phénomène de convection va permettre de mélanger les masses d’air et donc de participer à la dispersion des polluants. Ce transport des polluants peut aussi être vu suivant le schéma que je présente ici. On peut prendre par exemple, l’émission de polluants à la sortie d’un véhicule. Ces polluants vont s’élever dans l’air en suivant les masses d’air qui vont être entraînées par la différence de température dans l’atmosphère. Ils vont ensuite être transportés par le vent. Pendant ce transport, ils vont être soumis à des changements, des transformations physico-chimiques avec le soleil qui va, par exemple, transformer certains polluants en d’autres polluants, et ensuite on va avoir des dépôts sous forme, par exemple, de pluie qui va emmener les polluants vers le sol.

Ce transport des polluants peut se traduire mathématiquement avec l’équation qu’on trouve ici, C étant la concentration des polluants dans l’atmosphère. On peut donc étudier son évolution dans le temps en fonction des émissions, du transport par le vent, des transformations physico-chimiques et enfin, du dépôt qui va faire disparaître les polluants de l’atmosphère.

Tous ces phénomènes, comme on l’a vu sur le schéma, se produisent à différentes échelles dans le temps et aussi dans l’espace. Le tableau que l’on trouve ici résume les différentes échelles que l’on peut rencontrer dans la dispersion des polluants dans l’atmosphère. La plus grande est celle du climat qui se fait sur plusieurs années avec des échelles spatiales qui sont de l’ordre de la taille d’une planète. La plus petite des échelles est la micro échelle qui, elle va se situer dans une échelle temporelle inférieure à une heure, par exemple, et inférieure à quelques kilomètres. C’est le cas des études que l’on fait des polluants au voisinage d’installations industrielles ou très près d’infrastructures routières.

Pour mieux comprendre quel polluant va pouvoir se transporter plus loin de sa source d’émission, il faut s’intéresser à son temps de résidence dans l’atmosphère. C’est en quelque sorte sa durée de vie dans cette atmosphère.

Sur ce diagramme on peut voir que suivant les polluants leur temps de résidence dans l’atmosphère diffère. On peut voir, par exemple, le méthane ici le CH4, qui a un temps de résidence dans l’atmosphère qui est de l’ordre de la dizaine d’années.

En revanche, d’autres polluants qu’on connaît bien comme le monoxyde de carbone, l’ozone troposphérique ou les NOx que l’on rencontre surtout dans le domaine du transport sont eux dans la partie, meso-échelle. Cette partie donne des polluants qui vont pouvoir se transporter à l’échelle d’une région avec du transport qui va durer jusqu’à un an.

Tout ce que j’ai présenté pour l’instant est un schéma très simplifié de la dispersion atmosphérique des polluants. Si on veut rentrer un peu plus dans le détail et se rapprocher de ce qui se passe en réalité, il faut que l’on s’intéresse aux différents paramètres qui vont jouer sur cette dispersion atmosphérique.

Un des premiers paramètres importants qu’on peut trouver pour le transport de ces polluants est la turbulence atmosphérique. Quand on a une masse d’air qu’on appelle dépressionnaire ou encore anticyclonique, on se retrouve avec une haute pression au niveau du sol qui va entraîner les masses d’air à descendre vers le sol et donc bloquer les polluants au niveau des sols. Dans le cas contraire, quand on a une masse d’air avec une pression plus basse au niveau du sol, la masse d’air va avoir tendance à se diriger vers les altitudes plus élevées et donc emporter les polluants pour améliorer la dispersion. Suivant aussi la topographie locale à laquelle on va s’intéresser, on va avoir différentes manières de se disperser.

Si on s’intéresse par exemple à ce qui se passe sur une plage. De journée, la température au niveau de la plage va être plus élevée que celle qu’on a au niveau de la mer. Les polluants vont donc avoir tendance à venir rester bloqués sur la plage. En revanche, de nuit, les températures s’inversent. La température au niveau de la plage devient plus faible et au niveau de la mer plus élevée. Dans ce cas-là, les polluants vont se diriger dans l’autre sens et vont s’éloigner et être plus dispersés. De même pour les brises qu’on appelle de vallée, ce sont des vents qui vont permettre, de jour, entraîner les polluants vers les sommets et de nuit, ramener ces polluants vers les vallées.
L’hiver, on a aussi des phénomènes qui sont appelés inversion de température qui peuvent arriver. On a par exemple, l’hiver, plus de pollution puisque plus de chauffage et aussi beaucoup de transports. Dans certaines altitudes, on peut avoir l’apparition d’une couche de masse d’air de température plus élevée que celle qui est en-dessous. Donc elle va bloquer ici, au niveau de ce qu’on appelle la couche d’inversion, les polluants qui ne vont plus pouvoir être dispersés plus loin et vont rester bloquer au niveau des villes. La pluie est aussi un paramètre important puisqu’elle va bloquer la dispersion des polluants qui vont vite être retournés vers le sol parce que entraînés par la pluie.

Pour résumer les points importants qu’on a pu voir dans cette séquence sur la dispersion atmosphérique, on sait que cette dispersion dépend de différents paramètres qu’il faut prendre en compte vraiment pour tout connaître sur le transport de la pollution. Les changements climatiques qui vont être induits par l’augmentation de l’effet de serre vont modifier la composition des gaz dans cette atmosphère et donc vont jouer un rôle sur cette dispersion des polluants. Il est donc important de faire des mesures de polluants locales, près des routes par exemple, mais aussi les mesures de fond, beaucoup plus loin des villes pour voir jusqu’à quel point les polluants peuvent parcourir un chemin par rapport à leur source d’émission et quels paramètres jouent vraiment sur cette dispersion atmosphérique.

J’espère qu’avec cette séquence, vous en avez appris un peu plus sur les enjeux qui sont produits par cette dispersion atmosphérique sur l’environnement et sur notre santé, que ce sont des choses que vous pourrez encore approfondir dans les autres séquences.

Au revoir.