La composition chimique des particules PM2,5 dans le Grand Est

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© Colomban

Publié le 26 septembre 2023

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Étude complète à consulter en pièce jointe en bas de la page

Les particules fines (PM2,5) sont responsables de 40 000 morts chaque année en France. Véritable enjeu de santé publique, le sujet est cependant complexe à cerner et vulgariser. 

    C'est quoi une particule ?

    Les particules regroupent l’ensemble des composés solides ou liquides en suspension dans l’atmosphère. Elles sont émises par des sources naturelles ou anthropiques (issues des activités humaines) et se distinguent entre :

    • les particules primaires, qui sont émises directement dans l’atmosphère
    • et les particules secondaires qui sont formées dans l'air à partir de gaz dits précurseurs. 

    Les études montrent que les effets sanitaires des particules sont dépendants de leur nature, c’est-à-dire de leur composition chimique. Or, les particules PM10 et PM2,5 sont réglementées uniquement en fonction de leur masse, et non en fonction de leur composition chimique. Cet angle mort pose pourtant une question essentielle : de quoi sont composées les particules ?

    ATMO Grand Est dispose d’un observatoire de la composition chimique des particules, complémentaire à la surveillance réglementaire. 

    Cette étude présente 

    • Les trois grandes familles des particules fines.
    • Les techniques d'analyse et le réseau de surveillance de l'observatoire.
    • Les tendances lourdes des trois dernières années et ce qu'il faut en retenir.

    Consulter l'étude complète de 10 pages incluant des graphiques sur l'évolution des mesures 

    Pourquoi étudier la composition des particules ? 

    Comprendre la composition chimique des particules permet d'identifier leur(s) source(s) et ainsi de mieux cibler les actions à mettre en place en cas d’épisode de pollution.

    Cette meilleure compréhension des particules permet de soutenir le personnel d’astreinte lors des épisodes de pollution, d'accompagner les territoires concernés et de construire des campagnes exploratoires ciblées.

    Les trois grandes familles des particules fines

    • Le carbone élémentaire, composé primaire majoritairement constitué d’atomes de carbone, est principalement émis par les processus de combustion et notamment par le trafic routier.
    • La matière organique est issue de sources anthropiques (trafic routier, chauffage…) et naturelles (débris de végétaux, particules secondaires issues de l’oxydation de composés naturels comme les terpènes…).
    • La matière inorganique qui comprend :

    Un composé inorganique secondaire formé dans l’atmosphère par la réaction entre les oxydes d’azote, principalement émis par le trafic routier, et l’ammoniac, principalement émis par l’agriculture. Sa formation dépend de la température. En effet, en été par exemple le nitrate d'ammonium ne se forme plus dans l'atmosphère car les températures sont trop élevées.

    Un composé inorganique secondaire formé dans l’atmosphère par la réaction entre le dioxyde de soufre, principalement émis par l’industrie, et l’ammoniac. Dans la région, il est peu formé localement donc il est principalement issu du transport longue distance.

    Ils sont issus des embruns. Ces derniers sont d’autant plus marqués à proximité du littoral.

    Elles regroupent des particules inorganiques naturelles liées à l’érosion des sols, aux poussières désertiques et aux particules anthropiques, notamment celles liées au trafic routier. Cependant, ces particules ne correspondent pas à la pollution engendrée par la combustion du carburant. Elles proviennent au contraire des émissions dites "hors échappement" (usure des pneus, usure des disques de freins…).

    L'observatoire d'ATMO Grand Est

    ATMO Grand Est utilise deux techniques majeures pour l'analyse de la composition chimique des particules. 

    • Les analyses chimiques réalisées sur des filtres sur lesquels les particules ont été collectées (gauche).
    • Les mesures en temps réel issues des analyseurs automatiques (droite).

    Ces deux méthodes sont complémentaires. En effet, les analyses chimiques sont réalisées à posteriori mais permettent d’étudier une large gamme de composés. Les analyseurs automatiques permettent quant à eux d’avoir une donnée en temps réel sur les composés majoritaires des particules.

    analyseurs

    ATMO Grand Est dispose d'une base de données qui regroupe plus de 45 000 analyses de composition chimique des particules depuis 2010. 

    réseau

    Ce qu'il faut retenir

    • Les particules fines sont principalement composées de matière organique (41-59%), issue de sources naturelles et anthropiques, et de composés inorganiques secondaires (nitrate d’ammonium et sulfate d’ammonium, 34-48%), formés dans l’atmosphère par des gaz précurseurs notamment émis par le trafic routier et l’agriculture.
    • Les particules fines et leurs composés majoritaires sont associés à une tendance à la baisse significative depuis 10 ans. Selon la composition chimique des particules, la diminution est toutefois différente, mettant en évidence la mise en place d’actions dépendantes des sources d’émission.
    • Une variabilité spatiale peut être observée en fonction des sites avec des niveaux en particules primaires (matière organique, carbone élémentaire et poussières minérales) plus importantes pour les sites de mesures à proximité de sources de pollution (zone urbaine).
    • Les composés majeurs des particules fines n'évoluent pas tous de la même manière en fonction de leurs sources ou des réactions dans l'atmosphère et présentent donc une variation mensuelle plus ou moins marquée.

    Zoom sur l'évolution de la composition chimique sur une année 

    Certains composés des particules fines présentent une variabilité saisonnière très marquée, notamment le nitrate d’ammonium avec une hausse observée au printemps et de faibles niveaux en période estivale.

    Niveaux 

    Domine la composition des particules fines sur la majorité des mois.

    Variabilité

    Maximums en hiver notamment à Metz et Jonville (chauffage, trafic routier) et pics estivaux en juillet notamment au Donon (particules organiques secondaires).

    Origines 

    • En période hivernale : sources de combustion comme le chauffage et la surémission des moteurs (trafic routier).
    • En période estivale : formation de particules organiques secondaires à partir des composés organiques volatils (COV) biogéniques.

    Influence des conditions atmosphériques

    • En période hivernale : épisodes anticycloniques permettent l’accumulation des particules émises par la combustion. 
    • En période estivale : l’activité photochimique favorise la formation des particules organiques secondaires.

    Niveaux 

    Souvent 2ème composé après la matière organique mais peut aussi être le plus élevé au printemps.

    Variabilité

    • Variabilité la plus marquée : maximums observés en mars pour tous les sites. 
    • Minimums très faibles en période estivale.

    Origines 

    Composé secondaire formé à partir de l’ammoniac : fortement émis au printemps et en été/début d’automne par les activités agricoles d’épandage.

    Influence des conditions atmosphériques

    • Au printemps : conditions météorologiques (épisodes anticycloniques avec soleil et faibles températures) permettent sa formation. 
    • En période estivale : les températures trop élevées ne permettent pas sa formation même si de l’ammoniac est émis.

    Niveaux 

    Niveaux moyens pour les sites influencés par l’activité humaine et faibles pour les sites peu influencés.

    Variabilité

    Maximums observés en période estivale.

    Origines 

    Particules hors échappement toute l’année et activités agricoles, érosion des sols.

    Influence des conditions atmosphériques

    Période estivale : Remise en suspension des particules favorisée par les conditions atmosphériques plus sèches.

     

    Consulter l'étude complète

    Etude de la composition chimique des particules PM25 dans la region Grand Est-2.pdf
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