Soutenance mémoire
Les polluants, leur réglementation et leurs facteurs de variabilité
L’ozone, le dioxyde d’azote et les particules sont actuellement des polluants problématiques à l’extérieur en région parisienne car ils présentent un risque sanitaire avec des concentrations moyennes annuelles, journalières et horaires relativement élevées et parfois supérieures aux normes réglementées et préconisées selon la proximité des sources d’émission et les conditions météorologiques (Airparif, 2012a).
Définition, sources et formation des polluants problématiques
Les polluants peuvent être classifiés en deux catégories : les polluants primaires et les polluants secondaires. Les polluants primaires, tels que les oxydes d’azote (NOx) et les particules d’origine primaire, sont directement émis par des sources d’émission (trafic routier, les industries, les bâtiments, etc.). Les polluants secondaires, l’ozone (O3) et les particules secondaires, se forment par photochimie ou par réaction chimique à partir des polluants primaires. La nature et la quantité des polluants primaires émis par diverses sources d’émission sont répertoriées dans des inventaires d’émission. Lorsque les émissions sont spatialisées, l’inventaire est alors désigné comme un cadastre des émissions. L’Organisation Mondiale pour la Santé (OMS) a publié en 1979 un manuel de Gestion de la qualité de l’air dans lequel la méthode des recensements conseillée est expliquée (OMS, 2001). Ils sont réalisés à partir d’enquêtes et d’informations détaillées sur les sources d’émissions fixes ou mobiles (industrie, chauffage, véhicules, etc.) sur une zone géographique bien définie (Rossano et Rolander, 1976). En France, le premier inventaire des émissions a été établi sur l’année 1994 par le CITEPA (Centre Interprofessionnel Technique d’Études de la Pollution Atmosphérique) en prenant en compte les oxydes d’azote NOx, les composés organiques volatiles COV, le dioxyde de soufre SO2 et le monoxyde de carbone CO (CITEPA, 1994). Le CITEPA réalise tous les ans un inventaire à l’échelle nationale. Depuis la loi sur l’air et l’utilisation rationnelle de l’énergie (Laure) en 1996, chaque région doit établir tous les cinq ans un plan régional pour la qualité de l’air (PRQA) régi par le code de l’environnement (articles L222‐1 à L222‐3 et R222‐1 à R222‐12). Dans le cadre de ce plan, les émissions des polluants atmosphériques doivent être obligatoirement répertoriées au niveau régional (Conseil régional d’Île‐de‐France, 2009). L’inventaire le plus récent en région parisienne a été établi par le conseil régional de l’Île‐de‐France avec l’aide d’Airparif (l’association de la surveillance de la qualité de l’air en Île‐de‐France) avec comme année de référence, 2005 et révisé en 2008 (Airparif, 2009a). Cet inventaire recense, sur une période bien définie, l’ensemble des émissions des polluants atmosphériques faisant l’objet d’une surveillance permanente tels que les polluants primaires (oxydes d’azote NOx, le monoxyde de carbone CO, le dioxyde de soufre SO2, les composés organiques volatiles non méthaniques COVNM et les particules fines PM10 et PM2,5) et les principaux gaz à effet de serre (dioxyde de carbone CO2, le méthane CH4 et le protoxyde d’azote N2O). Ce recensement se fait à plusieurs échelles temporelles (annuelles, mensuelles, hebdomadaires, journalières et horaires) et à des échelles spatiales différentes :
• à une échelle plus large (nationale, régionale et départementale) avec des données de population, zones bâties, zones cultivées (…) ;
• à une échelle plus locale (commune, axe routier) avec, par exemple, les types d’établissements par commune, le comptage routier (…).
Les émissions pour chaque activité polluante recensée sont un produit entre la quantité d’activité selon le type d’activité par laps de temps (par exemple, flux et vitesse du trafic routier) et le facteur d’émission pour chaque polluant et activités (dépendant du type de moteur, de la vitesse du véhicule, etc.; Werner, 2009). Le cadastre des émissions permet de connaître la part de chaque activité dans les émissions des polluants et entre autres, de ceux que nous étudions, dioxyde d’azote et particules. Il est disponible pour chaque polluant atmosphérique à plusieurs échelles (régionale, départementale et communale) sur le site d’Airparif (www.airparif.asso.fr). Après avoir défini chaque polluant, nous présenterons les principales sources d’émission des polluants primaires en Île‐de‐France et le mode de formation des polluants secondaires.
Le dioxyde d’azote NO2
Le dioxyde d’azote (NO2) est fréquemment associé au monoxyde d’azote (NO). Ils ont longtemps été mesurés ensemble par les réseaux de surveillance de la qualité de l’air car la mesure séparée était difficile (Fontan, 2004). La somme de ces deux polluants est désignée par les oxydes d’azote (NOx). Ils sont principalement émis sous la forme du monoxyde d’azote NO par les combustions fossiles à haute température (moteur thermique des transports, production d’énergie thermique et d’électricité, etc.). Dans l’atmosphère, au contact de l’oxygène, le NO s’oxyde en NO2 :
2 NO + O2 → 2 NO2
L’ozone O3
L’ozone troposphérique est un polluant secondaire, principal polluant photochimique (Conseil Supérieur d’Hygiène Public de France, 1996 ; Kleinman et al., 1997 ; Sillman, 1999 ; Kleinman, 2005 ; Camredon et Aumont, 2007). Aux échelles locales, régionales et globales, l’ozone se forme par oxydation photochimique à partir des oxydes d’azote NOx, des composés organiques volatiles COV et des radicaux HOx. Dans une moindre mesure, le monoxyde de carbone CO et le méthane CH4 peuvent aussi être à la source de l’O3. La formation principale de l’ozone se fait toujours en présence de NOx mais une complexité de réactions chimiques peut intervenir dans la formation de l’ozone (Camredon et Aumont, 2007). Nous présenterons ici les deux principales : avec le COV et le NOx.
Les particules PM10 et PM2,5
De nombreux travaux scientifiques ont été réalisés depuis une dizaine d’années sur les particules, traduisant leur complexité et entraînant une évolution des connaissances, des méthodes de mesure et des normes réglementaires (Fontan et al., 2005 ; Primequal‐Predit, 2005 ; MEDAD, 2007 ; Airparif, 2008c ; Affset, 2009). Le terme « particule » désigne un mélange solide et/ou liquide présent dans un mélange gazeux. On parle aussi d’aérosols indiquant à la fois les particules et le gaz dans lequel elles se trouvent en suspension. La pollution particulaire est beaucoup plus complexe que les polluants gazeux tels que le NO2 et l’O3 car elle ne présente pas une entité chimique bien définie mais un mélange hétérogène dont chaque élément est caractérisé par un état (solide et/ou liquide), une granulométrie, une composition chimique, une dynamique d’évolution dans l’atmosphère et une diversité de sources d’émission aussi bien naturelle que anthropique (Guégan et al., 2008). Pendant longtemps, les particules étaient mesurées sous la forme de fumées noires (Black Smoke) qui désignent par convention des particules noirâtres, présentant des dimensions suffisamment petites pour demeurer en suspension dans l’air. Ce sont essentiellement des particules carbonées issues de la combustion qui sont recueillies sur un filtre et sont évaluées par réflectométrie (Airparif, 2008c). Actuellement, depuis la directive européenne n°1999/30/CE du 22 avril 1999 transposée dans le droit français par le décret du 15 février 2002, les particules se mesurent par la concentration en masse des PM10 et PM2,5 (Affset, 2009). PM désignant « particulate matter » en anglais, les PM10 et les PM2,5 sont des particules de diamètre aérodynamique moyen inférieur à 10 µm et 2,5 µm. Les particules ayant un diamètre entre 2,5 et 10 µm sont dites « grossières » et celles avec un diamètre inférieur à 2,5 µm sont dites « fines ». La mesure de la taille des particules n’est probablement pas l’indicateur le plus pertinent pour mesurer les particules car elle ne prend pas en compte leur composition chimique (Harrison et Yin, 2000).
Les particules « primaires »
Les particules présentes dans l’air ambiant peuvent être à la fois « primaires » et « secondaires » (Airparif, 2008c ; Guégan et al., 2008). Les particules primaires sont directement émises dans l’atmosphère par des sources naturelles (d’origine terrigène, marine ou biogénique) et par des sources anthropiques (transport routier, industrie manufacturière, résidentiel–tertiaire, agriculture, transformation d’énergie ; CITEPA ‐ SECTEN, 2011). La figure I.2 montre la répartition par secteur des sources d’émission des PM10 et PM2,5 en Île‐de‐France en 2005 et révisée en 2008. Pour les deux polluants, la contribution des phénomènes de remise en suspension et de transformation chimique n’est pas prise en compte. On s’intéresse ici uniquement aux particules primaires (Airparif, 2009a). 28% des PM10 et 23% des PM2,5 sont émis par le trafic routier, proportions moins importantes que pour les NOx. Les véhicules particuliers contribuent à 10% des émissions franciliennes de PM10. Les véhicules utilitaires légers représentent 7% des émissions, tout comme l’usure des routes, des pneus, des plaquettes freins entraînant un phénomène d’abrasion des pneus, de la route et/ou des freins qui est responsable de 7% des PM10. Dans l’inventaire de 2005 et révisé en 2008, le phénomène d’abrasion n’est pas pris en compte dans les sources d’émission des PM2,5. Cependant plusieurs études internationales montrent que l’abrasion des pneus est une source importante d’émission des particules fines (Wahlinet al., 2006 ; Quérol et al., 2007 ; Almato et al., 2010). Ces dernières années les études sur les particules fines et ultrafines se sont multipliées. Leurs sources d’émission étaient moins bien définies. L’association Airparif a publié un rapport en 2011 sur l’origine des particules dans lequel les sources d’émission des PM2,5, et entre autres celles du trafic routier, sont mieux connues (Airparif, 2011b).
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Table des matières
Introduction générale
Partie I : Mesures et variabilités de l’exposition et de la perception de la pollution de l’air extérieur
Chapitre I : Les polluants, leur réglementation et leurs facteurs de variabilité
Chapitre II : Mesures et évaluation de l’exposition à la pollution de l’air
Chapitre III : La perception de la pollution de l’air extérieur
Partie II : Variabilité spatiale et temporelle de l’ozone, du dioxyde d’azote et des particules en région parisienne
Chapitre IV : Réseaux de mesures en région parisienne et approche méthodologique
Chapitre V : Contexte régional et variabilité spatio-temporelle des taux d’ozone, de dioxyde d’azote et de particules en région parisienne
Chapitre VI : Épisodes de pollution à l’ozone, au dioxyde d’azote et aux particules en région parisienne
Partie III : Variabilité de l’ozone et des particules sur les sites touristiques parisiens
Chapitre VII : Protocole de mesure des taux d’ozone et de particules fines sur les sites touristiques parisiens
Chapitre VIII : Exposition des touristes à l’ozone lors d’un épisode de pollution sur des sites touristiques parisiens
Chapitre IX : Variabilité spatiale des particules selon différents itinéraires et modes de transports touristiques à Paris
Partie IV : Perception de la pollution de l’air par les touristes à Paris
Chapitre X : Questionnaires, lieux et jours des enquêtes
Chapitre XI : Entre exposition et perception de la pollution atmosphérique par les touristes
Chapitre XII : Représentation de la qualité de l’air par les touristes à Paris
Conclusion générale
Bibliographie
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