Pourquoi l'air est-il pollué ?

De quoi est composé l'air ?

L’air est un mélange gazeux constitué de 78 % de diazote (N2), 21 % de dioxygène (O2) mais également, en faibles proportions, d’autres gaz comme le dioxyde de carbone, de la vapeur d’eau, de l’hélium…

L’air n’est jamais à 100 % pur. Il est dégradé par des éléments dits « polluants » émis :

principalement par l’homme : activités domestiques, industrielles, agricoles, transport des personnes et des marchandises…
et aussi par des phénomènes naturels et météorologiques comme l’érosion de sols, les éruptions volcaniques, la pluie, le vent, le soleil…

Différents polluants atmosphériques

Les polluants atmosphériques se distinguent en deux grandes familles : les polluants primaires et les polluants secondaires.

Les polluants primaires

Ils sont directement rejetés dans l’air par une source identifiée, la plupart du temps liée aux activités humaines : trafic routier, industrie, chauffage, agriculture…
On retrouve notamment :

le monoxyde d’azote (NO),
le dioxyde de soufre (SO₂),
le monoxyde de carbone (CO),
les métaux lourds (plomb, arsenic, cadmium et nickel),
les composés organiques volatils (COV)
les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP dont le benzo(a)pyrène).

Les polluants secondaires

Ils ne sont pas directement rejetés dans l’air. Ils se forment à partir de réactions chimiques entre différents polluants primaires, déjà présents dans l’air.
C'est le cas par exemple pour :

l’ozone (O₃), qui se forme lorsque les oxydes d'azote et les hydrocarbures réagissent sous l’influence des rayonnements ultra-violets du soleil (c’est en partie pour cette raison que l’ozone est plus présent au printemps et en été)
les pluies acides, qui sont le résultat de l’acidification de l’eau de pluie ayant capté différents polluants mais aussi les dépôts secs de ces polluants (SO₂ et NO_X).

Certains polluants comme le dioxyde d'azote (NO₂) et les particules en suspension (PM₁₀ et PM_2.5), sont à la fois des polluants primaires et secondaires.

Origines des polluants

En air ambiant

polluants d'origines naturelles : les activités orageuses (éclair), l’érosion des sols, les sables et poussières naturelles, les volcans, les pollens, les sels marins, les ruminants, les zones humides, les feux de forêts.
polluants liés aux transports : tous les véhicules de transport (terrestres aériens, …), les émissions particulières dues aux moteurs à combustion, le revêtement des routes et l’usure des freins, des pneumatiques…
polluants liés aux activités domestiques et collectives : le chauffage domestique et/ou collectif, le traitement des espaces verts et le jardinage…
polluants liés aux activités industrielles et agricoles : les centrales de production électrique, les usines d’incinération, les raffineries, la métallurgie-sidérurgie…

En environnement intérieur

aménagement intérieur : le mobilier de type aggloméré peut être source d’émissions de formaldéhyde, les moquettes, et certaines plantes sont connues pour être allergisantes (ficus, papyrus…)
activités et habitudes de vie : la fumée de tabac est la première source de pollution intérieure. Les travaux, le bricolage, le ménage, et la cuisine émettent des particules en suspension, des oxydes d’azote et des composés organiques volatils, dont le formaldéhyde. L’utilisation de produits cosmétiques, phytosanitaires et antiparasitaires pollue également l’environnement intérieur ainsi que l’encens et les bougies...
allergènes domestiques : les moisissures se développent en cas d’humidité forte sur les murs et papiers peints, les matériaux de construction, la terre des plantes… Les animaux domestiques et les acariens sont aussi sources de pneumallergènes.
bâtiments et équipements : les matériaux de construction et le chauffage émettent des composés chimiques. Ces concentrations augmentent lors d’une mauvaise combustion (due à la vétusté de l’appareil, au manque d’entretien et un mauvais renouvellement d’air…)
paramètres de confort : l’humidité, la température et le renouvellement d’air, s’ils sont mal adaptés, peuvent également être à l’origine d’apparition de micro-organismes (prolifération d’acariens, de moisissures, de blattes…)
environnement extérieur : l’air apporte des polluants issus de diverses origines (industrielle, automobile, domestique et naturelle), et le sol émet du radon (un gaz naturel radioactif).

La météo

La qualité de l'air dépend des conditions météorologiques. En effet, la climatologie (vitesse et direction du vent, température, rayonnement, pression atmosphérique…) influence le transport, la transformation et la dispersion des polluants.

Une fois émis par une source dans l'atmosphère, un polluant va se disperser dans l'air. Le vent est un élément fondamental tant par sa direction pour orienter les panaches de polluants, que par sa vitesse pour les diluer plus ou moins dès l’origine.

A la surface de la Terre, les différents obstacles limitent la vitesse du vent et donc la dispersion des polluants. La vitesse du vent augmente généralement avec l’altitude, ainsi plus les polluants s’élèvent et plus leur dispersion est facilitée.

Plus la vitesse du vent est faible et plus les polluants risquent de s’accumuler.

Un vent fort et de direction clairement définie peut diriger un panache vers une zone spécifique, et y concentrer ainsi la pollution.

La pluie est généralement bénéfique pour la qualité de l’air car les précipitations « lessivent » l’atmosphère en diminuant les concentrations dans l’atmosphère. Le principe général repose sur le fait que l’eau qui tombe va interagir avec les polluants présents lors de sa chute et ainsi les transformer ou les déposer au sol.

Il existe cependant des effets pervers dans ce phénomène.
Par exemple pour les oxydes d’azote, le lessivage est un phénomène efficace pour réduire ces concentrations mais ces derniers par leur interaction chimique avec l’eau participent à la formation des pluies acides. Les particules ainsi « lessivées » se retrouvent dans le sol et participent à la pollution des sols et les eaux.

Quant à l’ozone, même s’il est peu soluble dans l'eau, le lessivage va tout de même contribuer à la baisse des concentrations en rabattant au sol les polluants participant à la production de l’ozone (précurseurs) présents dans l’atmosphère (oxydes d’azote et composés organiques volatils).

Les températures, trop élevées ou trop basses, sont défavorables à la qualité de l’air. La température agit à la fois sur la chimie et les émissions des polluants.

Ainsi certains composés voient leur volatilité augmenter avec la température, c’est le cas des composés organiques volatils.

Le froid, lui, augmente les rejets automobiles du fait d’une moins bonne combustion dans les moteurs. La chaleur estivale et l’ensoleillement favorisent les processus photochimiques, comme la formation d’ozone.

La température joue un rôle important dans la dispersion verticale des polluants de l'air.

En condition atmosphérique instable, la température décroît régulièrement avec l'altitude. Comme les polluants sont très souvent émis à des températures plus hautes que celle de l'air ambiant, ces polluants vont s'élever par convection thermique : l'air chaud se dilate et devient plus léger que l'air froid. La dispersion des polluants est donc facilitée en cas d’atmosphère instable.

Dans une atmosphère stable, un phénomène appelé inversion de température peut se produire : la température de l’air augmente avec l’altitude. Au cours de la nuit, la terre se refroidit plus vite que l'atmosphère. De ce fait, les couches d'air au niveau du sol deviennent plus froides que les couches immédiatement supérieures. La situation devient alors favorable à l’accumulation de polluants qui se retrouvent comme bloqués sous un couvercle.

* Lorsque la température du sol est plus froide que celle de l’air (phénomène d’inversion thermique), cela bloque la dispersion des polluants sous la couche d’inversion (couvercle d’air chaud).

Ces inversions se produisent généralement lors des nuits dégagées et sans vent.

Elles peuvent persister plusieurs jours, notamment en hiver où l'ensoleillement est faible. Dans les régions montagneuses, le phénomène est accentué par les brises de montagnes qui amènent l’air froid des sommets vers la vallée.

Les pics de pollution au dioxyde de soufre, aux oxydes d'azote et aux particules en suspension sont souvent liés à ce phénomène d’inversion de température.

Le cycle de l'air

Une fois les polluants atmosphériques libérés dans l'atmosphère, ils subissent une série de transformations physiques et chimiques lié aux conditions météorologiques pour finalement se déposer sur le sol, les eaux et la végétation, et être inhalés par les humains et les animaux.
La qualité de l'air est évaluée par les concentrations de ces polluants dans l'air ambiant.