Climat urbain

Bases

Les effets néfastes de la pollution de l'air    

La pollution de l'air a des conséquences locales et planétaires. Les substances dangereuses sont transportées par le vent et se moquent des frontières: c'est pourquoi des coopérations internationales sont nécessaires pour arriver à limiter cette pollution.  

Les effets planétaires que peuvent avoir les polluants sont par exemple l'augmentation de l'effet de serre, ou la création du trou d'ozone. Les effets locaux peuvent être par exemple le smog ou les pluies acides, et concernent surtout les citadins. La pollution de l'air est néfaste pour la santé et ceci a un coût.

Regardons de plus près la pollution de l'air dans les villes. Les substances qui peuvent se trouver dans l'air sont essentiellement: des oxydes d'azote et de soufre, du monoxyde de carbone, des métaux lourds ( issus du trafic et de l'industrie), des particules. Cependant ces polluants sont plus ou moins présents selon les villes; par exemple dans les pays industrialisés ce n'est plus le soufre qui est le polluant majeur. La qualité de l'air dans les villes est fonction de la quantité de polluant dans l'air (donc de leur concentration).

Le smog

Dans beaucoup de villes la pollution de l'air dépasse les seuils autorisés et des procédures d'alertes sont lancées à cause du smog.  Le mot "smog" provient des mots "smoke" (la fumée) et "fog" (le brouillard). Le mot a été inventé en 1911 par un physicien Harold Des Voeux. Il y a deux types de smog:

- le smog de type londonien, causé principalement par la combustion de charbon et donc l'émission de dioxyde de soufre (SO₂) et de particules. Une telle pollution ajoutée à du brouillard génère des gouttes d'acide sulphurique (H₂SO₄) en suspension dans l'air. Lorsqu'en 1952, à Londres, les concentrations de SO₂ ont dépassé les 3,5 mg par m³ d'air (soit 3500 µg dans 1 m³), le smog ainsi créé a causé de nombreux morts (Note: 1 mg vaut  0,001 g; une autre unité est le µg qui est égal à 0,000001 g. Donc 1 g = 1000 mg ou 1000000 µg). Ce type de smog londonien eut lieu pour la première fois dans les années 1850, mais devient plus rare de nos jours. Par exemple, en  2001, la concentration moyenne de SO₂ était de 3 µg/m³  à Barcelone (Espagne), de 4 µg/m³ à Munich (Allemagne), de 7 µg/m³  à Londres (Grande Bretagne, donnée pour 1999) et de 13 µg/m³  à Varsovie (Pologne). Bien que ces moyennes soient donc beaucoup plus basses qu'elles ne pouvaient l'être il y a 50 ans, il arrive cependant que certains jours les concentrations de  SO₂ atteignent de très fortes valeurs. Les plus fortes concentrations mesurées pendant une heure en 2001 ont atteint 211 µg/m³ à Varsovie, 106 µg/m³ à Londres (valeur de 1999), 70 µg/m³ à Barcelone et 17 µg/m³  à Munich.

- le smog de type Los Angeles, qui arrive les jours ensoleillés où le trafic routier est important. Les fumées d'échappement des véhicules contiennent des oxydes d'azote, qui réagissent avec des hydrocarbures (de sources humaines et naturelles variées) en présence de soleil. Ceci produit un mélange nocif de gaz et de particules. Ce smog est dit photochimique (car il existe sous l'action de la lumière = photo en grec). Il contient de l'ozone, du formaldehyde très irritant, et d'autres gaz nocifs. Alors que les valeurs d'ozone au niveau de la surface terrestre sont de l'ordre de 0,04 ppm habituellement (soit 0,000004 % du volume d'air), dans ces cas de smog elles peuvent atteindre les 12 ppm, valeurs que l'on trouve dans la couche d'ozone loin au dessus de nos têtes! Toutes les substances contenues dans ce smog irritent les yeux et sont nocives pour le système respiratoire. Elles abîment aussi la végétation. De nos jours, c'est ce type de smog qui est le plus courant dans les grandes villes, en été. Il a remplacé le smog de type londonien dans les grandes villes depuis les années 60, et depuis les années 80 en Europe de l'ouest.

Les particules

L'air n'est pas composé que de gaz, mais aussi de toutes petites particules souvent invisibles qui flottent dans l'air. Ces particules sont aussi devenues un problème dans les villes. En 1999, par exemple, la concentration moyenne dans l'année de particules plus petites que 10 miccromètres de diamètre (appelées PM10) a atteint 21,8 µg/m³ à Londres, 29,5 à Budapest, 43,3 à Rome, 44,4 à Seville et 45,4 à Cracovie. En comparaison, dans les années 70 et 80 à Cracovie, cette même concentration atteignait 100 µg/m³, et même 200 µg/m³ en hiver à cause des émissions par les centrales électriques et les aciéries; ces usines ont été modernisées et ont baissé leur production, ce qui a eu un effet positif sur la qualité de l'air.

Les valeurs limites

En Europe, des règlementations ont établi pour chaque polluant des valeurs limites à ne pas dépasser, de façon à protéger la santé des habitants. Dans les pays de l'union européenne, les valeurs limites et les seuils d'alerte ont été établies par la directive 96/62/EC du 27 septembre 1996. De plus amples détails sont inclus dans les trois directives suivantes: 1. 1999/30/EC du 22 avril 1999; 2. 2000/69/EC du 16 novembre 2000, et 3. 2002/3/EC du 12 février 2002.

Pour le dioxyde d'azote (NO₂), le dioxyde de soufre (SO₂), le plomb (Pb) et les particules de diamètre inféreiur à 10 µm (PM10),  les valeurs limtes sont fixées pour la concentration annuelle moyenne. Ceci signifie que pendant une journée, la concentration peut dépasser la valeur limite, mais comme la concentration peut être plus basse d'autres jours que la limite, on regarde au final la valeur de la moyenne sur l'année. Les valeurs limites pour le SO₂ et le plomb sont bien plus basses que pour le NO₂ et les PM10, car ces substances sont très dangereuses pour la santé, y compris à faible dose.

Pour l'ozone (O₃) et le monoxyde de carbone (CO), les valeurs limites sont fixées pour la moyenne de la concentration sur 8 heures. Cela veut dire que dans ce cas, au lieu de prendre chaque concentration et de calculer la moyenne sur 365 jours, on prend les concentrations toutes les heures et on calcule la moyenne au bout de 8 heures. En effet, ces gaz sont très toxiques même en petite quantité et même si on les respire pendant un temps très court. On peut voir que les valeurs limites pour l'ozone sont plus faibles que pour le CO. N'oubliez pas que l'ozone est nocif pour la santé (il se forme au niveau du sol pendant le smog photochimique) mais que dans la haute atmosphère, trop haut pour qu'on puisse le respirer, il nous protège des rayons dangereux du soleil.

Seuils d'alertes

Pour NO₂, SO₂ et O₃, en plus des valeurs limites que nous venons de voir, il existe aussi des seuils d'alerte. Ils sont calculés d'après la moyenne de la concentration pendant 1 heure. Si les valeurs sont dépassées, les autorités locales doivent informer le public, puis entreprendre des actions afin de faire baisser ces concentrations (limiter le trafic, abaisser la vitesse limite de circulation, demander aux industriels de limiter leur production, etc...)

Vous pouvez lire aussi :

Sur l'effet de serre et le trou dans la couche d'ozone :
Basse atmosphère- Bases- 2ème partie- Effet de serre et lumière
Haute atmosphère- Bases- 2ème partie- Trou d'ozone et CFC
Sure les pluies acides :
Climat urbain- Bases -3ème partie
Sur les concentrations d'ozone à la surface terrestre (en anglais pour l'instant) : 
Lower Atmosphere - Basics - Unit 3 - Ozone smog
Sur l'ozone dans la stratosphère:
Haute atmosphère- Bases- 2ème partie- formation de l'ozone
 

A propos de cette page:

Auteurs: Pawel Jezioro, Anita Bokwa - Jagiellonian University - Cracow / Poland
Supporter: Grzegorz Wawrejko
1. relecteur scientifique: Prof. Barbara Obrebska-Starkel - Jagiellonian University - Cracow / Poland - 2003-06-20
2. relecteur scientifique: Dr. Marek Nowosad - Maria Curie-Sklodowska University - Lublin / Poland - 2003-06-16
relecteur pédagogique: Michael Seesing - University of Duisburg - Duisburg / Germany
dernière version : 2004-05-26