Nuages et Particules

Bases

Les particules: d'où viennent-elles?

L'atmosphère contient de toutes petites particules solides ou liquides, appelées aérosols. Leurs tailles varient de quelques nanomètres (0,000000001 mètres) à presque 100 microns (0,0001 mètres, soit l'épaisseur d'un cheveu), c'est pour ça qu'elles sont le plus souvent invisibles à l'oeil nu. 

Les aérosols ont des sources naturelles ou humaines (on parle dans ce cas de sources anthropiques).  Les particules peuvent être directement émises, ou bien résulter de réactions chimiques (ce sont alors des aérosols secondaires).

Les sources d'aérosols primaires

Les particules peuvent être d'origine naturelle ou humaine (anthropique).

L'origine marine

Les particules de sel sont émises par l'écume des vagues lorsque le vent souffle très fort (ce sont de grosses particules, composées essentiellement de chlorure de sodium). De plus petites particules sont aussi émises par toutes les bulles d'air contenues dans l'écume, qui éclatent à la surface de l'eau. Les océans de la planète émettent dans l'atmosphère environ 1,3 milliards de tonnes de particules par an!

L'origine minérale

Le vent arrache de petites particules du sol, surtout lorsque la terre est sèche et qu'il n'y a pas de végétation, et peut les transporter sur de très longues distances. Ces particules sont constituées des roches terrestres, et sont donc riches en oxydes de fer, en calcium et aluminium. Environ le tiers des émissions de particules minérales dans le monde proviennent du Sahara.

L'origine volcanique

Les éruptions volcaniques injectent des quantités énormes de gaz et d'aérosols dans l'atmosphère. Contrairement aux autres sources, les panaches de fumées montent si haut qu'ils peuvent atteindre la stratosphère (une partie plus haute de l'atmosphère): le panache de l'éruption du Pinatubo a atteint 40 kilomètres de haut!

Ces particules qui pénètrent dans la haute atmosphère ne sont pas facilement éliminées, et les composés émis par les éruptions y restent longtemps (parfois plusieurs années). Les gaz émis par les volcans fabriquent eux aussi des particules. Toutes ces particules stratosphériques ont un impact important sur le climat (plus de détails dans le niveau "Plus").

L'origine biogénique

Les particules émises par les êtres vivants sont appelées particules biogéniques. Les aérosols primaires peuvent être des pollens, des moisissures, des bactéries, des virus...  Les feux de forêt émettent eux aussi des particules dans l'atmosphère. Par exemple, en 1997 en Malaisie, la fumée émise par les gigantesques feux de forêt a conduit à des niveaux de pollution de particules 15 fois supérieurs à la normale, et ceci durant plusieurs semaines.

L'origine extraterrestre

Certaines particules du système solaire pénètrent aussi dans l’atmosphère. La plupart sont brûlées dans les hautes couches de l’atmosphère (les plus grosses donnent des étoiles filantes), mais certaines atteignent le niveau du sol. Ces particules de taille inférieure à 0,5 mm sont appelées micrométéorites. On estime qu’il en arrive au moins plusieurs milliers de tonnes par an sur Terre.

L'origine anthropique

Les particules émises par les activités humaines sont appelées aérosols anthropiques. Les activités humaines produisent aussi bien des petites particules que des grosses. La poussière émise par les routes, les travaux ou les carrières par exemple est composée de particules primaires de grosses tailles. Par contre, de plus petites particules, contenant du carbone, sont générées par la combustion des énergies fossiles: centrales thermiques, véhicules, chauffage résidentiel...

Enfin, même si elles n'ont pas d'impact sur le climat, n'oublions pas aussi toutes les particules que l'on respire dans les bâtiments: acariens, fibres, amiante, insecticides en bombe, qui peuvent être dangereux pour la santé.

5. Images au microscope électronique à balayage ou à transmission. De gauche à droite: particule désertique (source: A. Gaudichet, LISA); pollen d'hibiscus (source:http://uq.edu.au/nanoworld); particule de cendre émise par l'éruption du Mont t St. Hélène (source:http://volcanoes.usgs.gov); moisissure de l'air intérieur (source:M. Boissier, CSTB); particule de suie (source: MPI for Chemistry Mainz).

Aérosols secondaires

Les aérosols peuvent donc être émis directement, par des sources différentes (aérosols marins, minéraux, volcaniques, biogéniques, anthropiques). Dans ce cas la source des particules est de la matière solide.
Mais les particules peuvent aussi résulter de ce qu'on appelle des "conversions gaz-particules". Cela signifie que des molécules de gaz (qui sont trop petites pour être appelées particules) peuvent s'agglomérer entre elles, jusqu'à grossir suffisamment pour donner une particule. Les gaz peuvent aussi condenser sur des particules déjà existantes, pour donner des particules plus grosses. Ainsi, les particules issues de conversions gaz-particules sont très petites (inférieures à 1 micron) à côté des "grosses" particules (par exemple, la poussière désertique, les pollens ou les particules de sel marin ont des tailles de 10 microns ou plus).

La végétation émet des gaz, que l'on appelle des Composés Organiques Volatils, dits COV. Lorsque vous sentez une rose par exemple, ce sont des COV que votre nez détecte (pour plus de détails sur les émissions des plantes vous pouvez aller voir dans la partie "basse atmosphère"). Ces gaz biogéniques peuvent fabriquer de nouvelles particules, qui sont des aérosols secondaires.

Les émissions de soufre naturel fournissent la majorité des aérosols secondaires naturels. Au dessus de la mer, le phytoplancton émet un gaz soufré appelé DMS. Les réactions du DMS avec d'autres composés de l'atmosphère forment du dioxyde de soufre (SO₂); sur les continents, la végétation en décomposition et les animaux produisent du H₂S naturel (qui sent l'oeuf pourri... Beurk!); les volcans émettent directement du SO₂. Ce gaz peut ensuite réagir pour donner des particules de sulphates.

Les sources naturelles produisent aussi des gaz contenant du carbone, qui donnent ensuite des aérosols.

Les émissions humaines de  SO₂ sont passées de 10 millions de tonnes par an en 1860 à 150 millions de tonnes par an dans les années 80. C'est ainsi que, de nos jours, les émissions anthropogéniques excèdent les émissions naturelles de gaz soufrés, même si les niveaux dans l'atmosphère diminuent grâce à la législation internationale.

Les humains produisent par contre de plus en plus de composés qui se transforment en particules de nitrates.
Les réactions de certains gaz d'origine humaine, fabriqués lors de la combustion du pétrole ou de feux de végétation, donnent des aérosols carbonés, qui peuvent être nocifs pour la santé.

A propos de cette page...
Auteur: Justine Gourdeau LaMP Clermont ferrand/France
Relecteur scientifique: Pr Guy Cautenet, LaMP, France.
Date de création: 02.09.2003; dernière version: 20.04.2004.