06/06/2011

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La pollution atmosphLa pollution atmosphLa pollution atmosphLa pollution atmosphériqueriqueriquerique

cours de toxicologiecours de toxicologiecours de toxicologiecours de toxicologieDr M.H.BELMAHIDr M.H.BELMAHIDr M.H.BELMAHIDr M.H.BELMAHI

Plan:I. GénéralitésII. DéfinitionIII. Polluants atmosphériqueIV. Cycle de la pollutionV. Effet de la pollution 1. Effets sur l’environnement2. Effets sur l’hommeVI. conclusion

:Organisation des écosystèmes

I. GénéralitésComposition approximative de l’atmosphère terrestre :

Gaz Particules solide ou liquide

Vapeurs d’eau

+ 1 à 3%Particules inertes

Particules vivantes

« Il y a pollution de l’air lorsque la présence une variation ou substance étrangèred’une

importante de la proportion de ses est susceptible de provoquer un constituants

effet nuisible, compte tenu des connaissances scientifiques du moment ».

Réf: Conseil de l’Europe (rapport du14septembre 1967)

II. définition Polluant = agent physique, chimique ou biologique altéragène :

- provoque gêne / nuisance milieu donné

- modification taux et/ou critères de répartition d’une substance naturelle propre à un milieu dans la biosphère.

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Les polluants atmosphériquesIII.

1. O3 troposphérique2. Nox : NO ;NO2 ;N2O, HNO3 ;HNO2.3. CO, CO2.4. (SO2) et dérivés (SO3 ; H2SO4)5. COV* Les hydrocarbures légers (aliphatiques, saturés o u non ; cyclique aromatiques légers ou polycycliques).

*les aldéhydes et les cétones (formaldéhyde, acrolé ine, acétone).

*les alcools ; hydrocarbures chlorés, mercaptans..

polluants

GAZparticules - la diversité de l’état physique

et granulométrique.

- La diversité de leur composition chimique.

- Leur dynamique d’évolution.

particules

PM10 PM2.5

III. Cycle de la pollution

naturelle

Sources de la pollution

COCO2

SO2 CHCH44; CO; CO22,H,H22S; S; NHNH33, NO, NO2 2

KBr, NaCl

1. émission

Anthropiques!!!!

SO2

NOx

particules

CO /CO2

NOX

COV

SO2

Particules

HAP

métaux

HCl

Facteurs d’influence

-Densité des sources

- Véhicule à moteur: *vitesse: CO+++ à faible vitesse*type de carburant :CO+++pour l’essence,

l’essence rejette moins de polluants que le diesel conventionnel et surtout les particules en suspensionNOx +++essence diesel GPL

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dispersion

Gradient thermique

vents

Turbulence mécanique

Dispersion verticale

Dispersion horizontale

+

2. Dispersion et transformationGradient thermique

Atmosphère neutre ou instable

Bonne dispersion

Atmosphère stable ou très stable

Inversion thermique

Mauvaise dispersion concentration des polluants

Turbulence mécanique = topographie du site

effets de valléeeffets de littoral

jours nuit

cocity[1].swf

1. réactions chimiques (photooxydation radicalaire; photodissociation).

2. entraînement par les précipitations: dépôts humides/ dépôts secs.

3. capture par les végétaux, absorption dissolutiondans les lacs, les océans.

3. élimination

Condition d’une :bonne dilution

-vitesse du vent élevée (bon transport

horizontal)

-hauteur de mélange élevée (large volume

d’air de dilution)

-instabilité de l’air (bonne diffusion

verticale)

-précipitations

Condition d’une :faible dilution

-vitesse du vent faible

-hauteur de mélange basse

-forte stabilité de l’air (condition

d’inversion)

-absence de précipitations.

V. effet de la pollution

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risques varient selon:- la concentration ;- durée exposition ;- association (notion de synergie);- conditions météorologiques ;- prédisposition des sujets .

effet

acidification

Pollution photochimique

Augmentation d’effet de serre

Appauvrissement en couche d’ozone

1. Effets sur les écosystèmes :

Pluie H+ = précipitation rendue H+ / présence acides forts.

Sensibilité région ou écosystème / dépôts H+ dépend de sa capacité à neutraliser excès H+.

Principaux agents responsables : SO2 + NOx

Pluies acides? ce qui a changé-Qu’est

les concentrations des gaz à effet de serre ont augmenté depuis 100 ans:

- 136% pour le dioxyde de carbone CO2 - 200% pour le méthane CH4- 120% pour l’oxyde nitreux N2O- Les autres n’existaient pas.CFC

Réchauffement climatique

Pollution photochimique=

smog oxydant

Pollution photochimique = mélange complexe de polluants formés chimiquement dans l’air:1. sous effet rayonnement solaire;2. à partir de composés précurseurs: NOx, COV. 3. Vent faible +inversion thermiqueprincipal polluant photochimique = O3.

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COV + NO NO2OZONECREATION[1].swf

:troposphérique3O↑Effets *

ralentissement de croissance au niveau de différentes parties de la plante ;

mort prématurée des végétaux ;

D’où provient NO 2 dans l’atmosphère?

N2 →→→→ 2 N.

O2 →→→→ 2 O.

N.

+ O.

→→→→ NO

NO + O2 →→→→NO2 + O.

D’où provient l’atome O ?ENERGIE:

orages, combustion

Transformation de NO 2 en HNO3

ON

O

O OON

O

ON

O

ON O OOrupture de la

liaison dativephoton exigé !

fixation de Osur O 2

formation de O 3

.NO2 + O2

OOO O H

H

O3 + H2O

OOO O H

HOOO O H

HOOO O

HHOOO O

HHOOO O

HHH O ON

O

H O ON

O

.OH + .NO2 HNO3acide nitrique

Au cours de la première réaction il y a formation d’ozone O 3 et régénération de NO

½ O2

.NO2

.NO

O2

O3

hνννν

cycle catalytiqueresponsable de la

formation dusmog photochimique

La 3e réaction (formation de HNO 3) supprime NO 2 et arrête le cycle catalytique producteur d’ozone

HNO3pluie acide

le radical .OH nettoie l’atmosphère des oxydes d’azote et bloque la

formation de l’ozone

.NO + O3hνννν

+ 198 kJozone

O2 + 2 .OH radical hydroxyle

nous verrons plus tard uneméthode pour fournir cet oxygène

Transformation de SO 2 en H2SO4

Structure de SO 2 : S OS OS OO

S OO

S OO

H O

.OH + SO2 + O2

O OO O

S OO

H O

O O

S OO

H O O

O

SO3 + .O2Hradical hydroxyperoxyle

SO3 + H2O H2SO4acide sulfurique

Le radical hydroxyle .OH nettoie l’atmosphère de NO 2 en produisant de l’acide nitrique éliminé avec la pluie acide

Le radical hydroxyle .OH nettoie l’atmosphère de SO 2 en produisant de l’acide sulfurique éliminé avec la pluie acide

radical hyxdroxyle .OH = détergent de l’atmosphère

SO2 + O2

SO3

.OH

.O2H + H2O pluie acideH2SO4

Schéma:

Comment se forme l’O 3 dans l’atmosphère?

O + O2 →→→→ O3

Ozone stratosphérique

(altitude : 20 - 60 km)

O2 + hνννν →→→→ O

D’où provient l’atome O ?

Ozone troposphérique

(altitude : 0 - 20 km)

NO2 + hνννν →→→→ NO + O

hνννν : rayonnement solaire UV-visible

λ λ λ λ < 242 nm

λ λ λ λ < 420 nm

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Comment s’accumule l’O 3 dans la troposphère?

En l’absence de COV...

Vitesses des réactions de ce cycle

⇒⇒⇒⇒ BILAN NUL = ni formation ni destruction d’O 3

NONO 2

O

O 3

O 2

O 2

h ν

O3

h νννν

NO2 NO NONO 2

O

O 3

O 2

O 2

h ν

Comment s’accumule l’O 3 dans la troposphère?

En présence de COV…

⇒⇒⇒⇒ BILAN = accumulation d’O 3

O3

Oxydation

de COV

COV oxydé

h νννν

NO2 NO

:Conséquences*Incidence (-) / activité photosynthétique végétaux + rendement plantes ( orge + avoine) ;* Dommages écosystèmes marins:phytoplancton= base chaîne alimentaire,À terme : populations poissons.

*↑ processus chimiques dans les basses couches de l'atmosphère qui + la production de l‘O3 troposphérique.

2. Effets sur l’homme :

2.1 Effets sur la santé

2.2 Impacts économiques

Effets directs* Asthme et autres maladies respiratoires :

irritations laryngée,

allergies, bronchiolite,

↓ capacité ventilatoire, emphysème,

fibrose (amiante + silice)

�Crises cardiaques, accidents cérébro-vasculaires et autres maladies cardiaques

Effets sur la santé

Effets dus à l’augmentation de l’exposition aux ray ons ultravioletsCancer de la peauCataractesPerturbations de la fonction immunitaire

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VI. CONCLUSION

Lutte contre pollution implique mise en œuvre plans d’action :

-Sommet de la terre à Rio de Janeiro.

-Protocole de Kyoto : est entré en vigueur en 02/05.- Surveillance de la qualité d’air

Indice QualificatifSO2

(µg/m3) NO2

(µg/m3) O3

(µg/m3)PS

(µg/m3)

1 Très bon 0-39 0-29 0-29 0-9

2 Très bon 40-79 30-54 30-54 10-19

3 Bon 80-119 55-84 55-79 20-29

4 Bon 120-159 85-109 80-104 30-39

5 Moyen 160-199 110-134 105-129 40-49

6 Médiocre 200-249 135-164 130-149 50-64

7 Médiocre 250-299 165-199 150-179 65-79

8 Mauvais 300-399 200-274 180-209 80-99

9 Mauvais 400-499 275-399 210-239 100-124

10Très

mauvais >= 500 >= 400 >= 240 >= 125

Calcul de l’indice global de la qualité d’airCalcul de l’indice global de la qualité d’airDes solutions !!!

–Gaz naturel en remplacement du charbon et du pétrole

–L’énergie éolienne

véhicules plus légersmoteurs plus efficaces

�Utilisation du vélo