L’air a une composition qui peut varier selon le lieu et l’altitude. En moyenne, il est essentiellement composé d’azote (78 %) et d’oxygène (21 %).

Selon la définition officielle et légale (Loi sur l’air du 30 décembre 1997), la pollution atmosphérique est « l’introduction par l’Homme, directement ou indirectement, dans l’atmosphère et les espaces clos, de substances ayant des conséquences préjudiciables de nature à mettre en danger la santé humaine, à nuire aux ressources biologiques et aux écosystèmes, à influer sur les changements climatiques, à détériorer les biens matériels, à provoquer des nuisances olfactives excessives ».
Si la Loi précise que la source de pollution est l’activité humaine, il ne faut pas négliger des phénomènes naturels, tels que le volcanisme, cause de gigantesques émissions. Cependant les sources humaines polluantes sont surtout concentrées en milieu urbain, là même où les populations exposées aux conséquences sont elles-mêmes concentrées. Ainsi à Paris, ville très peu industrialisée, les activités de déplacements et de transports (essentiellement automobiles) représentent la contribution la plus forte aux phénomènes de pollution urbaine, par rapport aux activités fixes (usines, chauffages, incinérateurs).

I. Les polluants et indicateurs

Ces sources émettent de très nombreux polluants dits « primaires » et leurs émissions ne sont appréhendées que sur la base de certains d’entre eux, caractéristiques, faisant office d’indicateurs. La liste des polluants atmosphériques est longue. Aux classiques habituels mais toujours réels polluants tels que les poussières, le SO2, les NOx, le CO, les métaux lourds, les composés organiques volatils, le fluor, l’acide chlorhydrique, etc. sont venus s’ajouter progressivement d’autres substances telles que les gaz à effet de serre : le CO2, le CH4, le N2O, les CFC, HFC, PFC et SF6 et d’autres substances telles que l’ozone, les organochlorés (dioxines et furannes), les HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques), etc.

Polluant	Source de pollution
Dioxyde de soufre (SO2)	Installations de combustion (soufre présent dans le combustible)
Oxydes d’azote (à l’émission surtout NO et un peu NO2)	Véhicules – Toutes combustions
Particules en suspension (PS)	Toutes combustions – Carrières – Véhicules
Composés organiques volatiles (COV)	Chimie – Pétrochimie – Usage de solvants – Stations-service – Automobiles
Monoxyde de carbone (CO)	Combustions incomplètes – Véhicules
Acide chlorhydrique (HCI)	Incinérations de déchets
Métaux (Pb, Mn, Cd, Hg, Ni, etc.)	Sidérurgie – Combustions – Incinérations de déchets – Activités ferroviaires
Composés aromatiques (HAM, HAP)	Imprimeries – Incinérations – Combustions – Véhicules – Transports aériens

En annexe : une liste plus détaillée avec les différentes sources de pollution

La pollution urbaine se matérialise donc par la présence dans l’air ambiant de polluants primaires et de polluants secondaires issus de la transformations des premiers lors de conditions météorologiques défavorables.
Pour simplifier, et de façon apparemment paradoxale, on retiendra qu’un beau temps, calme chaud et ensoleillé, est néfaste à la qualité de l’air alors qu’un temps frais, pluvieux et venteux lui est favorable !

Tous les polluants « primaires » émis sont dilués, transportés et transformés, selon les conditions météorologiques : la pluie « lessive » l’atmosphère, le vent « balaie » les polluants. A l’inverse, la stabilité atmosphérique, l’absence de précipitation et de vent sont des conditions météorologiques défavorables empêchant la dispersion des polluants « primaires » et pouvant conduire à des épisodes de pollution intense souvent résumés sous l’expression « pics de pollution ».

En été, l’ensoleillement (plus précisément certains rayons ultra-violets (UV) et la chaleur favorisent l’apparition de polluants secondaires dits « photochimiques », dont les principaux indicateurs sont l’ozone (O3) et le NO2. Le NO2 doit, surtout formé dans l’air à partir du NO émis par les échappements donc être considéré comme l’un des principaux indicateurs de la pollution automobile urbaine.

II. Principaux phénoménes

Acidification

La pollution acide (ou pluies acides) est liée aux polluants acides (SO2, NOx, NH3, HCl, HF) émis par les activités humaines qui retombent en partie à proximité des sources, mais aussi à des centaines, voire des milliers de kilomètres de leurs sources émettrices. Ces polluants retombent sous forme de retombées sèches ou humides. Pendant le transport, ces polluants se transforment. SO2 et NOx se transforment en sulfates (SO42-) et en nitrates (NO32-) dans le cas où l’atmosphère est sèche, ainsi qu’en acide sulfurique (H2SO4) et en acide nitrique (HNO3) dans le cas où l’atmosphère est humide.

Les phénomènes de pollution acide à grande échelle ont été mis en évidence par l’acidification des eaux des lacs Scandinaves et Canadiens. Le pH des eaux est devenu acide entraînant des modifications importantes de la faune piscicole. Certaines pluies ont un pH compris entre 3 et 4 alors que l’eau pure a un pH de 5,6.

Les retombées acides ont des effets sur les matériaux, les écosystèmes forestiers et les écosystèmes d’eau douce

Eutrophisation

L’eutrophisation correspond à une perturbation de l’équilibre biologique des sols et des eaux due à un excès d’azote notamment d’origine atmosphérique (NOx et NH3) par rapport à la capacité d’absorption des écosystèmes.

Pollution photochimique

La pollution photochimique (ou pollution photo-oxydante) est un ensemble de phénomènes complexes qui conduisent à la formation d’ozone et d’autres composés oxydants (peroxyde d’hydrogène, aldéhydes, peroxy acétyl nitrate ou PAN) à partir de polluants primaires (appelés précurseurs) : oxydes d’azote et composés organiques volatils (COV) et d’énergie apportée par le rayonnement Ultra Violet (UV) solaire. Ces phénomènes ont lieu dans les couches d’air proche du sol et dans la troposphère libre. L’ozone formé à ce niveau est qualifié de « mauvais ozone » en raison de ses effets néfastes sur la santé humaine et sur les végétaux. L’ozone de la stratosphère (19-30 Km d’altitude), au contraire est qualifié de « bon ozone » puisqu’il nous protège du rayonnement UV solaire.
De façon surprenante, les concentrations d’ozone mesurées loin des sources des précurseurs (une agglomération par exemple) sont plus élevées que celles mesurées prés des sources. En effet, sur une ville par exemple, les émissions de NO (liées au trafic notamment) sont élevées. L’ozone est détruit par le NO. Le NO agit comme un puits d’ozone puisqu’il le consomme. Si le nuage de polluants formé sur la ville se déplace à la campagne, ou les émissions de NO sont moindres, les concentrations d’ozone augmentent puisque l’ozone n’est plus consommé.
La pollution photochimique est un phénomène caractéristique des situations estivales anticycloniques.
L’ozone a des effets sur la santé humaine, les écosystèmes forestiers et agricoles, de plus ce phénomène de pollution photo-oxydante est intimement lié à celui des pluies acides.

Effet de serre

L’effet de serre est un phénomène naturel lié à l’absorption des rayonnements Infra Rouge (IR) de grande longueur d’onde renvoyés, par la surface terrestre, par des composés présents dans l’atmosphère : CO2, CH4, H2O, O3, N2O, CFC . Une partie du rayonnement IR n’est pas renvoyé vers l’espace. Il y a donc absorption d’énergie. Cette énergie est transformée en chaleur. La plupart de ces composés sont présents à l’état naturel ce qui a permis le développement et le maintient de la vie sur Terre. La température moyenne sur terre est de 15°C, si l’effet de serre naturel n’existait pas, la température moyenne serait de – 18°C.

Depuis l’ère industrielle, il y a accroissement des concentrations des gaz à effet de serre :
– CO2 lié principalement aux combustions industrielles, domestiques et aux transports.
– CH4 lié principalement aux pratiques agricoles : riziculture par exemple, élevage.

• N2O lié principalement aux pratiques agricoles.
• CFC (maintenant bannis), HFC, PFC, SF6

Appauvrissement de l’ozone stratosphérique

L’ozone est le composé prépondérant dans la haute atmosphère à une altitude de 25 km. L’ozone stratosphérique est qualifié de bon ozone car il absorbe le rayonnement UV solaire et nous préserve ainsi contre le risque de cancer cutané et autres mutations génétiques. Il préserve également l’activité photosynthétique des plantes.
La baisse anormale des concentrations d’ozone au pôle Sud au sortir de l’hiver polaire, au moment de l’apparition du soleil a été mise en évidence en 1980. Durant la fin de l’hiver austral, au moment où le soleil apparaît, la teneur en ozone diminue de 40 à 60%. Le déficit maximum se situe vers 20 – 25 km.

De nombreux composés peuvent détruire l’ozone (OH, H, NO, Cl, Br, HO2). Une forte corrélation entre le déficit en ozone et les concentrations en ClO a été mise en évidence. La présence des radicaux Cl et ClO dans la stratosphère est liée à l’émission naturelle de chlorure de méthylène par les océans et aux chlorofluorocarbures (CFC) émis par les activités humaines. Les CFC sont des molécules très stables. Ces molécules sont transportées dans la stratosphère où elles libèrent le chlore et perturbent ainsi l’équilibre naturel régissant la présence d’ozone à cette altitude.
Le phénomène de baisse annuelle des concentrations d’ozone est plus marqué au pôle Sud, qu’au pôle Nord en raison de conditions différentes. Au pôle Sud, un vortex apparaît pendant l’hiver. Les températures sont de l’ordre de – 80° à – 100 °C. Les nuages contiennent alors de fins cristaux de glace qui fixent le chlore sous forme de HCl et de NO2ClO. Dés que le soleil réapparaît, le rayonnement UV libère les radicaux Cl et ClO qui réagissent avec l’ozone rapidement. Au pôle Nord, il n’y a pas formation de Vortex mais formation d’une multitude de trous.
La baisse des concentrations d’ozone de la stratosphère pourrait avoir des effets climatiques et biologiques.

III. Les Différentes échelles de la pollution atmosphérique

Les phénomènes relatifs à la pollution atmosphérique se déclinent selon trois échelles d’espace et de temps :

• le niveau local ou pollution de proximité dont l’échelle de temps est de l’ordre des heures,
• le niveau régional ou pollution à longue distance dont l’échelle de temps est de l’ordre des jours,
• le niveau global ou pollution planétaire dont l’échelle de temps est de l’ordre des années.

A chacune de ces échelles correspondent des problèmes ou des modes de fonctionnement différents.

Pollution de proximité

Depuis le siècle dernier, on s’intéresse à la pollution de l’air dans les grandes villes et zones fortement peuplées parce que c’est là que se situent la plupart des sources de pollution dues aux activités humaines et que la majeure partie de la population réside en respirant l’air pollué. La plupart des polluants atmosphériques classiques (SO2, NOx, CO, O3, plomb et particules) ont des effets sur la santé humaine, les écosystèmes et les monuments.

Pollution à longue distance

Les polluants émis par les activités humaines retombent en partie à proximité des sources, mais aussi à des centaines, voire des milliers de kilomètres de leur sources émettrices. Les principaux problèmes de pollution à longue distance sont l’acidification, l’eutrophisation et la pollution photochimique.

Pollution planétaire

Ce type de pollution a été mis en évidence au cours des années 80 avec les observations des chercheurs sur l’effet de serre et la destruction de l’ozone stratosphérique.

IV. Les Effets de la pollution atmosphérique

Effets sur la santé

Les polluants peuvent agir à différents niveaux du corps humain :
– au niveau de la peau – c’est le cas notamment des vapeurs irritantes et des phénomènes d’allergies,
– au niveau des muqueuses,
– au niveau des alvéoles pulmonaires. Les polluants se dissolvent et passent dans le sang ou dans les liquides superficiels,
-au niveau des organes – Certains toxiques véhiculés par le sang peuvent s’accumuler dans des organes.

Les polluants peuvent avoir des effets selon diverses échelles :
– effets immédiats, tels que ceux observés lors des accidents historiques,

• effets à brève échéance,
• effets à long terme, constatés après une exposition chronique, à des concentrations qui peuvent être très faibles.

Les limites de concentration dans l’air ambiant de certains polluants (SO2, Poussières, NO2, Pb, O3) imposées par des directives Européennes tiennent compte de ces effets. L’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) édicte les règles qu’il faudrait respecter pour les divers polluants.

Les particules : plus les particules sont fines plus elles pénètrent profondément dans l’appareil respiratoire et plus leur temps de séjour y est important. Elles ont une double action liée aux particules proprement dites et aux polluants qu’elles transportent (métaux, hydrocarbures, dioxyde de soufre, etc.). Elles irritent le système respiratoire humain et peuvent contribuer au déclenchement de maladies respiratoires aiguës.

SO2: le SO2 entraîne une inflammation des bronches avec un spasme qui provoque une altération de la fonction respiratoire.

NO-NO2 : NO2 est toxique (40 fois plus que CO, 4 fois plus que NO) NO2 pénètre profondément dans les poumons. Les pics de concentrations sont plus nocifs qu’une même dose sur une longue période. NO est un gaz irritant pour les bronches, il réduit le pouvoir oxygénateur du sang.

COV : certains composés organiques tels que les aromatiques, les oléfines provoquent des irritations des yeux. Les aldéhydes sont de puissants irritants des muqueuses. Certains COV tels que le benzène, sont cancérigènes.

CO : CO se fixe sur l’hémoglobine du sang. Le phénomène est irréversible. On connaît les accidents mortels liés à l’inhalation de CO lors du fonctionnement défectueux de chauffe-eau.

OZONE : L’ozone est un oxydant puissant. C’est un irritant des yeux, de la gorge et des bronches. Ses effets sont majorés par l’exercice physique.

Effets sur les matériaux

Les matériaux sont essentiellement affectés par la pollution acide qui entraîne une dégradation des édifices, monuments ou façades d’immeubles. La pollution atmosphérique met en danger notre patrimoine culturel et occasionne d’onéreux travaux de ravalement de façades ou de restauration des monuments.

Effets sur les écosystèmes forestiers

Les arbres vivent et dépérissent pour des causes naturelles très variées ne serait-ce que l’age. Le dépérissement soudain constaté surtout depuis 1980 semble relever de causes tout à fait inhabituelles. Les responsables considèrent que la pollution atmosphérique est l’un des nombreux éléments participant aux dépérissements forestiers. En France, le programme DEFORPA (dépérissement des forêts attribué à la pollution atmosphérique) ainsi que des recherches en laboratoires, ont montré que les causes du dépérissement forestier sont très complexes telles que sols de mauvaise qualité, sécheresses anormales, présence de polluants dans l’atmosphère principalement la pollution acide et l’ozone.

Effets sur les écosystèmes d’eau douce

L’acidification des lacs et des cours d’eau entraîne une destruction parfois irréversible de la vie aquatique. La baisse du pH provoque la mise en solution de métaux contenus naturellement dans le sol, comme l’aluminium toxique à l’état dissous pour presque la totalité des organismes vivants.

V. Définition des procédures d’alerte

Les directives européennes, leurs retranscriptions en Droit national, la législation et la règlementation agissent sur tous les paramètres de la pollution de l’air : interdiction d’activités polluantes dans certaines zones (Paris est ainsi « Zone de Protection Spéciale » depuis 1964), règlementation de l’énergie (exemple : essence sans plomb), limitation des émissions (homologation des véhicules et contrôle technique des échappements). En matière d’environnement, ces règlementations définissent trois types de normes de qualité d’air :
· « les valeurs-guides » représentant un objectif de santé publique à atteindre et dont les dépassements nécessitent une politique de limitation de la pollution sur le long terme.
· « les valeurs-limites », niveaux considérés comme néfastes à l’ensemble de la population, donc à ne pas dépasser, et dont les dépassements (observés en des « points noirs ») nécessitent des actions règlementaires à court et moyen terme.
· « les seuils d’alerte », teneurs en polluants, le plus souvent exprimées en moyennes horaires, et dont les dépassements nécessitent des actions immédiates : baisse ou arrêt de l’activité industrielle ou du trafic comme la mesure de « circulation alternée ».

En France, ces seuils d’alerte sont précédés (à titre préventif à l’alerte) de « seuils d’information », entraînant un communiqué de presse comportant des recommandations de limitation de l’exposition, notamment des personnes sensibles. Ce système permet une action, certes limitée à de simples recommandations, sans valeur coercitive, sur l’exposition des populations, alors même qu’il est difficile de règlementer cette exposition, car c’est souvent interprété comme une interdiction ou une restriction appliquée aux … « victimes » et non pas aux … « coupables », les pollueurs.

La Loi n° 96-1236 du 30 décembre 1996 sur l’air et l’utilisation rationnelle de l’énergie (LAURE) définit les seuils d’alerte. (en annexe)
Ces seuils correspondent à des niveaux d’urgence, c’est à dire, à des concentrations de substances polluantes dans l’atmosphère au delà duquel une exposition de courte durée présente un risque pour la santé humaine ou de dégradation de l’environnement à partir duquel des mesures d’urgence doivent être prises.
Les valeurs limites sont définies comme un niveau maximal de concentration de substances polluantes dans l’atmosphère, fixé sur la base des connaissances scientifiques, dans le but d’éviter, de prévenir ou de réduire les effets nocifs de ces substances pour la santé humaine ou pour l’environnement.