L'origine des polluants

Composé principalement :

  • De diazote N2 (78 % en volume).
  • De dioxygène O2 (21 % en volume).
  • D'argon (0,95 % en volume).

L'air est plus ou moins contaminé par des polluants gazeux, liquides ou solides d'origine naturelle (émissions par la végétation, les océans, les volcans...) ou produits par les activités humaines (cheminées d'usines, pots d'échappements...).

Finalement, la qualité de l'air résulte d'un équilibre complexe entre les apports de polluants et les phénomènes de dispersion et de transformation dans l'environnement.

Les espèces polluantes émises ou transformées dans l'atmosphère sont très nombreuses. Même si leurs concentrations sont très faibles (mesurées en général en microgrammes par mètre cube), elles peuvent avoir des effets notamment sur la santé.

Deux grandes familles de polluants

Les principaux polluants atmosphériques se classent dans deux grandes familles bien distinctes : les polluants primaires et les polluants secondaires.

Les polluants primaires sont directement issus des sources de pollution (trafic routier, industries, chauffage, agriculture...).

Il s'agit par exemple :

  • Des oxydes de carbone.
  • Des oxydes de soufre.
  • Des oxydes d'azote.
  • Des hydrocarbures légers.
  • Des composés organiques volatils (COV).
  • Des particules (PM10 et PM2.5).
  • Des métaux (plomb, mercure, cadmium...).

En revanche, les polluants secondaires ne sont pas directement rejetés dans l'atmosphère mais proviennent de réactions chimiques de gaz entre eux. C'est le cas notamment :

  • Des particules secondaires.
  • De l'ozone.
  • Du dioxyde d'azote...

L'ozone (O3) résulte ainsi de la transformation chimique de l'oxygène au contact d'oxydes d'azote et d'hydrocarbures, en présence de rayonnement ultra-violet solaire et d'une température élevée. L'ozone ainsi que d'autres polluants photochimiques (les PAN ou nitrates de peroxyacétyle, aldéhydes, cétones...) constituent le smog, ce nuage brunâtre qui stagne parfois au-dessus des grandes villes comme Paris.

La formation d'ozone nécessite un certain temps durant lequel les masses d'air se déplacent. Ce qui explique pourquoi les niveaux d'ozone sont plus soutenus en zone rurale autour de la région parisienne que dans l'agglomération parisienne où leur précurseurs ont été produits.

Certains polluants comme le dioxyde d'azote et les particules sont à la fois des polluants primaires et secondaires.

Les principaux indicateurs de pollution

Airparif suit une 60aine de polluants atmosphériques parmi lesquels une 15aine fait l'objet de réglementations françaises et européennes compte tenu de leurs effets sur la santé et l'environnement.

Mais les polluants atmosphériques sont trop nombreux pour être surveillés en totalité. Certains d'entre eux sont choisis parce qu'ils sont caractéristiques d'un type de pollution (industrielle, automobile ou résidentielle), parce que leurs effets nuisibles pour l'environnement et la santé sont déterminés et que l'on dispose d'appareils de mesure adaptés à leur suivi régulier. Ce sont les indicateurs de pollution atmosphérique, ils font l'objet de réglementations.

Principaux polluants réglementés :
  • Pour consulter le tableau récapitulatif (origine, impacts sur l'environnement et sur la santé) des principaux polluants et des autres sources de nuisances, c'est ici ( pdf - 78 ko).
  • NOx (Oxydes d'azote)

    Les émissions d'oxydes d'azote (monoxyde d'azote plus dioxyde d'azote) apparaissent dans toutes les combustions, à haute température, de combustibles fossiles (charbon, fuel, pétrole...). Le monoxyde d'azote (NO) n'est pas toxique pour l'homme aux concentrations auxquelles on le rencontre dans l'environnement mais le dioxyde d'azote (NO2) est un gaz irritant pour les bronches.

    Le secteur du trafic routier est responsable de plus de la moitié des émissions de NOx et le chauffage de près de 20%.

    Le dioxyde d'azote provient quant à lui de l'oxydation du monoxyde d'azote rejeté dans l'atmosphère par l'ozone. Mais une partie du dioxyde d'azote est également émise telle quelle dans l'atmosphère.

  • PM (Particules en suspension)

    Les microparticules, de la taille du micromètre (µm, un million de fois plus petit qu'un mètre) ne sont pas visibles à l'œil nu. Ce sont celles qui sont mesurées dans l'air à travers :

    - Les particules PM10, de taille inférieure à 10 µm (6 à 8 fois plus petites que l'épaisseur d'un cheveu ou de la taille d'une cellule) et qui pénètrent dans l'appareil respiratoire.
    - Les particules fines ou PM2,5, inférieures ou égales à 2,5 µm (comme les bactéries) et qui peuvent se loger dans les ramifications les plus profondes des voies respiratoires (alvéoles).

    Ces particules ont des effets sur la santé, principalement au niveau cardiovasculaire et respiratoire. Elles ont trois origines :

    1 Les rejets directs dans l'atmosphère. En Île-de-France, l'industrie rejette un tiers des particules PM10 émises dans la région, toutes activités confondues.Les activités domestiques, entreprises, commerces, artisanat, en particulier le chauffage (dont le chauffage au bois) produisent un quart des PM10 rejetées dans l'air francilien. Idem pour le trafic routier.
    2 Les remises en suspension des particules qui s'étaient déposées au sol sous l'action du vent ou par les véhicules le long des rues.
    3 La transformation chimique de gaz. Par exemple, dans certaines conditions, le dioxyde d'azote pourra se transformer en particules de nitrates et le dioxyde de soufre en sulfates.

    Ces deux dernières sources donnent lieu à des transports de particules à travers l'Europe, comme pour l'ozone. Ce sont à la fois les plus difficiles à quantifier et celles sur lesquelles il est le plus compliqué d'agir pour faire baisser les niveaux de particules dans l'air.

  • O3 (Ozone)

    A très haute altitude, dans la haute atmosphère, l'ozone protège les organismes vivants en absorbant une partie des rayons UV. Mais à basse altitude, là où nous vivons et respirons, c'est un polluant qui irrite les yeux et l'appareil respiratoire, et qui a des effets sur la végétation.

    L'ozone est un polluant, qui pose problème essentiellement en été, car pour produire beaucoup d'ozone la chaleur et un ensoleillement suffisant sont nécessaires. En effet, ce polluant n'est pas directement émis dans l'atmosphère mais se forme par réaction chimique à partir d'autres polluants, en particulier les oxydes d'azote et des hydrocarbures, sous l'action des rayons UV du soleil.

    C'est aussi un polluant qui voyage et qui peut traverser toute l'Europe.

  • SO2 (Dioxyde de soufre)

    Les émissions de dioxyde de soufre dépendent de la teneur en soufre des combustibles (gazole, fuel, charbon...). Ce gaz irrite les muqueuses de la peau et des voies respiratoires supérieures.
    A plus de 50% il est rejeté dans l'atmosphère par les activités industrielles, dont celles liées à la production d'énergie comme les centrales thermiques. Mais il est également émis par le chauffage résidentiel, commercial ou des entreprises.

  • COV (Composés Organiques Volatils)

    Les composés organiques volatils sont libérés lors de l'évaporation des carburants, par exemple lors du remplissage des réservoirs, ou par les gaz d'échappement. Ils provoquent des irritations et une diminution de la capacité respiratoire, et certains composés sont considérés comme cancérigènes comme le benzo(a)pyrène.

    Plusieurs familles de polluants font partie des COV, elles sont réglementées et surveillées par Airparif :

    - Les BTEX (benzène, toluène, éthyl benzène, m+p xylène et ortho xylène), autrement appelés HAM (Hydrocarbures aromatiques monocycliques).
    - Les HAP (Hydrocarbures aromatiques polycycliques), notamment le benzo(a)pyrène.
    - Les aldéhydes, dont le formaldéhyde, polluant principalement relevé en air intérieur .
    Les COV sont émis par le trafic automobile, par les processus industriels, par le secteur résidentiel, par l'usage domestique de solvants, mais également par la végétation.

  • CO (Monoxyde de carbone)

    Les émissions de monoxyde de carbone sont liées à des combustions incomplètes (gaz, charbon, fioul ou bois), elles proviennent majoritairement des gaz d'échappement des véhicules. A fortes teneurs, le monoxyde de carbone peut provoquer des intoxications.

  • Les métaux lourds

    Cette famille comprend le plomb (Pb), le mercure (Hg), l'arsenic (As), le cadmium (Cd) et le nickel (Ni). Les métaux proviennent de la combustion des charbons, pétroles, ordures ménagères mais aussi de certains procédés industriels.

    Le plomb pour sa part était principalement émis par le trafic routier jusqu'à l'interdiction totale de l'essence plombée en 2000, mais avec la suppression de l'essence plombée, il ne pose plus problème dans l'air francilien.

    Ces polluants peuvent s'accumuler dans l'organisme, avec des effets toxiques à plus ou moins long terme.

Vue du ciel parisien lors d'un épisode de pollution
Source : Airparif

Polluants non réglementés :

Airparif surveille un certain nombre de polluants non réglementés dans l'air soit parce qu'ils sont sujet à des interrogations importantes (dioxines, pesticides...), soit parce qu'ils servent de référence pour les études sanitaires (c'est le cas des fumées noires).

  • Différents polluants, différentes méthodes

En termes de mesure, Airparif utilise soit :

  • Des méthodes automatiques pour : SO2, NO/NOx, O3, CO, Particules PM10 et PM2.5, BTEX et certains COV.
  • Des méthodes fournissant des résultats en différé après analyse en laboratoire pour : les métaux, HAP, HAM, aldéhydes, Fumées noires.
  • Des campagnes ponctuelles. Par exemple, le mercure, les pesticides ou les dioxines ne sont pas surveillés de manière permanente, en l'absence de réglementation dans l'air mais des états des lieux dans l'air francilien sont effectués par des campagnes de mesure spécifiques.
En complément, les outils de modélisation et de cartographie sont utilisés pour les polluants suivants : NO2, PM10, PM2,5, O3, et SO2.

Documents à télécharger :

Évolution des polluants

Pour certains polluants, les niveaux restent stables et problématiques. Pour d'autres, la situation s'améliore.

Le tableau ci-dessus présente ­l'évolution des niveaux de pollution observés les dernières années
et la situation de chaque ­polluant vis-à-vis du respect de la réglementation - Situation en 2009
Source : Airparif


Le dioxyde d'azote : un problème actuel et pour les années à venir

En situation éloignée du trafic, la baisse observée depuis plusieurs années pour le dioxyde d'azote semble ralentir. L'objectif de qualité n'est toujours pas respecté dans Paris et une partie de la petite couronne.
A la pollution de fond s'ajoute la pollution à proximité du trafic le long des axes routiers où aucune amélioration pour le dioxyde d'azote n'est observée. Les niveaux restent jusqu'à deux fois plus élevés que les objectifs de qualité. Chaque année, plus de 3 millions de Franciliens sont potentiellement exposés à un air de qualité non satisfaisante. Et en 2010, l'objectif de qualité est devenu une valeur limite contraignante (voir réglementation européenne).


Les particules : des niveaux soutenus et stables

La tendance pour les PM10 (inférieures à 10 µm) et les PM2,5 (inférieures à 2,5 µm) est globalement stable ces dernières années, avec des niveaux largement supérieurs aux valeurs limites à proximité du trafic. Chaque année, entre 2 et 3 millions de Franciliens sont potentiellement concernés par un risque de dépassement des valeurs limites pour les PM10. Pour les PM2,5, la valeur limite est respectée loin du trafic mais pas la valeur cible française sur certaines stations de mesure.


L'ozone : toujours des niveaux élevés

Depuis une quinzaine d'années, les moyennes annuelles d'ozone ont quasiment doublé dans l'agglomération parisienne. Une augmentation est aussi observée en zone rurale. Les niveaux de fond planétaires sont également en hausse régulière depuis le début du siècle. Il semblerait que cette augmentation tende à se stabiliser. L'objectif de qualité français est dépassé tous les ans sur toute la région Île-de-France pendant la période estivale : plus particulièrement dans les zones rurales, mais de manière plus ou moins marquée selon les conditions météo estivales.


Benzène : fin d'une période de baisse

La baisse amorcée pour le benzène à la fin des années 1990 et accélérée à partir de 2000 suite à la réduction en Europe du taux de benzène dans les carburants semble terminée. Polluant émis majoritairement par les véhicules à motorisation essence, le benzène a désormais des niveaux globalement stables. Loin du trafic, l'objectif de qualité français est respecté, mais pas à proximité du trafic où plusieurs centaines de kilomètres d'axes routiers sont concernés par un dépassement. Près d'un million de Franciliens, situés dans l'agglomération, sont potentiellement exposés au dépassement de l'objectif de qualité.


Dioxyde de soufre : une large diminution

Les concentrations ont été divisées par 20 depuis les années 50 du fait d'une forte diminution des émissions (notamment industrielles) et de mesures techniques réglementaires (baisse du taux de soufre dans le gasoil depuis 1996). Ce polluant respecte, maintenant, largement les critères nationaux de qualité de l'air.

Les grands cycles de la pollution

Les évolutions des niveaux de tel ou tel polluant dans l'environnement sont la résultante de deux facteurs principaux : les fluctuations des conditions météorologiques et celles des émissions. Ainsi les polluants présentent des cycles qui leur sont propres.

Le cycle annuel

Il représente l'évolution mois par mois des concentrations de chaque polluant. Cette évolution, à l'échelle de l'année, permet de mettre en évidence, soit l'influence de la saison dans les émissions de polluants, soit l'influence directe de conditions météorologiques particulières sur le comportement des polluants (transformation chimique notamment).

Par exemple, les niveaux de dioxyde d'azote sont plus soutenus en période hivernale qu'en période estivale pour deux raisons :

  • Émissions : le dioxyde d'azote est rejeté majoritairement par le trafic routier qui connaît un fléchissement au mois d'août (voir station trafic). Il est également émis en partie par le chauffage résidentiel (plus soutenu pendant la période hivernale).
  • Réaction chimique : en période estivale, le dioxyde d'azote subit une transformation chimique pour former de l'ozone. Ses concentrations dans l'air ambiant sont donc moins soutenues (voir station de fond).

Autre exemple, les concentrations d'ozone présentent un maximum pendant les mois d'été. L'ozone est un polluant, dit secondaire, issu de la transformation de gaz précurseurs primaires sortant directement des pots d'échappement (hydrocarbures et oxydes d'azote). Les mois d'été correspondent aux conditions favorables à la production d'ozone dans la troposphère (température élevée, fort rayonnement UV, durée d'insolation importante et vent faible).

Le cycle hebdomadaire

Il représente une semaine type obtenue en moyenne tous les jours de la semaine.
Ce cycle permet de mettre en évidence les variations dans les émissions notamment liées aux activités humaines à l'échelle de la semaine (jours ouvrés/week-end).

Le cycle journalier

Il représente un jour type obtenu en moyenne toutes les heures de la journée.
Ce cycle permet de mettre en évidence les variations dans les émissions liées aux activités humaines à l'échelle de la journée ainsi que les grands phénomènes physiques et chimiques induits par le cycle solaire.
Ce cycle permet également de mettre en évidence l'évolution des conditions dispersives de l'atmosphère au cours de la journée (stabilité des basses couches pendant la nuit).

Par exemple, les profils journaliers moyens du dioxyde d'azote et du monoxyde de carbone mesurés à proximité immédiate du trafic (place Victor Basch, Paris 14e arrondissement et porte d'Auteuil sur le périphérique) présentent des maxima corrélés aux heures de pointe de trafic du matin et du soir (les pics sont très accusés pour le monoxyde de carbone).

Les samedis et les dimanches, les profils sont plus amortis et présentent une hausse régulière des concentrations avec une chute brutale le samedi soir et plus étalée le dimanche avec les retours de week-ends dès la fin de l'après-midi.

Pour les particules PM10, la pointe de trafic du matin est bien marquée sur les profils journaliers moyens. Dans la journée, les niveaux soutenus de la station sur le périphérique traduisent entre autres l'importance sur cet axe du trafic de poids lourds et de véhicules utilitaires.

Cycle journalier moyen du dioxyde d'azote, des particules PM10 et du monoxyde de carbone :