Pourquoi étudier l aérosol atmosphérique? Impact Climatique Impact sanitaire Les particules atmosphériques sont avant tout étudiées pour leurs impacts sur le climat et sur la santé humaine. 39
Réchauffement climatique : observations IPCC, 2007 Le réchauffement climatique est désormais une réalité et l impact des gaz à effet de serre (GES) est avéré. Mais ils ne sont pas les seuls acteurs de cette machine climatique complexe. 40
Réchauffement climatique : Projections IPCC, 2007 41
Et les aérosols? IPCC, 2007 Cette figure représente les différents acteurs ayant influencé le climat depuis 1750. On y retrouvent les GES qui provoquent un réchauffement et les aérosols qui engendrent un refroidissement (!).. Notons dès à présent les grandes incertitudes qui encadrent l estimation de leurs impacts et le niveau de compréhension scientifique encore faible. Les particules agissent sur le climat selon deux effets : un effet in direct et un effet indirect (noté ici Cloud albedo effect) 42
Impact climatique : Forçage radiatif des aérosols IPCC, 2007 Impact direct : absorption et diffusion des rayonnements solaires Impact indirect : Modification de la micro-physique des nuages (Taille des gouttelettes, pouvoir réfléchissant, durée de vie des nuages etc..) Forçage radiatif : -0.7 [-0.3 à -1.8] W.m -2 IPCC,2007 CO 2 1.66 [1.49 à 1.83] W.m -2 L ensemble de ces effets est schématisé sur cette figure (..complexe..). Simplifions les choses L impact direct (première illustration à gauche) consiste en la diffusion et dans une moindre mesure à l absorption du rayonnement solaire. L énergie solaire absorbée et/ou rétro diffusée est autant d énergie qui ne réchauffe pas la terre. Cet effet engendre donc un refroidissement. Cet impact direct est également appelé effet parasol. L impact indirect (toutes les autres illustrations) est relatif au rôle des particules dans la structure (microphysique) du nuage. Il est important de comprendre que sans particules solides dans l atmosphère aucune gouttelette d eau et donc aucun nuage ne pourrait se former. Une particule sert en réalité de noyau autour duquel la vapeur d eau peut condenser. D un point de vue climatique l impact principal des nuages est de réfléchir le rayonnement solaire incident. Ils agissent comme un miroir. Depuis 1750 les activités humaines ont injecté et injectent chaque jour un grand nombre de particules dans l atmosphère. Ainsi nous pouvons considérer que le nombre de particules moyen dans l atmosphère a considérablement augmenté depuis la période préindustrielle. Or à quantité de vapeur d eau constante (hypothèse réaliste) plus le nombre de particules est important plus la taille des gouttelettes formées sera faible (simple question de bilan de matière). Cette diminution de la taille moyennes des gouttelettes de nuages constitue le point de départ principal de l impact indirect des particules sur le climat. En effet un nuage composés de gouttelettes fines à un pouvoir réfléchissant plus important qu un nuage composés de grosses gouttelettes (illustration du bas). Cette diminution de taille des gouttelettes engendre également un temps de vie plus long pour les nuages (moins de précipitation). Les nuages sont donc globalement plus réfléchissant et ont un temps de vie dans l atmosphère plus long. 43
Illustrations de l impact direct : diffusion et visibilité Particulate Conc. 7 µg/m 3 Particulate Conc. 12 µg/m 3 Particulate Conc. 21 µg/m 3 Particulate Conc. 65 µg/m 3 Plus la concentration en particules augmente plus la lumière est diffusée (la visibilité diminue). 44
Illustrations de l impact direct : diffusion et visibilité Pittsburgh Pékin 45
Illustration de l impact direct Exemple récent : éruption du Pinatubo en 1991 Le 15 juin 1991, l éruption du mont Pinatubo produisit le plus grand nuage de particules volcaniques de la stratosphère du XX ème siècle ( ~20 mégatonnes) Éruption du Mt. Pinatubo, Juillet 1991, J.N. Marso, U.S. Geological Survey 46
Illustration de l impact direct Avant éruption 1 mois après Les températures enregistrées sur les continents de l hémisphère Nord ont atteint jusqu à 2 C de moins que la normale pendant l été 1992 et jusqu à 3 C de moins au cours des hivers 1991-1992 et 1992-1993. 2 mois après 2 ans après Éruption du Mt. Pinatubo, Juillet 1991, J.N. Marso, U.S. Geological Survey Les cartes illustrent extension du nuage de poussière via l épaisseur optique de l atmosphère, c est-à-dire son pouvoir bloquer le rayonnement solaire. 47
1990 1991 1994 1993 1992 48
Impact Sanitaire Ministère de la santé et de l environnement Pénétration dans le système respiratoire dépend de la taille de particules : Dp> 10 µm : Particules bloquées dans les voies aériennes supérieures. Dp< 10µm : Les particules pénètrent plus profondément, dans les poumons Programme CAFE : 9 mois d espérance de vie perdus (4 millions d années de vie perdues pour UE25) 386 000 décès prématurés (20 400 pour O 3 ) Ministère Ecologie : coût perte d espérance de vie est de 16,3 milliards /an en France Une forte demande en matière de surveillance réglementaire des PM (nouvelles réglementations..) Le deuxième grand type d impact des particules est d ordre sanitaire. Les principaux effets des particules sur la santé sont synthétisés dans le tableau. En première approche on peut considérer que plus les particules sont fines plus elles pénètrent profondément le système respiratoire, où leurs effets sur la santé sont décuplés. Une récente étude européenne (voir transparent suivant) a montré que l exposition des populations de l union européenne aux particules atmosphériques engendrait une diminution de l espérance de vie moyenne de 9 mois (représentant plus de 4 millions d années de vie perdues au total) et était responsable de 386000 décès prématurés. 49
Impact Sanitaire Programme CAFE «Clean Air for Europe» 2005 Si PM2.5 < 15 µg/m3 50
Impact Sanitaire Environnement Canada Santé Canada Ci-dessus quelques graphes illustrant l impact des particules sur la santé. Ils sont toutefois à manier avec une extrême précautions étant donné qu il est difficile de déconvoluer tous les facteurs influençant les variables de santé publique considérées sur ces illustrations. 51
Normes en France Pas de prise ne compte des PM2.5 (juste recommandation) Loi sur l air 1999 Ci-dessus l état actuel des normes en France en matière de qualité de l air pour les particules. Sur beaucoup de stations de mesures ces normes sont déjà dépassées et les nouvelles législations qui rentreront en vigueur dans quelques années sont encore plus drastique. Réduire la concentration en particules dans l atmosphère et particulièrement dans nos grands centres urbains est devenu un véritable challenge. 52
Recommandations, nouvelles et futures normes Nouvelle directive Européenne (Avril 2008) : Prise en compte des PM2.5 Valeur cible (moy. annuelle) : 25 µg/m 3 en 2010 Valeur limite (moy. annuelle) : 25 µg/m 3 en 2015 En France suite au Grenelle de l Environnement : Objectif : 15 µg/m 3 en moyenne annuelle en 2010 L une des nouveautés de la nouvelle réglementation sur les particules est la prise en compte des particules fines (<2.5µm), plus novices pour la santé. 53