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Au cours des dernières décennies le « trou d’ozone » a montré la fragilité de l’atmosphère, l’abus des pesticides a montré la fragilité des sols, des eaux.

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1 Au cours des dernières décennies le « trou d’ozone » a montré la fragilité de l’atmosphère, l’abus des pesticides a montré la fragilité des sols, des eaux de surface et des nappes phréatiques, les rejets de CO2 ne cessent de croître et de menacer l’équilibre du climat, les rejets de toutes sortes risquent de devenir ingérables. Il est devenu essentiel de pouvoir diagnostiquer les modifications des différents milieux, air, mer, eau, sol, biosphère qu’elles soient d’origine naturelle ou anthropique et de pouvoir rééquilibrer les milieux altérés. Historical AtmosphereEarth is believed to have formed about 5 billion years ago. In the first 500 million years a dense atmosphere emerged from the vapor and gases that were expelled during degassing of the planet's interior. These gases may have consisted of hydrogen (H2), water vapor, methane (CH4) , and carbon oxides. Prior to 3.5 billion years ago the atmosphere probably consisted of carbon dioxide (CO2), carbon monoxide (CO), water (H2O), nitrogen (N2), and hydrogen.The hydrosphere was formed 4 billion years ago from the condensation of water vapor, resulting in oceans of water in which sedimentation occured. The most important feature of the ancient environment was the absence of free oxygen. Evidence of such an anaerobic reducing atmosphere is hidden in early rock formations that contain many elements, such as iron and uranium, in their reduced states. Elements in this state are not found in the rocks of mid-Precambrian and younger ages, less than 3 billion years old. Formation of The Ozone LayerOne billion years ago, early aquatic organisms called blue-green algae began using energy from the Sun to split molecules of H2O and CO2 and recombine them into organic compounds and molecular oxygen (O2). This solar energy conversion process is known as photosynthesis.Some of the photosynthetically created oxygen combined with organic carbon recreated CO2 molecules. The remaining oxygen accumulated in the atmosphere touched off a massive ecological disaster with respect to early existing anaerobic organisms. As oxygen in the atmosphere increased, CO2 decreased. High in the atmosphere, some oxygen (O2) molecules absorbed energy from the Sun's ultraviolet (UV) rays and split to form single oxygen atoms. These atoms combined with remaining oxygen (O2) to form ozone (O3) molecules, which are very effective at absorbing UV rays. The thin layer of ozone that surrounds Earth acts as a shield, protecting the planet from irradiation by UV light. The amount of ozone required to shield Earth from biologically lethal UV radiation, wavelengths from 200 to 300 nanometers (nm), and is believed to have been in existence 600 million years ago. At this time, the oxygen level was approximately 10% of its present atmospheric concentration. Prior to this period, life was restricted to the ocean. The presence of ozone enabled organisms to develop and live on the land. Ozone played a significant role in the evolution of life on Earth, and allows life as we presently know it to exist.

2 Structure de l’atmosphère
esent Day AtmosphereThe atmosphere we breathe is a relatively stable mixture of several hundred types of gases from different origins. This gaseous envelope surrounds the planet and revolves with it. It has a mass of about 5.15 x 10E15 tons held to the planet by gravitational attraction. The proportions of gases, excluding water vapor, are nearly uniform up to approximately 80 kilometers (km) above Earth's surface.The major components of this region, by volume, are oxygen (21%), nitrogen (78%), and argon (0.93%). Small amounts of other gases are also present. These remaining trace gases exist in such small quantities that they are measured in terms of a mixing ratio. For example, O3, CO2, and chlorofluorocarbons (CFCs) are measured in parts per million by volume (ppmv), parts per billion by volume (ppbv) or parts per trillion by volume (pptv). Atmospheric temperature and chemistry are believed to be controlled by the trace gases. There is increasing evidence that the percentages of environmentally significant trace gases are changing because of both natural and human factors. Examples of man-made gases are the chlorofluorocarbons CFC-11 and CFC-12 and halons. Carbon dioxide, nitrous oxide, and methane (CH4) are produced by the burning of fossil fuels, expelled from living and dead biomass, and released by the metabolic processes of microorganisms in the soil, wetlands, and oceans of our planet.the atmosphere | out there | down here | sitemap | about | contactPowered by Affordable web site designHistorical Atmosphere | Formation of the Ozone Layer | Present Day Atmosphere | Atmospheric Structure Versiune in romana

3 L’atmosphère air pour respirer bouclier à météorites couche d’ozone
isolation répartition de la chaleur propagation des sons permettre la vie bouclier à météorites Early attempts at studying the nature of the atmosphere used clues from the weather, the beautiful multi-colored sunsets and sunrises, and the twinkling of stars. With the use of sensitive instruments from space, we are able to get a better view of the functioning of our atmosphere .Life on Earth is supported by the atmosphere, solar energy, and our planet's magnetic fields. The atmosphere absorbs the energy from the Sun, recycles water and other chemicals, and works with the electrical and magnetic forces to provide a moderate climate. The atmosphere also protects us from high-energy radiation and the frigid vacuum of space.The envelope of gas surrounding the Earth changes from the ground up. Four distinct layers have been identified using thermal characteristics (temperature changes), chemical composition, movement, and density. Troposphere The troposphere starts at the Earth's surface and extends 8 to 14.5 kilometers high. This part of the atmosphere is the most dense. As you climb higher in this layer, the temperature drops from about 17 to -52 degrees Celsius. Almost all weather is in this region. The tropopause separates the troposphere from the next layer. The tropopause and the troposphere are known as the lower atmosphere. - La troposphère, entre 0 et 6-18 km d'altitude en fonction de la latitude où la température décroît avec l'altitude La couche atmosphérique en contact avec la surface de la terre constitue la troposphère. Elle s'étendant entre 6 et 18 km d'altitude, plus épaisse à l'équateur en raison du mouvement centrifuge de la terre. 50% de la masse de l'atmosphère, soit environ 2 millions de tonnes de particules se trouve en-dessous de 5 km d'altitude. La troposphère est le siège des hydrométéores (nuages, pluie, neige...) et se caractérise par une décroissance constante de la température avec l'altitude. On peut toutefois y trouver des couches de faibles épaisseurs où la température croît avec l'altitude (inversion de température).L'air de la troposphère présente une composition remarquablement constante suite au brassage continu de l'air dans cette partie de l'atmosphère.La limite supérieure de la troposphère est la tropopause qui divise arbitrairement la troposphère de la stratosphère. Aux latitudes moyennes (45°) cette limite se situe vers 11 km d'altitude où nous observons un changement drastique de température. Aux pôles la température de la tropopause est de -45° C mais elle descend à -80° C à l'équateur en raison de l'épaisseur plus importante de l'atmosphère.Aux latitudes moyennes la tropopause subit des variations d'altitude très importantes, oscillant entre 7 et 13 km en fonction de la situation atmosphérique générale (les mouvements des systèmes synoptiques de hautes et basses pressions), des saisons et des types de masse d'air. Stratosphere The stratosphere starts just above the troposphere and extends to 50 kilometers high. Compared to the troposphere, this part of the atmosphere is dry and less dense. The temperature in this region increases gradually to -3 degrees Celsius, due to the absorbtion of ultraviolet radiation. The ozone layer, which absorbs and scatters the solar ultraviolet radiation, is in this layer. Ninety-nine percent of "air" is located in the troposphere and stratosphere. The stratopause separates the stratosphere from the next layer. La stratosphère, entre 6-18 et 50 km d'altitude où la température augmente avec l'altitude Au-dessus de la troposphère, les sondages météorologiques montrent une augmentation de la température avec l'altitude. Cette augmentation est telle qu'on retrouve pratiquement la température au sol à 50 km d'altitude, c'est la stratosphère.Son nom n'est plus du tout approprié. En effet, à l'origine on pensait que le brassage de l'air était très faible et insuffisant pour maintenir l'uniformité de la composition de l'air et que la diffusion par l'effet de la gravité conduisait à une séparation des gaz en fonction de leur poids atomique, conduisant à une stratification de cette région. Or on a découvert que la stratosphère subissait au contraire des mouvements encore plus turbulents que la troposphère.Sa température atteint son maximum à la stratopause dont la limite est variable mais voisine de 50 km d'altitude. A ce niveau la température de l'air oscille entre 0 et 27° C en fonction de la latitude.A ce jour les scientifiques ne savent pas encore exactement pourquoi la température augmente dans la stratosphère. On observe surtout une augmentation de jour et en hiver. Etant donné qu'on y observe des mouvements turbulents et des ondes de gravité, on pense qu'elle est la conséquence de vortex, d'interactions turbulentes créant une compression adiabatique induite par un flux émanant du sol (agéotropique).Profil général de l'atmosphère.Plus haut, vers 80 km d'altitude, la hausse de température est due à l'absorption du rayonnement par les molécules d'oxygène. Si l'atmosphère terrestre peut ainsi être divisée en plusieurs régions suivant la distribution verticale de la température, il s'avère que d'autres modifications résultent de cette variation de température. Tant que la composition de l'air reste homogène nous nous trouvons dans l'homosphère. Lorsque les proportions des différents éléments change nous entrons dans l'hétérosphère.  Mesosphere The mesosphere starts just above the stratosphere and extends to 85 kilometers (53 miles) high. In this region, the temperatures again fall as low as -93 degrees Celsius as you increase in altitude. The chemicals are in an excited state, as they absorb energy from the Sun. The mesopause separates the mesophere from the thermosphere.The regions of the stratosphere and the mesosphere, along with the stratopause and mesopause, are called the middle atmosphere by scientists. This area has been closely studied on the ATLAS Spacelab mission series. La mésosphère, entre 50 et 85 km d'altitude où la température décroît avec l'altitude Thermosphere The thermosphere starts just above the mesosphere and extends to 600 kilometers (372 miles) high. The temperatures go up as you increase in altitude due to the Sun's energy. Temperatures in this region can go as high as 1,727 degrees Celsius. Chemical reactions occur much faster here than on the surface of the Earth. This layer is known as the upper atmosphere.The upper and lower layers of the thermosphere will be studied more closely during the Tethered Satellite Mission (TSS-1R). La thermosphère, entre 85 et environ 800 km d''altitude où la température augmente avec l'altitude The thermosphere is located above the mesosphere and is separated from it by the mesopause transition layer. The temperature in the thermosphere generally increases with altitude up to K. This increase in temperature is due to the absorption of intense solar radiation by the limited amount of remaining molecular oxygen. At an altitude of km, the major atmospheric components are still nitrogen and oxygen. At this extreme altitude gas molecules are widely separated. Ionosphere and other Layers of the Thermosphere The upper thermosphere also is characterized by the presence of plasma. This region, which extends from 85 to approximately 1,000 kilometers (53 to 620 miles), is known also as the ionosphere. The boundaries of the ionosphere vary according to solar activity. The lower region of the thermosphere, from approximately 130 to 180 km, has been very difficult to explore. Satellites cannot orbit in this region because they would rapidly fall from orbit and burn up from atmospheric friction. Balloons cannot reach this altitude, and sounding rockets pass through the region too quickly to obtain more than a quick vertical profile of a particular spot. L'hétérosphèreA 85 km d'altitude environ, au-dessus de la mésopause et du terrain de chasse des avions-fusées (X15 et autres prototypes) on observe une dissociation de la molécule d'oxygène en ses deux atomes. Ce phénomène indique une diffusion des gaz où les éléments les plus légers diminuent moins rapidement que les éléments plus lourds avec l'altitude. Suite à cette diffusion l'atome d'oxygène domine nettement à 750 km d'altitude. Par contre l'hélium, qui est l'élément prédominant à km d'altitude est un million de fois moins abondant que l'oxygène entre le sol et 100 km d'altitude. Comme l'atome d'hélium est quatre fois plus léger que l'oxygène, un phénomène identique se produit avec l'hydrogène atomique qui, étant quatre fois plus léger que l'hélium devient l'élément le plus abondant juste avant d'atteindre la protosphère, c'est-à-dire la couche atmosphérique directement en contact avec le milieu interplanétaire. La mésosphère, située entre la thermopause et la protosphère subit donc un changement graduel de composition par suite de la diffusion des gaz dans le champ de pesanteur.A mesure qu'on s'élève dans l'atmosphère, la densité de l'air diminue et à l'altitude de 250 km on n'atteint plus qu'un milliard d'atomes par cm3. A 800 km d'altitude leur nombre chute d'un facteur mille. Les chocs entre atomes devenant peu nombreux ceux-ci peuvent parcourir des distances supérieures à 100 km sans entrer en collision. Ceci explique pourquoi certains atomes atteignent la vitesse de 11 km/s et, comme c'est le cas pour l'hélium, animés de la vitesse de libération ils peuvent s'affranchir de l'attraction terrestre et s'échappent définitivement dans l'espace interplanétaire. Cette région où les collisions ne font plus obstacle à la libération des atomes s'appelle l'exosphère. L'ionosphèreL'ionosphère est la région de l'atmosphère située entre la mésosphère et la thermosphère et qui offre la propriété de réfléchir les ondes radios. Comment se forme-t-elle ? L'atmosphère est constituée de gaz. Suite à l'activité plus ou moins intense du rayonnement solaire UV extrême (UVE) sur les atomes et les moléculaires d'air, par photoionisation durant le cycle diurne ces éléments vont s'ioniser et perdre un ou plusieurs électrons. Bien que les ions résultants soient chargés électriquement, ils sont trop lourds pour réagir rapidement aux oscillations des ondes radios. Par contre les électrons libérés durant ce processus sont en moyenne fois plus légers que les ions et assurent la réflexion des ondes radios vers le sol. La nuit par contre les atomes et les molécules se recombinent partiellement, permettant au cycle de photoionisation de recommencer le lendemain sous l'action du Soleil.Grâce aux découvertes d'Appleton et consorts au milieu des années 1920, nous savons que l'ionosphère se divise en trois couches principales qui se situent grosso-modo entre 90 et 300 km d'altitude dont les propriétés radioélectriques sont étonnantes. Si le sujet vous intéresse je vous propose de lire cet article sur la propagation radio rédigé en anglais (en vous aidant du traducteur dans le menu de gauche au besoin).L'ionosphère se stratifie en trois couches, D, E et F, dont les propriétés électromagnétiques permettent des communications sur de longues distances en ondes-courtes (jusqu'au-delà des antipodes si nécessaire). La couche F, la plus éloignée, se situe vers 300 km d'altitude. Sa densité est de l'ordre de 2 millions d'électrons/cm3, une valeur qui varie en fonction de la quantité d'ultraviolet qu'elle reçoit du Soleil. Pendant la journée cette couche se divise en F1 et F2 dont la hauteur et la densité électronique sont très variables.  La couche E se situe vers 110 km d'altitude. Sa densité suit fidèlement le cycle solaire mais c'est une couche qui peut être sporadique en raison des électrons libres, du bombardement par les météores ou des turbulence dans la couche elle-même. Cette couche tente à disparaître la nuit comme le montre bien l'animation suivante. Antenne directionnelle (beam) d'une installation radioamateur tavaillant dans la bande HF de 20 m.A consulter: Ionogramme de l'activité ionosphérique   (GIF animé de 635 KB) La couche D se situe à 90 km d'altitude mais elle peut descendre à 50 km lors des éruptions solaires. Sa densité n'atteint pas électrons/cm3 et est en moyenne cent fois moins dense que la couche F. Elle est connue pour absorber les ondes-courtes durant la journée et empêcher les communications à longue distance, mais heureusement elle disparaît la nuit. Elle reste malgré tout un obstacle majeur après les éruptions solaires chromosphériques car ces dernières provoquent indirectement une interruption totale des communications : ce sont les perturbations ionosphériques brusques.Dans la troposphère enfin, suite à des effets d'inversion de température (inversion thermique, anticyclone) les couches d'air, telles des couloirs aériens, peuvent guider les signaux radioélectriques. Lorsque les conditions sont exceptionnelles des liaisons avec les antipodes ont déjà été réalisées en VHF (vers 144 MHz).L'ionosphère subit également des variations indépendantes de la hauteur des différentes couches : des variations diurnes, journalières, saisonnières, en fonction de la latitude et, la plus importante, liée à l'activité solaire (émissions électromagnétique et de particules) qui évolue en suivant un cycle moyen de 11 ans (dernier maximum en 2000, prochain minimum fin 2006). Mais l’ionosphère nous réserve encore des surprises. A côté des éclairs de rayons gamma que l’on a détecté dans l’ionosphère, en 1994 le Geophysical Institute a découvert un autre phénomène tout à fait étonnant. Entre 75 et 95 km d’altitude des jets brillants surgissent au-dessus des nuages d’orage desquels ils s’échappent sous forme de filaments bleutés. Ce phénomène ne dure que deux ou trois millièmes de seconde. Les chercheurs pensent qu’il s’agit de bouffées d’ionisation dont l’origine est liée à l’activité ionosphérique. The Mesosphere and Ionosphere Above the stratosphere is the mesosphere and above that is the ionosphere (or thermosphere), where many atoms are ionized (have gained or lost electrons so they have a net electrical charge). The ionosphere is very thin, but it is where aurora take place, and is also responsible for absorbing the most energetic photons from the Sun, and for reflecting radio waves, thereby making long-distance radio communication possible. The structure of the ionosphere is strongly influenced by the charged particle wind from the Sun (solar wind), which is in turn governed by the level of Solar activity. One measure of the structure of the ionosphere is the free electron density, which is an indicator of the degree of ionization. Here are electron density contour maps of the ionosphere for months in 1957 to the present. Compare these simulations of the variation by month of the ionosphere for the year 1990 (a period of high solar activity with many sunspots) and 1996 (a period of low solar activity with few sunspots): couche d’ozone phénomènes météorologiques

4 Composition de l’atmosphère
Air Composition constante jusqu’à 85 km de hauteur 78%vol N2 21%vol O2 0,9%vol Ar 0,03%vol CO2 0,03%vol : Ne, He, Kr… Vapeur d’eau (1 à 4%vol) Particules solides en suspension Composition of the AtmosphereThe atmosphere is primarily composed of Nitrogen (N2, 78%), Oxygen (O2, 21%), and Argon (Ar, 1%). A myriad of other very influential components are also present which include the water (H2O, 0 - 7%), "greenhouse" gases or Ozone (O, %), Carbon Dioxide (CO2, %), L'origine de l'oxygène est la photosynthèse qui est apparue sur la Terre il y a environ 3,8 milliards d'années. L'oxygène formé par la photosynthèse s'est accumulé progressivement dans l'atmosphère, cette accumulation a été très lente. Quand la teneur en oxygène a atteint un certain niveau, probablement vers -400 millions d'années, l'ozone est apparu. Avant cette période, la vie était essentiellement aquatique. Ce n'est qu'après la naissance de l'ozone dans la haute atmosphère que la vie végétale, puis animale sont apparues sur Terre.

5 exosphère The exosphere is the most distant atmospheric region from Earth's surface. The upper boundary of the layer extends to heights of perhaps 960 to 1000 km and is relatively undefined. The exosphere is a transitional zone between Earth's atmosphere and interplanetary space. L'exosphère est la couche la plus élevée de l'atmosphère. En même temps que l'ionosphère, elle compose la thermosphère. L'exosphère s'étend jusqu'à kilomètres au-dessus de la surface de la Terre. C'est la limite supérieure de notre atmosphère. L'atmosphère ici fusionne avec l'espace dans l'air extrêmement mince. Les atomes et les molécules d'air s'échappent constamment dans l'espace depuis l'exosphère. Dans cette région de l'atmosphère, l'hydrogène et l'hélium sont les composants principaux et sont seulement présents à des densités extrêmement faibles. C'est la zone où beaucoup de satellites gravitent autour de la Terre.

6 Les polluants atmosphériques
aérosols : particules liquides ou solides (10%) 0,01 m à 5 m gaz (90%) pollution : augmentation de la concentration de la substance du fait de l’activité humaine ou de causes naturelles Les particules émises dans l'atmosphère sont de toutes petites particules dont la taille (0,01 à 5 micromètres) leur permet de rester en suspension dans l'air. Ces poussières peuvent contenir des métaux lourds comme le plomb ou le mercure ou encore des composés organiques.Ces poussières proviennent de l'activité humaine avec les combustions et les transports. Mais elles peuvent aussi venir de phénomènes naturels comme le volcanisme ou l'érosion par le vent. Les particules sont constituées de fines matières liquides ou solides dans l'air ambiant. Elles se forment par condensation, par accumulation ou par pulvérisation mécanique. En France, les moteurs diesel rejettent 87% des particules issues du trafic, les moteurs à essence non catalysés 12%. Les effets sur la santé des particules sont variables selon leur taille et leur composition physico-chimique. Les particules inhalées ont un diamètre aérodynamique moyen inférieur à 10 µm.  Actuellement, la pollution particulaire est suivie à travers quelques indicateurs tels que les particules totales en suspension (TSP), les particules de diamètre moyen inférieur à 10 µm (PM10) et les particules de diamètre inférieur à 2,5 µm (PM2.5).   Concentrations moyennes annuelles de particules (PM10) en Franceµg/m3  Sur la période , les concentrations de particules dans l'air ont diminué en raison notamment des avancées technologiques sur les véhicules. Néanmoins, en considérant l'ensemble des stations de mesure, des dépassements de la valeur limite européenne se produisent souvent, en particulier près des grands axes de circulation.   répercutions locales, régionales ou à l’échelle du globe (gaz à effet de serre)

7 Les polluants atmosphériques
“Pollution” naturelle (organique et inorganique) incendies de forêts Volcans (gaz + cendres) Pollen sable Bacteries, virus Sel (embruns) Methane poussières de météores Ces particules sont de deux types : Inorganiques : principalement constituées de sable provenant de la terre, du sel provenant des embruns, des particules de fumée industrielle, d'incendies de forêts, des cendres de volcans, des poussières de météores enfin. Organiques : constituées de pollen, de graines tenues, de bactéries et de virus

8 Les polluants atmosphériques
pollution anthropique depuis l’apparition des hommes accélération depuis la révolution industrielle

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10 Principaux polluants atmosphériques
Polluants primaires : produits par diverses sources (CO2, CO, particules solides, …) Polluants secondaires : produits à partir de la transformation, par des processus naturels des polluants primaires Les principaux polluants atmosphériques gazeux sont le dioxyde et le monoxyde de carbone (CO2 et CO), les oxydes d'azote (NO, oxyde nitreux, NO2, peroxyde d'azote), les oxydes de soufre (SO2, dioxyde de soufre), l'hydrogène sulfuré (H2S), le méthane (CH4) et d'autres composés comme les CFC (chlorofluorocarbones) et l'ozone O3.Ces polluants proviennent surtout des chauffages urbain, industriels et surtout des gaz d'échappement des transports. Cette combustion rejète de grandes quantités de CO2 et de CO, de dérivés azotés et soufrés, ainsi que des hydrocarbures dans l'atmosphère. Les particules émises dans l'atmosphère sont de toutes petites particules dont la taille (0,01 à 5 micromètres) leur permet de rester en suspension dans l'air. Ces poussières peuvent contenir des métaux lourds comme le plomb ou le mercure ou encore des composés organiques.Ces poussières proviennent de l'activité humaine avec les combustions et les transports. Mais elles peuvent aussi venir de phénomènes naturels comme le volcanisme ou l'érosion par le vent. Les polluants primaires sont directement issus des sources de pollution, qu’elles soient d’origine industrielle ou automobile. On y trouve des gaz tels que : des oxydes de carbone des oxydes de soufre des oxydes d’azote des hydrocarbures légers des composés organiques volatils (COV) des particules contenant ou non des composés métalliques (plomb, mercure cadmium...) ou organiques. Ces polluants primaires peuvent se transformer dans la basse atmosphère, sous l’action des rayons solaires et de la chaleur, en polluants dits secondaires tels que l’ozone et autres polluants photochimiques (les PAN ou nitrates de peroxyacétyle, aldéhydes, cétones, etc.). Ces composés constituent le smog photochimique, donnant naissance à ce nuage brunâtre qui stagne parfois au-dessus des grandes villes comme Paris. Par exemple, l’ozone (O3) résulte 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. La formation de polluants secondaires nécessite un certain temps durant lequel les masses d’air se déplacent. Ce qui explique pourquoi les pointes de polluants secondaires concernent des territoires souvent plus étendus que les pointes de polluants primaires. La couronne rurale autour de la région parisienne, lorsqu’elle se trouve sous le vent de l’agglomération, n’est pas épargnée par la pollution en ozone. Bien au contraire, on y observe des niveaux bien plus élevés qu’en plein Paris.

11 Principaux polluants atmosphériques
NO et NO2 CO Les principaux polluants atmosphériques gazeux sont le dioxyde et le monoxyde de carbone (CO2 et CO), les oxydes d'azote (NO, oxyde nitreux, NO2, peroxyde d'azote), les oxydes de soufre (SO2, dioxyde de soufre), l'hydrogène sulfuré (H2S), le méthane (CH4) et d'autres composés comme les CFC (chlorofluorocarbones) et l'ozone O3.Ces polluants proviennent surtout des chauffages urbain, industriels et surtout des gaz d'échappement des transports. Cette combustion rejète de grandes quantités de CO2 et de CO, de dérivés azotés et soufrés, ainsi que des hydrocarbures dans l'atmosphère. SO2

12 Les polluants primaires

13 Monoxyde de carbone (CO)
Gaz inodore, incolore Combustion incomplète de matériaux organiques Les émissions de monoxyde de carbone proviennent à 43% environ du trafic routier bien que ce polluant ne représente en moyenne que 6% des gaz d'échappement d'un véhicule à essence et qu’un véhicule Diesel en émet 25 fois moins. COV (Composés Organiques Volatils) Les composés organiques volatils sont libérés lors de l'évaporation des carburants (remplissage des réservoirs), ou par les gaz d'échappement. Ils sont émis majoritairement par le trafic automobile (34%), le reste des émissions provenant de processus industriels de combustion. Le monoxyde de carbone (CO) est un gaz incolore, inodore et sans goût qui est généré principalement par les émissions de gaz d'échappement. The major sources in 1990 of carbon monoxide were agricultural waste burning (21%), savannah burning (18%) and deforestation (11%; Olivier et al. 1996). Other important sources are road transport (21%) and the use of biofuels (19%). Most important regions who contribute to the total amount of carbon monoxide are located in Africa (savannah burning). En france diminution régulière depuis 1073 du fait de : la baisse des émissions liées à l’équipement des véhicules en pot catalytique mais cette baisse est compensée en partie par l’augmentation du parc automobile.

14 Oxydes de soufre (SOx) Combustion fuels et charbon
SO2 + H20  H2SO4 (pluies acides, dégradation de la pierre et de certains matériaux de construction) incolore mais irritant et toxique associé à de nombreuses pathologies respiratoires SO2 (Dioxyde de soufre) Le dioxyde de soufre (SO2) est émis principalement par la combustion de matières fossiles contenant du soufre (charbon, fuel, gazole) et dans une moindre mesure par la production industrielle.  En France, les concentrations les plus élevées sont observées en hiver, en raison d'un usage accru de combustibles fossiles. En dehors de cette période, des pointes de pollution de SO2 peuvent également être enregistrées dans certaines zones industrielles. Les émissions de dioxyde de soufre dépendent de la teneur en soufre des combustibles (gazole, fuel, charbon...). Elles sont principalement libérées dans l’atmosphère par les cheminées des usines (centrales thermiques...) ou par les chauffages, le secteur automobile Diesel contribue dans une faible mesure à ces émissions. Toutefois, ce polluant ne constitue généralement plus un problème majeur de pollution.  

15 Le dioxyde de soufre dans l’air
Sur la période , les concentrations de SO2 ont fortement diminué. Les concentrations maximales annuelles sont passées de 65 µg/m3 à 31 µg/m3 sur un échantillon constant de 78 stations disposant de données validées.En 2002, toutes les stations ont enregistré des valeurs en deçà des limites communautaires. baisse constante depuis 1980 niveau le plus bas jamais atteint du fait de : baisse de l’utilisation du charbon/gaz et mise en place du nucléaire mise en oeuvre des mesures d’économie d’énergie mise en oeuvre de règles environnementales (utilisation de combustibles moins riches en soufre et amélioration des rendements énergétiques des installations) Pics en 1991 et 1998 : vague de froid et nécessité de recourir aux énergies fossiles Pour 2010, on dit encore réduire de 40% Mesurer la pollution des centrales thermiques grâce... à une panne d'électricité ARTICLE PARU DANS LEMONDE DU « TAUX DE DIOXYDE DE SOUFRE : - 90 %« Ce qui nous a surpris, raconte Lackson Marufu, le responsable de l'étude, ce ne fut pas tant l'amélioration de la qualité de l'air pendant la panne que l'amplitude de cette amélioration. Celle-ci était si importante que l'on pouvait non seulement la mesurer, mais également la visualiser, avec un ciel très nettement moins brumeux. »Cet accident unique a ainsi permis d'établir que les modèles actuels sous-estiment singulièrement le rôle polluant des centrales à combustibles fossiles.En effet, vingt-quatre heures après le début de la panne, et alors que le réseau, encore fragile, n'est pas complètement rentré en service, les analyses montrent une chute supérieure à 90 % du taux de dioxyde de soufre dans l'air, une réduction de moitié de l'ozone troposphérique nocif pour la santé et une baisse de 70 % du nombre de particules créant les brouillards de pollution tristement célèbres dans la région. La visibilité, quant à elle, augmentait de quelque 40 kilomètres, ce qui prouve que, sans électricité, le ciel est plus bleu... »

16 NO2 + h  NO + O. (photolyse UV+vis 200-420nm)
Oxydes d’azote (NOx) Provient de la combustion de l’air (centrale thermique, chaudières, véhicules) Les quantités de Nox produits naturellement par les volcans et les bactéries, et les éclairs > émissions anthropiques NO: relativement peu toxique sauf à haute concentration NO2: plus toxique Joue un rôle majeur dans les réactions de production de l’ozone (troposhère) et du smog Pluies acides (formation de HNO3) précurseur de l’ozone troposphérique NO2 + h  NO + O. (photolyse UV+vis nm) O. + O2  O3 NOx (Oxydes d'azote) Les émissions d’oxydes d’azote apparaissent dans toutes les combustions, à hautes températures, de combustibles fossiles (charbon, fuel, pétrole...). Le secteur des transports est responsable de plus de 60% des émissions de NOx (les moteurs Diesel en rejette deux fois plus que les moteurs à essence catalysés). Le monoxyde d’azote (NO) rejeté par les pots d’échappement est oxydé par l’ozone et se transforme en dioxyde d’azote (NO2). Le dioxyde d'azote (NO2) provient essentiellement du transport routier et des installations de combustion (centrales énergétiques ...).     Le monoxyde d'azote (NO) et le dioxyde d'azote (NO2) font l'objet d'une surveillance attentive dans les centres urbains. Malgré l'introduction du pot catalytique qui a réduit les émissions unitaires d'oxydes d'azote, les concentrations dans l'air diminuent faiblement compte tenu de l'augmentation forte du parc et du trafic automobiles.En France, depuis 1991, les concentrations ont tendance à baisser sur les sites urbains et périurbains, alors que le phénomène est moins évident à proximité des sites de trafic automobile. Le NO2 est souvent responsable de la mauvaise qualité de l'air et peut conduire au déclenchement des procédures d'information et d'alerte. 

17 transport routier = 48% des émissions totales de la France métropolitaine
baisse due à la présence de pots catalytiques sur les véhicules pour 2010, il faut encore réduire de 44% La cause première des émissions de N2O provient essentiellement des phénomènes de nitrification / dénitrification dans les sols cultivés notamment du fait de l'utilisation d'engrais azotés minéraux et de la gestion des déjections animales. D'autres sources importantes ont été identifiées telles que certains procédés industriels (fabrication de glyoxal, d'acides adipique, glyoxylique et nitrique) et certains équipements de combustion (stationnaires et mobiles). On observe une baisse des émissions dans le temps due à la mise en œuvre d'un contrôle des émissions par le secteur de l'industrie chimique. Bien que marginale, la part attribuée au trafic routier est en forte hausse du fait de la généralisation des pots catalytiques sur les voitures.

18 Le protoxyde d’azote Le protoxyde d’azote N2O est un puissant gaz à effet de serre ayant un pouvoir de réchauffement global (PRG) sur 100 ans 310 fois plus élevé qu’une masse équivalente de dioxyde de carbone CO2. Il est utile de rappeler que le N2O est un gaz à effet de serre direct ayant une valeur PRG (pouvoir de réchauffement global) intrinsèque de 310 sur 100 ans. Cela signifie que 1 t de N2O équivaut à 310 t de CO2 concernant son pouvoir de réchauffement climatique sur cette durée. De fait, en 1999, les émissions de N2O représentaient la seconde plus importante contribution de gaz à effet de serre en France (avec 16 %). Les gaz à effet de serre (GES) ne contribuent pas tous de la même façon à l’effet de serre. Leur contribution relative peut être estimée grâce à un indice appelé « pouvoir de réchauffement global » (PRG). Il définit la capacité d’un gaz à absorber les rayons infrarouges émis par la Terre, sur une durée de 100 ans. Le PRG d’un gaz se mesure par rapport à celui du CO2, gaz de référence : combien de fois plus, ou combien de fois moins, un gaz « fait » d’effet de serre sur 100 ans, par rapport à la même quantité de CO2 émise au même moment. On parle donc de "PRG relatif". La notion de PRG est cependant approximative. En effet, la vitesse d’élimination d’un GES n’est pas stable sur 100 ans, car son séjour dans l’atmosphère dépend des conditions du moment. Or, ces conditions évoluent avec les changements climatiques. Les PRG relatifs des 6 gaz ou familles de gaz visés par le Protocole de Kyoto : (Source : GIEC, 2001) Gaz et formule PRG relatif à 100 ans / CO2 Gaz carbonique (CO2) 1 Méthane (CH4) 23 Protoxyde d’azote (N2O) 296 Perfluorocarbures (CnF2n+2) à Hydrofluorocarbures (CnHmFp) 12 à Hexafluorure de soufre (SF6) Par exemple, le méthane est un gaz 23 fois plus puissant que le gaz carbonique pour l’effet de serre. Cela signifie que si on rejette 1 kg de méthane dans l’atmosphère, c’est comme si on avait rejeté 23 kg de gaz carbonique. Part des émissions de gaz à effet de serre dans l’Union européenne en 1999 (en % de CO2 net) pouvoir de réchauffement global  300 Concentrations moyennes annuelles de dioxyde d'azote en France (µg/m3)

19 NH3 Provient de la volatilisation des produits azotés utilisés dans l’agriculture irritations et lésions des muqueuses oculaires, des voies respiratoires et de la peau contribue à la formation d’aérosols Pluies acides eutrophisation des sols entraine une baisse de la biodiversité des espèces végétales

20 NH3 http://www.citepa.org/emissions/nationale/Aep/aep_nh3.htm
plus gros secteur émetteur = agriculture hausse dans le domaine routier du fait de l’augmentation du nombre de pots catalytiques Pour l’instant on a le niveau requis pour 2010.

21 Exemple de mesures d’émissions d’ammoniac
après épandage de lisier

22 Composés organiques volatils (VOC)
Produits volatils Hydrocarbures (H et C) Méthane, Ethylène, Benzène, acétone Solvants dans les peintures, encres végétation, feux de forêt et animaux La plupart vont réagir chimiquement : VOC + Oxyde d’azote  smog Les composés organiques volatils (ou COV) regroupent une multitude de substances qui peuvent être d'origine biogénique (origine naturelle) ou anthropogénique (origine humaine). Ils sont toujours composés de l'élément carbone et d'autres éléments tels que l'hydrogène, les halogènes, l'oxygène, le soufre… Leur volatilité leur confère l'aptitude de se propager plus ou moins loin de leur lieu d'émission, entraînant ainsi des impacts directs et indirects sur les animaux et la nature. A titre d'exemple, voici quelques COV bien connus : - le butane, - le propane, - l'éthanol (alcool à 90°), - l'acétone, - les solvants dans les peintures, - les solvants dans les encres... Certains COV présentent des risques pour la santé. D'autres, en se dégradant dans l'atmosphère, contribuent à perturber des équilibres chimiques. Ces perturbations peuvent avoir pour conséquence la formation ou l'accumulation dans l'environnement de composés nocifs pour les espèces animales et végétales (ex : formation d'ozone dans la basse atmosphère). Pour limiter ces impacts, les émissions de COV doivent être réduites ; c'est le but de la réglementation limitant les émissions de COV. D'après une étude du CITEPA réalisée en 2000, les transports routiers et l'industrie manufacturière, avec respectivement 23 et 26 % des émissions totales, sont les principales sources anthropiques de COV non méthaniques. Les sources naturelles de COV représentent à l'échelle planétaire environ 90 % des rejets non méthaniques mais, dans les régions industrialisées, à cause de la part importante des émissions anthropiques, ces sources deviennent minoritaires. Aujourd'hui, elles représentent en France seulement 16 % des émissions totales. pn doit atteindre 1050 en 2010.

23 Polluants organiques persistants (POPs)
toxiques pour la santé et la faune Les Polluants Organiques Persistants (POPs) présentent des effets toxiques sur la santé humaine et sur la faune, et sont associés à une vaste gamme d'effets nuisibles : dégradation du système immunitaire, effets sur la reproduction et sur le développement et propriétés cancérigènes. De par leur nature persistante, ces molécules présentent potentiellement la particularité de provoquer des perturbations par une exposition chronique même à de faibles concentrations. En outre, de par leur propriété de bioaccumulation, les impacts sur la faune et la santé humaine peuvent être observés à proximité mais aussi très loin des sources d'émission Persistance dans l'environnement : ce sont des molécules résistantes aux dégradations biologiques naturelles. Ces molécules se dégradent de 50 % sur une durée de 7 à 8 ans. Bioaccumulation : ce sont des molécules qui s'accumulent dans les tissus vivants et dont les concentrations augmentent le long de la chaîne alimentaire. Transport longue distance : de par leurs propriétés de persistance et de bioaccumulation, ces molécules ont tendance à se déplacer sur de très longues distances et se déposer loin des lieux d'émission, typiquement des milieux chauds (à forte activité humaine) vers les milieux froids (en particulier l'Arctique).Plusieurs dizaines de familles de molécules organiques sont susceptibles de répondre à ces critères. Aujourd'hui, étant donné l'impact planétaire de ces polluants, deux textes internationaux récents visent ces polluants (le protocole d'Aarhus signé en juin 1998 et la convention de Stockholm signée en mai 2001) et ont établi une première liste nominative de POPs. Les substances qui font partie de ces listes se répartissent en trois catégories : - substances produites non intentionnellement par des activités humaines ; substances issues de la fabrication et de l'utilisation de produits chimiques ; substances issues de l'utilisation de pesticides. Catégorie Nom Particularité Production non-intentionnelle(sous-produit de réaction) DioxinesSous-produit de combustion ou d'autres procédés industriels Furannes Hydrocarbures polycycliques aromatiques (HAPs) Hexachlorobenzène (HCB) Produits chimiques industriels Polychlorobiphényles (PCBs)Utilisés comme isolant électrique, fluide caloporteur, additif dans les peintures et plastiques Hexachlorocyclohexane (HCH)Produit intermédiaire de l'industrie chimique Hexachlorobenzène (HCB)Utilisé dans la fabrication de munitions et de caoutchouc Pesticides Hexachlorobenzène (HCB)Fongicide Insecticides Endrine Aldrine Dieldrine Toxaphène Mirex Chlordane Chlordécone Heptachlore DDT Lindane • Sources d'émissions de POPs D'une manière générale, les POPs proviennent de combustions incomplètes. Certains procédés industriels mettant en œuvre une étape de combustion (incinération de déchets, métallurgie, combustion,…) sont donc des émetteurs potentiels. Par ailleurs, les sources diffuses, très difficiles à évaluer et donc rarement mentionnées dans les inventaires nationaux, sont de plus en plus considérées comme des sources majeures : incinération de fonds de jardin, combustion résidentielle, feux de décharge, feux de forêts, incendies de bâtiments, etc…D'après l'inventaire du Centre Interprofessionnel Technique d'Etude de la Pollution Atmosphérique (CITEPA) couvrant l'année 2001, les sources d'émissions anthropiques concernant les POPs relevant d'émissions industrielles sont les suivantes : Dans le cas des dioxines/furannes, les émissions ont enregistré une baisse importante de 75 % depuis 1990, notamment grâce aux progrès importants dans les secteurs de l'incinération des déchets et de la métallurgie. Persistance dans l’environnement : dégradation de 50% en 7 à 8 ans Bioaccumulation dans les tissus vivants concentrations augmentant le long de la chaine alimentaire Transport longue distance

24 HAP Dioxines et furannes PCB HCB
Sources d’émissions anthropiques relevant d’émissions industrielles HAP Dioxines et furannes PCB HCB

25 Particules en suspension (PM) polluants primaires et secondaires
Petites particules solides ou gouttelettes liquides suspendues dans l’air Peuvent rester suspendues qques sec ou des mois Divisées en 2 catégories : PM2.5 et PM<10 Sources combustion (charbon, huile, gaz, bois) Agriculture (labourage) véhicules Volcanisme Érosion naturelle Engendrent des problèmes respiratoires Les combustions industrielles, le chauffage domestique et l’incinération des déchets sont parmi les émetteurs de particules en suspension. Mais la plus grande part provient des transports (environ 40%). Les poussières les plus fines sont surtout émises par les moteurs Diesel. Particules en suspension (PM<10)Les particules en suspension dans l'air, dont l'acronyme est PM pour «particulate matter», sont l'une des composantes principales du smog. Les PM incluent les matières microscopiques en suspension dans l'air. Les particules susceptibles d'être inhalées par les humains se divisent en deux catégories de taille différente : les PM 2.5 et les PM<10.Des deux, les particules « fines » de moins de 2,5 micromètres (1/20e du diamètre d'un cheveu) sont responsables des dommages les plus importants causés à la santé humaine. Ces fines particules peuvent être inhalées profondément dans les poumons et se loger là où les cellules se régénèrent avec l'oxygène. Elles peuvent causer des problèmes respiratoires, des irritations et des inflammations, endommager les poumons et causer des décès prématurés. Certaines PM2.5 sont rejetées directement dans l'atmosphère par des cheminées d'usine et des tuyaux d'échappement de voitures, mais un pourcentage important se forme en fait directement dans l'atmosphère à partir d'autres agents polluants comme le dioxyde de soufre (SO2), les oxydes d'azote (NOx) et les composés organiques volatils (COV). La combustion des carburants fossiles dans les véhicules à moteur et les grosses industries ainsi que les processus industriels et les utilisations de solvants constituent les principales sources de ces autres polluants.Si elles ne constituent pas un danger aussi grave pour la santé humaine que les PM2.5 les particules grossières de 2,5 à 10 micromètres de diamètre (PM<10) causent toutefois certains problèmes de santé. Lorsqu'elles sont inhalées, elles tendent à se déposer dans les parties supérieures du système respiratoire d'où elles peuvent par la suite être expulsées dans la gorge. Les particules grossières conservent en général la forme sous laquelle elles ont été émises dans l'atmosphère sans subir de transformation chimique, se déposant éventuellement sous l'influence de la gravité. Si certaines de ces particules grossières sont surtout générées par le brouillard salin, l'érosion par le vent et les vagues, la poussière volcanique, la terre et le pollen soufflés par le vent, elles sont aussi produites par l'activité humaine comme la construction, la démolition, l'exploitation minière, la poussière des routes et l'usure des pneus ainsi que par les processus de friction et de meulage de la terre, des roches et des métaux. Effets des particules de 10 micromètres et moins sur la santéDe nombreuses études ont relié les particules de 10 micromètres et moins à l'aggravation des maladies cardiaques et respiratoires (cœur et poumons) comme l'asthme, la bronchite, l'emphysème et diverses formes de maladies cardiaques. Les enfants et les personnes âgées, de même que les personnes atteintes de troubles respiratoires comme l'asthme sont particulièrement sensibles aux effets des PM<10 sur la santé. Les scientifiques pensent maintenant qu'il n'y a pas de seuil sous lequel une exposition aux particules serait inoffensive. Les particules en suspension ne sont pas limitées aux régions urbaines. L'exposition aux PM<10 est largement répandue et elle demeure un problème dans chaque région du Canada et ce, tout au cours de l'année. Une corrélation a été établie entre les niveaux élevés de PM<10 en suspension dans l'air et les augmentations des visites en salles d'urgence, des admissions dans les hôpitaux et des décès.Les particules en suspension sont également un mécanisme de livraison efficace pour d'autres polluants atmosphériques toxiques qui s'attachent aux particules qui flottent dans l'air. Ces produits toxiques sont ensuite transmis aux poumons, où ils peuvent être absorbés dans le sang et les tissus.Répercussions environnementales des PM<10Les répercussions des PM sur les matières ont été étudiées pour les métaux, le bois, les pierres, les surfaces peintes, les composantes électroniques et les tissus. Les dépôts de PM sur ces matières peuvent causer de la salissure et une décoloration, altérant ainsi leur aspect esthétique. L'exposition aux PM peut également provoquer une dégradation physique et chimique des matières, par l'action acide des particules par exemple. On associe aussi une visibilité réduite à une mauvaise qualité de l'air. Les particules fines en suspension dans l'air réduisent en fait la distance à laquelle nous pouvons discerner la couleur, la clarté et le contraste des objets éloignés parce que les particules dans l'atmosphère se dispersent et absorbent la lumière. L'effet le plus évident des dépôts de particules sur la végétation est l'étouffement physique de la surface des feuilles, qui réduit l'apport en lumière à la plante et diminue l'efficacité de la photosynthèse. La composition des particules peut causer à la fois des effets chimiques directs sur la plante et des effets indirects par ses répercussions dans le sol environnant. L'accumulation de particules sur la surface de la feuille peut aussi rendre la plante plus sujette aux maladies. Les particules en suspension dans l'air sont microscopiques et elles demeurent en suspension dans l'air pendant un certain temps. Ces particules sont des polluants primaires ou secondaires acheminés directement dans l'atmosphère sous forme de poussière, de saletés, de brouillard salin, de pollen et de spores soufflés par le vent. Les particules secondaires sont formées par des réactions chimiques impliquant les oxydes d'azote, le bioxyde de souffre, les COV et l'ammoniac.

26 Contribution en % des différents secteurs d'activités
aux émissions de polluants en Ile-de-France (estimations faites pour l'année 2000)

27 Les polluants secondaires

28 L’ozone bonne ozone – dans la stratosphère
protège des rayonnements UV mauvaise ozone – dans la troposphère (près du sol) nécrose des tissus vivants (oxydant) formation du smog photochimique gaz à effet de serre O3 (Ozone)L’ozone protège les organismes vivants en absorbant une partie des U.V. dans la haute atmosphère. Mais à basse altitude, ce gaz est nuisible si sa concentration augmente trop fortement. C’est le cas lorsque se produit une réaction chimique entre le dioxyde d’azote et les hydrocarbures (polluants d’origine automobile). Cette réaction nécessite des conditions climatiques particulières : fort ensoleillement températures élevées faible humidité absence de vent phénomène d’inversion de température Ozone des basses couches de l'atmosphèreL'ozone des basses couches de l'atmosphère est un gaz extrêmement irritant et incolore qui se forme juste au-dessus de la surface de la terre. On l'appelle polluant secondaire parce qu'il est produit lorsque deux polluants primaires réagissent au soleil et à l'air stagnant. Ces deux polluants primaires sont les oxydes d'azote (NOx) et les composés organiques volatils (COV). L'ozone ne fait pas que nuire à la santé, elle peut également endommager la végétation de même que la productivité de certaines cultures. L'ozone peut affecter les plantes, les arbustes et peut contribuer au déclin des forêts dans certaines régions du Canada. L'ozone endommage aussi les matériaux synthétiques, fissure le caoutchouc, accélère le pâlissement des teintures et la détérioations de certaines peintures et matériaux de recouvrement. En plus, ce gaz dériore les textiles tels: coton, acétate, nylon, polyester, etc...

29 L’ozone (troposphère)
Les concentrations d'ozone en France   Dans la troposphère (entre le sol et 7 à 12 km d'altitude), l'ozone (O3) est un polluant secondaire qui résulte de la réaction photochimique entre certains polluants primaires (les oxydes d'azote, le monoxyde de carbone et les composés organiques volatils) sous l'effet du rayonnement solaire.  La pollution par l'ozone affecte l'appareil respiratoire et semble en cause dans l'accroissement des cas d'asthme. L'Organisation mondiale de la santé (OMS) estime que des effets respiratoires aigus peuvent apparaître chez l'adulte au-delà d'une concentration horaire de 160 µg/m3 et dès 120 µg/m3 chez l'enfant. La pollution photochimique peut altérer les processus physiologiques des plantes (photosynthèse et respiration) et réduire sensiblement la production de certaines cultures. Enfin, l'ozone est un gaz à effet de serre.  Les concentrations moyennes enregistrées varient d'une année à l'autre en fonction des conditions météorologiques. Les concentrations les plus élevées se rencontrent toutefois en été, en raison d'un ensoleillement plus intense. En France, l'ozone constitue le polluant le plus souvent responsable de la mauvaise qualité de l'air dans les agglomérations. Le seuil d'information (180 µg/m3) est atteint chaque année dès le printemps sur tout le territoire et particulièrement dans le sud et l'est du pays. En 2002, 754 dépassements ont été enregistrés, totalisant plus de heures de dépassements. D'avril à septembre, 187 stations ont connu au moins un dépassement, soit 43% des stations de mesure de l'ozone.  Concentrations moyennes annuelles d'ozone en Franceµg/m3  Du fait de la complexité des mécanismes de production d'ozone, une élévation des teneurs en polluants primaires n'entraîne pas nécessairement une augmentation de la concentration d'ozone. En particulier, l'abondance de monoxyde d'azote ralentit l'accumulation d'ozone. Les plus fortes concentrations d'ozone sont donc souvent observées dans les zones périurbaines ou rurales sous le panache des agglomérations.  Note : échantillon constant de 45 stations disposant de données validées sur la période   Source : Ademe, BDQA - Traitement Ifen, 2003.

30 Le smog

31 Add LA smog shot Le terme « smog » a fait son apparition il y a plus de trois décennies pour décrire le mélange de fumée et de brouillard que l'on retrouve dans l'air. De nos jours, « smog » réfère à un mélange toxique de polluants atmosphériques que l'on peut souvent observer sous forme de brume diffuse dans l'air. Le smog peut rendre la respiration difficile - même chez les personnes en bonne santé - et il peut nous rendre plus sujets aux maladies cardio-respiratoires. Même les jeunes adultes en santé peuvent avoir de la difficulté à respirer les jours où l'air est fortement pollué, surtout lorsqu'ils pratiquent des exercices physiques à l'extérieur. Les personnes qui sont particulièrement vulnérables au smog sont les personnes présentant des troubles cardiaques et pulmonaires, les personnes âgées et les jeunes enfants. Les deux ingrédients principaux qui font que le smog affecte notre santé sont l'ozone des basses couches de l'atmosphère et les particules fines en suspension dans l'air. Les particules donnent en partie la couleur au smog et affectent la visibilité. Selon le type de particules présentes, l'air peut sembler jaune-brun ou même blanc. Autres polluants retrouvés dans le smog Le bioxyde d'azote (NO2 ) et Le bioxyde de souffre (SO2). Mexico

32 Le suivi des polluants Quels polluants surveiller ?
Les polluants atmosphériques sont trop nombreux pour être surveillés en totalité. Certains d’entre eux sont choisis parce qu’ils sont caractéristiques de type de pollution (industrielle ou automobile) et parce que leurs effets nuisibles pour l'environnement et/ou la santé sont déterminés. Ces espèces sont appelées : indicateurs de pollution atmosphérique. AIRPARIF surveille ainsi : le dioxyde de soufre (SO2) les particules fines (PM10 et PM2.5) les oxydes d’azote (NOx) l’ozone (O3) le monoxyde de carbone (CO) les composés organiques volatils (COV) Aujourd’hui, le plomb n’est plus un indicateur de pollution automobile car ses concentrations ont considérablement baissé depuis l’utilisation, bien généralisée en Ile-de-France, de l’essence sans plomb.

33 L’indice ATMO informe sur la qualité de l’air pour
des agglomérations > hab. calculé par des AASQA varie de 1 (Très Bon) à 10 (Très Mauvais) calcul chaque jour à partir de : ozone SO2 NO2 PM L'indice Atmo   L'indice Atmo est un indicateur destiné à fournir une information synthétique sur la qualité de l'air dans les agglomérations françaises de plus de habitants. Actuellement, près de 60 agglomérations ont l'obligation de le fournir quotidiennement. Il est calculé par les associations agréées de surveillance de la qualité de l'air (AASQA). Il varie sur une échelle allant de 1 (très bon) à 10 (très mauvais).   La qualité de l'air en 2002   En 2002, en moyenne sur 57 agglomérations, la qualité de l'air a été très bonne (indices 1-2) pendant 5,5% des jours de l'année où l'indice Atmo a pu être calculé, bonne (3-4) pendant 73,4%, médiocre (5-7) pendant 20,8% et mauvaise (8 à 10) pendant 0,3%. Globalement, les agglomérations du nord et de l'ouest du pays ont enregistré une meilleure qualité de l'air. L'ozone est le principal responsable de la mauvaise qualité de l'air. Il détermine dans plus de la moitié des cas la valeur de l'indice Atmo, essentiellement à partir de mars. Le dioxyde d'azote et les poussières fixent l'indice lors de situations météorologiques particulières, surtout en hiver. Par contre, le dioxyde de soufre détermine rarement l'indice.   L'indice Atmo, compris entre 1 (très bon) et 10 (très mauvais), permet de caractériser de manière simple et globale la qualité de l'air d'une agglomération urbaine. Il est calculé chaque jour à partir des concentrations de quatre polluants (ozone, dioxyde de soufre, dioxyde d'azote et poussières) enregistrées sur les sites urbains et périurbains. Pour chacun de ces polluants, un sous-indice est calculé. C'est le sous-indice maximal qui est choisi comme indice Atmo.    

34 Ozone troposphérique : effet sur la végétation
altération des processus physiologiques des plantes mesure de l’AOT40 : indicateur de risque d’exposition à l’ozone (accumulated over threshold of 40ppb) seuil : 6000 g/m3/h sur 3 mois Les niveaux critiques en ozone pour la protection de la végétation   L'ozone est toxique pour la végétation au-delà d'expositions qui s'expriment en niveaux critiques. Les concentrations élevées en ozone entraînent une altération des processus physiologiques des plantes (photosynthèse, respiration) et réduisent la production des végétaux.   Répartition de l'AOT40 dans les stations rurales françaises en mai-juillet 2003   L'AOT40 (Accumulated Over Threshold of 40 ppb) est un indicateur de risque d'exposition des végétaux à l'ozone. Il représente le cumul des concentrations excédant le seuil de 40 ppb (partie par billion, équivalent à 80 µg/m3 par heure), pendant la période de croissance des végétaux et pendant les heures diurnes. Pour les cultures et la végétation naturelle, le calcul s'effectue entre le 1er mai et le 31 juillet. Pour les forêts, il est déterminé pour la période du 1er avril au 30 septembre.En France, l'objectif de protection de la végétation et des cultures (6 000 µg/m3 par heure sur trois mois) a été dépassé sur la quasi-totalité des sites ruraux en C'est surtout dans les stations rurales du sud et de l'est du pays que l'on rencontre les niveaux les plus élevés. Mais les stations rurales de l'ouest du pays, généralement soumises à des valeurs faibles, ont également connu cette année des niveaux supérieurs à l'objectif.La valeur cible ( µg/m3 par heure) a été dépassée pendant l'été 2003 dans tout le pays, en raison de conditions météorologiques exceptionnelles.

35 La dispersion des polluants
qques heures pollution de proximité pollution à longue distance acidification pollution photochimique pollution planétaire effet de serre destruction de l’ozone stratosphérique qques jours qques années

36 La dispersion des polluants
La dispersion et le transport des polluants dans l'air dépendent de l'état de l'atmosphère et des conditions météorologiques (turbulence atmosphérique, vitesse et direction du vent, ensoleillement, stabilité de l'atmosphère, etc...). Cette dispersion et ce transport s'effectuent notamment dans une tranche d'atmosphère qui s'étend du sol jusqu'à 1 ou 2 km d'altitude, et que l'on appelle la couche de mélange atmosphérique. Dans cette couche les polluants peuvent en outre subir des transformations chimiques plus ou moins complexes. Certains polluants dont la durée de vie est élevée peuvent également être transportés à plus haute altitude, voire dans dans la stratosphère (couche d'air comprise entre 8 et 40 km d'altitude environ).La turbulence atmosphérique L'atmosphère est constamment animée de mouvements qui se traduisent par des variations plus ou moins rapides de la vitesse et de la direction du vent. Ces mouvements ont plusieurs origines : convection thermique, présence de reliefs, etc.... Les mouvements à petite échelle brassent les masses d'air et permettent la dilution des polluants. Les mouvements à plus grande échelle vont en assurer le transport. Plus la turbulence est importante, meilleure est la dispersion atmosphérique. Les situations dépressionnaires (basses pressions) correspondent généralement à une turbulence de l'air assez forte et à de bonnes conditions de dispersion. En revanche, des situations anticycloniques (hautes pressions) favorisent les situations de pollution. Le vent Il existe une relation évidente entre la vitesse du vent et les niveaux de concentrations de polluants. La dispersion des polluants augmente avec la vitesse et la turbulence du vent. Un vent faible favorise donc l'accumulation des polluants. La vitesse du vent augmente avec l'altitude. L'ensoleillement et la température L'ensoleillement provoque un réchauffement des sols et des surfaces. Ceci entraîne des phénomènes de convection qui sont à l'origine de mouvements verticaux et horizontaux de l'atmosphère (l'air chaud étant plus léger que de l'air froid). L'ensoleillement agit également sur la chimie des polluants : l'énergie solaire (notamment les ultra-violets) peut '"casser" certaines molécules dans l'air et ceci favorise la formation photochimique de l'ozone dans la troposphère. La stabilité et l'instabilité atmosphérique La stabilité de l'atmosphère joue un rôle déterminant dans la dispersion des polluants . Une atmosphère est qualifié de "stable" si une parcelle d'air, écartée de sa position, tend à revenir à sa position de départ. L'atmosphère est "instable" dans le cas contraire. Cette stabilité dépend de plusieurs paramètres et pour comprendre ce phènomène un peu de physique est nécessaire. Etant donné que la pression atmosphérique diminue avec l'altitude, toute parcelle d'air qui s'élève (suite à la présence d'un relief par exemple) subit une détente et se refroidit, ce qui accroît sa densité (pour l'air sec le refroidissement est proche de 1°C pour 100 m gagnés en altitude). Supposons qu'une parcelle d'air s'élève du sol jusqu'à 1000 m; son refroidissement par détente est voisin de 10°C. Si à 1000 m cette parcelle rencontre de l'air plus froid et plus dense elle poursuivra son ascension. Dans ce cas l'air est "instable" et ceci favorise la dispersion verticale de polluants. Inversement, si pour diverses raisons si la couche d'air à 1000 m d'altitude est plus chaude que la parcelle d'air qui vient de se soulever, cette parcelle d'air est plus dense et va redescendre vers son niveau de départ. L'atmosphère est alors stable et freine la dispersion verticale des polluants. Lorsque les couches d'air sont plus chaudes en altitude que près du sol (inversions de température), l'air est stable et les risques de pollution sont importants. La dispersion des polluants loin des sources d'émission engendre une pollution de fond. Cette pollution de fond concerne toute la troposphère (couche d'air qui s'étend du sol jusqu'à 10 km environ) et s'y manifeste par un niveau permanent de concentrations de polluants dans l'air, même loin des sources d'émissions en zones urbaines ou industrielles. Les observations montrent notamment que les niveaux de fond d'ozone (actuellement de l'ordre de 80 à 100 microgrammes par mètre cube d'air dans nos régions) ont augmenté sur l'hémisphère nord. Au pic du midi, les concentrations d'ozone sont près de 5 fois supérieures actuellement à celles mesurées à la fin du 19ème siècle. La dispersion des polluants est importante puisqu’elle entraine des pollutions dans des zones a priori « propres ». Par ex les concentrations en ozone sont pllus elevees loin des sources. En effet, en ville, le NO consomme l’ozone et le transforme en NO2 + O2. Si le nuage d’ozone s’est deplace a la campagne, il n’y aplus de NO pour consommer cette ozone.

37 Inversion de température
Normalement l’air est plus froid en altitude l’air chaud de la surface monte; La chaleur se dissipe Une couche d’air chaud se forme au dessus la couche d’air froid Chaud Froid Inversion La température de l'air décroit habituellement avec l'altitude. Ceci permet une bonne dispersion verticale en favorisant l'ascension de masses d'air près du sol, celles ci étant plus chaudes, et donc plus légères. Dans certains cas on observe des inversions de température. Dans ces situations on rencontre des couches d'air plus chaudes en altitude qu'au niveau du sol. Ceci freine la dispersion verticale des polluants. Les polluants se trouvent alors bloqués sous une "couche d'inversion" qui joue le role de couvercle thermique. Si, au même moment, il y a peu de vent, la pollution augmente dans des proportions importantes.

38 inversion due à la radiation : l’air en surface se refroidit pendant la nuit
Les inversions peuvent avoir diverses causes. Elles se produisent notamment par rayonnement, en hiver et par ciel clair. Le sol se refroidi de façon importante pendant la nuit et, au matin, la température de l'air près du sol est notablement plus faible que la température de l'air en altitude. Il y a de nombreuses autres causes d’inversions de temperature qui dependent de la topologie du sol etc etc

39 Les conséquences

40

41 Effet de la pollution de l’air sur l’altération des monuments
noircissement des façades en bas à l’abri de la pluie : croûtes noires gypseuses ayant piégées des particules de suie ou de cendres 3. L'action des gaz de l'atmosphère et de la pollution de l'air L'action des gaz de l'atmosphère sur les pierres est particulièrement sensible, notamment celles du dioxyde de soufre et du trioxyde d'azote qui se transforment par oxydation et hydrolyse en acide sulfurique et nitrique. Ces composés qui sont des acides puissants ont un effet destructif sur les minéraux composant les roches et entrent facilement en réaction avec les carbonates en les décomposant. Les pierres calcaires et les grès au ciment calcaire sont les roches les plus sensibles. Le carbonate de calcium décomposé par l'action de ces acides donne naissance aux sels suivants : CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2O, CaCO3 + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + CO2 + H2O. Les nouveaux composés générés sont beaucoup plus solubles que le carbonate de calcium, environ 150 fois dans le cas du gypse qui cristallise avec deux molécules d'eau et plus de 100g/l pour les nitrates qui eux cristallisent avec 3 ou 4 molécules d'eau.Ces réactions se produisent à la surface de la pierre et attaquent graduellement les couches profondes du matériau. Les nitrates sont partiellement lessivés par la pluie et migrent en partie sous forme de solution dans la pierre où ils participent au processus de décomposition. Par contre, les sulfates se déposent à la surface de la pierre et contribuent à son étanchement. Ce dernier est facilité puisque le volume du gypse (CaSO4, 2H2O) est de 100% plus grand que celui du carbonate d'origine. A cause de ces dépôts, la pierre "grandit", une couche de plus en plus étanche se formant à sa surface.L'action des sels, formés par la décomposition du carbonate de calcium par ces acides, est encore renforcée par les dépôts de suies car elles contribuent à l'étanchement de la pierre et de ce fait favorisent la condensation de la vapeur d'eau et retiennent l'humidité saturée de substances agressives. On a observé très souvent que sous les encroûtements noirs il existe presque toujours une couche gypseuse dans laquelle sont inclus des fragments détachés de la roche sous-jacente. Lorsque l'encroûtement gypseux atteint une certaine épaisseur, il tend à se détacher en formant des cloques, des pustules. Sous ces encroûtements la roche apparaît pulvérulente et elle peut alors s'éroder rapidement sur plusieurs centimètres. CaCO3 + H2SO4 CaSO4+CO2+H2O

42 Effet des aérosols sur le climat local
petites particules + CO2 + CH4 favorise la microcondensation formation de nuages à durée de vie allongée moins de rayons atteignent la terre légère compensation de l’effet de serre cycle de l’eau modifié l’effet des aerosols sur le cycle de l’eau est en cours d’étude. Certains penchent oour une augmentation des precipitations d’autres pour une diminution.

43 Constellation de satellites : A-train
combiner les informations issues de sources différentes pour : étudier la structure verticale des nuages étudier les propriétés des aérosols observer les flux radiatifs et les conditions atmosphériques Comprendre et modéliser l’impact radiatif des nuages et des aérosols Quels sont les types d’aérosols ? Comment les observations confirment ou infirment les modèles ? ...

44 Destruction de l’ozone stratosphérique

45 Schémas synthétiques décrivant la chimie de la destruction de l'ozone.
En bas : les molécules de CFC cassées par le rayonnement solaire vers km, libèrent du chlore, qui, en l'absence de PSC, en principalement stocké dans des molécules dites "réservoirs", car inactive sur l'ozone. En haut : en présence de PSC, ces molécules réservoirs, par chimie en phase hétérogène (réactions gaz/liquide ou gaz/solide) à la surface des particules formant les PSC, sont à leur tour cassées et laissent libre le chlore sous ses formes dites "actives" car destructrice d'ozone.

46 L’effet de serre

47 Elle s’échauffe Une vitre laisse passer le rayonnement solaire visible
Le mécanisme de l’effet de serre… Une vitre laisse passer le rayonnement solaire visible La surface réfléchit une faible partie du Rayonnement solaire et en absorbe une grande partie Elle s’échauffe

48 Le mécanisme de l’effet de serre…
La vitre absorbe tout le Rayonnement Grande Longueur d’onde La surface Rayonne vers la Vitre (Infra –rouge) Elle s’échauffe Et rayonne vers la surface

49 Terre Vénus Mars Sans GES -20°C -60°C Ts réelle +15°C +460°C -55°C
Réchauffement +35°C +480°C +5°C Terre : pression =1 bar; CO2 = 0.035% ; distance soleil = 150 Mkm Venus : pression = 92 bar; CO2 = 95%; distance soleil = 108 Mkm Mars : pression = bar; CO2= 95%; distance soleil = 228 Mkm

50 Bilan d’énergie à la surface de la Terre
Schéma simplifié des différents termes composant l’équilibre énergétique du système terre-atmosphère. Les termes de ce bilan peuvent être regroupés en termes radiatifs dans le domaine de longueur d'onde solaire (A, B, C, G, H), en termes radiatifs dans l’infrarouge tellurique (D, K, L, I, J) et en termes non radiatifs (transfert d’énergie latente, E, et sensible, F). Ces termes sont moyennés sur l’année et sur l’ensemble de la Terre. • A : rayonnement solaire incident (entre 0,2 et 3 µm, maximum vers 0,5 µm) • B : rayonnement solaire rétrodiffusé ou " réfléchi " par l’ensemble de la surface terrestre (nuages, aérosols, molécules de l’air, surfaces continentales et océanique) • C : rayonnement solaire absorbé par l’atmosphère (G) et par la surface terrestre (H); cette quantité est équilibrée par l’énergie rayonnée par la Terre (C=G+H=J+L). • G : rayonnement solaire absorbé par l’atmosphère (principalement la vapeur d’eau, les aérosols, l’ozone) ce qui contribue au chauffage de cette dernière. Ce mécanisme prive la surface d’une partie du solaire et conduit donc à son refroidissement.• H : rayonnement solaire absorbé par la surface terrestre • D : rayonnement tellurique émis par la surface de la Terre (entre 3 et 50 µm, maximum vers 10 µm). Ce rayonnement (actuellement de 390 W m-2) définit la température d’équilibre de la surface terrestre (15°C). Sa valeur résulte de l’équilibre qui s’établit au niveau de la surface entre les cinq termes suivants : deux de chauffage, (chauffage par le solaire H, et chauffage par l’atmosphère I) et trois de refroidissement (évaporation E, réchauffement de l’air par le sol F, et émission du rayonnement tellurique D). • K : rayonnement tellurique absorbé par l’atmosphère (principalement la vapeur d’eau, CO2, CH4, N2O, O3, et l’eau présente sous forme liquide et glacée dans les nuages); ceci contribue à l’effet de serre : l’absorption de ce rayonnement contribue à chauffer l’atmosphère, qui à son tour s’équilibre thermiquement en émettant dans l’infrarouge tellurique d’une part vers la surface terrestre (I), et d’autre part vers l’extérieur de la Terre (J) (effet de serre). • L : partie du rayonnement tellurique émis par la surface qui traverse l’atmosphère sans être absorbé; la bande de longueur d’onde concernée est appelée " fenêtre atmosphérique "; • I et J : rayonnement tellurique émis par l’atmosphère, respectivement vers le sol et l’espace; • F : énergie sensible transférée à l’atmosphère lors du chauffage de celle-ci par le sol • E : énergie latente perdue par la surface lors de l’évaporation de l’eau liquide, l’une des étapes du cycle de l’eau. Ceci entraîne un refroidissement de la surface terrestre; cette énergie est restituée dans l’atmosphère lors de la condensation de la vapeur d’eau (formation des nuages) et contribue donc à chauffer l’atmosphère; une modification du rayonnement solaire incident à la surface (terme H) influe directement sur l'évaporation et par conséquent modifie le cycle de l'eau.

51 Forçage radiatif Le Forçage radiatif
Dans le cas de l’effet de serre naturel La planète émet en moyenne 240 Wm-2 vers l’espace La surface émet en moyenne 390 W m-2 vers l’atmosphère. La différence entre ces deux termes (150 W.m-2 ) représente Le Forçage radiatif Le doublement du CO2 atmosphérique par rapport à la concentration Préindustrielle conduit à un forçage additionnel d’environ 4 W m-2

52 Forçage radiatif additionnel
Le forçage radiatif est la variation de l'éclairement énergétique vertical net [exprimé en watts par mètre carré (W m-2)] à la tropopause par suite d'un changement interne ou d'une modification du forçage externe du système climatique- par exemple une modification de la concentration de dioxyde de carbone ou de la production solaire. En général, on calcule le forçage radiatif après avoir laissé les températures stratosphériques se réadapter à l'équilibre radiatif, toutes les autres propriétés troposphériques étant toutefois maintenues à leurs valeurs non perturbées. Le forçage radiatif est qualifié d'instantané si l'on n'observe aucune modification de la température troposphérique. Les problèmes pratiques posés par cette définition, en particulier pour ce qui est du forçage radiatif lié aux effets des aérosols, sur la formation de précipitations par les nuages, sont traités au Chapitre 6 du présent rapport. Forçage radiatif additionnel

53 Forçage radiatif Additionnel Total : 2,4W/m2
Gaz trace Concentration préindustrielle CO2 280 ppm CH4 700 ppb N2O 275 ppb CFC-11 CFC-12 HCFC-22 CF4 Concentration En 1998 365 ppm 1745 ppb 314 ppb 268 ppt 533 ppt 132 ppt 80 ppt Augmentation annuelle 1,5 ppm/an 7 ppb/an 0,8 -1,4 ppt/an 4,4 5 1 0,4 % Par an 0,6 % 0,25% 0 % 1,4 % 5 % 2% Durée de vie (années) 50 à 200 8,4 à 12 114 à 120 45 100 12 50000 Contribution au forçage Radiatif 1,46 W.m-2 60% 0,48 19,8% 0,15 6,1% 0,07 2,9% 0,17 7% 0,03 1,2 % 0,003 0,1% Potentiel de Réchauffement Global 23 296 4600 10600 1700 5700 Forçage radiatif Additionnel Total : 2,4W/m2 Potentiel de Réchauffement Global => permet de Quantifier l’importance relative d’un gaz à effet de serre par rapport à un autre => Puissance radiative que le gaz à effet de serre renvoie vers le sol pour une durée de 100 ans généralement

54 DT = 0.6°

55 Le cas du CO2

56 Evolution des concentrations en CO2 :
mesures réalisées à partir du carottage de glaciers

57 Composantes du cycle de carbone sources anthropiques
Emission de CO2 due à l’utilisation de combustible fossile -> de 1751 à 1991 => 230GtC -> augmentation de 5.5 (±0.5) GtC/an Emission due à la déforestation ou usage des sols -> de 1850 à 1990 => 122GtC -> augmentation de 1.6 (±1) GtC/an Stockage supplémentaire du CO2 dans l’atmosphère -> augmentation de 1.53(±0.1) ppm/an => 3.2(±0.2) GtC/an NB: les composés carbonés autres (CH4, CO…) représentent moins de 1% du carbone de l’atmosphère et sont négligeables

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60 Quelques solutions

61 Contrôle et duminution de la pollution de l’air
Installations industrielles Particules 3 types d’équipement : filtre cyclone efficacité : 70-90% cyclone = air sale entre par le cote est antraine en rotation/ Puis la vitesse est reduite et les particules, plus lourdes tombent dans le cone. Il est utilisé comme pré-filtre, associé à un autre filtre en aval. Il a pour principe de séparer les poussières fines du reste grâce à la force centrifuge. Ainsi, seules les particules les plus fines parviennent au filtre aval, qui, par conséquent, met beaucoup plus de temps à subir le colmatage. Il garantit donc un bon débit de fonctionnement pour longtemps.

62 capture des plus petites particules que le filtre cyclone
filtre à manches “baghouse” efficacité : 97% capture des plus petites particules que le filtre cyclone maintenance plus complexe baghouse = principe de l’aspirateur

63 Précipitateur électrostatique
Dans le cas du précipitateur électrostatique, les particules contenues dans l'air sont ionisées positivement lors de leur passage dans le purificateur. Celles-ci se fixent par la suite au filtre, lequel est chargé négativement grâce au passage d'un courant électrique.

64 SO2 nécessité de combiner les techniques
utilisation d’un charbon à faible teneur en soufre lavage du charbon Filtration des fumées

65 Emissions automobiles
Génèrent une pollution de l’air significative, qui produit CO, CO2, Sox, NOx, particules et VOCs Contrôle des émissions par : Pots catalytiques: système qui catalyse la conversion de CO and VOCs to CO2 and H2O (don’t remove NOx) Surveillance et Maintenance Augmentation de l’efficacité des carburants Réduction du trafic Changement de carburant

66 Solutions ‘puits manquant’ (7. 1-3.2=3.9 GtC/an)
>Stockage dans les océans (2GtC/an) La solubilité des gaz (280 gCO2/l) augmente avec la pression partielle du gaz dans l’atmosphère Attention !! Elle diminue avec la température > Croissance secondaire des forêts dans l’hémisphère nord ~0.5GTC/an >Augmentation de la production primaire des végétaux ‘fertilisation CO2 ou azotée’ ~ 1.3 GtC/an ? Puits manquant Bilan = 0

67

68 Les sols

69 I. Formation d’un sol

70 2 3 1

71 Développement d’un profil de sol
? Processus mis en jeu lors de la formation d’un sol : érosion, minéralisation, décomposition, humification, stratification et recomposition superficielle Un sol se forme par altération d'une roche superficielle sous l'influence du climat, de la végétation ou d'organismes.

72 Le point de départ Le point de départ : installation de lichens sur la roche

73 Développement d’un profil pédologique
contient des couches caractéristiques : horizons Roche mère Le développement du sol se propage avec le temps en couches superposées appelées horizons formant un profil caractéristique du milieu, de la roche sous jacente, du climat et de la végétation Nom des horizons bien définis A partir du haut se forment les horizons d'origine organique appelés "horizons A". A partir du bas se forment les horizons d'origine minérale ou inorganiques appelés "horizons B". La lettre C désigne le matériau d'origine, la lettre R désigne ce matériau lorsqu'il est consolidé sous forme de roche.

74 Mise en évidence des transferts transversaux

75 Facteurs de formation d’un sol
Temps Roche mère Climat Biotope Topographie Milieu biologique déterminé offrant des conditions d'habitat stables à un ensemble d'espèces animales ou végétales (biocénose).

76 Qu’est ce qui définit un sol ?
“ composés naturels dynamiques ayant des propriétés dérivées de l’effet combiné du climat et des activités biotiques, modifiés par la topographie, et agissant sur la roche mère pendant différents périodes de temps ” La différence entre “Sol” et “Salete / Poussière”?

77 Soil Ecosystem Le Sol est une entité vivante en continuel développement ; La saleté / poussière est le résidu des matières organique et minéral

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79 Les composants des sols

80 Composants principaux
Distribution en volume des composants d’un sol de surface moyennement texturé

81 Composants principaux
Distribution en volume des composants d’un sol de surface moyennement texturé

82 Composants principaux
Distribution en volume des composants d’un sol de surface moyennement texturé

83 La chimie du sol

84 La couleur des sols va varier en fonction des compositions

85 Propriété unique et importante
des sols

86 Filtre naturel et lieu de stockage
Fine, mixed, active, thermic Abruptic Durixeralfs

87 Rétention dans les sols
Pesticides Le sol est un lieu de stockage pour les nutriments des plantes Retient l’eau Filtre les contaminants Azote, Phosphore, Potassium... H2O

88 Rétention dans les sols
Cr Cr H2O

89 Interactions des éléments avec les surfaces minérales.
Processus importants dans les sols : Précipitation Adsorption (minéraux, matière organique)

90 Comportement des éléments traces métalliques (ETM)
dans les environnements de surface : Exemple de Zn et Pb Observation du milieu naturel : Importance des changements d’échelles. dam-m m-dm cm-mm mmm Å Echelle d’observation Outils adaptés à l’échelle d’observation et à l’information recherchée : Pétrologie-Minéralogie (microsonde e-, DRX, MEB, MET) Cristallochimie (DRX-Rietveld, spectroscopies)

91 Les éléments ne présentent pas tous la même biodisponibilité : Effet de la forme chimique (spéciation). Zn K root soil Cu Ca Fe Mn Pb Ti 1 mm

92 II. Quelques exemples

93 1-Pollution par le Cd

94 Pollution par le cadmium (maladie Itai-Itai)
mines d’Au, Ag, Cu, Zn bassin de la rivière Jinzu Mines de Cd 1890 : nouveaux fourneaux aggravation de la pollution atmosphérique Epidemiology The degree of Cd pollution in different parts of the endemic area determined by the analyzed Cd concentration of the soil in the paddy fields was shown in Fig.1. In Fig.2, the frequency of the disease is illustrated by the percentage of women over 50 years of age having or suspected of having the disease. The striking correlation between the prevalence of itai-itai disease and degree of Cd pollution was found even within the endemic area. Maladie endémique

95 Le mécanisme explicatif ?
Mécanisme d’amplification trophique Cd Eau de rivière Rizière 1,1 ppm (0,3 ppm sols propres) Le mécanisme explicatif ? Nous nous trouvons devant un mécanisme d’amplification trophique. Réseau trophique : Réseaux formés par l'ensemble des relations alimentaires qui unissent les organismes d'une même communauté. L’eau chargé en cadmium, zinc, cuivre, plomb, sert au rizière de riz.Il se fait que le riz peut concentrer le cadmium : de trois fois par rapport à l’eau.La contamination dans le sol était en moyenne de 1,1 ppm (contre 0,3 dans les sols non contaminés)Dans le riz , cette concentration atteignait 4,2 ppm (contre 1 ppm ).L’atteinte rénale causée par le cadmium permettait une fuite de calcium et de phosphore par les urines. C’est ce qui causa de l’osteomalacie. Les personnes les plus fragiles, les femmes âgées, ménopausées, furent les victimes de cette maladie. Le nombre de victimes indemnisées n’est pas très grand. Tout au plus une trentaine de cas. Riz 4,2 ppm Humains Atteinte rénale Fuite de Ca et P par les urines osteomalacie

96 2-Pollution par le Pb

97 Effets du Pb sur la santé
Toxique à effet cumulatif entraînant des troubles neurologiques et comportementaux (symptomes peu nets) prématurité et retard de croissance chez l’embryon déficit du développement neuro-comportemental Altération du Q.I…. Limite max de Pb dans le sang : 100 g/litre Taux moyen (zone non polluée) : < 10 g/litre Si > 450 g/litre : saturnisme Plombèrnie (taux de Plomb dans le sang) Limite maximum de Plomb dans le sang : 100 µg par litre de sang (µg = microgramme) •à partir de 250 µg : l'enfant doit être adressé à une structure médicale •à partir de 450 µg . l’enfant doit être traité d'urgence --> saturnisme Plomb : toxique à effet cumulatif entraînant des troubles neuro-psychiques et comportementaux mais symptômes peu nets: • prématurité et retard de croissance chez l'embryon• déficit du développement neuro-comportemental• altération du quotient intellectuel• neuropathies périphériques (troubles sensoriels et moteurs)• encéphalopathiesNB - toux moyen de plomb dans le sang pour les habitants des zones naturelles : inférieur à 10µg/l. Taux moyen des habitants des zones urbaines très polluées : jusqu'à 100 ug / l. 16 % enfants plombémie > 100 g/litre Moyenne nationale (1,8%)

98 Pollution par le plomb/zinc
aérosols PbS, ZnS PbSO4, ZnSO4 scories usine 1894 : usine de fonderie de zinc et four à plomb 1920 : après reconstruction de l’usine, 1 des plus gros producteurs mondiaux de Zn et Pb 1988 : création de Métaleurop Nord 1894 : Installation d'une usine de fonderie de Zinc et four à plomb à Noyelles Godault par Maldidano.Usine détruite pendant la guerre Usine reconstruite par la Société Pennaroya, devient l'un des gros producteurs mondiaux de Zinc et de Plomb. Le minerai provient du monde entier.1988 : Création de Métaleurop SA et de Métaleurop Nord pour Noyelles-Godault. Activités                                  1995           2001 Production Plomb T T Production Zinc     T T Présence de 38 cheminées et 150 points d'émission de Plomb (années 80). L'usine produit en plus : Cadmium: 400 T, Argent: 210 T, Acide sulfurique : T NB - d'après la DRIRE, les émissions ont diminué de 90 % en 75 ans. Avant 1980, les rejets de Plomb pouvaient atteindre 270 T / an soit environ 750 kg / jour mais des chiffres de kg / jour ont été cités.On peut donc calculer que de 1920 à 1980, pendant 60 ans, l'usine a rejeté, au moins 270 x 60 =16200 tonnes de plomb. En 1980 : 38 cheminées et 150 points d’émission de Pb tonnes de Pb produites en 2001 tonnes de Zn (+ 400 tonnes Cd, 210 Ag, H2SO4) Rejet dans l’atm en 2001 : Pb: 18 t/an Zn: 26 t/an  Cd: 823 kg/an thèse Farid Juillot

99 http://perso. wanadoo. fr/nordnature
La zone touchée par la pollution (200 ppm de Plomb) est d'environ 45 km²et la population concernée est d'environ habitants.Les communes concernées sont Noyelles-Godault, Courcelles les Lens, Evin-Malmaison, Leforest, Dourges, Auby (à Auby, existe une autre usine traitant du Plomb et du Zinc : la CRAM (Compagnie Royale Asturienne des Mines) devenue l'Union Minière, puis Umicore. La pollution a été prise en compte dans les courbes d'isopollution de l'INRA.

100 Concentrations en Pb et Zn
Distribution verticale du zinc et du plomb Horizon labouré Distribution spatiale du zinc et du plomb pH 7.5, COT 1.5 % pH 5.5, COT 6.5 % Norme (épandage des boues d’épuration) : 100 ppm max Valeur de réf. (considérée comme normale) : 20 ppm [Pb] dans des sols non pollués : 5 à 25 ppm Godin et al. (1985), Juillot (1998), Morin et al. (1999), Juillot et al. (sous presse)

101 Conclusions sur la spéciation du zinc
Sol cultivé pH 7.5, COT 1.5 Pas de zinc échangeable Biodisponibilité et mobilité faibles Néoformation importante d ’hydrotalcite Zn/Al (Stabilité à long terme ?) Sol peupleraie pH 5.5, COT 6.5 40 % de zinc échangeable (Zn(II) / M.O. et Zn(II) / oxydes Fe) Biodisponibilité et mobilité plus importantes Néoformation faible d ’hydrotalcite Zn/Al (Effet pH)

102 Conclusions sur la spéciation du plomb
Sol cultivé pH 7.5, COT 1.5 Pas de plomb échangeable Biodisponibilité et mobilité faibles Adsorption importante sur oxydes Fe et Mn (Effet pH) Sol peupleraie pH 5.5, COT 6.5 20 % du plomb échangeable (Pb(II) / M.O.) Association très forte avec M.O. (mobilité réduite) Biodisponibilité et mobilité faibles

103 Teneur en Pb dans les vases
457 ppm 1468 ppm Canal de la Deule Flers en Escrebieux : pprn Courrières : 4908 à pprn Don: 1468 ppm Haubourdin: 1191 ppm Deulemont: 457 pprn 4900 à 6300 ppm

104 3-Un cas de pollution naturelle par l’arsenic

105 Pollution par l’arsenic
As : élément naturel. teneur moyenne dans la croûte terrestre  à 5 x 10-4 % Plusieurs redox possibles selon la nature des sédiments As organique ou inorganique toxicité variable selon la forme chimique sous laquelle As est présent dans le milieu, ou accumulé dans le réseau trophique (fixe ou remobilisable…) L'arsenic (As) est présent naturellement dans les sols à l'état de traces ; à l'état dissous, l'arsenic inorganique se présente sous forme d'AsIII et d'AsV, As III prédomine en milieu anoxique. Dans les sédiments récents, l'anoxie progressive solubilise à nouveau l'arsenic sous forme d'AsIII et contribue donc à sa remobilisation partielle. Par contre, dans les horizons profonds, la présence de sulfures favorise la fixation définitive de l'arsenic et de certains autres métaux. Cet équilibre très lié au potentiel Redox des sédiments est susceptible d'être remis en cause lors des opérations de dragage. Dans les sédiments côtiers, les concentrations sont le plus souvent comprises entre 10 et 15 µg.g­ de sédiment sec. Des teneurs jusqu'à 100 fois plus élevées sont parfois rapportées pour des zones contaminées. La toxicité de l'arsenic dépend essentiellement des formes chimiques sous lesquelles cet élément est présent dans le milieu, ou accumulé dans le réseau trophique. Les ions arsénites et arséniates sont les formes les plus dangereuses pour les espèces marines et pour le consommateur de produits marins. Le phytoplancton est le maillon le plus sensible aux effets toxiques de l'arsenic. A des concentrations supérieures à 5 µg.l­, AsIII et AsV inhibent le développement de Skeletonema costatum.

106

107 L’arsenic provient sans doute des sources himalayiennes du Gange et du Brahmapoutre. Il repose depuis des millénaires dans les couches alluviales du delta commun aux deux fleuves. Selon David Kinniburgh, un expert du British Geological Survey, qui vient de terminer une étude sur la question, la présence d’arsenic dans l’eau n’a rien d’exceptionnel. Le vrai coupable, c’est le temps. Les alluvions dans cette région du globe sont plus épaisses et plus étendues que partout ailleurs. Les eaux souterraines mettent des centaines ou des milliers d’années à filtrer à travers ces dépôts avant de rejoindre la mer. Durant tout ce temps, elles s’imprègnent d’arsenic. Ce phénomène explique, selon Kinniburgh, les concentrations en arsenic très variables d’un puits à l’autre. Presque tous les puits contaminés pompent l’eau à une profondeur située entre 20 et 100 mètres. Ceux qui sont moins profonds restent sains car ils sont alimentés par de l’eau de pluie ou de l’eau qui s’est écoulée rapidement à travers les couches sédimentaires. Ceux qui sont plus profonds, eux, captent l’eau de dépôts très anciens, depuis longtemps débarrassés du poison. De nombreuses sources souterraines dans le monde contiennent de l’arsenic. Ainsi, certaines régions de Taiwan, d’Argentine, du Chili et de Chine ont connu des épidémies de maladies de peau, de gangrène ou de cancer. Allan Smith, l’auteur du rapport publié par l’OMS en septembre 2000, a étudié l’épidémie taiwanaise sur laquelle il base ses estimations pour le Bangladesh. Ses conclusions ont servi de référence à l’OMS pour déterminer les seuils acceptables d’arsenic dans l’eau.

108 [As] dans les nappes phréatiques
[As] dans les nappes phréatiques 1er cas d’empoisonnement : 1983 D’où vient l’arsenic?L’arsenic provient sans doute des sources himalayiennes du Gange et du Brahmapoutre. Il repose depuis des millénaires dans les couches alluviales du delta commun aux deux fleuves. Selon David Kinniburgh, un expert du British Geological Survey, qui vient de terminer une étude sur la question, la présence d’arsenic dans l’eau n’a rien d’exceptionnel. Le vrai coupable, c’est le temps. Les alluvions dans cette région du globe sont plus épaisses et plus étendues que partout ailleurs. Les eaux souterraines mettent des centaines ou des milliers d’années à filtrer à travers ces dépôts avant de rejoindre la mer. Durant tout ce temps, elles s’imprègnent d’arsenic. Ce phénomène explique, selon Kinniburgh, les concentrations en arsenic très variables d’un puits à l’autre. Presque tous les puits contaminés pompent l’eau à une profondeur située entre 20 et 100 mètres. Ceux qui sont moins profonds restent sains car ils sont alimentés par de l’eau de pluie ou de l’eau qui s’est écoulée rapidement à travers les couches sédimentaires. Ceux qui sont plus profonds, eux, captent l’eau de dépôts très anciens, depuis longtemps débarrassés du poison. De nombreuses sources souterraines dans le monde contiennent de l’arsenic. Ainsi, certaines régions de Taiwan, d’Argentine, du Chili et de Chine ont connu des épidémies de maladies de peau, de gangrène ou de cancer. Allan Smith, l’auteur du rapport publié par l’OMS en septembre 2000, a étudié l’épidémie taiwanaise sur laquelle il base ses estimations pour le Bangladesh. Ses conclusions ont servi de référence à l’OMS pour déterminer les seuils acceptables d’arsenic dans l’eau. Seuil toxicologique pour As dans l’eau en France : 10 g/litre

109 Profondeur des puits [As] dans les nappes phréatiques
Ce phénomène explique, selon Kinniburgh, les concentrations en arsenic très variables d’un puits à l’autre. Presque tous les puits contaminés pompent l’eau à une profondeur située entre 20 et 100 mètres. Ceux qui sont moins profonds restent sains car ils sont alimentés par de l’eau de pluie ou de l’eau qui s’est écoulée rapidement à travers les couches sédimentaires. Ceux qui sont plus profonds, eux, captent l’eau de dépôts très anciens, depuis longtemps débarrassés du poison. De nombreuses sources souterraines dans le monde contiennent de l’arsenic. Ainsi, certaines régions de Taiwan, d’Argentine, du Chili et de Chine ont connu des épidémies de maladies de peau, de gangrène ou de cancer. Allan Smith, l’auteur du rapport publié par l’OMS en septembre 2000, a étudié l’épidémie taiwanaise sur laquelle il base ses estimations pour le Bangladesh. Ses conclusions ont servi de référence à l’OMS pour déterminer les seuils acceptables d’arsenic dans l’eau.

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111 Nature de la source minérale de l’As dans les sédiments
Comment il est libéré dans les eaux Pourquoi le problème est aussi sérieux au Bangladesh Comment cela va-t-il evoluer dans le futur

112 4-La pollution radioactive

113 La pollution radioactive
En Ukraine : Dans les sols : contamination piégée dans les 10 premiers cm De 1987 à 1992 : niveau de contamination a diminué de 60 % 10 % des produits laitiers, viandes et champignons provenant de la zone contaminée ont une activité > 100Bq/kg de poids frais La quasi-totalité des céréales et PdT ont une activité < 100Bq/kg La pollution radioactive    Invisible, la pollution radioactive n'en est que plus insidieuse. Cependant, hormis les accidents nucléaires importants comme la catastrophe de Tchernobyl (avril 1986), cette forme de pollution reste limitée. De grandes précautions sont prises lors des manipulations de produits radioactifs : extraction et traitement du minerai, fonctionnement des réacteurs, transport et traitement des combustibles usés, conditionnement et traitement des déchets. En outre, des limitations très strictes sont imposées aux rejets gazeux ou liquides issus des centrales nucléaires. De fait, la radioactivité induite dans l’environnement par les rejets actuels est très inférieure à la radioactivité naturelle due au rayonnement cosmique et à la radioactivité de l’écorce terrestre. Les risques de pollution radioactive sont donc surtout liés aux accidents potentiels. L’accident de Tchernobyl a par exemple libéré dans l’atmosphère divers radioéléments, provoquant une augmentation très nette de la radioactivité des aérosols. Retombés au sol avec les pluies, ces contaminants ont été entraînés par ruissellement et infiltration jusque dans les nappes phréatiques, surtout en Ukraine mais aussi dans des régions plus éloignées. Des taux anormalement élevés de césium radioactif ont ainsi été retrouvés jusque dans des bassins versants français. Une autre source d’inquiétude vient de ce que, jusqu'à la signature d’un accord en 1982, quantité de déchets très radioactifs ont été immergés dans de profondes fosses sous-marines par une douzaine de pays, dont les États-Unis, la France et le Royaume-Uni. Les Soviétiques puis les Russes auraient poursuivi cette pratique jusqu'en 1992, immergeant réacteurs et sous-marins nucléaires. Nul ne peut estimer aujourd’hui les effets à long terme de telles immersions. Plusieurs lacs, et rivières russes ont également été contaminés. Ainsi, après avoir servi durant des années de décharge à quantités de fluides radioactifs, le lac Karatchaï (Oural) serait le lac le plus radioactif au monde. Ces déchets se déplaceraient actuellement le long de la rivière Irtych et menaceraient à terme de polluer toute la région de Sibérie occidentale et l’océan Arctique. Les produits agricoles Dans les sols, la contamination reste piégée à 90% dans les dix premiers centimètres. Entre 1987 et 1992, le niveau de contamination a décru de 60%. Aujourd’hui, les transferts aux végétaux (cultivés ou non) restent constants.  10% de ces produits provenant des zones contaminées (produits laitiers, viandes et champignons) présentent un niveau d’activité supérieur aux seuils de consommation temporaire fixés par les autorités. La quasi-totalité des céréales et des pommes de terre produites présente une activité inférieure au seuil fixé à 100 Bq/kg de poids frais.

114 Dépôt de Cs en France

115 Aujourd’hui, la contamination des produits végétaux provient de l’absorption par les racines du césium présent dans le sol. L’iode a disparu durant les premières semaines qui ont suivi l’accident. 

116 III. Quelques solutions

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118 Bioremédiation Utilisation de micro-organismes (levure, champignon, ou bacterie) pour détruire ou dégrader les substances dangereuses en substances moins toxiques ou non toxiques

119 Deinococcus Radiodurans
bactérie supporte une dose de radiation 1500 fois > à la dose létale pour l’homme bactérie qui supporte une dose de radiation 1500 fois supérieure à la dose létale pour l’homme Le monde

120 In-situ-Bioremediation
Biostimulation (stimule l’activité biologique via un apport d’O2) Bioventing (Injection d’air/nutriments dans la zone non-saturée du sol) Biosparging (Injection d’air/nutriments air/nutrients dans les zones saturée et non-saturée du sol) Bioaugmentation (ajouter des organismes dans le sol) Moins coûteux Crée moins de poussières Moins de risque de libérer des polluants dans l’atm. Adapté aux grands volumes lent Non adapté aux sols argileux

121 Ex-situ -Bioremediation
Biotertre et andain bioslurry (en réacteur) : Sol mélangé à de l’eau + additifs dans un réservoir, microorganismes, nutriments, oxygène Landfarming : épandage en faible épaisseur (< 10cm) de sols pollués par des produits organiques (dilution) possible quand les terres polluees sont facilement accessibles et leurs volumes (< qques milliers de m3). Plus facile à contrôler Utilisé pour traiter des sols différents et des contaminants différents Coûteux Plus rapide

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123 Principales familles hyper accumulatrices
Métal Limite inférieure (% en matière sèche de feuilles) Nombre d’espèces Nombre de familles Cadmium > 0,01 1 Cobalt > 0,1 28 11 Cuivre 37 15 Plomb 14 6 Manganèse > 1 9 5 Nickel 317 Zinc Thallium 2 Les familles les plus rencontrées dans l'accumulation du Zn sont les Brassicacées, les Caryophyllacées, les Lamiacées et les Violacées. En ce qui concerne le Pb et le Cd il s'agit surtout des Brassicacées. Les espèces hyper accumulant le Cu et le Co sont peu nombreuses (24). Elles sont originaires du Zaïre. Les familles concernées sont les Lamiacées, les Astéracées, les Cypéracées, les Scrofulariacées et les Amarantacées. Le Ni est quant à lui hyper accumulé par les trois quarts des espèces connues. Elles appartiennent à des familles telles que les Brassicacées, les Scrophulariacées, les Euphorbiacées, les Saxifragacées et les Sapotacées. Ces listes ne sont pas exhaustives. (BERT, 1999 ; BROOKS, 1998 ; ANDERSON, 2000) L'intérêt de l'hyper accumulation :Comme nous l'avons cité précédemment, les plantes hyper accumulatrices peuvent prélever de manière active les métaux, même lorsqu'ils sont en faible proportion dans le sol. Ceci laisse donc supposer que l'hyper accumulation a un rôle dans la physiologie de la plante. Différentes hypothèses ont été émises :Le prélèvement passif dû à la non-spécificité des systèmes d'absorption. Ce phénomène a été observé chez Holcus lanatus. Cette plante est tolérante à l'arsenic et elle le prélève selon le même procédé que le phosphore ;Une stratégie de résistance à la sécheresse qui consiste en la rétention d'ions pour conserver l'eau ;Une défense contre les herbivores et les pathogènes ;Une adaptation aux sols contaminés permettant à la plante de dominer les plantes moins tolérantes (compétition) ;Un moyen de tolérance d'un élément donné. Celui-ci est stocké afin d'éviter toute interférence avec le métabolisme.Ces hypothèses méritent d'être confirmées, mais de nombreux scientifiques proposent la stratégie de défense comme étant la plus probable. (BOYDS, 1998 ; BERT et al., 1999)Revoir la pub->Réservez votre nom de domaine!Trucs, astuces, ateliers pour créer son site  Dans l'Île aux Corbeaux, au Québec, des algues extraient ainsi le zinc et le manganèse d'un ancien site d'enfouissement de batteries.


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