Pollution atmosphérique

Principaux phénomènes
Acidification
La pollution acide (ou pluies acides) est liée aux polluants acides (SO2, NOx, NH3, HCl, HF) émis par les activités humaines qui retombent en partie à proximité des sources, mais aussi à des centaines, voire des milliers de kilomètres de leurs sources émettrices. Ces polluants retombent sous forme de retombées sèches ou humides. Pendant le transport, ces polluants se transforment. SO2 et NOx se transforment en sulfates (SO42-) et en nitrates (NO32-) dans le cas où l'atmosphère est sèche, ainsi qu'en acide sulfurique (H2SO4) et en acide nitrique (HNO3) dans le cas où l'atmosphère est humide.
Les phénomènes de pollution acide à grande échelle ont été mis en évidence par l'acidification des eaux des lacs Scandinaves et Canadiens. Le pH des eaux est devenu acide entraînant des modifications importantes de la faune piscicole. Certaines pluies ont un pH compris entre 3 et 4 alors que l'eau pure a un pH de 5,6.
Les retombées acides ont des effets sur les matériaux, les écosystèmes forestiers et les écosystèmes d'eau douce.


Eutrophisation
L'eutrophisation correspond à une perturbation de l'équilibre biologique des sols et des eaux due à un excès d'azote notamment d'origine atmosphérique (NOx et NH3) par rapport à la capacité d'absorption des écosystèmes.
Pollution photochimique
La pollution photochimique (ou pollution photo-oxydante) est un ensemble de phénomènes complexes qui conduisent à la formation d'ozone et d'autres composés oxydants (peroxyde d'hydrogène, aldéhydes, peroxy acétyl nitrate ou PAN) à partir de polluants primaires (appelés précurseurs) : oxydes d'azote et composés organiques volatils (COV) et d'énergie apportée par le rayonnement Ultra Violet (UV) solaire. Ces phénomènes ont lieu dans les couches d'air proche du sol et dans la troposphère libre. L'ozone formé à ce niveau est qualifié de "mauvais ozone" en raison de ses effets néfastes sur la santé humaine et sur les végétaux. L'ozone de la stratosphère (19-30 km d'altitude), au contraire est qualifié de "bon ozone" puisqu'il nous protège du rayonnement UV solaire.

De façon surprenante, les concentrations d'ozone mesurées loin des sources des précurseurs (une agglomération par exemple) sont plus élevées que celles mesurées près des sources. En effet, sur une ville par exemple, les émissions de NO (liées au trafic notamment) sont élevées. L'ozone est détruit par le NO. Le NO agit comme un puits d'ozone puisqu'il le consomme. Si le nuage de polluants formé sur la ville se déplace à la campagne, ou les émissions de NO sont moindres, les concentrations d'ozone augmentent puisque l'ozone n'est plus consommé.
La pollution photochimique est un phénomène caractéristique des situations estivales anticycloniques.
L'ozone a des effets sur la santé humaine, les écosystèmes forestiers et agricoles, de plus ce phénomène de pollution photo-oxydante est intimement lié à celui des pluies acides.
Effet de serre
L'effet de serre est un phénomène naturel lié à l'absorption des rayonnements Infra Rouge (IR) de grande longueur d'onde renvoyés, par la surface terrestre, par des composés présents dans l'atmosphère : CO2, CH4, H2O, O3, N2O, CFC . Une partie du rayonnement IR n'est pas renvoyé vers l'espace. Il y a donc absorption d'énergie. Cette énergie est transformée en chaleur. La plupart de ces composés sont présents à l'état naturel ce qui a permis le développement et le maintient de la vie sur Terre. La température moyenne sur terre est de 15°C, si l'effet de serre naturel n'existait pas, la température moyenne serait de - 18°C.
Depuis l'ère industrielle, il y a accroissement des concentrations des gaz à effet de serre :
• CO2 lié principalement aux combustions industrielles, domestiques et aux transports.
• CH4 lié principalement aux pratiques agricoles : riziculture par exemple, élevage.
• N2O lié principalement aux pratiques agricoles.
• CFC (maintenant bannis), HFC, PFC, SF6.


Appauvrissement de l'ozone stratosphérique
L'ozone est le composé prépondérant dans la haute atmosphère à une altitude de 25 km. L'ozone stratosphérique est qualifié de bon ozone car il absorbe le rayonnement UV solaire et nous préserve ainsi contre le risque de cancer cutané et autres mutations génétiques. Il préserve également l'activité photosynthétique des plantes.
La baisse anormale des concentrations d'ozone au pôle Sud au sortir de l'hiver polaire, au moment de l'apparition du soleil a été mise en évidence en 1980. Durant la fin de l'hiver austral, au moment où le soleil apparaît, la teneur en ozone diminue de 40 à 60%. Le déficit maximum se situe vers 20 - 25 km.
De nombreux composés peuvent détruire l'ozone (OH, H, NO, Cl, Br, HO2). Une forte corrélation entre le déficit en ozone et les concentrations en ClO a été mise en évidence. La présence des radicaux Cl et ClO dans la stratosphère est liée à l'émission naturelle de chlorure de méthylène par les océans et aux chlorofluorocarbures (CFC) émis par les activités humaines. Les CFC sont des molécules très stables. Ces molécules sont transportées dans la stratosphère où elles libèrent le chlore et perturbent ainsi l'équilibre naturel régissant la présence d'ozone à cette altitude.
Le phénomène de baisse annuelle des concentrations d'ozone est plus marqué au pôle Sud, qu'au pôle Nord en raison de conditions différentes. Au pôle Sud, un vortex apparaît pendant l'hiver. Les températures sont de l'ordre de - 80° à - 100 °C. Les nuages contiennent alors de fins cristaux de glace qui fixent le chlore sous forme de HCl et de NO2ClO. Dès que le soleil réapparaît, le rayonnement UV libère les radicaux Cl et ClO qui réagissent avec l'ozone rapidement. Au pôle Nord, il n'y a pas formation de Vortex mais formation d'une multitude de trous.
La baisse des concentrations d'ozone de la stratosphère pourrait avoir des effets climatiques et biologiques.