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2. La pollution atmosphérique

2.1. Historique

On croit souvent à tort que la pollutionatmosphérique est une caractéristique de nossociétés modernes. En réalité, l’atmosphère n’acessé de se transformer et de nombreuses sourcesnaturelles (comme les volcans) existaient bien avantl’apparition de l’homme. Cependant, l’homme estdevenu petit à petit un facteur perturbateur croissantdes équilibres naturels, non seulement parl’industrialisation mais aussi à cause de ladémographie toujours croissante.

Avec la découverte de l’utilisation du feu parl’homme est apparue la première sourceanthropique de pollution. S’il y avait peu d’effetssur l’atmosphère, il n’en était pas de même àl’intérieur des habitations et les gens respiraient lesproduits d’une combustion incomplète. Avecl’invention de la cheminée, les fumées purents’évacuer plus facilement même si des sièclesdurant, l’utilisation de feux ouverts ne permettaitpas une élimination totale des fumées de l’intérieurdes logements.

A l’âge du bronze puis du fer, la fusion et leraffinage des métaux engendrèrent de nouvellespollutions. A ces époques, les principales causes dela pollution étaient le chauffage domestique, lacuisson des aliments, la métallurgie, la tannerie et lafabrication de poteries et céramiques.

Dès l’antiquité, avec l’apparition des villes et laconcentration de l’habitat, les premiers effets sefirent ressentir. Ainsi, Sénèque (61 PCN) parlaitdéjà de l’air lourd de Rome et de la puanteur de sescheminées.

A partir du Moyen-Age et dans les siècles quisuivirent, l’intensification de l’utilisation du« charbon de terre » aggrava les problèmes depollution atmosphérique au niveau des villes :

• Aliénor d’Aquitaine, la femme du roi Henry IId’Angleterre, trouvait insupportable lapollution à Nottingham et déménagea en 1157.

• A Londres, en 1273, l'utilisation du charbonétait interdite pendant la session du Parlement.En 1306, un homme fut même décapité pouravoir transgressé cette loi. En dépit de cesédits, on continua à brûler du charbon.

• A Paris, en 1382, un édit de Charles VIinterdisait l'émission de fumées "nauséabondeset malodorantes".

• En 1661, la situation de Londres était tellequ’un certain John Evelyn soumis au Parlementet au Roi Charles II une brochure avec les

mesures à prendre pour réduire la pollution,mesures qui sont parfois toujours d’actualité.

• Au 17ème siècle, William HARVEY, précurseurde la physiologie cardio-respiratoire, relataitl'autopsie d'un centenaire campagnard, mortlors de son premier voyage à Londres : "Lapéripneumonie fatale était, avant tout, due àl'inhalation de l'air de la capitale pollué par lesfumées".

Avec la Révolution Industrielle, la situation s’estdégradé suite au besoin d’une source d’énergie pourfabriquer la vapeur qui actionnait les machines. Al’époque, seuls les combustibles fossiles et végétauxpouvaient répondre à cette demande. Ainsi, au 19ème

siècle, le charbon devint le combustible principal,avec de grosses émissions de fumées et de cendresdans l’atmosphère.

Le problème devint suffisamment préoccupant pourque le Parlement anglais nomme une commissionpour étudier le problème dès 1819 et, quelquesannées plus tard, les premières lois de réduction desémissions furent adoptées.

Aux Etats-Unis, les premières réglementationsapparurent vers 1880 au niveau local; il n’existaitpas encore de réglementations, ni au niveau desEtats, ni au niveau fédéral. Dès cette époque, lesdégâts causés à la végétation par les oxydes desoufre étaient déjà reconnus.

En France, sous Napoléon Ier, les entreprises sontclassées, d’après leur nature, principe qui a orientéles mesures prises pour la protection de l’air.

La première intoxication collective eut lieu àLondres en 1873 et était causée par l’accumulationde gaz de combustion. A la même époque, estapparue la pollution provenant de l’industriechimique, de l’industrie thermoélectrique et del’industrie du ciment.

Au début du 20ème siècle, il existait déjà desprocédés de réduction des émissions (lavage desgaz, filtres, cyclones, …) mais il y eut peu dechangements dans la législation, la compréhensiondes phénomènes ou dans l’attitude de l’opinionpublique face au problème. Le principalchangement fut le remplacement dans l’industrie dela vapeur par l’électricité avec le développement degrandes centrales électriques.

Suite à des épisodes dramatiques comme à Engis(1930), Donora (Pennnsylvanie, 1948), Poza Rica(Mexique, 1950) ou Londres (1952), les premièreslégislations spécifiques apparurent avec la premièreloi américaine de protection de l’air(Californie,1947), le Clean-Air-Act aux U.S.A.

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(1955) et G.B. (1956). En Belgique, il faudraattendre la Loi Cadre de 1964. Auparavant, lesmesures de prévention et de protection de l’airétaient incluses dans le cadre de lois plus vastes oudans des règlements locaux.

Les premiers réseaux de surveillance à grandeéchelle de la qualité de l’air apparurent à Salt LakeCity en 1926, à New York en 1937 et à Leicester(Angleterre) en 1939.

Le principal facteur d’amélioration fut leremplacement progressif du charbon par d’autrescombustibles plus propres. Malheureusement, ledéveloppement de l’automobile constitua unenouvelle source importante de pollution. AuxU.S.A., apparurent les premiers épisodes de smogtout d’abord à Los Angeles (1940) puis dansd’autres grandes villes.

A partir des années 70 et 80, l’approche santé de lapollution se mua en une approche écologique etenvironnementale et partout dans le monde desministères en charge de l’environnement se sontorganisés. C’est à cette époque aussi, que naquirentles préoccupations sur des problèmes comme l’effetde serre, la réduction de l’ozone stratosphérique oula détérioration des écosystèmes par les retombéesacides. Les premiers modèles mathématiques desimulation de la pollution atmosphérique se sontfort développés dans les années 80.

Les années 90 virent l’émergence d’un intérêtcroissant des média et de la population pour cesgrands changements.

A l’heure actuelle, la lutte pour la protection del’atmosphère a déjà enregistré quelques succèscomme la diminution de la pollution par les oxydesde soufre. Il reste cependant de grandsdéfis comme :

• Les changements climatiques dus aux gaz àeffet de serre,

• La destruction de la couche d’ozonestratosphérique,

• L’acidification de l’environnement,• La pollution par l’ozone troposphérique,• La pollution par les particules et les métaux

lourds,• L’étude et la lutte contre des polluants moins

bien connus comme les composés organiquesou les micropolluants (HAP, dioxines,pesticides, …).

2.2. L’atmosphère

2.2.1. Définition et composition

L'atmosphère est la fine couche de gaz qui,entourant notre planète, est entraînée dans sonmouvement de rotation. Les forces gravitationnelles(type de forces régissant le mouvement desplanètes) l’empêchent de se disperser dans l’espace.

L'épaisseur de l'atmosphère est estimée à 500 km,elle est qualifiée de fine par rapport au rayon de laterre (6730 km). On peut considérer que plus de99 % de sa masse est concentrée dans les 50premiers km. Ceci est dû au fait qu'au fur et àmesure que l'on s'élève dans l'atmosphère, lapression diminue fortement (Figure 1).L’atmosphère est constituée de différentes couches.On distingue tout d’abord la troposphère quirenferme les 9/10 de l’air contenu dansl’atmosphère. Cette couche est le siège desphénomènes météorologiques et renferme la quasi-totalité de la vapeur d’eau. Suit la stratosphèrepauvre en eau et qui contient la fameuse couched’ozone qui retient les rayons UV du soleil. Cettecouche est stratifiée d’où le nom de stratosphère.Viennent ensuite la mésosphère, la thermosphère,qui doit son nom au fait que la température s’yélève rapidement, et l’ionosphère. Au-delà, on entredans la magnétosphère où le champ magnétiquepiège les radiations ionisantes venant du soleil.

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Figure 1 : Variation de la température et de la pression en fonction de l’altitude

La composition de l'atmosphère varie avec l'altitude(Figure 2) et on observe un phénomène deségrégation : les gaz les plus légers ont unetendance naturelle à s’élever et présentent donc desconcentrations plus élevées en altitude qu’au sol.La teneur en vapeur d’eau est variable (quelquesppm en moyenne dans les nuages), dépendant enparticulier de la température et de la pression.

10

20

40

60

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200

400

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102 103 10410110-110-210-310-410-510-610-7

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12

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21

24

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Eau

Ozone

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CO2

Oxyde de carbone

27

30

Alti

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km

Concentration (en µg/g d’air)

Figure 2 : Variation des constituants de l'atmosphère avecl'altitude

Outre les gaz, l’atmosphère contient également desparticules en suspension provenant de l’érosion,des émissions naturelles et anthropiques ou desproduits de réaction entre polluants.

Malgré ce phénomène, on peut cependantconsidérer que la composition de l'atmosphère esthomogène, pour les composants majeurs, dans lapremière couche de 100 km (Tableau 1).

Composants majeurs (%)Azote (N2) 78.09Oxygène (O2) 20.95Argon (Ar) 0.93Dioxyde de carbone (CO2) 0.033

Composants mineurs (ppm)Néon (Ne) 18Hélium (He) 5Krypton (Kr) 1Xénon (Xe) 0.09Méthane (CH4) 1.5Monoxyde de carbone (CO) 0.1Hydrogène (H2) 0.5Protoxyde d’azote (N2O) 0.25

Tableau 1 : Composition de l’air

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Il est erroné de croire que la composition del'atmosphère est restée stable depuis les origines dela terre jusqu'à l'avènement de la sociétéindustrielle. Certes, on a pu remarquer, grâce àl’étude des bulles d’air emprisonnées dans lesglaces de l’Antarctique, une augmentation notoire,allant jusqu’au doublement, depuis 250 ans, desconcentrations de gaz tels que le CO2 et le méthane.L’importance de ce phénomène reste néanmoinstrès faible par rapport aux bouleversements qui sesont produits depuis les origines de la Terre.

En effet, il est généralement admis quel'atmosphère, à l'origine, était très différente de celledans laquelle nous vivons et s’apparentait aux gazémis par les éruptions volcaniques (Figure 3). Ainsi,elle ne contenait probablement pas d'oxygène, maisde l'eau, du dioxyde de carbone, de l'azote, duméthane et du dioxyde de soufre. L’atmosphèreétait alors fortement réductrice et subissait un effetde serre très intense. C'est à la suite durefroidissement de la Terre que l'on a assisté à unecondensation de la vapeur d'eau (produisant lesocéans). De plus, la concentration en CO2 afortement diminué du fait de sa dissolution dans lesocéans et de sa fixation dans les sédiments. Cettediminution du CO2 et l’oxydation du méthane due àla libération d’oxygène par les premiers organismess’est traduit par une réduction de l’effet de serre, cequi provoqua une période de glaciation (il y a 2.5milliards d’années). La vapeur d'eau et le CO2 sontdevenus minoritaires par rapport à l'azote. Il y a 2milliards d’années, l’atmosphère actuelle s’estformée grâce à l'apparition de formes de vievégétale et la photosynthèse a permis la formationde l'oxygène à partir du CO2. Enfin, voici environ1.5 milliards d’années, quand la teneur en oxygènea atteint 1 % de la valeur actuelle, la couched’ozone s’est formée permettant d’arrêter lesrayonnements UV empêchant l’existence des êtresvivants à la surface de la planète. L’évolution del’atmosphère a joué un rôle essentiel dans celle dela biosphère et, réciproquement, celle-ci aconditionné la formation de l’atmosphère actuelle.

On estime que ces phénomènes se sont dérouléspendant une période allant d'il y a 4 milliardsd'années à 600 millions d'années, soit bien avantl'apparition de l'homme !

2.2.2. Fonctions de l'atmosphère

2.2.2.1. Introduction

L’atmosphère protège la terre et ses habitants de lachute de la plupart des météorites, dubombardement des particules cosmiques et del’incidence des dangereux rayonnements solairesultraviolets. Elle atténue les variations climatiques

au niveau global par le déplacement des massesd’air. Elle participe à l’équilibre thermique de laTerre par l’effet de serre. Elle apporte les élémentsgazeux nécessaires à la vie. Enfin, elle participe auxéchanges de matière et d’énergie entre les différentsmilieux terrestres (lithosphère, biosphère, océans,ruissellements de surface, etc).

1 2 3Périodeactuelle

Ruptureclimatique

Originede la terre

Années (x10 )9

Chute de la températureCouverture nuageuse 30 %

Couverture nuageusede 100 %

Oxygène

AzoteMéthane

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Température 42°C

9°C

Figure 3 : Evolution de l'atmosphère avec les âges

2.2.2.2. Climat

Le climat, en un lieu donné, peut être défini commela synthèse des conditions météorologiques régnanten cet endroit, dans un rythme journalier etsaisonnier. Cette synthèse est caractérisée par desstatistiques, calculées sur plus d’une décennie, deséléments météorologiques (phénomènes atmo-sphériques qui caractérisent l’état du temps en unlieu et un instant donné).

L’atmosphère influence le climat, tant au niveauglobal, qu’au niveau local.

A l’échelle de la terre, deux éléments influencent latempérature moyenne (paramètre climatique) ensurface : la quantité d’énergie solaire incidente et lacomposition de l’atmosphère, en particulier, en cequi concerne les gaz et particules présentant unpotentiel d’effet de serre important (voir § 2.2.2.3.).La circulation des masses d’air résulte d’undéséquilibre géographique du bilan thermique(apport solaire - perte par rayonnement infrarouge)entre l’équateur et les pôles. En effet, les régionstropicales reçoivent plus de chaleur solaire qu’ellesn’en émettent sous forme infrarouge, alors que lasituation aux pôles est opposée. Ce phénomène

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induit une circulation des masses d’air froid depuisles pôles en direction de l’équateur et de massesd’air chaud en sens inverse. Dans la région despôles, la dominante est la circulation de courantsfroids. Dans la région de l’équateur, la dominanteest la circulation de courants chauds.

A l’échelle d’un pays comme le nôtre, les variationsclimatiques observées sont dues principalement auxeffets du relief, de la continentalité et de la naturedu sol.

L’influence du relief se marque sur la direction et lavitesse du vent, ainsi que sur l’ensoleillement, dufait des différences d’orientation des bassinsversants. Pour la nature du sol, on note l’influencedes variations du couvert végétal et de l’humidité dusol. Enfin, la continentalité se marque par unefluctuation plus importante des températures et unediminution des précipitations. Les océans ont uneffet tampon plus important vis à vis des variationsde température que les sols et, les nuages se formanten particulier au-dessus des océans, lesprécipitations diminuent au fur et à mesure del’éloignement des zones côtières.

2.2.2.3. Effet de serre

L’effet de serre est un processus physique naturel. Ils’apparente au phénomène rencontré lorsqu’unrayonnement solaire pénètre au travers d’une vitredans un espace clos (serre, voiture, etc). Dans cecas, le rayonnement solaire, dont les longueursd’ondes sont courtes, traverse aisément la vitre, estabsorbée par le milieu récepteur (objets, plantes,etc.) et réémis par ce milieu sous forme derayonnements de plus grandes longueurs d’ondes,auxquels la vitre est opaque (comme un mur l’estpour la lumière visible). Le rayonnement est enpartie réfléchi et en partie absorbé par la vitre.L’énergie solaire est alors piégée dans cet espaceclos et la température y augmente.

Le changement de longueur d’onde est dû au faitqu’un objet quelconque émet un rayonnement dontla longueur d’onde est fonction de sa température(proportionnel à l’inverse de la quatrième puissancede la température absolue 1/T4). Le soleil ayant unetempérature d'environ 6 000 K et la Terre de 288K, les longueurs d’ondes sont très différentes.

L’effet de serre atmosphérique met en œuvre lesmêmes phénomènes, mais est quelque peu pluscomplexe (Figure 4).

Schématiquement, le rayonnement solaire incident(1) pénètre facilement jusqu’à la surface de la terreoù il est absorbé (2), car l’atmosphère estrelativement transparente pour les rayonnements de

faibles longueurs d’ondes. Une partie assez faibledu rayonnement solaire incident (1) est cependantdévié vers le vide interstellaire et une autre partieest absorbée sur le trajet.

La terre émet à son tour un rayonnement de grandelongueur d’onde (3). L’atmosphère est très opaque àce type de rayonnement, du fait de la présence decertains gaz ayant la particularité de l’absorber(vapeur d’eau, dioxyde de carbone, ozone, méthane,protoxyde d’azote, CFC, etc.). Schématiquement,les couches atmosphériques absorbent lerayonnement et réémettent à leur tour unrayonnement infrarouge dont une partie descendvers la Terre (5) et une partie s’éloigne dansl’espace. La température au sol est la résultante durayonnement solaire absorbé (2) et du flux derayonnement infrarouge descendant (5).

Figure 4 : Effet de serre

En réalité, les phénomènes d’absorption durayonnement infrarouge et de réémission par lesmolécules de gaz absorbants se déroulent dansl’ensemble du volume de l’atmosphère. Celasignifie qu’un rayon partant de la terre va rencontrerune première molécule de gaz et être absorbé. Unrayonnement sera réémis par la molécule danstoutes les directions (comme le soleil émet danstoutes les directions de l’espace); ces rayons vontrencontrer d’autres molécules de gaz et lephénomène recommencera. C’est donc un genre decollision en chaîne qui se déroule dansl’atmosphère.

En l’absence de gaz absorbants pour lesrayonnements infrarouges, la température moyenneà la surface de la terre serait de -18°C au lieu des15°C enregistrés actuellement. La différence, soit33°C, est attribuable à l’action de l’effet de serre,dans les conditions actuelles de densité et deconcentrations de notre atmosphère. Cela signifieque l’effet de serre est un phénomène utile, sanslequel la vie sur terre serait très différente de ce quenous connaissons, voire même impossible, car lesvariations entre les températures diurnes etnocturnes seraient extrêmes, si elles étaient

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influencées par la seule incidence d’énergie solaire(lumière).

Le danger relatif à cet effet de serre est, en réalité,sa variation. La concentration de certains gaz àeffet de serre (GES) est en augmentation depuis ledébut de l’Ere Industrielle et menace de perturberl’équilibre thermique global de la planète.L’augmentation de température conséquenteserait d'environ quelques degrés, mais aurait desconséquences très importantes sur l’étendue desglaces, le climat, les précipitations, etc. C’estpourquoi des programmes de réduction des GESsont élaborés par les instances internationales etnationales.

2.2.2.4. Couche d’ozone et ozone troposphérique

L’ozone (O3) résulte de la recombinaison d’unemolécule d’oxygène (O2) avec un atome d’oxygène(O) provenant du bris d’une tierce molécule.

Il est présent dans l’atmosphère à raison dequelques ppm (quelques molécules par million demolécules des gaz constitutifs de l’air). Cesconcentrations ne restent néanmoins pas constantesdans toute son épaisseur. Les niveaux les plusimportants sont atteints dans la stratosphère (entre10 et 50 km d’altitude). C’est pourquoi on parled’ozone stratosphérique, par opposition à l’ozonetroposphérique (entre 0 et 10 km d’altitude). Cedernier se forme lors de périodes de fortensoleillement, en présence de précurseurs tels queles oxydes d’azote et les composés organiquesvolatils.

Il s’agit du même composé, présentant le mêmeensemble de propriétés. Néanmoins,l’environnement étant différent, certaines propriétéssont « masquées » dans le cas de l’ozonetroposphérique ou stratosphérique. Ainsi, vul’absence de formes de vie dans les couchesstratosphériques, les propriétés irritantes pour lesyeux et les muqueuses ne sont pas mises enévidence !

Ozone stratosphérique

Dans cette couche de l’atmosphère, la réaction deformation de l’ozone est initiée par la dissociationd’une molécule d’oxygène par les radiationssolaires UVC (UltraViolet : rayonnement lumineuxde faibles longueurs d’ondes et très énergétiques, onparle des UVA, UVB et UVC ces derniers étant lesplus dangereux). L’atome d’oxygène ainsi libérépeut se combiner avec une autre moléculed’oxygène. La destruction de la molécule d’ozone,par l’action du même rayonnement UV, produit unemolécule d’oxygène (O2) et un atome d’oxygène

(O). Le processus est cyclique et ce dernier pourrade nouveau participer à la réaction de formation del’ozone.

La présence importante d’ozone dans la coucheallant de 10 à 50 km s’explique par la nécessité dedisposer simultanément des deux conditions de laréaction de formation. A une altitude plus élevée,l’oxygène se raréfie; à une altitude plus faible, lesradiations UVC sont insuffisamment présentes.

Dans les couches élevées de l’atmosphère, lesrayons UV sont donc présents en quantitéimportante et c’est leur « consommation » par lesréactions précitées qui permet leur faible incidenceà la surface de la terre. La couche d’ozone agit, à cepropos, comme un filtre. C’est la raison pourlaquelle on parle de « bouclier » d’ozone contre lesUV. Il s’agit là d’un bien grand mot car il estconstitué d’une infime quantité de gaz. D’après lescalculs, elle ne présenterait qu’une épaisseur detrois millimètres si tout l’ozone se trouvaitrassemblé à la surface de la terre, dans lesconditions de température et de pression y régnanthabituellement. Lorsque les scientifiques parlent dela variation d’épaisseur de la couche d’ozone, ilsutilisent ces mêmes artifices de calcul.

L’épaisseur de la couche d’ozone évoluenaturellement dans l’espace et dans le temps. Ainsi,bien que la formation d’ozone se produise surtout àl’équateur, l’épaisseur est plus importante auxpôles, grâce au phénomène de déplacement desmasses d’air. A l’échelle d’une année, on observe,aux pôles, une variation importante de cetteépaisseur en raison de la stagnation des masses d’airpendant la période hivernale. Si la probabilité deformer de l’ozone y est extrêmement faible, parcontre, sa destruction a toujours lieu. Elle est mêmefacilitée par des phénomènes particuliers. De ce fait,la couche d’ozone se réduit de moitié au cours decette période. C’est ce que les scientifiquesappellent le trou dans la couche d’ozone !Heureusement, vers le mois de décembre, l’arrivéede masses d’air plus riches rétablit peu à peu lesconcentrations habituelles en ozone, pour atteindreun maximum dans le courant du printemps.

Différents facteurs peuvent influencer l’épaisseur dela couche d’ozone stratosphérique. Certains sontnaturels, comme les éruptions volcaniques, dontl’action est défavorable à la couche d’ozone, etl’intensité de l’activité solaire pouvant jouer dansles deux sens. D’autres sont anthropiques (dus àl’action des humains), tels que l’augmentation deconcentration en chlore et dérivés, comme leschlorofluorocarbones (CFC) dans la stratosphère.Ces produits peuvent être mis en jeu dans desréactions de destruction de l’ozone. Ils influencent

13

donc l’équilibre entre création et destruction del’ozone, dans le sens d’une plus grande destruction,et par conséquent d’une diminution de saconcentration.

La diminution de la couche d’ozone estpréjudiciable à la vie sur Terre car elle seraitaccompagnée d’une augmentation de radiationsUV. Divers phénomènes, dont les suivants, sontprévisibles, tant au niveau des plantes, que deshumains et des animaux :

• Risques accrus de cancers de la peau, demaladies des yeux et de déficiences dusystème immunitaire;

• Croissance végétale ralentie.

Ozone troposphérique

Dans la troposphère, la réaction de formation del’ozone est initiée par l’action brisante desradiations solaires UVA ou UVB sur une moléculede dioxyde d’azote, formant ainsi un atomed’oxygène et une molécule de monoxyde d’azote.En effet, il n’y a plus suffisamment de radiationsUVC pour initier la réaction rencontrée dans lastratosphère.

La destruction de l’ozone est due à sa réaction avecle monoxyde d’azote, pour reformer du dioxyded’azote.

Dans une atmosphère non polluée, les réactionss’équilibrent et la concentration en ozone est faible.

En présence de pollution par les COV (ComposésOrganiques Volatils) et par les NOX (oxydesd’azote), appelés tous deux précurseurs, et de fortesradiations solaires (UVA et UVB), l’équilibre estrompu et on assiste à une augmentation de laconcentration en ozone au niveau du sol.

C’est le phénomène de SMOG photochimique.Celui-ci est caractérisé par une diminution de lavisibilité et par des atteintes aux humains, animaux,plantes et matériaux; de plus, il est une composantede l’acidification. En ce qui concerne la santéhumaine, on observe des affections respiratoires,des irritations des muqueuses et des yeux. Certainesétudes tendent même à démontrer que laconjugaison de fortes chaleurs et de concentrationsélevées en ozone a un effet non négligeable sur lamortalité.

Il est très difficile de juguler le phénomène,lorsqu’il a démarré. Les seules actions efficacesconsistent à diminuer, à long terme, la pollution parles deux précurseurs. La complexité des réactionschimiques qui contribuent à la formation de l’ozone

se reflète dans la difficulté à les limiter. Lalimitation à court terme des teneurs en précurseursest, à cet égard, relativement inefficace et peutconduire à des résultats inverses de ceuxrecherchés. La diminution des épisodes de fortesconcentrations d’ozone est un défi capital pour lesautorités.

Les mélanges entre l’ozone stratosphérique ettroposphérique sont habituellement marginaux. Ilest donc erroné de croire que l’ozonetroposphérique peut contribuer à apporter unesolution à la diminution de l’épaisseur de la couched’ozone. Par contre, il arrive que des courantsdescendants rapides apportent au sol depuis lastratosphère des quantités importantes d’ozone. Cephénomène donne lieu à l’enregistrement de fortesconcentrations d’ozone, à des moments incongrus,par exemple la nuit, en hiver ou au printemps.

2.3. La surveillance de l’air ambiant et sonévaluation

2.3.1. Définitions

D’une façon générale, on peut considérer que lapollution de l’atmosphère est la résultante dedivers phénomènes, dont certains peuvent êtrecontradictoires. Il s’agit d’échanges entrel’atmosphère et les autres compartiments del’environnement qui, soit amènent des polluants(émissions), soit les consomment (dépôt ettransformation). Les émissions font l'objetd'inventaires, ayant pour but d'évaluer les rejetsdans l'air de substances telles que le dioxyde desoufre, les oxydes d’azote, les monoxyde et dioxydede carbone, le méthane et les composés organiquesvolatils (hors méthane), l’ammoniac, les composésorganiques persistants et les métaux lourds.

Pour chacun des polluants, les niveaux atteintssont comparés aux références disponibles. Celles-cipeuvent être des valeurs limites qui doiventobligatoirement être respectées, et dont ledépassement implique l’élaboration de plans deréduction visant à diminuer la pollution. Il existeégalement des valeurs cibles, aussi appeléesvaleurs guides, qui sont indicatives, ainsi que desseuils d'alerte, seuils d'information, seuils deprotection de la santé et seuils de protection de lavégétation.

Des objectifs de qualité ont également étédéterminés pour la plupart des polluants. Ilss'appuient sur les connaissances apportées par leslégislations internationales et étrangères, ainsi quesur les recommandations de l'OrganisationMondiale de la Santé (O.M.S.), et parfois sur les

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normes portant sur l'hygiène industrielle (conditionsaux postes de travail).

Ces objectifs de qualité sont utiles à plus d’un titre :

• en l'absence de normes en vigueur, ilsservent de référence;

• lorsque la norme est très largementrespectée, ils permettent de distinguer leszones qui sont relativement les pluspolluées.

Toutes ces références comprennent une valeur à nepas dépasser pour un paramètre statistiquedéterminé (moyenne, centile, etc), permettant desynthétiser les données recueillies pendant la duréed’observation fixée. Elles mentionnent en outre unedurée d’échantillonnage à laquelle se rapportent lesdonnées collectées.

Pour évaluer la potentialité d’effets à long terme, onchoisira de longues périodes d’observation (parexemple, 1 an); pour les effets à court terme, cespériodes seront courtes (par exemple, 1 jour).

Certains polluants induisent des effets à court etlong termes; dans ce cas, deux types (ou plus) devaleurs limites sont prévues, les valeurs deréférence associées à de courtes expositions étantbeaucoup plus élevées que celles relatives à delongues expositions. Il est bien évident qu’il s’agitdes effets connus et attribués à la pollutionatmosphérique dans l’état actuel des connais-sances.

Les définitions ci-dessous ont valeur légale etproviennent, pour la plupart, de l’arrêté duGouvernement wallon du 23 juin 2000 qui transcritles directives européennes 96/62/CE et 1999/30CE :

• Air ambiant : air extérieur de latroposphère, à l'exclusion des lieux detravail (AGW du 23/06/2000).

• Pollution de l’atmosphère : touteémission dans l'air, quelle qu'en soit lasource, de substances gazeuses, liquides ousolides susceptible de porter atteinte à lasanté humaine, de nuire aux animaux etaux plantes ou de causer un dommage auxbiens et aux sites (loi du 28/12/1964).

• Polluant : toute substance introduitedirectement ou indirectement par l'hommedans l'air ambiant et susceptible d'avoir deseffets nocifs sur la santé humaine etl'environnement dans son ensemble (AGWdu 23/06/2000).

• Niveau : concentration d'un polluant dansl'air ambiant ou son dépôt sur les surfaces,en un temps donné (AGW du 23/06/2000).

• Evaluation : toute méthode utilisée pourmesurer, calculer, prévoir ou estimer leniveau d’un polluant dans l’air (AGW du23/06/2000).

• Valeur limite : niveau fixé sur base deconnaissances scientifiques à atteindre,dans le but d'éviter, de prévenir ou deréduire les effets nocifs sur la santéhumaine et/ou l'environnement dans sonensemble. Ce niveau, une fois atteint, nepeut être dépassé (AGW du 23/06/2000).

• Valeur cible (valeur guide) : niveauinférieur à la valeur limite fixé dans le butd’éviter davantage à long terme des effetsdifférés nocifs sur la santé humaine et/oul’environnement dans son ensemble. Ceniveau doit être atteint dans la mesure dupossible sur une période donnée (directive96/62/CE et AGW du 23/06/2000).

• Seuil d'alerte : niveau au-delà duquel uneexposition de courte durée présente unrisque pour la santé humaine et à partirduquel des mesures sont prisesimmédiatement (AGW du 23/06/2000).

• Seuil d'information : niveau au-delàduquel il existe des effets limités ettransitoires pour la santé humaine, en casd’exposition de courte durée, pour descatégories de population particulièrementsensibles (AGW du 13/10/94).

• Seuil de protection de la santé : niveauqui ne devrait pas être dépassé, afin desauvegarder la santé humaine, en casd’épisodes prolongés de pollution (AGWdu 13/10/94).

• Seuil de protection de la végétation :niveau au-delà duquel la végétation peutêtre affectée (AGW du 13/10/94).

• Objectif de qualité : niveau qui ne devraitpas être dépassé pour respecter au mieuxl’environnement.

• Dispositif de mesure : méthodes,appareils, réseaux et laboratoires utiliséspour la mesure dans l’air ambiant (AGWdu 23/06/2000).

15

2.3.2. Les différentes mesures de polluants dansl’air

Il existe plusieurs types de mesures de polluantsdans l'air, suivant les endroits où le prélèvements'effectue. Chaque domaine possède ses propresméthodes de mesures et de prélèvements. Lesgammes de mesures sont parfois très différentes etnécessitent des appareillages spécifiques :

• Mesure à l'émission. Le prélèvements'effectue directement à l'endroit où le polluantest rejeté dans l'atmosphère. Ce type demesures est utile pour vérifier si les différentesnormes de rejet sont respectées ou pourcalculer, via un modèle, l'impact de la sourcesur l'environnement. L'échantillonnage estcomplexe car, suivant les processus, lesparamètres physiques sont très différents(température allant de quelques dizaines à plusde mille degrés, présence de vapeur d'eau, …).Les polluants mesurés couvrent une largegamme de produits : polluants gazeux, métauxlourds, COV, dioxines, furannes, …

• Mesure de la qualité de l'air. Il s'agit de l'airextérieur que nous respirons tous. Il sembleévident que ce type de mesures est de loin leplus important car il touche toute la populationsans aucune exception; c'est pourquoi, laqualité de l'air fait l'objet de normes pourprotéger le citoyen et l'environnement.

• Hygiène industrielle. Cette catégorie se situeentre les deux précédentes. Il s'agit de mesurerl'air dans les milieux professionnels.Historiquement, ce domaine est plus ancien queles mesures de qualité de l'air. Il est aussimieux connu d'un point de vue toxicologique,car les gammes de concentrations sont plusimportantes et il est souvent possible de trouverun groupe de travailleurs soumis à un polluantbien particulier, alors que dans l'environnementla population subit les effets d'un mélange depolluants. De plus, les effets chez lestravailleurs sont mieux connus car ils sontsuivis médicalement.

• Pollution intérieure ("Indoor pollution"). Cedomaine d'application est relativement récent,mais se développe de plus en plus, car nouspassons une large partie de notre vie àl'intérieur des bâtiments. Suivant les bâtiments,ce domaine relève de la Médecine du travail oude la Santé Publique. On a recensé plus de 300substances susceptibles d'être mesurées dans lesbâtiments. Il serait faux de croire que lapollution intérieure n'est qu'une extension de la

pollution extérieure. En effet, les polluantspeuvent avoir des comportements différents :

− Polluants dont les concentrations sont plusfaibles à l'intérieur. L'ozone, par exemple,est un polluant très réactif et lesconcentrations à l'intérieur sont souventinférieures à celles rencontrées enextérieur.

− Polluants dont les concentrations sont plusélevées à l'intérieur. Il existe parfois dessources domestiques de pollution. Lesoxydes d'azote sont un bon exemple; onmesure des concentrations bien plusélevées à l'intérieur des bâtiments danslesquels on utilise des cuisinières ou desconvecteurs au gaz.

− Polluants spécifiques à la pollutionintérieure. Il s'agit de polluants tels que leradon ou l'amiante. On retrouve égalementbeaucoup de COV utilisés dans laconstruction (couleurs, produits deprotection du bois, …).

Le moyen le plus efficace pour lutter contrecette pollution consiste à bien ventiler lesbâtiments. Malheureusement, la tendanceactuelle est plutôt d'isoler au maximum pouréconomiser l'énergie. Il faut donc trouver uncompromis entre ventilation et isolation (voir,par exemple, AGW du 11/02/1999) . Une autreerreur est la rapidité avec laquelle les bâtimentssont construits. On ne laisse plus le temps auxdifférents solvants utilisés lors de laconstruction de s'éliminer avant d'occuper lesbâtiments.

Enfin, la source principale de pollutionintérieure reste l'usage du tabac.

• Mesure de la dose respirée. L'être humainrespire un air différent suivant les moments desa vie et la dose qu'il absorbe pour un polluantdonné est un mélange des trois catégoriesprécédentes. Il est possible d'équiper un grouped'individus avec de petits échantillonneursportables. Cette méthode est la seule façonvalable de connaître l'air que respire unindividu. Dans ce domaine d'application, lasociologie est souvent nécessaire pourcomprendre le comportement de la populationet mieux appréhender les résultats.

2.3.3. Buts et effets de la surveillance de lapollution atmosphérique

Lorsqu’un phénomène particulier se manifeste, ladémarche scientifique permettant d’interpréter sagenèse nécessite dans un premier temps d’en

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identifier les causes potentielles. Pour ce faire,l’idéal serait de connaître l’état de l’environnementavant son apparition et les modifications qui y sontsurvenues concomitamment. Il convient ensuited’émettre des hypothèses quant aux mécanismes quiy ont donné lieu et de les vérifier. Ceci étant réalisé,on peut établir des stratégies visant à supprimer, outout au moins, à réduire le phénomène. L’efficacitéde ces stratégies sera attestée, sinon par un retour àl’état initial de l’environnement, au moins parl’amélioration de la situation.

Telle est actuellement la démarche qui préside à lasurveillance de la pollution atmosphérique.Historiquement, il a fallu des épisodes dramatiquesde pollution, ayant pour conséquence la mort denombreuses personnes, pour que l’on commence àse préoccuper de l’évaluation de la qualité de l’air.Le lien de cause à effet avec la pollution étantévident, les pouvoirs publics ont été persuadés de lanécessité d’améliorer la qualité de l’air. Pour cefaire, il a fallu établir des normes de qualité de l’air,réduire les émissions de polluants et surveiller laqualité de l’air pour évaluer l’impact des actionsprises. La connaissance des niveaux de pollutions’améliorant, il a été possible de les corréler avecdes effets chroniques sur la santé, mais aussi surl’environnement pris dans son sens large et sur lesédifices.

La surveillance de la pollution permet doncd'évaluer, sur le terrain, les effets des politiques etdes stratégies de diminution des émissions.

A l'échelle d'une commune, on peut par exempleestimer les effets de l'implantation d'une activitéémettrice de poussières, ou d'une technique visant àdiminuer les émissions de poussières.

A l'échelle d'un pays, on peut voir les effets duremplacement de l'essence plombée par l'essencesans plomb même s’il en a résulté une augmentationdes teneurs en benzène qu’il est encore prématuréde chiffrer.

2.3.4. Echelles spatiales et temporelles desphénomènes de pollution

Schématiquement, la pollution en un point donnéest la résultante de phénomènes relatifs à quatreéchelles :

L’échelle locale, constituée des sources situées dansl’environnement immédiat (périmètre de quelqueskilomètres) qui, en fonction des circonstancesmétéorologiques locales, influencent plus ou moinsdirectement la qualité de l’air en ce point. Ce sontles phénomènes relatifs à cette échelle qui sont le

plus souvent responsables des variations rapides etde forte amplitude des concentrations en polluants.

L’échelle régionale, couvrant un périmètre dequelques dizaines de kilomètres autour du point.Les sources situées dans ce périmètre ont uneinfluence relativement diffuse, qui se matérialise pardes variations de concentrations en polluantsgénéralement lentes et amorties.

L’échelle continentale, s’étendant de plusieurscentaines à plusieurs milliers de kilomètres. Ce quel’on appelle le transport à longue distance despolluants peut contribuer de manière sensible auxteneurs mesurées. Ceci explique que l’on puissetrouver une pollution en des points éloignés detoutes sources, même modestes. Cet apportcontribue largement à ce que l’on appelle lapollution de fond (background).

L’échelle globale, s’appliquant à toute la planète.On peut classer dans cette catégorie laproblématique de la diminution de la couched’ozone stratosphérique ou l’augmentation des gazà effet de serre.

De manière générale, la proximité des sourcesentraîne le caractère instantané de la perception aupoint considéré. Il faut cependant remarquer que lapart relative aux niveaux décrits ci-dessus n’est pasconstante et peut varier dans le temps, notammenten fonction du polluant considéré et descirconstances micro- et macro-météorologiques.

L’exemple d’un point situé en zone urbaine permetd’illustrer ces considérations. Les teneurs en CO etNO y sont, en fonction de la nature des sources(trafic), quasi exclusivement dépendantes decirconstances locales : intensité de la circulation,météo, etc. La situation est différente pour le SO2pour lequel on peut trouver des influences situéesaux différentes échelles. L’échelle locale avec, parexemple, le chauffage domestique, l’échellerégionale et l’échelle continentale avecd’importantes sources industrielles situées à desdistances plus ou moins grandes.

Les parts relatives de ces échelles serontdéterminées par l’importance des émissions desdifférentes sources et par les circonstancesmétéorologiques (température, inversions detempérature, direction et vitesse du vent).L’occurrence d’une augmentation importante de lapollution au point considéré peut être le résultat dephénomènes jouant sur une ou plusieurs échelles.Lors d’un des derniers épisodes de pollution élevéeen SO2 que nous ayons connu (janvier 1985), latempérature était faible, il y avait une inversion detempérature sur toute l’Europe de l’Ouest et un vent

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faible d’Est. Des modèles ont pu montrer quecertains jours, la teneur en SO2 à Liège pendantcette période était due pour 90 % au transport àlongue distance de masses d’air pollué, originairesde ce que l’on appelait à l’époque le triangle !

noir (frontières Allemagne, Pologne,Tchécoslovaquie), et ce, alors que les faiblestempératures entraînaient l’usage intensif duchauffage et que l’inversion de température étaitdéfavorable à la dispersion des polluants émis auniveau régional.

Figure 5 : Relations émissions et immissions

2.4. Paramètres influençant la pollution

2.4.1. Généralités

L’existence d’un polluant dans l’atmosphère estrythmée par cinq étapes (Figure 5) :

• son émission dans l’atmosphère;• sa dispersion et son transport par le vent;• ses interactions avec d’autres substances ou

radiations et éventuelles transformations, avecproduction d’une pollution secondaire;

• son interaction avec d’autres milieux, par dépôtou immission;

• ses effets sur les milieux récepteurs.

Il en résulte que les niveaux de pollution sontsurtout fonction du volume des émissions et desconditions météorologiques. En règle générale, lesconcentrations augmentent quand les émissions sontles plus importantes et diminuent avec l’apport d’air« frais ». Les concentrations peuvent varier trèsrapidement et de façon importante au cours d’unemême journée alors que les émissions ne fluctuentpas autant. Les variations d’émissions ne sont doncpas le facteur prépondérant pour les niveaux depollution mais plutôt les variations des conditionsmétéorologiques. Toutefois, on peut souvent établirune relation entre le profil des émissions et le profil

des concentrations sur des périodes courtes; c’estnotamment le cas pour les polluants liés à lacirculation automobile ou les maxima sont liés auxheures où le trafic est le plus intense.

Contrairement à un milieu comme l’eau,l’atmosphère n’a pas de « mémoire ». On entend parlà que les conditions de dispersion à un jour fixé nedépendent en rien des conditions de dispersion d’ily a six mois. L’atmosphère répond aux lois de laphysique mais le nombre de variables et lasensibilité de ces variables sont tels que soncomportement a souvent l’air de ne répondre àaucune règle. C’est pourquoi, les prévisionsmétéorologiques demandent des puissances decalcul énormes et qu’elles ne peuvent s’effectuer surde longues périodes.

2.4.2. Sources de pollution

Les sources de pollution sont nombreuses et denatures très diverses. Il existe plusieurs façons deles cataloguer selon :

• le secteur d’activité;• leur géométrie. On parle de sources ponctuelles

(comme une cheminée), de sources linéaires(comme le trafic d’une route) ou de sourcessurfaciques (comme une décharge).

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• la nature des polluants émis,• l’origine des émissions (naturelles ou

anthropiques).

Les sources naturelles sont nombreuses et diverses.Pour certains composés, la nature constitue même leprincipal émetteur. Les éruptions volcaniquesconstituent une source considérable et spectaculairede particules, de SO2, H2S ou méthane. Les feux deforêts ou de prairies rejettent des quantitésimportantes de CO2, CO, NOx, d’hydrocarbures,d’imbrûlés et des cendres. Les tempêtes depoussières entraînent des quantités énormes departicules. Les océans constituent une sourceconsidérable de particules sous forme de selsresponsables de la corrosion. Les plantes et lesarbres émettent d’importantes quantités decomposés organiques. Les processus de putréfactiondonnent du méthane. Certaines bactéries peuventrelâcher des produits azotés.

La multiplicité des sources anthropiques estégalement très grande. On peut les subdiviser enplusieurs secteurs :

• le secteur de l’énergie avec la productiond’électricité, le chauffage des habitations, …

• le secteur industriel• le secteur des transports• l’agriculture• le secteur des déchets (incinérateurs, CET)

2.4.3. Conditions météorologiques

2.4.3.1. Vent

Le vent est l’un des paramètres météorologiques lesplus importants pour le transport et la dispersion despolluants. En effet, un flux de polluants va subir,dès son entrée dans l’atmosphère, un transport dontla direction et la vitesse seront fonction de celles duvent, à l’instant considéré. La pollution seraemportée, en même temps que la masse d’air où ellepénètre, d’autant plus vite que la force du vent seraimportante, et ce, dans la direction imposée parcelui-ci. Par analogie, on peut comparer cela aumouvement d’un ballon.

Les direction et vitesse du vent sont la manifestationdu mouvement général de la masse d’air. Mais ausein de celle-ci règne une certaine turbulence qui estun facteur difficile à appréhender. C’est elle qui, parexemple, fait claquer un drapeau au vent ouprovoque un tourbillon de poussières. Elle est lamanifestation du déplacement aléatoire d’un volumed’air et agit sur un panache de pollution en ledispersant dans toutes les directions. La pollutionest dispersée d’autant plus vite que la turbulence estélevée.

Par analogie, si un groupe se trouve dans uncortège, sa vitesse et son déplacement généralseront ceux de l’itinéraire suivi (direction etvitesse). La vitesse des membres et la cohésion dugroupe seront influencées par les mouvements de lafoule et certains membres se trouveront isolés(turbulence).

La turbulence est le résultat de processusmécaniques complexes provoqués par desdifférences de température, mouvements etfrottements. La turbulence est proportionnelle à lavitesse du vent, compte tenu de l’existence deconstructions au sol, des différences de relief et dela capacité d’emmagasinement de la chaleur. Laturbulence minimum se rencontre au-dessus dessurfaces lisses et homogènes.

Taux d'émission de 3 unités de polluant par seconde

Vent 1 m/s

Vent 3 m/s

Distance parcourue par la pollution en m

1 2 3 4 5 6

Figure 6 : Dispersion de la pollution par le vent

2.4.3.2. Etat thermique

L’état de stabilité thermique de l’atmosphère estdéfini par rapport à une droite de variation detempérature théorique, celle d’un volume d’air quis’élève dans l’atmosphère stable et se détendlentement (à cause de la diminution de pression)sans échange de chaleur avec le milieu avoisinant,c’est le gradient adiabatique sec, aussi appelé droitede neutralité thermique ou neutre.

La température de l’air décroît au fur et à mesureque l’altitude augmente, à raison de +/- 10 degréspar km, à cause de la diminution de pressionrégnant dans l’air. Mais la variation de températureen fonction de l’altitude s’écarte le plus souvent decette situation. Deux cas peuvent être rencontrés :

− Cas n°1 : il s’agit d’une situation instable, si latempérature diminue plus vite que le neutre; unvolume d’air s’élevant aura tendance à être pluschaud que l’air avoisinant, donc plus léger, ettendra à accélérer de plus en plus. Il apparaît

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alors des phénomènes de courants verticaux(Figure 7).

− Cas n°2 : il s’agit d’une situation stable, si latempérature diminue moins vite que le neutre;un volume d’air s’élevant aura tendance à êtremoins chaud que l’air avoisinant, donc plus !

lourd, et tendra à ralentir ou à redescendre. Iln'apparaît alors pas de phénomènes de courantsverticaux.

Le cas limite est celui où la température augmenteavec l’altitude. C’est l’inversion de température.

altit

ude

Température

altit

ude

Température

Situation stable Situation instable

Neutre

Neutre

température observée

température observée

Figure 7 : Stabilité thermique.

2.4.3.3. Hauteur de la couche de mélange

La hauteur de la couche de mélange est la hauteurjusqu’à laquelle les polluants se mélangent. C’est unparamètre très important car le volume dedispersion augmente avec la hauteur de la couchede mélange.

2.4.3.4. Inversion de température

L’état d’inversion de température est caractérisé parune augmentation de température au fur et à mesureque l’altitude augmente. C’est un état thermiquestable que l’on observe généralement par tempsclair et ensoleillé.

Il est caractérisé par une altitude de début et de find’inversion (Figure 8). Lorsque le début coïncideavec le niveau du sol, l’altitude de fin coïncide avecla hauteur de la couche de mélange. En effet, c’estdans l’épaisseur de cette couche d’air stable que sedispersent les polluants émis. Si l’épaisseur estfaible, le volume d’air dans lequel les polluants sontdispersés l’est aussi, et de ce fait, les concentrationsrencontrées sont élevées. Il s’agit là de la situation

la plus propice aux épisodes de pollutionatmosphérique.

A la tombée de la nuit, l’air qui a une inertiethermique plus grande se maintient plus chaud quele sol qui se refroidit par rayonnement en mêmetemps que la fine couche d’air adjacente. Il seproduit une inversion thermique qui s’accentue aucours de la nuit et est maximale au matin. Quand lesoleil réapparaît, le sol se réchauffe ainsi que lacouche d’air qui le surplombe et l’inversion sebrise. Cependant, durant les jours courts de l’hiver,le refroidissement du sol est trop important etl’inversion peut se prolonger pendant plusieursjours. En été, une inversion peut également sedévelopper la nuit par temps clair mais disparaît dèsle matin. L’inversion se produit généralement partemps clair car sans couverture nuageuse, lerefroidissement du sol la nuit est plus important.Cette forme d’inversion est appelée inversion parrayonnement.

Il existe une autre forme d’inversion, appeléeinversion subsidiaire, qui se produit à grandeéchelle. Elle se produit quand une couche d’air

20

doux glisse au-dessus des couches froides au niveaudu sol. Lors de l’abaissement et la compression descouches d’air, les couches supérieures moins densesvont se comprimer plus fort que les couchesinférieures et donc s’échauffer plus, développantainsi le phénomène d’inversion.

A titre documentaire, la Figure 9 illustre lecomportement d’un panache de fumée en fonctionde la stabilité thermique et des inversions detempérature.

2.4.4. Précipitations, humidité et nuages

La pluie, la neige et les autres formes deprécipitations réalisent le lavage, l’absorption etl’entraînement vers le sol des polluantsatmosphériques de façon d’autant plus marquée quela durée et l’intensité de ces précipitations sontgrandes. On parle d’élimination des polluants pardépôts humides. L’atmosphère est donc plus pureaprès une période de pluies. Malheureusement, cequi est bon pour l’atmosphère, ne l’est pasnécessairement pour l’ensemble de l’environnementet les impuretés de l’atmosphère se retrouvent dansl’eau de pluie. Dans nos régions, comme lespolluants majoritaires ont un caractère acide, lapluie acquiert ce caractère acide ce qui peut avoirdes conséquences catastrophiques sur lesécosystèmes. Nous reviendrons plus tard sur laproblématique des pluies acides.

Parmi les polluants éliminés par les précipitations,les particules constituent un cas particulier en cesens que l’efficacité du lavage dépend de la taille deces particules, les plus volumineuses étant plusfacilement ramenées au sol. De plus, une fois le solmouillé, le vent ne remet plus en suspension lesparticules qui s’y sont déposées.

La pluie se montre également favorable à ladispersion des polluants, par le fait qu’elleprovoque le brassage de l’air et engendre parconséquent des turbulences et l’instabilité desbasses couches atmosphériques.

L’humidité de l’atmosphère joue un rôledéfavorable à la purification de l’atmosphère parceque la présence de vapeur d’eau freine la dispersiondes impuretés et que celles-ci peuvent réagir avecl’eau pour former des substances plus agressives.Ainsi, les oxydes de soufre peuvent donnernaissance à des brouillards d’acide sulfurique. Lesparticules présentes dans l’atmosphère servent denoyaux de condensation et on peut observer desbrouillards sans même avoir atteint le niveau desaturation. A Los Angeles, on a déjà enregistré despériodes de brouillard alors que l’humidité relativede l’air ne dépassait pas 70 %.

altit

ude

Température

Neutre

température observée

Hauteur de l'inversion

Figure 8 : Inversion de température

21

Neu

treTe

mpé

ratu

re ré

elle

Forme du panache de fuméeEvol

utio

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Figure 9 : Panaches de fumée

L’humidité intervient également dans les effets despolluants (détérioration des matériaux parcorrosion, augmentation de la sensibilité de certainsvégétaux avec l’humidité, …). Le taux d’humiditévarie avec le milieu (rural, urbain, ...), suite àdifférents facteurs (évapotranspiration des plantes,vapeur rejetée par les combustions d’origineanthropique, …).

Au contraire, une forte humidité de l’air peut jouerun rôle positif lors d’épisodes de pollutionphotochimique (smog d’été). En effet, les moléculesd’eau sont capables d’absorber une partie durayonnement ultraviolet du soleil et de diminuer lesphénomènes photochimiques.

L’existence d’un plafond compact et stagnant denuages à une altitude faible crée un espace fermédans lequel la dilution des polluants ne se produitplus dans des conditions satisfaisantes. Ces zones serencontrent surtout dans les régions nordiques etmontagneuses pendant les périodes froides del’année. En revanche, les nuages en mouvement quine couvrent que partiellement une région peuvententraîner les impuretés.

2.4.5. Facteurs topographiques et conditionsmicroclimatiques

2.4.5.1. Introduction

Le relief, la végétation, les constructions ainsi quela nature des matériaux qui recouvrent la surface dusol constituent une série de facteurs dont dépend ladiffusion des polluants, aussi bien directement quepar l’intermédiaire des facteurs météorologiques.Des conditions locales de vent peuvent sesuperposer aux conditions météorologiques à plusgrande échelle et peuvent même être prédominantesquand les conditions générales sont stables enmatière de transport des effluents.

Cette influence peut être de nature purementmécanique. Ainsi, un obstacle situé sur le chemind’un flux de gaz peut le dévier de sa route soitlatéralement soit verticalement. Il peut contribuer àla création de tourbillons après l’obstacle (Figure10). La formation d’une zone turbulente aprèsl’obstacle est favorisée par un vent fort et par unobstacle aux formes anguleuses. Dans cette cavitéturbulente, le mélange des gaz est intense. Lors dela construction d’une cheminée, il faut tenir compte

22

de cet effet et la cheminée doit être plus élevée queles bâtiments avoisinants sous peine de voir leseffluents être rabattus vers le sol.

Figure 10 : Influence du relief sur un flux de polluants

Dans une vallée profonde, les versants déterminentla direction des effluents d’une manière analogueaux courants d’eau. D’habitude, le déplacements’effectue vers l’aval, avec l’accumulation etstagnation des polluants dans les endroits dechangement de direction, de la même manière queles alluvions d’une rivière se déposent dans lesméandres.

La présence d’obstacles de relief autour d’une zoneindustrielle ou urbaine, située ainsi dans une zonede dépression, constitue un frein à la bonnedispersion des polluants. Les émissions s’effectuentdans un espace restreint et isolé du reste del’atmosphère. Malheureusement, c’est le cas denombreuses villes; les activités humaines ontsouvent tendance à se développer à proximité descours d’eau (voies de communication,approvisionnement en eau, …) et dans les vallées.Les villes connues pour leurs épisodes fréquents depollution sont le plus souvent dans des conditionstopographiques défavorables à la bonne dispersiondes polluants.

Les conditions locales de diffusion peuventégalement avoir une origine thermique. Ladifférence de température de la surface de deuxzones crée un mouvement des masses d’air.

2.4.5.2. Brise de mer et de terre

La brise de mer provient de la différence deréchauffement de la terre et d’une surface d’eausous l’action du soleil. Les radiations solaireschauffent l’eau sur une profondeur de quelquesmètres et son réchauffement est donc relativementlent. Par contre, seule la couche supérieure du sol seréchauffe sur une épaisseur de quelques centimètreset est comparativement plus rapide. C’est pourquoi,principalement par temps clair et en été, le sol seréchauffe plus vite que la mer et l’air au-dessus dela terre s’élève à une altitude de 100 à 200 mètres etest remplacé par l’air froid venant de la mer, créantune brise venant de la mer et allant vers la terre. La

pression atmosphérique est ainsi plus faible au-dessus du sol qu’au-dessus de la mer. Lemouvement est circulaire et en altitude, l’air va dela terre vers la mer. Les flux d’air dus auxconditions de pression à plus grande échellerenforceront ou, au contraire, annuleront ces effetslocaux. La force de la brise de mer est généralementune fonction de la différence de température entrel’air au-dessus de la terre et l’air au-dessus de lamer.

La nuit, le phénomène s’inverse car le sol serefroidit plus vite que l’eau et l’air se déplace de laterre vers la mer au niveau du sol et en senscontraire en altitude; c’est la brise de terre.Cependant, la différence de température est moinsmarquée que le jour et la force d’une brise de terreest inférieure à celle d’une brise de mer.

2.4.5.3. Vent de vallée ou de montagne

La topographie peut mener à des différencesd’ensoleillement et être à l’origine de phénomèneslocaux. Prenons l’exemple d’une montagne dont unversant est orienté au sud. Pendant la journée, le soléchauffe l’air qui tend à monter. Suite auréchauffement plus rapide du versant de la valléepar rapport à son centre, un courant d’air apparaîtet remonte la pente. Au sommet, l’air s’élèveverticalement puis se refroidit progressivementgénérant un mouvement circulaire des masses d’air.(Figure 11). Ce phénomène s’appelle le vent devallée.

Jour Nuit

Figure 11 : Effet de vallée

La nuit, le sol du versant se refroidit plus vite qu’aucentre de la vallée et l’air froid plus dense descenden suivant la pente. Pour compenser l’airdescendant, l’air qui est plus loin du versant et quiest légèrement plus chaud s’élève entraînant unmouvement circulaire. Si le phénomène se produitsur plusieurs versants, l’air froid peut ainsis’accumuler dans le fond de la vallée. Si une sourceest située dans la vallée, les fumées seront rabattuesvers la vallée.

Du fait de l’écoulement de l’air froid sur lesversants et du faible ensoleillement, la températureau niveau du fond de la vallée est inférieure à latempérature en altitude et une inversion thermiquepeut se développer au-dessus de la vallée

23

(Figure 12). Les polluants sont alors emprisonnésdans la vallée et on observe fréquemmentl’accumulation de brouillard qui maintient cettesituation défavorable car il forme alors un écran auxrayons du soleil qui ne peut réchauffer la valléealors que, la nuit, la chaleur irradie du brouillard(Figure 13).

Air froid

Air chaud - Couche d’inversion

AIR FROID

Figure 12 : Inversion thermique au-dessus d’une vallée

Brouillard(froid)

Brouillard(froid)

Jour Nuit

Radiation defaible longueur

d’onde

Radiation degrande longueur

d’onde

Température Température

Hau

teur

Hau

teur

Figure 13 : Brouillard et radiations solaires

L’effet des radiations solaires est différent selonl’orientation de la vallée. Dans une vallée orientéeest-ouest, un seul versant est chauffé de manièresignificative, le flan tournée vers le sud et onobservera un mouvement circulaire. Par contre, unevallée orientée nord-sud aura les deux versantschauffés à midi et on aura un mouvement d’air pourchaque paroi.

La direction du vent par rapport à l’orientation de lavallée influence grandement les vents de vallée. Unvent perpendiculaire tend à former des tourbillonset favorise les flux locaux. Au contraire, avec unvent parallèle, la superposition du vent et desmouvements locaux donnera naissance à unmouvement en hélice et, à l’extrême, si le vent estfort, les flux locaux seront éliminés et la valléenettoyée.

En Région wallonne, la vallée de la Meuse auniveau de la commune d’Engis rassemble lesconditions pour observer un effet de vallée. Cettevallée est relativement encaissée, 1 km de large etune dénivellation de 100 m, et comporte en son seinplusieurs unités polluantes. L’endroit est d’ailleursmondialement connu des spécialistes pour l’épisodecatastrophique de 1930 durant lequel on enregistraplusieurs centaines de malaises respiratoires et 63décès.

Le 1er décembre 1930, sous des conditionsanticycloniques, un brouillard se développa et

persista jusqu’au 5 décembre. Un mouvement d’airvenant de l’Est amena les fumées de la ville deLiège et des industries du sud-ouest. Une inversionde température se développa jusqu’une hauteur de90 m (à partir du sol), transformant la vallée en unesorte de tunnel contenant les cheminées desindustries locales qui n’excédaient pas les 60 m. Lebrouillard se refroidissait par irradiation par sapartie supérieure et se réchauffait au contact du sol,engendrant de faibles mouvements de convectionmélangeant les polluants et uniformisant latempérature suivant la hauteur.

Les premières pathologies furent enregistrées le 3décembre et semble être réparties uniformémentdans la vallée. Les 4 et 5 décembre, la situations’aggrava et on enregistra les premiers décèsprincipalement chez les personnes âgées qui avaientdes déficiences respiratoires ou cardiaques.Cependant, certaines de ces personnes connaissaientdéjà des problèmes avant l’épisode.

Il n’existe pas de mesures des polluants durant cetépisode mais, selon l’enquête, l’oxyde de soufre etles particules sont responsables de cette catastrophe,cependant certains auteurs suggèrent que lesfluorures ont probablement aussi joué un rôle.

Durant les 30 années précédant cette date fatidique,on n’enregistra des brouillards persistant plus detrois jours que cinq fois, toujours en hiver : en1901, 1911, 1917, 1919 et 1930. Il y eu quelquesplaintes pour problèmes respiratoires en 1911. En1917 et 1919, l’activité industrielle était alors faiblelors de ces conditions particulières.

A l’heure actuelle, la situation s’est grandementaméliorée grâce à la diminution des émissionspolluantes dans la région. La vallée d’Engis restetoutefois un point sensible mais est constammentsurveillée. Comme nous le verrons plus tard, l’effetde vallée se retrouve dans les profils journaliers decertains polluants, mesurés à la station du réseautélémétrique située à flanc de vallée.

2.4.5.4. Effet de cloche

En ville, des matériaux comme le béton, l’asphalteou l’acier s’échauffent rapidement sous l’effet dusoleil et ont une forte capacité à accumuler lachaleur comparativement à la végétation des zonesrurales. La température moyenne y est légèrementsupérieure que dans les campagnes avoisinantes.Cet effet est renforcé du fait de la dispersion dechaleur plus importante due au chauffage desnombreux bâtiments et de la présence de plus fortesconcentrations de gaz à effets de serre (CO2). L’airchaud s’élève et est remplacé par de l’air plus froidvenant des environs. Arrivé à une certaine altitude,

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l’air chaud se refroidit et redescend vers lesfaubourgs de la ville fermant ainsi le cycle. Cephénomène a lieu dans toutes les directions et lemouvement des masses d’air a une forme torique (lamême forme qu’une chambre à air). En anglais, onparle d’une forme de doughnut. Il existe ainsi unesorte de « bulle » d’air chaud au-dessus de la zoneurbaine (Figure 14).

Cette bulle limite les échanges avec les masses d’airadjacentes et les phénomènes de pollutionatmosphérique peuvent en être aggravés. Leséchanges entre les polluants produits dans la« bulle » et le reste de l’atmosphère sont ralentis, dufait de la différence de densité entre l’air chaud etl’air froid. Ceci empêche la dispersion despolluants, les niveaux de concentration ont tendanceà augmenter dans la « bulle », ce qui peut conduireà des phénomènes de smog localisés. En cas de ventfaible, une convection « cellulaire » s’établit dans labulle et les échanges avec l’atmosphère sont trèsfaibles. Si la vitesse du vent augmente, la turbulenceinduite au droit de la bulle crée une zone instable oùse produisent les échanges.

Figure 14 : Effet de cloche

2.4.5.5. Effet canyon

L’effet canyon est du même type, cependant ils’applique à l’échelle de la rue. Il apparaît lorsqueles bâtiments sont de hauteur importante par rapportà la largeur de la rue, en particulier si un seul cotéest ensoleillé et si le trajet est tortueux. Il s’instaurealors une circulation « cellulaire » qui ralentit leséchanges avec les couches supérieures et tend àaccumuler les polluants émis dans la rue.

2.4.5.6. Rugosité et nature du sol

La rugosité et le revêtement du sol influencentl’écoulement des flux gazeux, donc la turbulencedes masses d’air et par conséquent, la dispersiondes polluants. Un sol rugueux augmente laturbulence et stimule le dépôt des particules parcapture aérodynamique.

Le type de couverture du sol influence la quantitéde polluants éliminés par dépôt sec. La végétation

est considérée comme un obstacle qui retienttoujours les impuretés grâce à l’absorption et à laréaction entre les polluants et les plantesspécialement au niveau des feuilles. Les rideaux deverdure ont un rôle plus important que les autresobstacles, surtout lorsque les plantes possèdent uneriche couronne de feuilles.

Pour les particules, le revêtement joue également unrôle important sur l’érosion des sols ou la remise ensuspension des particules déposées.

Les étendues d’eau retiennent également lesimpuretés et ne permettent pas leur montéeultérieure dans l’atmosphère.

Le réchauffement des masses d’air dépend de lacouverture et la nature du sol. Deux zones de naturedifférente se réchaufferont à des vitesses différentessous l’action du soleil ou se refroidirontdifféremment la nuit. Il s’ensuit un mouvement d’airde la zone froide vers la zone chaude d’une manièreanalogue à la brise de mer ou de terre.

2.4.6. Dépôts

Les polluants émis dans l’atmosphère n’y restentpas éternellement et peuvent être éliminés soit parréaction chimique avec d’autres substances soit pardépôts. Parfois les deux phénomènes coexistent etun polluant se transforme avant d’être déposé sousune autre forme.

On distingue deux types de dépôts, les dépôts secssous forme de gaz ou de particules et les dépôtshumides.

Les dépôts secs ont lieu en l’absence de pluies. Lespolluants gazeux et les particules se déposent paradsorption, absorption ou réaction avec les surfacesqu’ils rencontrent comme les surfaces d’eau, lessols, la végétation ou tout autre obstacle. Les effetssur ces surfaces ne sont pas négligeables : corrosiondes métaux, détérioration des matériaux deconstruction (mécaniques et esthétiques),acidification du milieu, oxydation des matièresorganiques, …

Les polluants peuvent se retrouver dans lesprécipitations soit lors de la formation des nuages etgouttelettes de pluies soit par lavage de l’air aupassage de la pluie. On parle alors de retombées oudépôts humides; ce terme est étendu aux chutes deneige ou aux brouillards. Nous reviendrons sur cepoint au chapitre consacré au réseau pluies acides.

La plupart des polluants possèdent un caractèreacide et leur dépôt perturbe l’environnement avecde graves conséquences comme le dépérissement

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des forêts ou la disparition de la faune dans les lacset rivières. Les pays nordiques sont les plus touchéscar en hiver les polluants sont immobilisés dans lescouches de neige puis remis en circuit brusquementà la fonte des neiges sans que le pouvoir tampon desmilieux aquatiques ne puisse éviter un pic d’acidité.

Dans l’étude de la pollution atmosphérique, on alongtemps privilégié l’étude de la qualité de l’air,c’est-à-dire la concentration d’un polluant dans l’airsans se préoccuper de son devenir. Cette approcheétait guidée par un souci de santé publique. Tout aalors été réalisé pour disperser au maximum lespolluants afin de maintenir des concentrationsacceptables pour la santé; les industries se sontinstallées en dehors des zones d’habitats et se sontéquipées de hautes cheminées. Si les concentrationssont plus faibles, les quantités émises restentidentiques et touchent une surface plus grande. Laproblématique de l’acidification de l’environnementa montré la nécessité de développer des modèlespour estimer les dépôts et parler en terme de charge,c’est à dire de quantité de polluants par unité desurface plutôt que de concentrations. Dans le cadrede la convention sur la pollution atmosphériquetransfrontalière et à longue distance (Long-RangeTransbondary Air Pollution), l'objectif 2010 del'Union Européenne est de réduire de moitié lasuperficie des écosystèmes sensibles c'est-à-diredont les charges critiques étaient dépassées en 1990.La charge critique se définit comme la quantitémaximale de dépôts d'un ou de plusieurs polluants,en dessous de laquelle, sur base des connaissancesactuelles, aucun effet néfaste sur les différentsécosystèmes n'est susceptible de se produire.

2.5. Impact de la pollution atmosphérique

2.5.1. Impact sur la santé

2.5.1.1. Généralités

L’importance de la pollution de l’air pour la santédécoule du rôle primordial de l’air pour la vie. L’airest en contact intime et permanent avec les organesprofonds de l’organisme. Par l’intermédiaire desalvéoles, l’air et les polluants entrent en contactavec le sang qui les transporte dans toutl’organisme. L’homme ne peut s’arrêter de respirerplus d’une minute ou deux (5 à 10 minutes pour lesplongeurs). Il lui faut 20 000 à 30 000 litres par jouret la surface de contact des poumons d’un individuadulte atteint les 8000 cm². Bien qu’elle soitrelativement protégée par sa couche cornée, la peaupeut constituer une autre voie d’absorption surtoutsi les substances sont liposolubles car l’épiderme etle derme sont riches en graisses.

Du point de vue des effets nocifs sur l’homme, onpeut diviser les polluants en non-toxiques outoxiques, c’est dernière catégorie pouvant êtresubdivisée en :

• Irritants, substances qui affectent lesmuqueuses. C’est le cas de la plupart despolluants gazeux.

• Allergiques. L’allergie peut se présenter à desdoses très infimes de substances allergènes. Onsoupçonne certains polluants de favoriser ledéveloppement d’allergie. La pollution estsouvent montrée du doigt dans le nombrecroissant d’asthmatiques.

• Immunologiques. Certaines substancesmodifient les défenses immunologiques del’organisme et sa résistance aux infections.

• Infectieux. Indépendamment des polluantsanthropiques, l’air contient des agentspathogènes : bactéries, virus, spores, …

• Cancérigènes.

Dans le mécanisme d’action des substancestoxiques sur l’organisme, les spécialistes distinguentdeux phases :

• La toxicocinétique qui s’intéresse àl’absorption des toxiques, à leur voyage dans lecorps, à leur transformation éventuelle et à leurélimination. La réaction de l’homme estfonction de la quantité inhalée ou ingérée, de lafacilité de pénétration du polluant ainsi que dela vitesse de transformation et d’élimination. Letaux de pénétration d’un polluant dépend deson état physique, de sa forme chimique(ionique, métallique, …) et de l’état de lasurface de contact (les enfants sont moinsrésistants que les adultes). Les polluants sontfixés dans des organes différents selon leurnature et sont généralement éliminés par voieurinaire, par les selles ou par inhalation pourles substances les plus volatiles. Dansl’organisme, ils peuvent subir des« biotransformation » et les métabolites qui enrésultent se révèlent parfois plus toxiques queles substances de départ. Ainsi lebenzo(a)pyrène (HAP) est transformé par lefoie en un époxyde très réactif et cancérigène.

• La toxicodynamique qui étudie lesmécanismes d’action de ces substances. Latoxicité s’exerce sur des cibles moléculaires ausein d’un tissu ou d’un organe sensible. Cescibles peuvent être des protéines (notammentdes enzymes), des lipides (comme ceux quiconstituent les membranes cellulaires), desacides nucléiques, …

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Quand une substance altère le matériel génétique,les effets peuvent perturber la division cellulaire oula genèse des cellules sexuelles entraînant desmalformations congénitales. On parle alors d’effettératogène.

Parmi les substances cancérogènes, on comptediverses catégories :

• Les cancérogènes génotoxiques quiendommagent, directement ou parl’intermédiaire de leurs métabolites, les gènes.

• Les cancérogènes non génotoxiques quifavorisent l’action d’autres cancérogènesgénotoxiques, soit en augmentant le taux depénétration de ceux-ci, soit en accroissant laformation de leurs métabolites réactifs, soit enréduisant l’efficacité des systèmes dedétoxication ou de contrôle du développementdes cellules cancéreuses. Les dioxines,l’amiante ou encore certains herbicidesappartiendraient à cette famille.

Actuellement, les chercheurs sont préoccupés pardes substances qu’on appelle les « perturbateursendocriniens ». Ces substances agiraient sur lesystème endocrinien qui commande la productiondes hormones. Leurs soupçons se portentnotamment sur certains pesticides, herbicides,hydrocarbures ou dérivés chlorés. Cependant, on nesait encore rien du mode d’action de ces polluantset les études risquent d’être longues et ardues vu lesquantités infimes auxquelles réagit l’organisme.Toutefois, on observe déjà des effets dans le milieunaturel comme la perturbation de la reproduction decertaines espèces animales.

2.5.1.2. Substances toxiques et valeurs guides

Il existe trois façons d’étudier les effets despolluants sur l’organisme humains :

• Les études cliniques qui sont menées surl’homme. Des considérations éthiques limitentces recherches aux faibles niveaux d’expositionet aux polluants n’ayant pas d’effetsirréversibles, donc à la toxicité aiguë despolluants et non pas à leur toxicité chronique.L’avantage est que tous les paramètres peuventêtre contrôlés et reproductibles. On peutquantifier les effets physiologiques et l’état desanté du sujet est bien connu.

• Les études épidémiologiques. La force de cetteméthode réside dans le fait qu’on observe dansles conditions réelles de la vie (pasd’extrapolation) mais les difficultés pourquantifier la relation entre exposition et effetsen font sa principale faiblesse. Dans le futur, le

développement de biomarqueurs fourniront unemeilleure indication de la dose.

• Les études toxicologiques qui sont menées surdes animaux ou des tissus cellulaires. Leursavantages résident dans la rapidité del’acquisition de données mais posent leproblème de l’extrapolation au modèle humain.

C’est d’abord dans le cadre de la médecine dutravail qu’ont eu lieu les premières études sur leseffets des substances toxiques. Certains travailleurssont exposés à de fortes doses et on en connaîtrelativement bien les effets sur la santé, tout dumoins pour les polluants atmosphériques habituels.Par contre, il est plus difficile d'étudier les effets deces mêmes polluants sur la population. En effet, leslois de l'hygiène industrielle ne sont pas toujoursextrapolables aux faibles concentrations et il existesouvent des seuils, difficiles à déterminer, endessous desquels les effets sont différents ou toutsimplement inexistants.

Les effets toxiques, décrits tout au long de cerapport, sont souvent tirés d'études portant surl'hygiène industrielle et le lecteur ne doit pass'inquiéter outre mesure, car les concentrations au-delà desquelles apparaissent les premierssymptômes sont le plus souvent des milliers de foissupérieures aux concentrations rencontrées dansl'environnement.

Une deuxième difficulté, rencontrée dans l'étude deseffets sur la santé, réside dans le manque de recul :certaines maladies, comme les cancers,n'apparaissent qu'après 20 ou 30 ans d'exposition.

Il est également malaisé d'attribuer un effet sur lasanté à un polluant donné; ceci est particulièrementvalable pour les expositions aux métaux lourds, quise retrouvent souvent en association les uns avec lesautres. Il est parfois impossible d'attribuer un cancerà un polluant, quand d'autres causes peuvent êtretrouvées dans le mode de vie du malade(alimentation, tabagisme, …). Une réponse partiellepeut être apportée à la problématique des synergiesentre polluants en faisant appel à l'écotoxicologie,mais il reste alors l'hypothèse de l'extrapolation àl'être humain.

Une autre solution est le principe du moindrerisque; il consiste à dire que, si une substance esttoxique, il faut l'éviter dans l'environnement.Seulement, ce principe n'est pas toujours applicablecar certaines substances sont émises naturellementou d’autres sont simplement nécessaires à la vie,mais seulement en faibles quantités. C'est pourquoi,il faut édicter des normes et des valeurs guides, nonseulement réalistes, mais qui tiennent compte desréalités économiques (une norme visiblement trop

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stricte n'aura aucune chance d'être appliquée et nefera que discréditer les autorités responsables). Unenorme doit tenir compte à la fois des effets sur lasanté et des critères écologiques, économiques,sociologiques ou culturels; c'est pourquoi,l'établissement de normes correspond si souvent àun accouchement long et pénible.

L'Organisation Mondiale pour la Santé (OMS)fournit une série de valeurs guides sur le seul critèrede la santé, sans tenir compte des conditionsenvironnementales, économiques ou culturelles.Idéalement, ces valeurs guides devraient représenterle seuil au-dessous duquel il n'y un aucun effetobservé sur la santé dans l’état actuel desconnaissances scientifiques. Cependant, on fait ladistinction entre innocuité absolue et risqueacceptable, car, dans le premier cas, il faudraitconnaître en détail les relations en dose et réponsepour tous les individus, pour tous les types desources, pour tous les polluants et pour toutes lescombinaisons de ces polluants. De telles donnéessont rarement disponibles et le jugementscientifique est inévitable pour établir ces niveauxacceptables, laissant ainsi une part à la subjectivité.Ce risque acceptable est inégalement distribué dansles différentes couches de la population et onparlera alors de groupes à risques, pour lespersonnes plus sensibles. Les groupes à risqueshabituellement rencontrés sont les enfants en basâge dont le système respiratoire ne s’est pas encoreentièrement développé, les personnes âgées dont lesfonctions respiratoires et circulatoires sontamoindries et les personnes souffrant de maladiestelles qu'asthme, emphysème ou troublescardiaques.

2.5.1.3. Substances cancérigènes

Dans le cas de l'évaluation du caractèrecancérigène, l'OMS regroupe les substances en 3grands groupes : les substances dont le caractèrecancérigène est prouvé, les substances soupçonnéesd'être cancérigènes et les substances horsclassement (c'est dans cette dernière catégorie quese retrouvent les substances non-cancérigènes).

Le cancer est une maladie multicausale (pas decause unique) et aussi une maladie "stochastique"(qui semble frapper au hasard). Il est généralementimpossible de prévoir si un individu, exposé à uncancérigène donné, développera ou non un cancer.C'est seulement à l'échelle d'une population qu'onpeut voir le nombre total de cancers s'accroître avecla dose absorbée. Pour la plupart des scientifiques,une seule molécule cancérigène peut en principeentraîner une mutation dans l'ADN et initier uncancer. Il n'y aurait donc pas de seuil de toxicité, laprobabilité de cancer augmentant avec la dose

reçue. Cependant, certains scientifiques ont émisl'hypothèse que, pour des faibles doses, l'organismedispose d'enzymes capables de réparer les lésions etde briser le processus de cancérisation. Il existeraitdonc un seuil de toxicité pour de telles substances.Suivant le "principe de précaution", on part del'hypothèse qu'il n'existe pas de seuil et que pourtoutes substances cancérigènes, les valeurs guidesdoivent être nulles.

On définit l'excès de risque unitaire ("incrementalunit risk") comme étant le risque additionnel decancer pour une population, dont tous les individussont exposés depuis leur naissance et durant leur vieà une concentration de 1 µg/m³ du polluant dansl'air qu'ils respirent. On parle d'excès de risque parrapport au risque naturel de cancer dans unepopulation non exposée à ce facteur. Ainsi, pour lebenzène, ce facteur est égal 6.10-6, c'est-à-dire queparmi une population de 1.000.000 de personnesrespirant 1 µg/m³ de benzène pendant toute leur vie,on verra apparaître 6 leucémies supplémentaires.Cette unité permet de comparer le pouvoircancérigène des différents agents, et donne un outilobjectif dans le but d'établir des priorités dans lapolitique de lutte contre ces polluants.

Des scientifiques français ont calculé que lapollution par le benzène en milieu urbainprovoquerait un excès de 30 morts par leucémiepour la France. Ces chiffres résultent d'un modèlefondé sur des hypothèses, et non d'une observationréelle.

Pour calculer ce facteur de risque, on établit unerelation entre dose et excès de risque de cancer pourles fortes concentrations, à partir de résultatsd'études épidémiologiques menées sur destravailleurs (il est en effet plus aisé d'enquêter dansun milieu professionnel que dans la population engénéral : les expositions y sont plus contrastées,plus faciles à mesurer et plus élevées). Cetterelation est alors extrapolée pour les faibles doses,en considérant que les cancérigènes agissent sansseuil.

2.5.1.4. Odeurs

Indépendamment des nuisances qu’elles créent surla qualité de vie, les odeurs peuvent avoir des effetssur la santé : nausées, vomissements, maux de tête,respiration moins profonde, toux, perte de sommeilou d’appétit, irritation des yeux, du nez et de lagorge. La perte du bien-être peut conduire à del’irritation de l’humeur ou même à la dépression.Les effets des odeurs sont très difficiles à quantifier.Cependant, on a pu démontrer qualitativement desmodifications dans les fonctions respiratoires etcardiovasculaires. La difficulté est d’établir la

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relation entre la durée et l’intensité de l’odeur etl’amplitude de l’effet observé. De plus, laperception des odeurs est très personnelle et dépendde l’âge et des habitudes des gens. Ainsi, une odeursera perçue comme agréable par certains,nauséabonde par d’autres, alors que quelques-unsne percevront rien. Le côté agréable ou désagréableest une histoire de goût mais est également attachéeaux souvenirs personnels.

2.5.2. Impact sur l'environnement

2.5.2.1. Généralités

Si la santé constitue le premier dessein de l’étude dela pollution atmosphérique, on s'est égalementbeaucoup penché sur son impact surl'environnement en général et sur la faune et la floreen particulier. La pollution de l’atmosphère peutcontribuer à la disparition de certaines espèces ou,au contraire, en favoriser d'autres. Parfois, le milieus'adapte et des mutations apparaissent mais, le plussouvent, la biodiversité s'appauvrit. Certainsorganismes particulièrement sensibles (comme leslichens, les plants de tabac, …) sont d'ailleurssouvent utilisés comme indicateurs de pollution.

L’impact de la pollution sur l’environnementinfluence également la santé de l’homme. En effet,la nourriture est une voie possible d’ingestion desubstances toxiques. Certaines élémentss’accumulent dans les tissus des plantes ou desanimaux que nous mangeons. A titre d’exemple, onpeut citer la dioxine qu’on retrouve dans le lait desvaches qui peuvent être considérées à cet égardcomme des concentrateurs. Les récentes crises despoulets à la dioxine ou de la vache folle montrentque l’opinion publique commence seulement às’éveiller au problème des contaminations de lanourriture.

La pollution atmosphérique a également un impactéconomique par la perte de rendement agricolequ’elle peut causer. Parmi les effets les plus connus,citons les effets de l'ozone sur la végétation oul'acidification des pluies causées par les oxydes desoufre et d'azote.

2.5.2.2. Effets sur les animaux

Historiquement, les effets rencontrés chez lesanimaux coïncident avec les épisodes graves oùl’homme fut aussi touché : Londres (1852), Donora(1948), Poza Rica (1950) et Londres (1952). Dansl’accident de Poza Rica, sur le trajet des gaz, 100 %des canards sont morts et les autres animaux sontmorts à raison de 50 % (ovins, bovins, porcs, chienset volailles). Dans l’ensemble, on peut dire que lesanimaux ont payé un plus lourd tribut que l’homme.

Les effets sur les animaux sont nombreux; à titred’exemple, on peut citer les effets du fluor sur lebétail, les abeilles ou les vers à soie, l’acidificationdes milieux aquatiques par les pluies acides, lesintoxications par les métaux lourds des animaux etdes poissons, … La principale voie d’intoxicationdes animaux n’est pas la respiration mais plutôtl’ingestion d’une nourriture contaminée. Dans unpremier temps, les végétaux captent et stockent lescontaminants qui servent ensuite de nourriture auxherbivores qui sont eux-mêmes mangés par lescarnivores.

2.5.2.3. Effet sur la végétation

Les plantes souffrent de la pollution atmosphériquecomme n’importe quel être vivant. Depuis le siècledernier, on rapporte les dégâts causés par lapollution aux plantes situées aux alentours desgrandes unités de production. Dans beaucoup depays occidentaux, les industriels doivent mêmepayer des dédommagements pour les dégâts causés.

La première voie de pénétration des polluants estconstituée par les stomates de la plante. Lapénétration des polluants peut également seproduire par une vois indirecte du fait des dépôtsdans le sol ou du fait du lavage de l’atmosphère parles pluies. Les pluies acides peuvent avoir nonseulement des effets directs sur la plante maispeuvent également modifier les caractéristiques dusol sur lequel elles grandissent comme par exemplel’accroissement de la mobilité des métaux lourds enmilieu plus acide.

2.5.3. Impact sur les facteurs météorologiques

Nous ne reviendrons pas dans ce paragraphe surl’effet des gaz à effet de serre mais nousenvisagerons plutôt d’autres effets dont lesconséquences sont moins désastreuses maisbeaucoup plus immédiates.

L’accumulation de polluants dans l’atmosphère peutproduire des modifications des propriétés physiquesde l’atmosphère : température, humidité,précipitation, radiations, … Jusqu’à présent, cesphénomènes ont souvent été regardés sous l’anglede leurs effets locaux limités à certaines régionsintensément polluées où les modifications sontévidentes. Cependant, ces dernières décennies,l’attention des scientifiques (mais apparemment pasdes hommes politiques) est retenue par deschangements à l’échelle planétaire. L’effet de serren’est pas le seul en cause, la présence d’aérosoldans l’air pourrait réduire les radiations solaires deplus de 20 % dans les zones très polluées.

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La modification météorologique la plus évidente estl’accroissement du nombre de jours de brouillardau-dessus des localités fort polluées. On appelled’ailleurs ce brouillard smog qui est la contractionen anglais de smoke et fog. Ce phénomène entraîneune réduction de visibilité qui peut avoird’importantes conséquences sur le trafic, surl’éclairage public, …

La pollution peut aussi se traduire par uneaugmentation des précipitations au-dessus des zonesurbaines car les particules en suspension peuventservir de noyaux de condensation pour lesgouttelettes d’eau. Les gouttes de pluies sontsouvent plus petites.

La présence de polluants dans l’atmosphère peutprovoquer une diminution de la visibilité, laréduction des radiations solaires étant plus intensedans le domaine de la lumière visible et del’ultraviolet.

2.5.4. Impact sur les matériaux

Le premier effet visible de la pollution est lechangement d’aspect des matériaux; les bâtimentsnoircissent, certaines matières se décolorent, lespeintures se dégradent, les maisons doivent êtrenettoyées plus souvent, …

La dégradation des constructions constitue uneperte non seulement économique mais parfoiségalement une perte au niveau du patrimoine quis’est plus dégradé en quelques décennies qu’enquelques siècles. Ainsi, à Athènes, ville célèbrepour son passé mais aussi ville connaissant degraves problèmes de pollution, des mesures ont dûêtre prises pour sauvegarder des monumentsinestimables par leur valeur historique. Beaucoupde polluants ont un caractère acide et attaquent lesciments, les pierres calcaires et le marbre.

L’attaque des polluants sur les métaux se traduit parune augmentation de la corrosion. Un brouillardacide est un des phénomènes les plus agressifs.

Les matières organiques sont également victimes dedégradations. La peau, le papier, les textiles, lecaoutchouc et les plastiques peuvent être attaquéspar les polluants et subissent un durcissement, descraquelures, une réduction d’élasticité, la perte deleur brillant, de leur malléabilité, …

Si un polluant tel que le dioxyde de soufre joueplutôt par son caractère acide, d’autres polluantscomme l’ozone agiront plutôt par leur pouvoiroxydant parfois très puissant.

2.5.5. Impact sur la qualité de vie et sociologiqueLa pollution se traduit également par desdégradations du cadre de vie humain. C’estcertainement le sujet le plus délicat car pas toujoursfacile à objectiver. La population est bien plussensible à une nuisance perceptible que par desproblèmes de toxicité car elle a en une consciencedirecte. Si on pouvait supprimer les problèmes denuisances sonores, de poussières ou d’odeurs, il n’yaurait plus guère de plaintes auprès des servicescompétents.

La pollution atmosphérique a aussi desconséquences sociologiques. A l’heure actuelle oùles gens acceptent de multiples stress dans leur vieactive, paradoxalement, ils ne tolèrent plus aucunenuisance dans leur foyer et on voit la multiplicationde groupements de défense de quartier. Les gensveulent se conserver une espèce de bulle, de coconinviolable et on assiste au développement duphénomène appelé NIMBY (Not In My BackYard)alors que c’est notre mode de vie qui en estresponsable et que personne ou presque ne veutremettre en cause. Ce phénomène n’est pasparticulier à la pollution atmosphérique et concernetoute activité susceptible d’engendrer des nuisances.

2.5.6. Impact économique

Toutes les implications de la pollutionatmosphérique peuvent être traduites en termeséconomiques. Depuis l’évacuation des produitsdans l’atmosphère, en continuant par lesdestructions qu’ils provoquent (dégradation desbâtiments, détérioration des matériaux, …), lescoûts pour la santé ou les pertes de rendementagricole. Prévenir la pollution et ses effets constitueun autre aspect des conséquences économiques.Dépolluer peut coûter très cher aux entreprises etfausser le jeu de la concurrence par rapport auxsociétés installées dans des pays à la législationenvironnementale plus laxiste. La comparaisonentre les coûts causés par les dommages et les coûtsdes mesures de prévention plaide généralement enfaveur de ces derniers. Cependant, ces coûts ne sontpas supportés par les mêmes personnes. Les coûtsde dépollution sont à charge des entreprises alorsque les coûts que la pollution engendre sont le plussouvent supportés par la collectivité. Les autoritéspeuvent instaurer un système d’aides financières àla dépollution pour rétablir l’équilibre.

A l'heure actuelle, avant de prendre une décisionpolitique afin de réduire un polluant, on utilise desmodèles permettant d'estimer les différents coûtsdans le souci du meilleur compromis entre ces coûtsenvironnementaux et les coûts qu'engendre cetteréduction (investissements, perte decompétitivité, …). D’un point de vue éthique, il

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peut sembler immoral de mettre sur la balance desconsidérations de santé ou de sauvegarde dupatrimoine avec des considérations économiques.Cependant, ce calcul est nécessaire car au-delà d’uncertain seuil les coûts de dépollution ne fontqu’augmenter alors que le gain en coût pour lasociété n’évolue plus.

Il faut autant que possible concilier les intérêtsparticuliers des entreprises avec le bien commun.En réalité, le plus gros problème provient deséchelles de calcul différentes. Les entreprises neconnaissent pratiquement que le court terme carelles doivent rendre des comptes à leursactionnaires. Or, les dommages ne sont souventvisibles qu’à plus long terme. Pour concilier lesdeux, le développement économique doit tenircompte de l’environnement, c’est la notion dedéveloppement durable c’est-à-dire undéveloppement qui n’hypothèque pas lesgénérations futures. Malheureusement, cedéveloppement implique une certaine disciplinepour les pays industrialisés et reste un luxe pour lespays pauvres qui ne comprennent pas pourquoi ilsdevraient suivre des règles environnementales, alorsque les pays occidentaux se sont développés sansces contraintes. A l'heure où on ne parle plus que demondialisation de l'économie, la lutte pour laprotection de l'environnement doit se faire, auniveau international, non plus seulement parce quela pollution n'a pas de frontières, mais surtout afind'éviter des disparités au niveau économique quiseraient sources de tensions politiques et sociales.

Le véritable moteur des progrès reste l’opinionpublique car dans nos démocraties, quelles quesoient les opinions des dirigeants, aucun ne peut sepermettre de négliger cette opinion publique. Il enva de même pour les sociétés privées qui dépensentdes sommes colossales pour leur image de marque.

2.6. Evolution de la pollution atmosphérique enRégion wallonne

Les problèmes liés à la pollution atmosphériquesont devenus préoccupants quand, lors de larévolution industrielle, on est passé d'un système deproduction essentiellement artisanal à un système deproduction industriel et de masse. Ledéveloppement économique s'est accompagné d'unbesoin accru en matière énergétique et, seuls lescombustibles fossiles pouvaient y répondre, et plusparticulièrement le charbon. L'utilisation de cescombustibles a ainsi engendré un accroissement desquantités de polluants dans l'air.

La Wallonie était alors une région privilégiée et denombreuses industries se sont développées,principalement dans le sillon Sambre et Meuse. Puis

vint le déclin de ces industries pour de nombreusesraisons. La fermeture d'usines a certainement été undes premiers facteurs réduisant la pollutionatmosphérique pour certains polluants.

Les sources énergétiques ont également évolué et lecharbon a perdu la place qu'il occupait au profitd'autres combustibles comme les produits pétroliers.Suite aux chocs pétroliers des années 70, l'énergien'est plus apparue comme gratuite et inépuisable. Lebesoin s'est alors fait sentir pour diversifier lessources d'approvisionnement énergétique et surtoutpour réduire la facture énergétique par uneutilisation plus rationnelle. La diminution de la partdu charbon et les économies d'énergie constituentd'autres facteurs positifs dans la réduction decertaines pollutions.

L'économie de nos régions s'est égalementtransformée pour passer d'une économieessentiellement basée sur l'industrie lourde, àd'autres secteurs à plus haute valeur ajoutée et dontl'impact sur la pollution atmosphérique est différent.La part de polluants attribuables aux secteursindustriels est généralement à la baisse. Ainsi, lapollution engendrée par le dioxyde de soufre estbeaucoup moins préoccupante qu'il y a trente ans.Malheureusement, d'autres problèmes sont apparus,essentiellement liés à l'augmentation du besoin demobilité et l'augmentation conséquente du traficautomobile. Les sources dominantes, ainsi que lespolluants critiques, ont donc changé. Le plus connude ces "nouveaux" polluants est, sans conteste,l'ozone. La lutte contre ces polluants constitue unnouveau défi, certainement plus complexe que lalutte contre les pollutions industrielles car, ici, c'esttout notre mode de vie qui est peut être à remettreen cause.

Dans nos régions, le développement social a étésuivi d'une exigence croissante en matière de santéet de qualité de vie. Un premier réflexe de lapopulation, qui en avait maintenant les moyens, aété de fuir les grosses installations industrielles etles centres villes, pour aller habiter à la campagneavec, comme conséquence, un accroissement desbesoins de mobilité et de la pollution liée au trafic.On est ainsi arrivé à une situation paradoxale où lespollueurs des villes n'y habitent plus. Cependant,personne ne peut se mettre à l'abri de certainspolluants, tel que l'ozone (qui est d'ailleurs plusélevé en milieu rural); si bien que nous sommes tousconcernés par la pollution atmosphérique.

La situation que nous vivons en Europe occidentaleest identique à celle que vivent les Américainsdepuis des décennies, sans avoir pu y apporter unesolution valable. Dans les pays d'Europe de l'Est, lasituation change et la pollution liée à l'automobile

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commence à prendre de l'importance. A l'avenir, ilsera nécessaire de trouver des solutionstechnologiques diminuant les émissions liées autrafic (ce qui ne résout pas la problématique del'engorgement des villes) ou il faudra carrémentadapter notre manière de vivre. L'étude de laproblématique environnementale n'est plusseulement l'affaire des scientifiques et desindustriels, mais dépend avant tout de notrepolitique et de nos choix de société.

2.7. Aspects législatifs

2.7.1. Généralités

Il existe quantités de textes de lois destinés àdiminuer la pollution atmosphérique. Dans cettelutte, deux approches complémentaires sontpossibles :

• Limitation des émissions de polluants pardifférentes contraintes : normes de rejet àl'émission, obligation de contrôle desinstallations, réglementation de la qualitédes carburants (teneur en soufre, teneur enplomb, …). Ces textes ne seront pasabordés dans ce document.

• Normes pour la qualité de l'air.

L'élaboration de ces réglementations est unprocessus long et complexe, dans lequelinterviennent, non seulement des impératifs de santépublique et de protection de l'environnement, maisaussi des impératifs techniques et économiques.Actuellement, ce travail s'effectue principalementau niveau européen et les Etats Membres ont alorsl'obligation de traduire les directives en termes dedroit national ou régional (en Belgique,l'environnement est une compétence régionale,même si certains aspects, comme la réglementationdes produits, sont restés de la compétence duFédéral).

En plus de ces législations européennes, il existedifférentes conventions au niveau international surla pollution atmosphérique transfrontalière ou surdes polluants ayant un impact au niveau mondial,comme les gaz destructeurs de la couche d'ozonestratosphérique ou les gaz à effet de serre.

2.7.2. Directive cadre (96/62/CE)

Les législations en matières d'air sont nombreuses etnotre but n'est pas ici de les décrire; nous feronscependant une exception pour la directive cadre(directive 96/62/CE concernant l'évaluation et lagestion de la qualité de l'air ambiant du 27/09/96(JO L 396/55)). Au niveau européen, cette directivepose les bases de la limitation de la pollution par

l’approche des normes pour la qualité de l’air. Elleétablit un plan de travail pour les futures directives,appelées directives filles, en matière de qualité del'air.

Les objectifs de la directive cadre sont :

- définir et fixer des objectifs pour la qualitéde l'air, afin d’éviter, de prévenir ou deréduire les effets nocifs pour la santéhumaine ou pour l’environnement,

- évaluer la qualité de l'air dans les Etatsmembres sur base de méthodes et decritères communs,

- disposer d'informations et informer lepublic,

- maintenir la qualité de l'air quand elle estbonne et l'améliorer dans les autres cas.

La directive définit d'abord différents termes (valeurlimite, valeur cible, …).

Ensuite, elle demande aux Etats membres dedésigner les autorités compétentes et les organismeschargés :

- de la mise en œuvre de la directive,- de l’évaluation de la qualité de l’air,- de l’agrément des dispositifs de mesure,- d’assurer la qualité de la mesure par des

systèmes d’assurance qualité,- de réaliser l’analyse des méthodes

d’évaluation,- de coordonner les programmes communau-

taires d’assurance qualité.

Elle spécifie également un calendrier pourl'établissement des valeurs limites et les polluantsprioritaires :

- dioxyde de soufre, dioxyde d’azote,particules en suspension, plomb,

- ozone,- benzène et monoxyde de carbone,- hydrocarbures polycycliques aromatiques,

cadmium, arsenic, nickel et mercure.

Elle définit également les critères à prendre encompte pour fixer ces valeurs limites. Ces valeurslimites doivent être réexaminées pour tenir comptedes connaissances épidémiologiques etenvironnementales du moment. Lors del'établissement des valeurs limites, des critères etdes techniques doivent être déterminés (pointsd'échantillonnage, techniques de mesure,modélisation). La directive permet l'établissementde marges de dépassements temporaires de cesvaleurs limites, marges qui doivent se réduire selondes modalités prescrites.

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Les Etats Membres doivent au préalable faire descampagnes de mesures pour pouvoir disposer dedonnées permettant l'établissement des valeurslimites.La directive introduit et officialise l’utilisation demodélisation comme alternative à l’évaluation parla mesure. Selon les niveaux rencontrés, la méthoded’évaluation des niveaux (Figure 15) fait appel à :

- l'utilisation de techniques de mesure de laqualité de l'air, si on observe des dépassementsde la valeur limite ou si les valeurs sontsupérieures à un seuil (appelé seuild’évaluation maximal, égal de 60 à 70 % de lavaleur limite),

- l'utilisation d'une combinaison de techniques demesure et de modélisation, si la qualité de l'airse situe entre ce premier seuil et un secondseuil moins élevé (appelé seuil d’évaluationminimal, égal de 40 à 50 % de la valeurlimite),

- l'utilisation de modélisations ou d'estimationsobjectives, si la qualité de l'air est inférieure àce second seuil.

100 %

60 à 70 %

40 à 50 %

Valeur limite

Seuil d’évaluationmaximal

Mesures obligatoires

Mesures + modélisation

ModélisationSeuil d’éva luat ion

minimal

Figure 15 : Seuil d'évaluation maximal et minimal

Les Etats Membres doivent prendre les mesuresnécessaires pour assurer le respect des valeurslimites et établir des mesures à prendre en cas dedépassement, afin d'en réduire le risque et la durée(suspension des activités). Les Etats Membresdoivent dresser la liste des zones où existe un risquede dépassement et en informer la Commission.Dans les zones où les niveaux sont inférieurs auxvaleurs limites, les Etats Membres doiventmaintenir les niveaux de polluants en dessous desvaleurs limites et s’efforcer de préserver lameilleure qualité de l’air compatible avec undéveloppement durable.

La directive impose également une information à lapopulation (par les médias) en cas de dépassement(durée, niveaux enregistrés, …). Il existe égalementune obligation d'informer la Commission, nonseulement des dépassements, mais également desniveaux enregistrés, ainsi que des méthodesutilisées.

En cas de dépassement, les Etats Membres doiventjustifier les raisons de chaque cas et les plansd’action.2.7.3. Directive fille (1999/30/CE)

La directive 1999/30/CE du 22 avril 1999 (J.O. du29/06/1999) fixe des normes pour l’anhydridesulfureux (ou dioxyde de soufre), les oxydesd’azote, les particules en suspension (PM10) et leplomb. Il s’agit de la première des directives fillesprévues par la directive cadre.

Cette directive rappelle d’abord ses objectifs quisont identiques à ceux de la directive cadre maisappliqués aux polluants cités ci-dessus. Elle définitégalement toute une série de termes utilisés dans ladirective.

La directive fixe des valeurs limites, ainsi que desdates auxquelles ces valeurs doivent êtreobligatoirement respectées, les Etats membresdevant prendre les mesures nécessaires en cas dedépassements. Ce texte prévoit toutefois unepériode transitoire avec les marges de dépassementpermises (marge de dépassement : pourcentage dela valeur limite dont cette valeur peut être dépasséedans les conditions fixées par la directive). Cesmarges de dépassement ont pour but d’identifier leszones à problèmes et un dépassement de cettemarge implique l’élaboration d’un plan d’actionpour y remédier et pouvoir respecter la limite à ladate butoir. En cas de valeur inférieure à cettemarge mais néanmoins supérieure à la valeur limite,seule l’obligation d’information envers laCommission existe.

Pour le dioxyde de soufre et le dioxyde d’azote, ladirective fixe également les seuils d’alerteconformément à la directive cadre et lesinformations à communiquer au public en cas dedépassement de ces seuils d’alerte :

• date, heure et lieu du dépassement et raison siconnue,

• prévisions (évolution, cause, zonegéographique concernée, durée),

• type de population susceptible d’être affectéepar le dépassement,

• précautions à prendre par la population sensibleconcernée.

En permanence, les Etats ont aussi l’obligation defournir des informations actualisées au public et auxorganismes appropriés (organisme de protection del’environnement, association de consommateurs,organisme défendant les intérêts des populationssensibles et autres organismes de santé) au moyennotamment de la radio, de la presse, d’écransd’information ou de réseaux informatiques. Ces

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informations doivent être mises à jour,quotidiennement au minimum et idéalement toutesles heures, pour le SO2 et les NOx et tous les 3 moisdans le cas du plomb.

La directive énonce les seuils d’évaluationminimaux et maximaux, c’est-à-dire les niveauxfixant le choix de la méthode d’évaluation desconcentrations (mesure ou modélisation). Selon cesniveaux, une mesure et/ou une simple évaluationobjective (modélisation) seront utilisées pourdéterminer le niveau des polluants.

La directive définit les critères à prendre enconsidération pour déterminer l’emplacement despoints de mesure (macro-implantation), lesconditions de prélèvement (micro-implantation), lenombre minimal de points de prélèvement quand lesmesures sont nécessaires. Elle impose aux Etats defournir une justification des procédures de choix deces sites.

Dans les zones où mesures et modélisation sontpermises, la directive fixe le nombre de points demesure, ainsi que la résolution spatiale de lamodélisation. Dans ce cas, ainsi que dans le cas oùseule la modélisation suffit, la directive prévoit lesinformations à réunir (méthodes, sources desdonnées, description des résultats et desincertitudes, …).

Finalement, les méthodes de référence pourl’analyse sont définies, ainsi que les objectifs dequalité des résultats (précision, exactitude, nombrede données minimum et période minimale prise encompte). Il faut toutefois remarquer que la directivene prévoit pas encore de méthode de référence pourla modélisation.

Cette directive est déjà entrée en vigueur et les Etatsmembres doivent prendre les mesures législatives,réglementaires et administratives pour s’yconformer au plus tard pour le 19 juillet 2001. Acette date, les directives 80/779/CEE (dioxyde desoufre), 82/884/CEE (plomb) et 85/203/CEE serontabrogées en partie. Les valeurs limites prescritesdans ces anciennes directives resteront applicablesjusqu’à ce que les nouvelles valeurs limites soientapplicables (à chaque valeur est associée une datebutoir). Pour le 31 décembre 2003, la Commissiondevra présenter au Parlement européen et auConseil, un rapport concernant l’application decette directive et les résultats des recherches les plusrécentes en la matière (effets sur la santé, méthodede mesure, ...). La directive sera alorséventuellement réactualisée pour prendre en compteces nouvelles connaissances.

Actuellement, nous nous trouvons donc dans unepériode transitoire où il faut répondre aux valeurslimites des anciennes directives et aux valeurs de ladirective 1999/30/CE. Dans le présent rapport, nousvérifierons toujours le respect des normes imposéespar ces différentes directives. A ce propos, il fautremarquer que les exigences des nouvelles normessont plus sévères que les anciennes valeurs limites.Dans les anciennes directives, les valeurs limitesétaient formulées sous forme de centiles, alors quemaintenant on parle en terme de nombres dedépassements. La première formulation est plustechnique car elle fait appel à la distribution desconcentrations; par contre, le public comprendmieux la notion de dépassement. Certainsregretteront le choix d’un faible nombre dedépassements (ce qui correspond à un centile élevé)associés à une valeur élevée. Par exemple, pour ledioxyde de soufre, la directive ne tolère pas plus de3 jours de dépassement des 125 µg/m³, ce quireprésente moins de 1 % de l’année et exige un hautrendement des données pour ne pas rater unéventuel dépassement. Plus le centile est élevé etplus l’incertitude sera grande quand une partie desdonnées est absente. En effet, plus on se rapprochedu mode et moindre sera l’importance d’un troudans les données. C’est pour cette même raison quedes valeurs comme le minimum et le maximumdoivent être considérées avec beaucoup deprécautions. Le choix d’un centile moins élevé (plusgrand nombre de dépassements) mais avec unevaleur limite plus faible aurait été plus judicieux etplus correct car moins sujet aux incidents. Parcontre, l’impact psychologique sur l’opinionpublique est plus important avec un grand nombrede dépassements d’une faible valeur plutôt qu’unnombre moindre de dépassements d’une valeurélevée.

2.7.4. Arrêté du Gouvernement wallon du 23juin 2000

L’arrêté du Gouvernement wallon du 23 juin 2000(publié le 21 juillet 2000), relatif à l’évaluation et lagestion de la qualité de l’air ambiant, transcrit dansla législation wallonne les directives 96/62/CE et1999/30/CE.

Comme prévu dans la directive 96/62/CE (article3), cet arrêté organise les niveaux de compétence enmatière de gestion de la qualité de l’air pour laRégion wallonne (voir introduction). De plus, ildéfinit les modalités pour l’agrément deslaboratoires, méthodes, appareils et réseaux.

2.7.5. Directive fille (2000/69/CE)

La directive 2000/69/CE du 16 novembre 2000 etpubliée le 13 décembre édicte les valeurs limites

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pour le benzène et le monoxyde de carbone dansl’air ambiant. C’est la deuxième des directives filleset elle suit naturellement le même schéma que ladirective 1999/30/CE.

Nous détaillerons cette directive dans les chapitresrelatifs à ces deux polluants. Cependant, il fautnoter que la valeur limite pour le benzène (5 µg/m³en moyenne annuelle et date butoir 2010) estrelativement sévère. Toutefois la directive permetune prolongation de maximum 5 ans à condition dejustifier les raisons pour lesquelles il est difficiled’atteindre la valeur limite et dans ce laps de temps,la valeur limite ne peut pas dépasser les 10 µg/m³.

2.7.6. Autres polluants

La directive cadre prévoit des réglementations pourd’autres polluants, mais les directives filles s’yrapportant n’existent pas encore :

• pour l’ozone, le processus est dans sa phasefinale; le travail scientifique est terminé et lespropositions sont aux mains des politiciens. Ladirective devrait être publiée dans les prochainsmois.

• pour les autres éléments, des groupes de travailont été constitués pour élaborer despropositions de directives. Le groupe chargé del’étude de l’arsenic, du cadmium et du nickel adéjà rendu un premier rapport.

2.7.7. Echange d'informations

La décision du Conseil (97/101/CE, Exchange ofInformation) institue un échange réciproque desdonnées provenant des réseaux et des stationsmesurant la pollution de l'air. L'échange porte sur ladescription des réseaux et des stations, ainsi que surles mesures de qualité de l'air.

La Commission fait appel à l'Agence Européennepour l'Environnement (AEE) pour la mise en œuvrepratique de ce système.

La décision du Conseil définit les paramètres àfournir, les polluants concernés, ainsi que d'autresmodalités. Ces données sont intégrées dans une basede données; la Commission doit élaborer chaqueannée un rapport technique qui sera distribué auxdifférents Etats Membres. La décision prévoitl'accès au public de ces données.

Chaque pays doit désigner un ou plusieursorganismes pour la mise en œuvre de l'échange.

Cette décision actuellement est en cours de révision.

2.7.8 Droit à l'information

Actuellement, le principe de transparence prévautpour les données environnementales. La vérité estsouvent jugée préférable, car elle permet de coupercours aux rumeurs le plus souvent alarmistes. Ils'agit aussi d'un moyen pour faire pression sur lesautorités des Etats Membres, via leur opinionpublique. Ce principe est déjà d'application pourl'ozone (annonce des dépassements de 180 µg/m³)et est étendu aux autres polluants dans les directivesfilles.

Ce principe ne se limite pas aux mesures de qualitéde l'air mais est applicable à toutes les mesuresenvironnementales par le biais d'une directiveeuropéenne traduite en droit wallon :

"Le droit d'accès à l'information relative àl'environnement détenue par les autorités publiquesest assuré à toute personne physique ou morale,sans qu'elle soit obligée de faire valoir un intérêt."

Décret concernant la liberté d'accès des citoyens àl'information relative à l'environnement (M.B.11.10.1991)

2.8. Classification des stations

Afin de mieux comprendre les résultats d’unestation, il est utile de caractériser cette station et sonenvironnement. Selon la Décision du Conseil« Exchange of Information », les stations sontclassées selon les critères suivants :

• type de station (trafic, industriel ou defond);

• type de la zone (urbain, sub-urbain, rural);• caractérisation de la zone (résidentielle,

commerciale, industrielle, agricole,naturelle ou combinaison de plusieurs deces types).

De par nature, les stations de trafic sontcaractérisées par un fort gradient de concentrations,c’est-à-dire que les concentrations varient fortementselon l’endroit. Pour qualifier de telles stations, ilfaut encore spécifier le type de la rue (large, étroite,en canyon, ...) et la quantité de véhicules passantpar cette rue.

Les stations industrielles sont directement sousl’influence d’une ou plusieurs sources spécifiques

On entend par station de fond, une stationreprésentative d’une large zone. Cette station peutêtre rurale, urbaine ou sub-urbaine. Selon l’échellespatiale, on distingue encore, dans les stationsrurales :

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• les stations proches des villes (situées à unedistance de 3 à 10 km de toute sourceimportante);

• les stations régionales (situées à une distancede 10 à 50 km de toute source importante);

• les stations isolées (« remote station »),situées à une distance minimale de 50 km detoute source importante.

Pour ces stations rurales, il existe également descritères pour les sources moins importantes depollution, telles que les routes ou le chauffagedomestique. Il existe aussi des contraintes liées auxconditions climatiques et à la topographie des lieux(pas d’effet de vallée, de brise de mer ou d’écranvégétal). Ces critères sont moins sévères pour lesstations proches des villes et plus stricts pour lesstations isolées.

Le critère de base de cette classification est lareprésentativité pour une certaine zone autour de lastation. Pour les stations de trafic, elle peut être del’ordre de quelques dizaines de mètres, tandis quepour les stations isolées, elle peut aller jusqu'àplusieurs centaines de kilomètres. En pratique, detelles déterminations sont rares et nécessitent, soitde nombreuses mesures aux alentours de la station,soit des calculs par une modélisation basée sur uneconnaissance approfondie des émissions. Enpratique, il est souvent fait appel à l’expérience et àla connaissance de terrain du scientifique.

Un problème posé par cette classification est qu’ellene prend pas en compte la nature du polluantmesuré. Suivant les substances, les échellesspatiales sont différentes. Ainsi, une station métauxlourds pourra être considérée comme une station detrafic pour la mesure du plomb et comme unestation de fond urbaine pour les autres métauxlourds.

2.9. Traitements des données

2.9.1. Paramètres statistiques et conventions

La pollution atmosphérique dépend d’un grandnombre de paramètres et au cours d’une mêmejournée, les teneurs en polluants peuvent varierfortement. Les concentrations mesurées secaractérisent par une très grande variabilité. Aussi,pour étudier correctement un site, il faut accumulerun grand nombre de données réparties sur unepériode suffisamment longue pour s’affranchir decirconstances particulières qui ne reflèteraient pas lasituation globale, comme, par exemple, un étéparticulièrement ensoleillé. Il est égalementnécessaire en cas de mesure sur des périodes pluscourtes de signaler les conditions météorologiquesrencontrées lors de l’échantillonnage et d’autant que

possible multiplier les échantillons dans desconditions climatiques différentes. Naturellement,pour pouvoir comparer valablement tous ceschiffres, il faut s’assurer une grande fiabilité desdonnées par un système d’assurance qualité et éviterle biais introduit par la méthode de mesure, commela dérive d’un moniteur.

Pour traduire et synthétiser la masse d’informationsrécoltées, il est nécessaire d’utiliser les outilsstatistiques. Si on trace une courbe reprenant larépartition des fréquences des concentrations, onobtient généralement une courbe se rapprochantd’une distribution log-normale, c’est-à-dire que lelogarithme des concentrations suit une loi dedistribution, appelée en statistique loi normale. Unedistribution normale se présente sous la forme d’unecourbe en forme de cloche, symétrique par rapport àla moyenne (courbe de Gauss). Dans unedistribution log-normale, la courbe de distributionn’est plus symétrique et comporte une déviationvers les valeurs de concentrations élevées.

Si la distribution était purement log-normale, ilsuffirait de deux paramètres statistiques pourdécrire totalement la distribution desconcentrations : la moyenne géométrique et ladéviation standard géométrique (ces deuxparamètres se calculent à partir des logarithmes desmesures). Malheureusement, la distribution réellemontre des écarts par rapport à cette loi et il estnécessaire de caractériser la courbe de répartitionpar un plus grand nombre de paramètres :

• la moyenne arithmétique : somme des valeursmesurées, divisée par le nombre de valeurs;

• la médiane : valeur telle que la moitié desmesures lui soit inférieure (et par conséquentl’autre moitié pas);

• Les centiles, appelés parfois percentiles, notésPxx : valeurs telles que xx % des mesures leursoient inférieures (et par conséquent (100 - xx)les dépassent). Ainsi, dans le cas de valeursjournalières, le centile 98 est la valeur qui n’estdépassée que durant 7 jours. On utilisera dans cerapport les P90, P95 et P98; remarquons que lamédiane est en fait un P50. Pour calculer lespercentiles, on applique la méthode suivante :

1) tri des n données par ordre croissant :X1 < X2 < … < Xk < … Xn-1 < Xn

2) le percentile Z est la valeur du kième

élément avec k = Z* n / 100, la valeurde k ainsi obtenue étant arrondie aunombre entier le plus proche.

Généralement, on observe que la médiane estinférieure à la moyenne, ce qui traduit la déviationvers les valeurs élevées de concentrations.

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Les normes et les valeurs guides de qualité de l’airsont le plus souvent exprimées en terme demoyennes ou centiles. Cependant, dans les dernièresdirectives européennes, on parle plutôt d’une valeurlimite à ne pas dépasser plus d’un certain nombre defois par an. En réalité, il ne s’agit que d’une autreformulation d’un même paramètre. Ainsi, pour leSO2, on ne peut tolérer plus de 24 dépassements desvaleurs horaires ce qui correspond en fait à unpercentile 99,7.

Les normes ou valeurs guides sont formulées parrapport à une période continue. Dans ce rapport,nous avons choisit de ne calculer les paramètresstatistiques que si le nombre de données estsuffisant, par rapport à la période considérée; ainsinous avons adopté les conventions suivantes :

− si moins de 50 % des données sont valides,les statistiques ne sont pas reprises(caractère *), mais le nombre de donnéesdisponibles est inscrit;

− si plus de 75 % des données sont valides,les statistiques sont écrites en caractèresnormaux;

− entre 50 et 75 %, les statistiques sonttranscrites, mais en italique et entreparenthèses;

− si le paramètre n’est pas mesuré à cettestation, on indiquera le signe /.

Si, lors des calculs, on rencontre des mesuresinférieures aux limites de détection de la méthode,la valeur prise en compte dans les calculs est égaleaux 2/3 de cette limite de détection. Si le résultatd’un calcul est inférieur à cette limite de détection,on notera LD.

Ces précautions sont utiles mais pas suffisantes. Ilreste pertinent d’examiner l’ensemble des donnéeset de comparer différentes stations. Tout au long dece rapport, nous ne manquerons pas de commenterles résultats et de signaler toute anomalie comme,par exemple, une absence de données pendant unépisode de pollution.

Citons encore quelques conventions utilisées dansce rapport :

• Les évolutions à long terme sont tracées sur basedes moyennes mensuelles (ou par période, pourles poussières sédimentables). La moyenneglissante est alors calculée sur un an, soit 12mois (ou 13 périodes).

• Les évolutions des paramètres statistiques serapportent à la période imposée par les normes(par exemple pour le plomb, on utilisera lesévolutions des statistiques journalières).

2.9.2. Unités

Les unités dépendent du type de polluant; ainsi pourles gaz ou les particules en suspension, on exprimela concentration en unité de masse par unité devolume, soit le plus souvent des µg/m³ (µg =microgramme, soit un millionième de gramme).

Pour les hydrocarbures totaux dont la compositionexacte est inconnue, on préfère utiliser les rapportsvolumiques en ppm (part par million, soit 1 m³ degaz pour 1 000 000 m³ d’air).

Pour les retombées, il s’agit de mesurer un dépôt dematière sur une surface donnée en un temps donné.Les résultats s’expriment alors en mg/m².j (parfoisen µg/m².j). Pour les retombées humides, les ionspolyatomiques sont exprimés par rapport à la massede leur atome central (par exemple SO4

= exprimé eng [S]/m².jour de pluie).

2.9.3. Indice de la qualité de l’air

La définition d’un indice de qualité de l’air résultede la volonté de rendre l’information accessible auplus grand nombre sans entrer dans desconsidérations scientifiques parfois complexes. Cetindice est une appréciation qualitative de la qualitéde l’air qui a peu de valeur scientifique. En effet,il synthétise en un seul paramètre les résultats pourdes polluants dont les effets sur la santé peuventêtre très différents et définit la qualité de l’air parrapport au polluant pour lequel la situation est laplus mauvaise. On compare donc des choses trèsdifférentes et il ne faut en aucun cas commencerà établir des statistiques sur ces indices. Lesindices ne remplacent en aucun cas les rapports etles interprétations doivent toujours s’effectuer àpartir des données.

Il existe plusieurs façons de définir ces indices.Dans ce document, nous utiliserons les indices telsqu’ils sont publiés quotidiennement pour laBelgique sur le site Internet de la CelluleInterrégionale pour l’Environnement (CELINE,http://www.irceline.be). Deux indices sont calculésquotidiennement pour chaque région : l’indicegénéral de qualité, valable pour l’entièreté duterritoire de la Région, et l’indice urbain de qualitéqui concerne les centres urbains des grandes villesde la Région. Nous ne saurions que trop conseiller àtoute personne désireuse d’obtenir une informationsimple de consulter ce site.

Ces indices sont basés sur les teneurs en ozone,dioxyde d’azote, dioxyde de soufre et les particulesPM10. Ils ne tiennent donc pas compte descomposés en métaux lourds ou organiques dont leseffets résultent plutôt (mais pas toujours) d’une

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exposition à long terme. Les indices portent doncsur les principaux polluants irritants. Pour chacundes polluants, on définit une échelle deconcentrations pour calculer un sous-indice. Leséchelles de concentrations pour SO2, NO2 et PM10sont basées sur la directive 1999/30/CE. Enfonction du nombre de dépassements autorisés, lesnouvelles valeurs limites correspondent à desvaleurs d’indices de 6, 7 ou 8. Les autres degrés del’échelle ont été choisis en fonction de ladistribution des concentrations mesurées en 1997,1998 et 1999 dans les réseaux des trois Régions(Tableau 2). L’indice de qualité est alorsdéterminé comme étant le sous-indice le plus !

élevé, donc la qualité la plus médiocre. Si l’un dessous-indices manque, l’indice global n’est pascalculé et il faut au minimum 50 % de donnéesvalides pour calculer un sous-indice. Dans cerapport, nous n’utiliserons que les sous-indices pourjustement éviter de mélanger des notionsdifférentes. Dans la première partie du rapport(analyse par polluant), nous nous réfèrerons auTableau 2 pour établir une répartition des joursselon les catégories définies pour les sous-indices,station par station, la définition d’un indice uniquepour toute la Région étant une notion tropréductrice qui ne traduit pas les différences locales.

Polluant (µg/m³)

SO2Moy.24 h 0 →15 → 30 → 45 → 60 → 80 → 100 → 125 → 165 → 250 >250

NO2 Max. 1 h 0 → 25 → 45 → 60 → 80 → 110 → 150 → 200 → 270 → 400 >400

O3 Max 8 h 0 → 30 → 45 → 60 → 80 → 100 → 120 → 150 → 200 → 270 >270

PM10 Moy.24 h 0 → 10 → 20 → 30 → 40 → 50 → 70 → 100 → 150 → 200 >200

Indice 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Appréciation Excellent Très bon Bon Assez bon Moyen Médiocre Trèsmédiocre Mauvais Très

mauvais Exécrable

Tableau 2 : Définition des indices de pollution

2.10. Données météorologiques

Certaines stations du réseau télémétrique sontéquipées de mâts munis de capteurs permettant lamesure de paramètres météorologiques. Notre rôlen’est pas d’étudier les phénomènes météorologiquesen détail car nous n’en avons ni les moyens, ni lescompétences mais ces mesures font partie de lapanoplie des facteurs utiles à la compréhension dela dispersion des polluants atmosphériques. Lesparamètres mesurés sont :

• la vitesse du vent;• la direction du vent;• la température;• le gradient de température (entre 30 m et

3 m);• le point de rosée (ou l'humidité relative);• les précipitations;• la pression atmosphérique.

Les différents capteurs se situent généralement àune altitude de 30 m (par rapport au sol). Cesstations sont situées dans les agglomérations deCharleroi (2 stations) ou de Liège (5 stations) etdans les Ardennes (une station à Sainte-Ode);l’emplacement des mâts a été choisi dans le but demesurer les conditions locales de dispersion. Leplus grand nombre de stations en région liégeoise

s’explique par le fait que la vallée induit desconditions météorologiques locales et on remarquede nettes différences entre les stations situées dansla vallée de la Meuse (comme la station du Palaisdes Congrès, TMLG03) et la station située sur lacolline de Cointe (TMSG02).

Il est dès lors difficile de vouloir extrapoler cesdonnées au niveau régional; néanmoins, nous avonsrepris sur la Carte 1, les roses de vents pourquelques stations de la Région wallonne, afin depermettre au lecteur d’avoir une idée des directionsdes vents dominants.

On remarque que, sauf dans des conditions detopographie particulière, les vents dominants sontgénéralement situés dans un axe Sud-Ouest Nord-Est. Les vents venants de secteur Ouest (Sud-Ouestà Nord-Ouest) proviennent de l’océan atlantique etamènent un air peu pollué. De plus, ils sontgénéralement assez fort, assurant une bonnedilution. Au contraire, les vents de secteur Est (Sud-Est à Nord-Est) proviennent du continent et apporteun air déjà chargé en polluants.

Les déplacements des masses d’air sont guidés parles différences de pressions atmosphériques. Dansles zones de basse pression (ou cyclone), sousl’effet de la rotation de la terre, les masses d’air

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tournent dans le sens anti-horlogique et, dans nosrégions, le vent sera de secteur Ouest. Au contraire,dans les conditions de haute pression ouanticycloniques, la rotation s’effectuera dans le senshorlogique et les vents seront plutôt de secteur Est.

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Carte 1 : Roses de direction du vent

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