Fiche de révision : Pollution atmosphérique : définitions et enjeux

📋 Plan du Cours

1. Définitions de la pollution atmosphérique
2. Sources de pollution et particules fines
3. Soufre atmosphérique et effets
4. Oxydes d’azote et smog photochimique
5. Oxydes de carbone et intensité carbone
6. Hydrocarbures aromatiques et COV
7. Pesticides, dioxines et métaux lourds
8. Normes de qualité et performances
9. Corrections à l’oxygène et moyennes temporelles
10. Impacts sanitaires et économiques

📖 1. Définitions de la pollution atmosphérique

🔑 Notions clés & Définitions

• Pollution atmosphérique : La pollution atmosphérique est toute modification de l’air qui introduit une ou plusieurs substances dangereuses pour la santé humaine, l’environnement ou l’usage possible du milieu.
• Émission : Une émission est toute substance solide, liquide ou gazeuse introduite dans l’atmosphère et susceptible de provoquer une pollution de l’air.
• Polluant atmosphérique : Un polluant atmosphérique est toute substance présente dans l’air pouvant produire des effets dangereux pour la santé humaine ou l’environnement.
• Polluants primaires : Les polluants primaires sont émis directement dans l’atmosphère par des sources humaines et naturelles.
• Polluants secondaires : Les polluants secondaires proviennent de transformations chimico-physiques de polluants primaires.

📝 Points essentiels

• La pollution inclut aussi des modifications qui compromettent les usages de l’environnement.
• Les polluants primaires regroupent des gaz comme SOx, H2S, NOx, NH3, HC, CO, IPA, VOC, HCl, HF, CFC.
• Les polluants secondaires listés comprennent O3, NO2, HNO3 et H2SO4.

📖 2. Sources de pollution et particules fines

🔑 Notions clés & Définitions

• Sources ponctuelles : Les sources ponctuelles sont concentrées en un point, comme les centrales thermiques et certains procédés industriels.
• Sources linéaires : Les sources linéaires correspondent à des infrastructures de transport comme routes/rails, navires et aviation.
• Sources diffuses : Les sources diffuses regroupent des apports à l’échelle d’une zone, comme chauffage domestique ou agriculture intensive.
• PM10 : PM10 désigne la fraction particulaire dont le diamètre équivalent est au plus 10 µm.
• PM2.5 : PM2.5 désigne la fraction particulaire dont le diamètre équivalent est au plus 2,5 µm.

📝 Points essentiels

• Les sources peuvent aussi être classées en émissions primaires et en transformations secondaires.
• PM10 signifie diamètre équivalent ≤ 10 µm et PM2.5 diamètre équivalent ≤ 2,5 µm.
• Les particules plus petites sont associées à des risques plus graves pour la santé.

📖 3. Soufre atmosphérique et effets

🔑 Notions clés & Définitions

• Dioxyde de soufre : Le dioxyde de soufre (SO2) est le polluant soufré principal formé notamment lors de la combustion de combustibles soufrés.
• Sulfure d’hydrogène : Le sulfure d’hydrogène (H2S) est un composé soufré qui peut agir comme asphyxiant.
• Acidification des pluies : L’acidification des milieux est un effet lié à la formation d’espèces acides, notamment via la production d’H2SO4.
• Pluies acides : Les pluies acides correspondent à la retombée de composés acidifiants produits à partir de composés soufrés atmosphériques.
• Sulfocarbonisme : Le sulfocarbonisme est mentionné comme effet chronique lié à l’exposition au CS2.

📝 Points essentiels

• Les principaux composés soufrés listés comprennent SO2, COS, CS2, H2S et (CH3)2SO4.
• Le SO2 est un produit typique de la combustion de charbon soufré.
• Les pluies acides peuvent acidifier les eaux, affecter poissons et végétation et favoriser le lessivage des nutriments.
• H2S est associé à la mort de poissons et à une agressivité envers certains matériaux calcareux.

📖 4. Oxydes d’azote et smog photochimique

🔑 Notions clés & Définitions

• NOx : NOx regroupe des composés d’azote, en particulier l’oxyde nitrique (NO) et le dioxyde d’azote (NO2).
• Acide nitrique : L’acide nitrique (HNO3) est un polluant azoté formé via la solubilisation et la transformation en phase aqueuse.
• Smog photochimique : Le smog photochimique est lié à la formation troposphérique d’ozone et d’autres espèces oxydantes comme le PAN.
• Ozone troposphérique : L’ozone troposphérique (O3) est un polluant secondaire irritant produisant des dommages oxydatifs.
• PAN : Le peroxyacétylnitrate (PAN) est une espèce du smog photochimique citée pour ses effets irritants.

📝 Points essentiels

• Les sources anthropiques principales des NOx listées sont la combustion et le trafic.
• La formation d’acide nitrique est associée à la solubilisation dans l’eau et conduit à des pluies acides.
• NO2 irrite les yeux, le nez et la gorge et peut provoquer toux et maux de tête.
• O3 produit des dommages oxydatifs des tissus cutanés, des muqueuses et des poumons.
• Le PAN a des effets irritants et l’ozone peut causer chlorose et blocage de la photosynthèse.

📖 5. Oxydes de carbone et intensité carbone

🔑 Notions clés & Définitions

• Monoxyde de carbone : Le monoxyde de carbone (CO) est formé lors d’une combustion incomplète par manque d’oxygène.
• Dioxyde de carbone : Le dioxyde de carbone (CO2) est produit lors d’une combustion complète avec excès d’oxygène.
• Intensité carbone du carburant : L’intensité carbone d’un carburant est la quantité de carbone émise rapportée au contenu énergétique du carburant.
• Intensité carbone d’un procédé : L’intensité carbone d’un procédé est la quantité de carbone émise rapportée à l’énergie délivrée par le procédé.
• Carboxyhémoglobine : La carboxyhémoglobine (HbCO) est la forme de l’hémoglobine qui se fixe au CO en concurrence avec l’oxygène.

📝 Points essentiels

• CO2 provient de la combustion complète avec la réaction 2C + 2O2 → 2CO2.
• CO provient de la combustion incomplète avec la réaction 2C + O2 → 2CO.
• CO est fortement toxique car il se fixe à l’hémoglobine et empêche l’oxygénation des tissus.
• Le CO a un coefficient d’affinité sur l’hémoglobine 210 fois supérieur à celui de l’oxygène.

📖 6. Hydrocarbures aromatiques et COV

🔑 Notions clés & Définitions

• COV : Les composés organiques volatils (COV) sont une grande classe de substances organiques à faible pression de vapeur émises dans l’air.
• Hydrocarbures aromatiques polycycliques : Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (PAH) sont des polluants organiques cités comme cancérogènes et adsorbables sur les particules.
• Benzopyrène : Le benzopyrène est un PAH listé parmi les polluants associés au risque tumoral.
• Benzoanthracène : Le benzoanthracène est un PAH listé parmi les composés pouvant contribuer à des effets cancérogènes.
• Perchloroéthylène : Le perchloroéthylène, aussi noté tétrachloroéthylène (Perc), est cité dans les COV halogénés.

📝 Points essentiels

• Les PAH les plus impliqués dans la génération de tumeurs seraient ceux ayant 3 à 7 cycles aromatiques.
• Les PAH sont bio-persistants et peuvent s’accumuler dans les tissus lipidiques des poissons, puis via la chaîne trophique.
• Les COV peuvent irriter les voies respiratoires et les yeux et contribuer à l’asthme et à la bronchite.
• Les COV sont associés aussi à des cancers (peau, poumons, appareil digestif) et à des leucémies.
• Les COV s’adsorbent facilement sur PM2.5 et PM10.

📖 7. Pesticides, dioxines et métaux lourds

🔑 Notions clés & Définitions

• Dioxines : Les dioxines (PCDD) sont des polluants persistants décrits comme cancérogènes et tératogènes pour l’humain.
• Furanes : Les furanes (PCDF) sont des polluants persistants avec des effets décrits similaires à ceux des dioxines.
• PCB : Les PCB (polychlorobiphényles) sont des polluants persistants à toxicité proche de celle des dioxines, pouvant perturber des systèmes biologiques.
• Métaux lourds : Les métaux lourds cités (Pb, Hg, Cd, Cr, As) sont des contaminants réfractaires pouvant s’accumuler dans les tissus et milieux.
• POPs : Les POPs sont des polluants organiques persistants décrits comme résistants à la biodégradation et pouvant s’accumuler dans les tissus.

📝 Points essentiels

• Les PCDD sont des sous-produits de la production de trichlorophénol et peuvent être formées par combustion en présence de Cl à basse température.
• Les PCDF sont des sous-produits de la synthèse et de l’usage des PCB et peuvent se former par combustion en présence de Cl à basse température.
• Les PCB s’accumulent surtout dans la phase hydrosphère et peuvent rejoindre l’atmosphère par volatilisation depuis le sol ou ventilation des lieux.
• Les métaux lourds sont listés comme pouvant être cancérogènes, mutagènes et tératogènes et contaminer eau et sols.
• Les pesticides sont émis dans l’air par évaporation après usage en pulvérisation, avec des exemples de molécules comme DDT ou aldrine.

📖 8. Normes de qualité et performances

🔑 Notions clés & Définitions

• AAQS : Les Ambient Air Quality Standards (AAQS) sont des seuils de qualité de l’air fixés pour l’environnement, à comparer via les mesures de surveillance.
• SPS : Les Source Performance Standards (SPS) sont des seuils de performance définis au niveau de la source, liés notamment à des émissions mesurées à la cheminée.
• Seuils d’émission : Les seuils d’émission sont des limites qui peuvent être données en concentration émise et en débit massique pour certaines sources ponctuelles.
• Tables D. Lgs. 152/2006 : Les tables du décret législatif italien D. Lgs. 152/2006 sont citées pour la distinction entre AAQS dans l’environnement et limites à la source.
• Tables D. Lgs. 155/2010 : Les tables du décret législatif italien D. Lgs. 155/2010 sont citées pour les valeurs AAQS dans l’environnement.

📝 Points essentiels

• Les seuils peuvent être exprimés soit en concentration à la cheminée, soit via des mesures environnementales à distance.
• Les réglementations US distinguent AAQS (dans l’environnement) et SPS (à la source).
• Les AAQS indiquées pour les PM2.5 exigent qu’une moyenne 3 ans de la valeur annual mean soit ≤ 15,0 µg/m³.
• Les AAQS ozone 8 h sont liées à une moyenne 3 ans de la distribution de maximum journalier avec un seuil de 0,075 ppm.
• Le texte demande aussi une conversion d’un AAQS SO2 24 h vers µg/m³ pour un cas à 150 °C.

📖 9. Corrections à l’oxygène et moyennes temporelles

🔑 Notions clés & Définitions

• Concentration corrigée à l’oxygène : La concentration corrigée (Cr) est une valeur ajustée pour tenir compte d’un niveau d’oxygène de référence, afin d’éviter qu’une dilution masque l’écart à la norme.
• Oxygène de référence : L’oxygène de référence (Or) est la teneur en O2 choisie comme base de comparaison, typiquement 7 % vol.
• Oxygène mesuré : L’oxygène mesuré (Om) est la teneur en O2 mesurée dans les effluents secs lors du contrôle.
• Moyenne temporelle : Une valeur seuil peut porter sur des concentrations moyennées sur une durée, ce qui implique une intégration des mesures instantanées.
• Fenêtre 30 minutes : Pour certains seuils d’émission, la conformité dépend du dépassement ou non des moyennes calculées sur 30 minutes.

📝 Points essentiels

• La correction est donnée par Cr = (21 − Or)/(21 − Om) × Cm pour comparer à un même état d’oxygène.
• Le but est de vérifier qu’une source n’a pas simplement dilué l’effluent avec de l’air avant mesure.
• Le D.lgs. 04/03/2014 donne des critères 24 h et 30 min (A) et (B) pour l’incinération de déchets solides.
• Pour le critère 30 min (B), la conformité exige que 97% au moins des valeurs de moyennes 30 min ne dépassent pas la limite B sur l’année.
• Le D.lgs. 04/03/2014 associe pour chaque polluant des seuils distincts pour 24 h et 30 min.

📖 10. Impacts sanitaires et économiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Décès prématurés : Les décès prématurés attribués à la pollution sont mentionnés comme conséquence sanitaire pouvant être estimée, notamment pour PM2.5.
• Coûts de santé : Les coûts liés à la pollution regroupent les dépenses dues au traitement de maladies causées par l’exposition.
• Jours de travail perdus : Les jours de travail perdus sont un poste économique lié aux problèmes de santé et à l’absentéisme.
• Rendements agricoles réduits : La pollution peut diminuer les rendements agricoles, ce qui crée un coût pour la société et l’économie.
• Coûts économiques en % du PIB : La charge économique de la pollution est présentée comme un pourcentage du PIB dans une source OECD citée.

📝 Points essentiels

• Le texte indique que la pollution entraîne des coûts pour les gouvernements et les industries via coûts de santé, jours perdus, et baisse de rendements agricoles.
• Il est précisé que ces impacts incluent ceux dus aux installations, en excluant ceux liés au trafic véhiculaire.
• Une estimation de coûts économiques est attribuée à l’OECD (2015) sous forme de pourcentage du PIB.

📅 Repères chronologiques

1. A.A. 2019/2020Période du cours (Environmental chemical engineering) citée dans l’en-tête
2. 2006D. Lgs. 152/2006 (tables de réglementation) cités pour les normes
3. 2010D. Lgs. 155/2010 (tables de réglementation) cités pour les normes
4. 04/03/2014D.lgs. du 04/03/2014 : définition de moyennes temporelles et critères d’émission pour l’incinération de déchets solides
5. 2015OECD, 2015 : coûts économiques de la pollution présentés en % du PIB

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre polluant primaire et polluant secondaire : un primaire est émis directement tandis qu’un secondaire résulte de transformations.
2. Inverser la définition de PM10 et PM2.5 : PM10 a un seuil de taille ≤ 10 µm et PM2.5 ≤ 2,5 µm.
3. Croire que l’ozone du chapitre provient du même mécanisme que les NOx : le texte relie le smog photochimique à la formation troposphérique d’O3.
4. Confondre combustion incomplète et complète : le CO vient d’un manque d’oxygène alors que le CO2 correspond à une combustion complète.
5. Penser que les normes se vérifient sur la valeur instantanée : plusieurs seuils exigent des moyennes sur 24 h ou 30 min.
6. Oublier la correction à l’oxygène : la concentration corrigée est basée sur un O2 mesuré et un O2 de référence (typiquement 7% vol).
7. Appliquer le critère 30 min (B) comme un simple dépassement unique : la conformité dépend d’au moins 97% des moyennes 30 min pendant l’année.

✅ Checklist Examen

1. Définir précisément pollution atmosphérique, émission et polluant atmosphérique.
2. Distinguer polluants primaires et polluants secondaires et citer des exemples pour chacun.
3. Classer des sources de pollution en ponctuelles, linéaires et diffuses et donner au moins un exemple par catégorie.
4. Mémoriser les seuils de taille et significations de PM10, PM2.5 et la logique de gravité liée à la taille des particules.
5. Lister les principaux polluants soufrés (SO2, COS, CS2, H2S, (CH3)2SO4) et relier SO2 à la combustion de charbon soufré.
6. Expliquer les effets sanitaires et environnementaux attribués aux composés soufrés, y compris pluies acides et H2S.
7. Identifier les principaux polluants azotés (NO, NO2, NH3, HNO3, HNO2) et relier NOx au trafic/combustion.
8. Décrire le smog photochimique via la formation troposphérique d’O3 et citer PAN comme espèce associée.
9. Relier CO et CO2 aux types de combustion et connaître l’idée d’intensité carbone (carburant vs procédé).
10. Utiliser la relation d’intensité carbone et rappeler le rôle de l’affinité CO sur l’hémoglobine (facteur 210) pour l’effet toxique.
11. Connaître ce que sont les COV et les PAH, et citer au moins un exemple de PAH et un mécanisme d’adsorption sur particules.
12. Relier les PAH à la cancérogénicité (3 à 7 cycles) et à la bioaccumulation via la chaîne trophique.
13. Distinguer PCDD, PCDF et PCB en tant que POPs et rappeler au moins une voie de formation citée pour dioxines ou furanes.
14. Lister des métaux lourds majeurs cités (Pb, Hg, Cd, Cr, As) et reconnaître qu’ils se trouvent aussi dans PM10/PM2.5.