SESAME

 

 

SESAME :

20 ans de mesures des retombées
atmosphériques en France

La composition chimique des dépôts atmosphériques est la signature de plusieurs mécanismes physico-chimiques interagissant comme l’intensité et la nature des sources, les processus de transport des polluants, la dynamique atmosphérique, les réactions chimiques atmosphériques et les processus d’élimination des polluants. L’étude des dépôts atmosphériques permet donc d’appréhender l’évolution spatiale et temporelle de la chimie atmosphérique et la caractérisation des sources qu’elles soient biogéniques ou anthropogéniques, proches ou distantes. C’est également une ressource précieuse pour évaluer, en termes d’impact, l’efficacité des stratégies de contrôle des émissions.

 

 

A partir des données issues de 3 observatoires nationaux complémentaires BAPMoN, MERA et CATAENAT (Figure 1), le projet de recherche SESAME du programme PRIMEQUAL « Pollution longue distance » se propose d’étudier les liens entre les stratégies de réduction des émissions et l’évolution des dépôts atmosphériques en France. Ce projet a fait l’objet de travaux de thèse pour répondre à une grande partie de cet objectif.

Figure 1 Sites des observatoires MERA, BAPMoN et CATAENAT

 

Les retombées atmosphériques acides en France, sont pour une bonne part, liées à des émissions anthropiques de pays européens voisins ou issues de zones à fort trafic maritime. Sur le territoire français l’acidité des retombées atmosphériques, diminuent graduellement à partir du nord-est (Figure 2). Associée à une diminution des composés acidifiants, les ions Na+ en zone marine, Ca2+ présents majoritairement dans le sud-est et NH4+ dans les zones « dites centrales » du territoire, augmentent la part neutralisante des retombées atmosphériques. Par le biais du transport des masses d’air en période chaude, les poussières sahariennes influencent directement la composition chimique des retombées atmosphériques du sud-est, où la part acidifiante est dominée par l’ion nssSO42-.

Figure 2 : Répartition géographique des pH annuels
moyens mesurés entre 1990-2009

L’analyse des mesures de retombées atmosphériques issues de trois observatoires a permis de différencier les influences climatiques agissant sur les sites de mesure selon leurs situations géographiques et altimétriques. L’influence anthropique liée à leurs émissions crée des contrastes régionaux et saisonniers dans la composition chimique des retombées atmosphériques. Les sites localisés dans la partie nord du territoire présentent des composantes anthropiques fortes (nssSO42-, NO3-, NH4+ et H+). Les contrastes saisonniers importants ont permis d’identifier que la capacité oxydante de l’atmosphère attribue une formation plus importante de H2SO4 et de HNO3, du fait d’une photochimie renforcée par des taux de conversion plus importants en période chaude. Les retombées atmosphériques sont aussi sous l’influence de la matière particulaire d’origine terrigène ou des aérosols anthropiques qui neutralisent les ions participant à l’acidité des retombées atmosphériques.

 

En vue de proposer des prévisions de retombées atmosphériques, un modèle statistique original a été construit pas à pas à partir de l’expertise des déterminants, en combinant différents scénarios prédictifs d’émission anthropique de polluants et de hauteurs de précipitation.

Les réglementations issues de la Convention sur la Pollution Atmosphérique Transfrontière à Longue Distance, révisées courant 2011, en matière de réduction des quantités d’émission de SO2 ont eu un impact quantifiable sur la composition chimique des retombées atmosphériques de la période 1995-2007. Les ions soufrés contribuent moins à l’acidification des écosystèmes aujourd’hui qu’il y a vingt ans. Les changements projetés des dépôts de nssSO42- indiquent une baisse de 50% par rapport aux dépôts mesurés sur la période 1990-2008 (Figure 3).

Figure 3 : Changements projetés moyens multi-modèles des
dépôts annuels de nssSO42-, NO3- et NH4+ sur la
période 2020-2040 par rapport à celle de 1990-2008

 

Ces travaux mettent en évidence le lien non linéaire entre la baisse des quantités d’émission de NOX et l’absence d’évolution significative des ions NO3- dans la composition chimique des retombées atmosphériques sur la période 1995-2007. L’ion acidifiant NO3-, co-responsable des dépassements actuels de charges critiques d’acidité, serait susceptible d’être en augmentation dans le futur, à l’horizon 2020-2040 (Figure 3).

 

L’application des règlementations en matière de diminution des quantités d’émission de NH3 semblent avoir un lien avec celles observées dans les retombées atmosphériques. Des baisses significatives sont observées dans les concentrations de NH4+ à l’ouest, le nord et le nord-est du territoire. Ces diminutions sont gouvernées par les baisses significatives dans les concentrations estivales. Ce constat actuel est susceptible d’évoluer puisque les quantités d’émission de NH3 sont projetées à la hausse à l’horizon 2020-2040.

 

Une approche géostatistique a permis d’obtenir des cartes de mesure comparables aux cartographies déterministes des dépôts acidifiants et eutrophisants, utilisée à l’échelle européenne pour déterminer le dépassement de charges critiques d’acidité, jouant un rôle décisif dans l’évaluation et l’amélioration des politiques de réduction des quantités d’émission de polluants atmosphériques. Dans les régions méditerranéennes, les dépôts acidifiants de NO3- estimés par le modèle EMEP manque de cohérence avec les sites ruraux de mesures des retombées atmosphériques (Figure 4). Les résultats démontrent que la cohérence avec les dépôts modélisés par EMEP est également très faible lorsque l’on spatialise les dépôts de NH4+, en particulier sur la zone ouest du territoire.

 


Figure 4 : Cartographies des dépôts annuels moyens de NO3- à partir des mesures (gauche) et des modélisations EMEP/ MSC-W rv3.6 (droite) des retombées atmosphériques entre 2005-2008

Ces travaux se poursuivent actuellement notamment pour la détermination des profils de sources primaires par une analyse factorielle. Cela devrait permettre de mettre en évidence des processus de formation et de transformation des espèces au cours de leur transport. Dans un second temps, l’utilisation de modèles sources-récepteur orientés aura pour but d’identifier des zones sources potentielles et la détermination de leurs contributions.

 

Partenaires :

 

ECOLAB : Laboratoire d’écologie fonctionnelle et environnement, UMR 5245 UPS/CNRS/INP

ONF : Office National des Forêts, Direction Technique et Commerciale Bois, Département Recherche et Développement

Ecole des Mines de Saint Etienne : Département de Décision en Entreprise : Modélisation, Optimisation de l'Institut Henri Fayol

 

Ecole des Mines de Douai : Département Chimie et
Environnement - coordinateur

 

 

Financement : ADEME, APR PRIMEQUAL 2009 "Pollution atmosphérique longue distance"