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1 Pollution Atmosphérique 2 BUT • Devenir conscient de certains problèmes coura

1 Pollution Atmosphérique 2 BUT • Devenir conscient de certains problèmes courants liés à la pollution atmosphérique. • Savoir l’origine et l’effet de certains polluants atmosphériques. • Avoir un aperçu quant aux transformations physico-chimiques des principaux polluants rencontrés. Pollution Atmosphérique 3 I- Notions de base : Structure et Composition de l’Atmosphère. II- Origine des principaux polluants : processus gérant leur transport et leur transformation. III- Indicateurs majeurs des pollutions urbaine et industrielle (COV, NOx; O3 troposphérique, Smog; SO2...): transformations chimiques et photochimiques. IV- Principaux phénomènes climatologiques (Effet de serre; Ozone stratosphérique, Pluies acides...). V- Effets des polluants sur la santé humaine, la faune et la flore. VI- Principales techniques de mesure rencontrées? Fiche technique du cours 4 I- Notions de base Structure et Composition de l’Atmosphère 5 I-1 Etat de l’Atmosphère • L'état de l'atmosphère est défini au moyen de paramètres physiques fondamentaux (Pression, Température, Hygrométrie, Vent…) mesurés dans les Stations d’observations. • Les images des satellites météorologiques complètent ces mesures. 6 I-1-a : Pression Atmosphérique (Pr.At) • La pression résulte des chocs exercés par les particules (les molécules d'air par ex.) sur les parois du récipient. • Elle est définie comme le rapport entre la force exercée sur une paroi et sa surface (F/S). A partir d'une expérience simple de simulation de l'agitation d'un gaz, on peut introduire la notion de pression d'un gaz : 7 • A cause de l’effet gravitationnel terrestre sur les molécules atmosphériques, l’air se raréfie en altitude : la pression diminue • Elle est mesurée au moyen d'un altimètre ou d'un baromètre : 760 torrs (1 atm) au niveau de la mère et quasi zéro à 30 km. • L'unité de mesure de la pression en météorologie est (hPa) multiple de l'unité internationale Pa (Pascal) • Depuis 1986, l'hPa remplace le (mbar) tel que 1mbar = 1hPa • La Pr.At présente une variabilité remarquable tant verticale qu' horizontale : 8 Les variations verticales La Pr.At diminue quand on s'élève dans l'atmosphère. Ce gradient n'est pas constant et diminue avec l'altitude: Dans les basses couches, la pression diminue de 1 hPa tous les 8 m, alors que la même baisse de pression demande 60 m vers 18 km 9 Les variations horizontales D’après une carte des pressions au niveau des mers, : la valeur de la pression n'est pas la même dans toute la région. Il existe des zones où la pression présente un minimum relatif (dépressions) et d'autres où la pression présente un maximum relatif (anticyclones). Pour visualiser ce champ de pression, on trace des lignes d'égales pressions les isobares. 10 Les lignes isobares , cotées en hPa, sont tracées de 5 hPa en 5 hPa. Ce système d'isobares permet d'identifier les zones météorologiques suivantes: Anticyclone; A : système d'isobares fermées dont la cote croît vers l'intérieur. Dépression ; D : système d'isobares fermées dont la cote croît vers l'extérieur. 11 I-1-b Température Atmosphérique (Te.At) * La variation verticale de la température permet de distinguer les différentes régions ou couches. * Le profil thermique de l'atmosphère permet de définir Les limites des différentes couches de l'atmosphère 12 13 14 I-2 Structure de l’atmosphère * La plus grande part de la masse atmosphérique est proche de la surface de la terre : nous vivons dans cette partie et notre vie dépend des ses propriétés chimiques. * Déf : L’atmosphère terrestre est la couche de gaz qui enveloppe la terre. * La masse totale de l’atmosphère représente 5.2 x 1018 kg I-2-A - Atmosphère de la Terre : Atmosphère Terrestre 15 L'atmosphère est divisée en 5 couches : 1 - la Troposphère entre la surface du globe et une altitude d’environ 8 à 15 km .) 2 - la Stratosphère (de 8 à 15 km à 50 km d'altitude) 3 - la Mésosphère (de 50 km à 90 km d'altitude) 4 - la Thermosphère (Ionosphère) (de 90 km à 350/800 km 5 - L’Exosphère (de 350 / 800 km à 50 000 km d'altitude) Tropopause (altitude variable selon les régions Stratopause (50km environ) Mésopause (80-90 km environ) 16 17 • C’est la partie de l'atmosphère terrestre située entre la surface du globe et une altitude d'environ 8 à 15 km. • Elle est plus épaisse à l'équateur qu'aux pôles. • La frontière , Troposphère - Stratosphère : Tropopause. • Elle contient 85% de la masse totale de l'atmosphère, elle est importante car on y trouve l'air qu'on respire. • La température diminue avec l'altitude, environ 6°C pour 1000 m. • On trouve à ce niveau la plupart des phénomènes météorologiques. • C'est ici que le cycle de l'eau peut se développer, on y trouve une masse importante de vapeur d'eau (H2O). 1 - Troposphère 18 -Dioxyde de carbone (CO2), en grande quantité - Métane (CH4) - Monoxyde de carbone (CO) - Oxyde nitreux (N2O) et NOx, (NO2) - Ozone (O3) - Sulfates (SO4) - Radical Hydroxyle (OH) - Autres : COV, Métaux, CFC … • Elle récupère les gaz issus de l'activité terrestre : 19 2 - Stratosphère * Couche de l’atmosphère terrestre au-dessus de la Troposphère ( Tropopause). S'étend jusqu'à la Mésophère, 50 km d'altitude. * La frontière stratosphère - mésosphère est la Stratopause. * La Température croit avec l'altitude en raison de l'absorption de la plus grande partie de l’ UV du Soleil par la couche d’ozone. * Elle arrête une grande partie des rayons UV-C les plus dangereux. Sans elle, la vie serait très différente sur Terre. * On parle du "trou d’ozone" (diminution d’ozone) dans l'atmosphère; 1er accusé (CFC) : les UV cassent ces molécules et les produits réagissent avec les molécules d'ozone. 20 *Couche de l’atmosphère terrestre entre 50 km au- dessus de la stratosphère et 90 km d'altitude. * La frontière avec la couche supérieur : Mésopause. *La Température décroît avec l'augmentation de l'altitude : à sa limite supérieure, on trouve les températures les plus basses de l'atmosphère terrestre : jusqu’à 100 °k soit -173°C * Zone de transition entre la Terre et l'Espace. 3 - Mésosphère 21 4 - Thermosphère • Couche d’atmosphère terrestre située au-dessus de la mésosphère qui commence à l'altitude de 90-100 km • Thermosphère + l’exosphère constituent l'hétérosphère (l’air non uniforme). • La limite avec l'exosphère dépend de l’activité solaire. • Entre 100-150 km d'altitude, l’O2 absorbe l’UV solaire de très courtes λ (entre 100 et 200 nm). • La température varie entre 300-1600°C selon l'altitude et l'activité solaire, la densité de matière est très faible. • Les (O2) se brisent en 2 atomes (O), qui constitue l’élément principal de la thermosphère. 22 5 - Exosphère • Dernière couche de l’atmosphère terrestre située au-dessus de la thermosphère. • Les collisions entre particules sont négligeables et rares. Les atomes sont libres, certains s'échappent même dans l‘espace. • La base de l'exosphère (l'exobase) se situe entre 350 et 800 km d'altitude suivant la température à la thermopause, qui est liée à l'activité solaire. L’He et l’H sont les éléments dominants. • S'étend jusqu'à la limite extrême de l'atmosphère, soit 50 000 km. On ne trouve plus là que quelques atomes d'hydrogène : la plupart des satellites sont placés en orbite. 23 I-2-B Variation de la température à la surface de la terre Deux facteurs gèrent cette variation à la surface de la terre : Facteurs astronomiques: dû au fait que l’axe des pôles est incliné vers le soleil ; en été le pôle nord est plus exposé, en hiver c’est le contraire. Somme des Facteurs physiques et géographiques : a- L’eau et le sol réagissent différemment à cause de leur chaleur massique différente. Exp si une quantité d’énergie donnée augmente la température de l’eau de 1°C , celle du sable augmente de 5°c donc plus de temps pour le réchauffement de l’eau que le sol (pour le refroidissement, c’est l’inverse) b- L’air venant en contact avec ces deux substances se réchauffe avec des vitesse différentes selon le cas 24 B-1 : Processus de refroidissement et de réchauffement atmosphérique a- Processus radiatif b- Processus Advectif (advection) c - Processus thermodynamique ) 25 B-1 a- Processus radiatif Ce sont des échanges par rayonnement solaires ou infrarouge L’énergie journalière provenant du soleil est équivalente à celle provenant de la combustion de 700.000 millions de tonnes de charbon . Le sol absorbe le rayonnement solaire, il émet alors des infrarouges (IR) que l’atmosphère absorbe en partie et se réchauffe . L’absorption des IR par l’atmosphère se fait surtout par le CO2 et la vapeur de H2O d’où leur grande importance pour l’équilibre thermique de la planète . 26 27 28 Effet de serre : Processus de réchauffement de l'atmosphère dû à certains gaz. Ces « gaz à effet de serre » absorbent et réémettent les rayonnements infrarouges émis par la surface de la Terre. L'effet de serre nous permet d'avoir des nuits plus chaudes et des jours plus frais qu'ils ne le seraient en l'absence d'effet de serre. 29 B-1-b - Processus Advectif (advection) On appelle advection le mouvement horizontal de l'air S’il ya advection, d’une masse d’air au dessus d’une uploads/Industriel/ cours-pollut-atm.pdf