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2020 Rapport bibliographique sur les particules ultrafines (PUF) REF : SURV-EN-

2020 Rapport bibliographique sur les particules ultrafines (PUF) REF : SURV-EN-370_1 Rapport bibliographique sur les particules ultrafines (PUF) SURV-EN-370_1 1/26 PERSONNES EN CHARGE DU DOSSIER Rédaction : Mélodie Chatain, Ingénieure d’études Maxime Alter, Ingénieur « Air-Santé » Relecture : Cyril Pallares, Responsable Unité Surveillance réglementaire et permanente Approbation : Emmanuelle Drab-Sommesous, Directrice déléguée Référence du modèle de rapport : COM-FE-001_5 Référence du projet : SURV-EN-370 Référence du rapport : SURV-EN-370_1 Date de publication : 04/02/2021 ATMO Grand Est Espace Européen de l’Entreprise – 5 rue de Madrid – 67300 Schiltigheim Tél : 03 88 19 26 66 - Fax : 03 88 19 26 67 Mail : contact@atmo-grandest.eu Rapport bibliographique sur les particules ultrafines (PUF) SURV-EN-370_1 2/26 SOMMAIRE GLOSSAIRE..................................................................................................................................................3 RÉSUMÉ......................................................................................................................................................4 INTRODUCTION...........................................................................................................................................5 1. GENERALITES SUR LES PARTICULES ULTRAFINES .....................................................................................7 1.1. DÉFINITION.....................................................................................................................................7 1.2. RÉGLEMENTATIONS........................................................................................................................7 1.3. MOYENS DE MESURE......................................................................................................................8 2. SOURCES DES PARTICULES ULTRAFINES ................................................................................................10 2.1. TRAFIC ROUTIER ...........................................................................................................................10 2.2. TRAFIC AÉRIEN..............................................................................................................................11 2.3. NUCLÉATION RÉGIONALE..............................................................................................................12 2.4. AUTRES SOURCES .........................................................................................................................12 3. PROPRIÉTÉS DES PARTICULES ULTRAFINES............................................................................................13 3.1. COMPORTEMENT DANS L’ATMOSPHÈRE ......................................................................................13 3.2. TENDANCES ET VARIATIONS .........................................................................................................15 3.3. PROPRIÉTÉS ET COMPOSITIONS CHIMIQUES.................................................................................17 4. EFFETS SANITAIRES ET ENVIRONNEMENTAUX DES PARTICULES ULTRAFINES ........................................18 4.1. EXPOSITION..................................................................................................................................18 4.2. MÉCANISMES D’ACTION ...............................................................................................................19 4.3. EFFETS SANITAIRES.......................................................................................................................20 4.4. EFFETS ENVIRONNEMENTAUX ......................................................................................................21 CONCLUSION ............................................................................................................................................22 Rapport bibliographique sur les particules ultrafines (PUF) SURV-EN-370_1 3/26 GLOSSAIRE Couche limite : couche de l’atmosphère dont le flux d’air subit l’influence de la surface terrestre continentale ou océanique à une courte échelle temporelle (inférieure à la journée). Diffusion : mécanisme de mouvement des particules de petites tailles dans l’air. Dilution : mécanisme de baisse des concentrations d’un polluant par augmentation du volume d’air disponible pouvant le contenir. Dispersion : mécanisme de mouvement d’un polluant par l’action du vent. Inversion de température : dans la troposphère (premiers kilomètres de l’atmosphère), normalement l’air le plus chaud se trouve près du sol avec une diminution de la température de l’air avec l’altitude. Cependant, des phénomènes d’inversion de température peuvent se produire lorsque l’air près du sol se trouve plus froid. Dans ce cas, l’air le plus chaud se trouve en altitude et joue le rôle de « couvercle » empêchant l’air froid (plus lourd) de s’élever et donc se disperser dans l’atmosphère. Mécanismes de clairance : mécanismes biologiques de suppression de tout corps étranger. Mode : Lors de processus d’émissions de particules ou pour les particules retrouvées dans l’atmosphère, certaines tailles de particules peuvent être majoritaires par rapport aux autres : elles sont identifiées par un mode. Il existe 3 modes principaux : mode nucléation, mode accumulation et mode grossier : - Mode nucléation : ce mode correspond aux particules ultrafines dont le diamètre est inférieur à 100 nm. Les particules de cette taille sont majoritairement secondaires et formées par le processus de nucléation d’où son nom. - Mode accumulation : ce mode correspond aux particules fines dont le diamètre est compris entre 100 nm et 2,5 µm. Les particules de cette taille peuvent être directement émises ou issues de processus de grossissement de particules plus fines. Son nom est issu de leur temps de vie long dans l’atmosphère qui permet leur accumulation. - Mode grossier : ce mode correspond aux particules grossières dont le diamètre est compris entre 2,5 et 10 µm. Ces particules sont des particules primaires émises directement par des sources naturelles et anthropiques (processus d’abrasion, sels marins). Nucléation : mécanisme de conversion d’un gaz en particules dans des conditions particulières à l’origine de la formation des particules secondaires. PM10 (Particulate Matter : matière particulaire en français) : particules dont le diamètre aérodynamique est inférieur à 10 µm. PM2,5 (Particulate Matter : matière particulaire en français) : particules dont le diamètre aérodynamique est inférieur à 2,5 µm. Pression partielle d’un gaz x : pression du gaz x dans un mélange (par exemple l’air). Pression de vapeur saturante : pression à laquelle un gaz est en équilibre avec ses autres états (liquide ou solide). PUF (Particules Ultrafines) : particules dont le diamètre aérodynamique est inférieur à 100 nm. Sursaturation : phénomène apparaissant lorsque la pression partielle d’un gaz dans l’air est supérieure à sa pression de vapeur saturante. Rapport bibliographique sur les particules ultrafines (PUF) SURV-EN-370_1 4/26 RÉSUMÉ Les particules ultrafines (PUF) ont été classées comme polluants prioritaires par l’ANSES en 2018. Atmo Grand Est a donc initié un projet interne basé sur l’amélioration des connaissances sur les particules fines et ultrafines dont ce rapport bibliographique fait partie. Les PUF présentent des propriétés physiques spécifiques compte tenu de leur faible taille. Elles contribuent peu à la concentration massique mais dominent largement la concentration en nombre. A l’heure actuelle, aucune réglementation n’implique directement les particules ultrafines mais une norme est en cours de rédaction pour la mesure de la concentration en nombre. Les particules ultrafines sont majoritairement émises par les processus de combustion et notamment le trafic routier en zone urbaine. Emises par différentes sources et soumises à de nombreux processus dans l’atmosphère, les particules ultrafines présentent une variabilité spatiale et temporelle importante. Les études sanitaires disponibles mettent en évidence une association entre l’exposition aux particules ultrafines et l’atteinte des systèmes cardiovasculaire et respiratoire. Les mécanismes d’actions des PUF sont associés à des processus spécifiques à cette gamme de particules. Les particules ultrafines sont notamment capables de se déposer dans la partie la plus profonde du système respiratoire (alvéoles pulmonaires) et de traverser les barrières biologiques puis d’être transloquées vers d’autres organes par le système sanguin. De plus, les PUF présentent une surface réactive plus importante qui favorise l’adsorption de composés potentiellement toxiques à leur surface. Ces différents processus ont été mis en évidence mais ils sont dépendants d’autres paramètres à l’image de la composition chimique et des barrières biologiques existantes dont l’efficacité est variable. Les mécanismes d’actions ne sont pas encore complètement élucidés à l’heure actuelle et les données disponibles ne permettent pas d’établir un lien de causalité direct entre les PUF et les effets sanitaires. L’augmentation du suivi des particules ultrafines est indispensable pour permettre une meilleure compréhension de leurs propriétés mais surtout pour réaliser des études épidémiologiques pour mieux caractériser leurs effets sanitaires et les mécanismes mis en jeu. Rapport bibliographique sur les particules ultrafines (PUF) SURV-EN-370_1 5/26 INTRODUCTION La pollution atmosphérique est un enjeu majeur en France. D’une part, cette pollution a un coût : la commission d’enquête sénatoriale en 2015 a estimé entre 68 et 97 milliards d’euros par an le coût sanitaire et non sanitaire (impacts sur les rendements agricoles, érosion des bâtiments…) de la pollution de l’air extérieur[1]. D’autre part, la pollution atmosphérique est responsable de problème sanitaire, notamment sur le système respiratoire et le système cardio-vasculaire. L’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) a classé la pollution de l’air extérieur comme cancérogène certain pour l’Homme. Cette pollution est fortement associée à la présence de particules en suspension dans l’air. Les particules sont couramment appelées PM10 ou PM2,5 (pour Particulate Matter, matière particulaire en anglais) en fonction de leur diamètre maximal égal à 10 ou 2,5 µm respectivement. Ces particules, de taille micrométrique sont invisibles à l’œil nu (Figure 1). Et pourtant, elles sont responsables de 48 000 décès par an d’après une estimation de Santé Publique France en 2016[2]. A l’heure actuelle, l’impact majeur des particules sur la santé humaine est clairement identifié. En 2009, l’Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail (ANSES) a indiqué qu’« il n’est pas possible d’observer un seuil de concentration en particules en deçà duquel aucun effet sanitaire ne serait constaté »[3]. Figure 1 : Classification des particules (modifié de US-EPA, Particulate Matter Pollution[4]) Les particules sont soit primaires c’est-à-dire émises directement dans l’atmosphère sous forme particulaire, soit secondaires lorsqu’elles sont formées par des réactions (photo)chimiques dans l’atmosphère à partir de gaz précurseurs. Les sources de particules ou de gaz précurseurs de particules (NO2, NH3, SO2…) peuvent être d’origine naturelle ou anthropique. Leur origine influence leur composition chimique et leur taille. Trois familles majeures (Figure 2) sont couramment utilisées : - Les particules grossières définies comme les particules dont le diamètre est compris entre 10 et 2,5 µm. Cette famille est majoritairement associée à des processus physiques et contient majoritairement des particules formées suite à l’érosion des sols, par les pollens ou encore les embruns marins. - Les particules fines sont définies comme les particules dont le diamètre est compris entre 2,5 et 0,1 µm. Ces particules sont issues directement des processus de combustion mais peuvent également être formées dans l’atmosphère. - Les particules ultrafines définies comme les particules dont le diamètre est inférieur à 0,1 µm (PM0,1). Cette famille est constituée de particules issues des processus de combustion ou formées à partir de gaz précurseurs. Figure 2 : Gamme de tailles particules Rapport bibliographique sur les particules ultrafines (PUF) SURV-EN-370_1 6/26 La plus petite gamme de particules, les particules ultrafines, est composée de particules plus de 100 fois plus fines que les PM10. En 2018, l’ANSES a mené une étude d’identification, de catégorisation et d’hiérarchisation des polluants non réglementés[5]. Les Particules Ultrafines (PUF) sont intégrées à la liste des polluants prioritaires dont le uploads/Industriel/ rapport-bibliographique-sur-les-particules-ultrafines-puf-1.pdf