Les particules atmosphériques sont constituées d’un mélange de différents composés chimiques organiques ou inorganiques et minéraux en suspension dans l’air et sont de différentes tailles. Elles émanent de sources multiples : elles peuvent être émises directement dans l’air et sont alors qualifiées de particules primaires (les inventaires d’émission estiment les quantités de particules d’origine primaire). Elles peuvent être aussi issues de réactions chimiques complexes à partir de gaz précurseurs dans l’atmosphère (combinaison de NH₃ et oxydes d’azote par exemple) et sont alors qualifiées de particules secondaires (dans l’air ambiant, les particules présentes sont à la fois primaires et secondaires).

Les particules sont différenciées selon leur diamètre :

• les particules totales en suspension (appelées TSP pour l’acronyme anglais Total Suspended Particles) regroupant l’ensemble des particules en suspension dans l’air quelle que soit leur taille,
• les PM₁₀, particules dont le diamètre aérodynamique est inférieur ou égal à 10 μm (microns),
• les PM_2,5, particules dont le diamètre aérodynamique est inférieur ou égal à 2,5 μm,
• les particules ultra fines (PUF), particules dont le diamètre est inférieur à 0,1 µm.

Les particules entre 2,5 et 10 µm sont dénommées particules grossières. Les PM_2,5 sont qualifiées de particules fines et incluent les particules ultrafines. Les PM₁₀ incluent les particules grossières, les particules fines et ultra fines.

Les particules ont différentes origines :

• une origine mécanique : effritement de matière, broyage, concassage, transport de matériaux pulvérulents, érosion des sols (érosion éolienne par exemple), etc. Ces particules sont généralement de taille comprise entre quelques microns et quelques centaines de microns.
• une origine chimique ou thermique. Les particules se forment par changement d’état de la matière, par réactions chimiques entre substances à l’état gazeux, par évaporation à haute température suivie d’une condensation. Le spectre granulométrique de ces particules varie de quelques nanomètres à quelques dixièmes de microns.
• une origine biologique : pollens, champignons, bactéries.

En fonction de la nature des mécanismes de formation mis en jeu, ces derniers peuvent ainsi aboutir à la formation de particules, plus ou moins grossières : par exemple, l’agriculture, par ses travaux de labour et de défrichage ainsi que par l’abrasion des engins, génère des particules grossières visibles au champ et qui se déposent rapidement. Les facteurs influençant les émissions de particules primaires sont liés au passage fréquent d’engins, au vent, à la sécheresse et aux sols nus.

Les particules fines peuvent rester en suspension pendant plusieurs jours, voire quelques semaines et parcourir de très longues distances. C’est pourquoi les stratégies de réduction des émissions doivent considérer des échelles d’actions à plusieurs niveaux de l’international comme dans la Convention sur la pollution atmosphérique transfrontière à longue distance (CLRTAP), l’Union européenne, le national et le local.

Les sources anthropiques de particules primaires sont multiples : les installations de combustion notamment dans le secteur résidentiel (combustion de bois notamment dans les petits équipements domestiques), le trafic routier, les procédés industriels, les chantiers et le BTP, l’exploitation des carrières et les travaux agricoles (labour, moisson, gestion des résidus). Les particules d’origine naturelle sont liées aux phénomènes d’érosion éolienne, aux embruns marins, aux volcans, etc. L’importance respective de ces sources varie avec la taille des particules.

La figure suivante présente la taille des particules en fonction de diverses sources d’émission :

 

La composition chimique des particules est très variée. Elles présentent, dans des proportions variées, une fraction minérale (éléments issus de l’érosion, sables), des composés inorganiques (sulfates, nitrates, ammonium, issus des réactions chimiques entre gaz précurseurs), des métaux (titane, plomb, zinc, etc.), du carbone suie (émis lors de phénomènes de combustion incomplète), du carbone organique (sous forme d’hydrocarbures, d’esters, d’alcools, de cétones, de polluants organiques persistants, etc.). Le carbone suie (appelé BC pour « Black Carbon » mais aussi « Elemental carbon ») est une composante des particules, issue des processus de combustion incomplète (les suies, dans leur ensemble, sont constituées de carbone suie et de carbone organique). La mesure du carbone suie reste complexe. Il absorbe la lumière (d’où son impact dans l’effet de serre. Il est ainsi classé parmi les forceurs climatiques à courte durée de vie (SLCF en anglais)). Il est reconnu avoir des impacts cardiovasculaires. Les suies des moteurs Diesel sont classées cancérigènes (AEE 2013).

Si les concentrations de PM₁₀ et les PM_2,5  dans l’air ambiant sont contrôlées depuis de nombreuses années, la mesure du BC est plus récente et celle des PUF n’est pas faite systématiquement. Le BC est mesuré dans les particules en air ambiant car il est un marqueur de certaines sources (combustion du bois et moteurs Diesel notamment), (programme CARA, surveillance en temps réel de la composition chimique des particules (CARA 2018)). La mesure des PUF reste très complexe et embryonnaire, avec 5 sites de mesure en temps réel en 2019 sur le territoire (LCSQA 2019). L’ANSES a recommandé en 2018 (ANSES 2018), le suivi, la surveillance et l’acquisition de données pour le BC, actuellement non réglementé dans l’air ambiant ainsi que sur les PUF.

Effets sur la santé

Plus les particules sont fines, plus elles sont dangereuses pour la santé car elles peuvent atteindre les alvéoles pulmonaires et pénétrer dans le sang pour les plus fines d’entre elles, causant asthme, allergies, maladies respiratoires et cardiovasculaires, cancers… Le caractère cancérogène des particules et de la pollution de l’air extérieur dans son ensemble a été reconnu par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC, 2013).

En 2016, l’organisation mondiale de la santé (OMS 2016) estimait à 4,2 millions le nombre de décès prématurés causés dans le monde par la pollution de l’air extérieur dans les zones urbaines et rurales. Cette mortalité est due à l’exposition aux PM_2,5. Dans l’Union européenne, le nombre de décès prématurés en 2015, dus à l’exposition aux PM_2,5, au NO₂ et à l’ozone est estimé respectivement à 391 000, 76 000 et 16 400 selon l’Agence de l’environnement européenne (AEE, 2018). Le risque lié aux PM_2,5 est le plus important comme ces chiffres le démontrent. Pour la France, ces morts prématurées sont respectivement de 35 800, 9 700 et 1 800 en 2015. L’AEE présente une évolution de la mortalité due à la pollution de l’air et estime que le risque associé a, au moins, diminué de moitié en Europe entre 1990 et 2015.

 

Effets sur l’environnement

En se déposant, les particules perturbent l’environnement, en particulier par la dégradation physique et chimique des matériaux, et la perturbation des écosystèmes, qu’ils soient proches ou éloignés du lieu d’émission des particules. Accumulées sur les feuilles des végétaux, les particules peuvent les étouffer et entraver la photosynthèse.

Les particules limitent la visibilité. Lors d’épisodes de pollution aux particules hivernaux ou printaniers, cette diminution de la visibilité peut être mise en évidence.

Les particules peuvent aussi être impliquées dans le transport et le dépôt de polluants toxiques associés (métaux ou polluants organiques persistants comme les dioxines).

L’impact des particules sur le changement climatique est plus complexe à caractériser : selon la nature des particules, elles ont un impact direct sur le climat par absorption ou diffusion du rayonnement solaire, mais aussi un effet indirect. Ainsi les composantes organiques et inorganiques diffusent le rayonnement et présentent donc un forçage radiatif négatif (refroidissant) alors que la composante carbone suie absorbe le rayonnement et présente un forçage radiatif positif (réchauffant) (IPCC- AR5-2014). Les particules ont un rôle dans la formation des nuages et les précipitations. Les particules auraient un effet refroidissant global mais de  grandes incertitudes persistent sur ce point. Le cas du carbone suie, transporté à longue distance, qui se dépose sur les étendues glaciaires en diminuant leur pouvoir réfléchissant (albédo) peut aussi être mentionné. Il contribue à la fonte accélérée des étendues glaciaires (AEE 2013).