Structure et composition de l'atmosphère terrestre

Structure et composition de l'atmosphère terrestre

2011 Formation en mtorologie POLLUTION ATMOSPHRIQUE We're conducting a vast toxicological experiment and we are using our children as experimental animals. -Philip Landrigan, MD quoted in Trade Secrets: A Moyers Report Consquences de la pollution atmosphrique Les changements climatiques

La destruction de la couche dozone Le smog Les pluies acides http://clg-balzac-saint-amand-longpre.tice.ac-orleanstours.fr/eva/spip.php?article98/

2 La destruction de lozone stratosphrique Dfinitions Ozone DU = Dobson units 3

Lozone stratosphrique Qu'est-ce que l'ozone et comment se forme-t-il? Max de concentration se situe entre 20 et 40 km (stratosphre) : 8 molcules dozone par million de molcules dair. L'ozone (O3 : 3 atomes d'oxygne) est naturellement prsent dans l'atmosphre. Variation latitudinal de la concentration de O 3.

4 Unit de mesure : Le Dobson (DU) 1 unit Dobson (note DU pour Dobson Unit en anglais) est dfinie comme une couche de 0.01 mm d'paisseur la temprature et la pression de l'atmosphre standard. Donc, la colonne d'ozone au-dessus du

Labrador est de 300 DU. Si la totalit de l'ozone comprise dans cette colonne d'air tait ramene la temprature et la pression de l'atmosphre standard (0C et 1 atmosphre) et rpartie uniformment sur la section au sol de la colonne, on obtiendrait alors une couche d'environ 3 mm d'paisseur. 5 8 Le cycle de Chapman Le cycle de Chapman

Les molcules de O2 se dissocient par absorption dun photon de longueur donde = 240 nm. Les molcules de dioxygne sunissent loxygne monoatomique pour former des molcules dozone. Le O3 absorbe un photon de longueur donde < 300 nm et se dissocie en une molcule de dioxygne et un atome doxygne : taux de formation du O3 = taux de destruction du O3 .

Lozone se combine avec un atome doxygne pour former deux atomes de dioxygne. Une molcule de O3 a une dure de vie de 100 200 secondes avant sa dissociation. Malgr la faible concentration dozone dans la stratosphre sa prsence est suffisante pour filtrer (absorber) le rayonnement solaire dans lintervalle de longueurs donde 200-300 nm. 9 Perturbation anthropognique du cycle de Chapman Canada

10 La destruction de lozone par les CFCs 11 Nuages Noctilucents La beaut toxique Quand la temprature de la stratosphre tombe au-dessous de -88C, il se forment des minces nuages constitus dun mlange de glace, acide nitrique et acide

sulfurique. Ces nuages stratosphriques (PSPs) librent, au printemps du clore. Photo de la NASA. 13 Le vortex polaire http://biophysics.sbg.ac.at/atmo/ozone.htm 14 Hmisphre nord : on nest pas labri "Pour la premire fois, la diminution a t suffisante pour qu'on puisse

raisonnablement parler de trou dans la couche d'ozone en Arctique", estime l'tude publie dans la revue scientifique britannique Nature. Les problmes du monde ne peuvent tre Helen rsolus par des sceptiques ou des Chadwick http://www.iesd.dmu.ac.uk cyniques dont les horizons se limitent aux ralits videntes. Nous avons

besoin d'Hommes capables d'imaginer ce qui n'a jamais exist. JFKennedy Smog Le smog est une brume jauntre, provenant d'un mlange de polluants atmosphriques qui limite la visibilit dans latmosphre. Il est constitu surtout de particules fines et d'ozone. Il peut se former toute priode de lanne. Lt, il est en

grande partie constitu dozone et de particules fines, alors que lhiver ce sont surtout ces dernires qui le caractrisent. Journe de smog hivernal o on observe que les polluants sont pigs prs du sol. 2 fvrier 2005 - 9:00 vue vers lest (29e tage de ldifice Marie-Guyart Qubec) http://www.mddep.gouv.qc.ca/air/info-smog/ 16 Les missions de polluants correspondent aux quantits de polluants directement rejetes dans l'atmosphre par les activits humaines (chemines d'usine ou de logements, pots d'chappement, agriculture) ou par des sources naturelles (volcans,

ou composs mis par la vgtation et les sols) exprimes par exemple en kilogrammes ou tonnes par an ou par heure. Les concentrations de polluants caractrisent la qualit de l'air que l'on respire, et qui s'expriment le plus souvent en microgrammes par mtre cube (g/m) ou particules par million (ppm). http://www.airparif.asso.fr/pollution/emissions-ou-concentrations 18 Conditions mtorologiques et impact de la pollution En hiver, lair peut devenir charg des produits de la combustion incomplte comme les matires particulaires, les

composs organiques volatils (COV), le monoxyde de carbone(CO) et les oxydes d'azote (NOx). Limportance du smog hivernal qui en rsulte dpend du degr de dispersion atmosphrique. Plus le niveau de dispersion atmosphrique est faible, plus le niveau de smog hivernal est lev. La dispersion atmosphrique est principalement dtermine par la vitesse du vent et la hauteur de mlange. 19 La topographie

La topographie joue galement un rle important dans la concentration des polluants. Par exemple, les murs physiques dune valle limitent les mouvements de lair lintrieur de la valle. De hauts niveaux de polluants dans lair ne pourront pas tre suffisamment disperss et les communauts habitant dans la valle seront recouvertes de smog. Une communaut situe sur une plaine ne connatra pas ce problme de dispersion. Le smog apparat aussi dans les rgions vallonnes o lair froid peut tre retenu dans les nombreuses poches du terrain et entraner une inversion de temprature. (Image: Alaskan wildfires, 2004; NASA's Terra, Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer; Jacques Descloitres, NASA Goddard) 20

La topographie Visible satellite image at 1:45 pm PDT Wednesday October 24, showing a huge area of smoke over the Pacific Ocean. Some of this smoke is being blown northward (top of image), and is expected to move over northern California and northern Nevada over next two days. This northward-moving smoke is being lifted by the flow around an approaching low pressure system, and is not expected to affect air quality near the surface. However, the smoke just offshore San Diego and Los Angeles will remain near the surface, and some of it will be pushed back over land by afternoon sea breezes. Image credit: NASA. 21 La topographie 22

t : smog photochimique Dans le cas de l'ozone, il s'agit plutt d'une raction impliquant les rayons solaires http://www.derm.qld.gov.au/air/pollution/pollutants/ozone.html 23 http://www.appa.asso.fr/npdc/Pages/article.php?art=195 Processus simplifi de formation de lozone Les prcurseurs sont parfois transports par les masses dair sur plusieurs centaines de

kilomtres. Les concentrations dozone les plus importantes ne sont pas ncessairement mesures sur le lieu principal dmission des polluants prcurseurs (centre des agglomrations, zones industrielles), mais parfois 50, voire jusqu 150 km de l, dans des zones rurales sous le vent des metteurs. Des polluants prcurseurs mis plusieurs heures, voire plusieurs jours auparavant, peuvent contribuer de manire significative la formation dozone ; Durant la canicule, les tempratures leves et le fort ensoleillement contribuent une

formation importante dozone. 24 volution des panaches de pollution 1re phase : Le panache de fumes slve et sa trajectoire dpend essentiellement : de sa temprature. Les effluents gazeux possdent souvent une temprature nettement suprieure la temprature ambiante. Cette nergie thermique entrane une surlvation variable du panache,

except dans le cas o la densit de leffluent est nettement plus leve que celle de lair environnant de sa vitesse djection Vs qui peut atteindre 10 m/s ; de la vitesse u et de la direction du vent au voisinage du dbouch de la chemine : plus le rapport Vs/u est grand, plus la surlvation est importante.

25 volution des panaches de pollution 2e phase: Elle dbute lorsque le panache acquiert une densit sensiblement gale celle de lair ambiant : devenu horizontal, il na plus de mouvement propre et sa diffusion dpend des conditions mtorologiques et de la turbulence atmosphrique.

La turbulence a principalement deux origines : une origine dynamique due au relief et aux obstacles la surface du sol et aux cisaillements du vent une origine thermique due la variation de la temprature de lair avec laltitude (structure thermique verticale). 26 volution des panaches de pollution 3e phase Elle concerne la diffusion du panache lchelle rgionale (distances de lordre de 20 400 kilomtres en aval de la source). Progressivement, les polluants tendent se rpartir uniformment

lintrieur dun volume datmosphre appel couche de mlange. Le panache perd alors ses paramtres dmission. 4e phase Les polluants se dplacent alors sur de longues distances, plusieurs centaines, voire plusieurs milliers de kilomtres des points dmission. 27 Stable Dispersion des polluants Neutre

Stable Stable Instable Vitesse du vent Stabilit + turbulence Instable

Dispersion = advection + diffusion (transport) (dilution) 28 Dispersion des polluants Lochcarron, Scotland Stable Source : Wikipdia 29

Mcanismes de dpollution Ils interviennent dans les deux dernires phases et correspondent des transformations physico-chimiques, des dpts humides et des dpts secs. Les dpts humides englobent lensemble des retombes des polluants gazeux ou particulaires incorpors au sein des prcipitations (pluie, neige, brouillard, etc.). Ils rsultent : de la circulation des masses dair pollu qui entrane une incorporation progressive des polluants dans les gouttelettes deau des nuages ; des polluants prsents sous forme de fines particules dans lair, qui peuvent servir de noyaux autour desquels se condense la vapeur deau atmosphrique ;

des polluants qui sont entrans vers le sol par lessivage de latmosphre au cours des prcipitations. 30 La dispersion des polluants selon leur taille 31 Les pluies acides 32 Dfinition

On dfinit couramment le terme pluies acides, comme tant toutes formes de prcipitations ayant un pH infrieur 5,2, (pluie, smog, etc.) qui dgradent ou mme dtruisent des cosystmes. Les pluies acides peuvent tre produites par la nature, les NOx (volcans, foudre) et amplifies par l'activit humaine (chauffage, transport : NOx; industrie : SO2 ,). 33 Pluies acides : PH < 5,2

SCA-2611 Introduction la mtorologie 34 La formation et le dpt des pluies acides 36 Pluies acides 38 Le problme en Amrique du Nord Principales sources de SO2 au

Canada : Fonderies Centrales au charbon. Principales sources de NOx au Canada Les vhicules automobiles Les centrales au charbon Estimation : 50% des pluies acides au Canada proviennent des tatsUnis et 10 % des dpts dans le nord-est des tats-Unis ont leur origine au Canada. 39

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