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Le développement durable à découvert

 | 
Agathe Euzen
, 
Laurence Eymard
, 
Françoise Gaill

Deuxième partie - L'environnement, un système global dynamique

8. La chimie atmosphérique : des atomes aux impacts globaux

Christian George, Abdelwahid Mellouki et Éric Villenave

Texte intégral

1L’air que nous respirons est essentiel à la vie. Sa teneur est connue depuis de longue date : il est constitué à 79 % de diazote et à 20 % de dioxygène, le 1 % restant contenant des traces de gaz rares (argon, néon, hélium…), de vapeur d’eau, du dioxyde de carbone et… une multitude d’autres composés chimiques. Ces derniers trouvent leurs origines dans des émissions biogéniques, mais aussi anthropiques, et ont subi, depuis la révolution industrielle du XIXe siècle, de réels bouleversements, comme en attestent la découverte du trou de la couche d’ozone, les phénomènes des pluies acides, la qualité de l’air en zone urbaine et désormais le changement climatique annoncé.

2C’est donc bien la chimie de ces éléments présents à l’état de traces, qui gouvernent de nombreux changements planétaires. Les modifications progressives, mais rapides, de la composition atmosphérique affectent d’abord la santé humaine et la production agricole et, par conséquent, l’économie. Les enjeux de la qualité de l’air sont donc multiples et il apparaît indispensable d’évaluer les conséquences de son évolution sur notre société (cf. V.6).

Schéma illustrant les processus physico-chimiques à l’œuvre dans l’atmosphère. D'après C. George

Composition de l’atmosphère

3L’atmosphère est hautement dynamique. L’ensemble des espèces la composant est en perpétuelle interaction et des substances chimiques y sont continuellement formées, détruites ou échangées avec les autres compartiments, comme les océans et la biosphère. Ainsi, la composition atmosphérique n’est pas homogène, ni spatialement, ni temporellement. Elle varie également selon l’altitude, la latitude, l’heure de la journée ou la saison, et la spécificité ou le contexte géographique local (ville, industrie…).

4Les durées de vie moyennes des composés atmosphériques sont très variables et varient entre une seconde, pour les espèces radicalaires très instables, 8 ans pour le méthane, 120 ans pour le CO2 ou plus de 50 000 ans pour une espèce aussi stable que le tétrafluorure de carbone (CF4). Par ailleurs, l’atmosphère est aussi constituée d’aérosols, qui sont des particules solides ou liquides plus ou moins finement dispersées et en suspension dans l’air. Ils peuvent contenir des acides, des métaux, des composés organiques, de la suie… Le temps de vie de ces particules dans l’atmosphère est de quelques jours en moyenne.

5Ces temps de vie résultent de la réactivité chimique d’un polluant donné, soit d’une propriété trouvant ses racines à l’échelle de l’atome, et leur distribution spatiale dépend de la dynamique des vents. Ainsi, leurs impacts potentiels sur l’environnement s’étendent sur des échelles variant de quelques mètres ou kilomètres, pour les espèces les plus réactives, souvent associées à la pollution photochimique en période estivale, à l’échelle planétaire pour les gaz à effet de serre*.

Impacts des polluants

6Parmi les nombreux composés présents dans l’atmosphère, certains ont un impact reconnu sur la santé humaine, comme les composés organiques volatils*, le dioxyde de soufre, le monoxyde de carbone… D’autres, en revanche, ont un impact direct sur le réchauffement climatique, comme les gaz à effet de serre, qui absorbent une partie du rayonnement infrarouge émis par la Terre.

7Néanmoins, un composé associé aux problématiques de la qualité de l’air peut aussi avoir un effet sur le climat : cela est le cas, par exemple, de l’ozone troposphérique. De même, les particules atmosphériques les plus fines ont potentiellement un impact sur la santé et sur le climat. Celles qui contiennent une fraction importante de carbone élémentaire ont globalement un effet d’accroissement de la température moyenne, tandis que celles qui contiennent une fraction importante de sulfates contribuent plutôt à un refroidissement global.

8Ainsi, il apparaît de plus en plus clairement que les impacts climatiques et sanitaires des polluants atmosphériques ne peuvent plus être traités de façon dissociée. Ces niveaux élevés de pollution agissent directement sur les écosystèmes, comme les forêts, ou le rendement des cultures. Les prévisions de croissance démographique au sein de mégapoles dans les prochaines années conduisent à penser que la qualité de l’air devrait être grandement affectée et ce, malgré les efforts déployés dans l’optimisation des développements technologiques, comme ceux visant à rendre plus propres les procédés de combustion (cf. I.4).

Interactions climat – qualité de l’air

9Le climat et la qualité de l’air sont donc intimement liés et soulèvent des enjeux majeurs, qui doivent être pris en considération par les politiques en charge de la gestion des activités humaines (industrie, transport…) émettrices de gaz polluants. Cependant, une politique unique n’est pas suffisante. En effet, la diminution des émissions de gaz à effet de serre ou de polluants ne conduit pas toujours à une amélioration de la qualité de l’air ou des situations climatiques. Par exemple, les émissions de soufre sont en baisse constante (d’un facteur 20 en France depuis 40 ans), grâce à la mise en place de législations ayant imposé une baisse des émissions industrielles (en raison du rôle joué par SO2 dans la formation des pluies acides), et à la désulfurisation des produits pétroliers. Or, cette diminution, couplée à l’augmentation de la température et à la baisse de l’humidité relative, entraîne une diminution de la couverture nuageuse due au smog au-dessus des villes européennes, et favorise l’augmentation de la pénétration du rayonnement solaire au-dessus du tissu urbain et donc de la température. Résoudre les problèmes liés à la qualité de l’air n’a donc pas systématiquement un impact positif sur le réchauffement climatique, et inversement.

Vers une approche globale et raisonnée

10Ainsi, les différents processus atmosphériques sont extrêmement complexes. Ils sont souvent imbriqués et entraînent des rétroactions*, qui ne pourront pas être limitées par la seule diminution des émissions atmosphériques ou par une politique énergétique de développement durable non réfléchie. Un des enjeux est donc une bonne appréhension de l’ensemble des impacts des composants de l’atmosphère, qu’ils soient directs, indirects ou cumulés et de développer une approche économique raisonnée prenant en compte l’entière complexité des problèmes en lien avec l’air que nous respirons.

Bibliographie

Références bibliographiques

• R. DELMAS, G. MÉGIE et V. H. PEUCH et al. Physique et chimie de l'atmosphère, Belin, 2005.

• D. HAUGLUSTAINE, J. JOUZEL et V. MASSON-DELMOTTE – Atmosphère, atmosphère, Le Pommier, 2008.

Table des illustrations

Légende Schéma illustrant les processus physico-chimiques à l’œuvre dans l’atmosphère. D'après C. George
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/10613/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 647k

Auteurs

Chimiste de l’Atmosphère, Directeur de Recherche au CNRS, IRCELYON, Université Lyon 1, Lyon, Villeurbanne.
christian.george@ircelyon.univ-lyon1.fr

Chimiste de l’Atmosphère, Directeur de Recherche au CNRS, ICARE, OSUC, Orléans.
mellouki@cnrs-orleans.fr

Chimiste de l’Atmosphère. Professeur des Universités, Université Bordeaux 1, EPOC-LPTC, Directeur de l’Observatoire aquitain des Sciences de l’Univers, Floirac.
eric.villenave@u-bordeaux1.fr

© CNRS Éditions, 2013

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