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Caractérisation de l'aérosol industriel et quantification de sa contribution aux PM2.5 atmosphériques

492_ESTAMPE - Etude des Sources par les Traceurs Atmosphériques de la Matière Particulaires des émissions
Producteur(s) : AMU - Aix-Marseille Université
Type de producteur : Universitaires

AMU


Thèse, 2016


Fos-sur-Mer / Port-Saint-Louis-du-Rhône / Martigues / Port-de-Bouc / Rognac
Périmètre : Etude à périmètre élargi
Durée de l'étude : 3 ans
Thèmes : Air
Mots-clés : Particules (PM10, PM2.5, PM1)
Type d'étude : Exploratoire
JPEG ESTAMPE

Objectifs

Dans ce contexte, le travail mené durant cette thèse a pour objectifs de :

- Caractériser finement la composition chimique des particules émises par les principales activités industrielles de la zone. Le but est d'obtenir une information précise sur la nature de l'aérosol émis par ces activités mais aussi d'obtenir des empreintes chimiques complètes et représentatives.

- Caractériser finement la composition chimique de particules prélevées sur trois sites urbains, représentatifs de l'exposition de la population, localisés dans la zone industrielle.

- Quantifier les contributions des principales activités industrielles aux concentrations en particules observées (PM2.5) pendant les évènements de pollution sur les 3 sites urbains.


Conclusion

En ce qui concerne l’empreinte chimique des PM2.5 émises par les principales activités industrielles de la zone, l’étude a permis d’obtenir des empreintes distinctes et représentatives des procédés utilisés dans chaque activité.

  • Pour l’activité métallurgique, l’étude a montré que le complexe 1 (regroupant les procédés de transformation de la fonte en acier) et le complexe 2 (regroupant l’usine d’agglomération, la cokerie et les hauts fourneaux) sont caractérisés par un aérosol ultrafin enrichi en sulfate et partiellement neutralisé par l’ammonium. Cet enrichissement en sulfate est en accord avec les concentrations en SO2 mesurées sur le site aval. L’aérosol émis par ces deux complexes est aussi enrichi par de fortes proportions en Ca, Fe et dans une moindre mesure en Al, Mn, Zn et Ti en accord avec l’utilisation de chaux et de minerais de fer […].
  • Pour le terminal minéralier, un aérosol grossier enrichit majoritairement en OC, EC, Ca, Al mais également en Fe, Mn et Ti est observé en accord avec la composition de la chaux, du charbon, du pétrole de coke et de la bauxite stockés dans cette zone.
  • Pour l’activité pétrochimique, les résultats ont montré que l’aérosol émis est ultrafin (modes nucléation et Aitken) suggérant l’émission d’un aérosol fraîchement formé à partir des échanges gaz-particules des différents précurseurs gazeux émis par le complexe. L’aérosol émis est essentiellement composé par du sulfate, une fois encore non neutralisé par l’ammonium […].

En ce qui concerne l’aérosol prélevé en site récepteur, l’analyse chimique a montré que l’aérosol est composé à 28-47% d’OC, 7-8% d’EC, 14-20% de SO42-, 16-19% de NO3-, 8-9% de NH4+ et 6-18% d’éléments traces selon le site considéré. Une forte variabilité a été observée pour l’OC en fonction des saisons pour tous les sites avec des valeurs maximales en automne et en hiver, et ceci en même temps que la concentration des marqueurs de combustion de biomasse (lévoglucosan, acide vanillique, etc.). Les analyses de radiocarbone ont montré que plus de 80% de la matière organique (OC+EC) était d’origine non-fossile en automne et en hiver, contre en moyenne 60% en dehors de ces périodes pour le site de Fos-sur-Mer. Une forte variabilité pour le nitrate d’ammonium a aussi été observée avec des concentrations maximales en hiver. Outre les différences en fonction des saisons, des différences entre les sites ont aussi été observées. Le site de Rognac est caractérisé par une concentration moyenne en éléments traces plus faible que les deux autres sites. Ces différences sont étroitement liées à l’éloignement de ce site des activités industrielles […].

Au terme de cette étude, il a été déterminé que la source de combustion de biomasse est la source majoritaire pendant les épisodes de PM2.5 (plus de 50% des PM2.5). La source de nitrate d’ammonium (nitrate rich) est la seconde fraction la plus abondante pendant les épisodes de pollution (30% des PM2.5), traduisant très probablement l’impact des épisodes de pollution à large échelle. La source véhiculaire ne représente qu’environ 6% des PM2.5 pendant les épisodes de pollution de PM2.5. Pour finir, si les sources industrielles sont la source majoritaire en dehors des épisodes de PM2.5, ces sources ne sont pas la source majoritaire lors des épisodes de PM2.5. Toutefois, cette étude a montré que les émissions industrielles, même si elles ne constituent pas un driver fort des fortes concentrations en particules, impactent significativement les populations de particules dans la zone d’étude (concentrations en métaux et éléments traces, nombre de particules, particules ultrafines). Ainsi, l’impact de ces sources sur la qualité de l’air, de par la nature de l’aérosol émis, ne doit pas être négligé.

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