La pollution atmosphérique et le climat sont étroitement liés. Depuis le début des années 2000, les chercheurs ont publié de nombreuses études sur les liens entre le changement climatique et la pollution atmosphérique, alors que des villes sont régulièrement asphyxiées par des pics de pollution à l’ozone et aux particules fines.
Avant de discuter de la production des générateurs d’ozone et de la mesure de l’ozone dissous dans l’eau, il est essentiel de définir clairement les unités de mesure utilisées dans le domaine de l’ozone.
La pollution atmosphérique a des conséquences graves sur la santé humaine et l’environnement. En France, elle est de 48 000 morts par an d’après Santé Publique France, ce qui fait de la pollution de l’air la troisième cause de mortalité dans le pays. Son coût y est de 70 à 100 milliards d’euros par an.
Depuis 1990, les émissions de dioxyde de soufre diminuent alors que celles réchauffantes de carbone-suie augmentent. Le résultat est que les particules contribuent plus au réchauffement depuis la fin du XXè siècle qu’estimé dans le 5è rapport du GIEC. Ce résultat concerne la perturbation directe du climat par les particules en suspension dans l’air, mais est vrai également si l’on prend en compte l’effet indirect qu’elles ont sur le climat en modifiant les propriétés et la distribution des nuages.
L’ozone troposphérique (entre 0 et 8 à 15 km) inquiète particulièrement les chercheurs. « En 2003, lors de la canicule, on a observé une concentration d’ozone très élevée sur pratiquement toute l’Europe. Il y a un lien direct. S’il y a une augmentation des canicules sous l’effet du changement climatique, inévitablement il y aura aussi plus d’épisodes de pollution », estime Didier Hauglustaine.
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L’ozone ne semble pas réagir aux efforts d’amélioration de la qualité de l’air. « Contrairement aux autres polluants, l’évolution de l’ozone est lente, sa baisse est faible », note Augustin Colette. On n’émet pas directement de l’ozone, mais d’autres éléments comme des NOx, des oxydes d’azote, des composés organiques volatils (COVs), du monoxyde de carbone ou encore du méthane qui réagissent pour former de l’ozone. Selon des modélisations, avec le scénario RCP 8.5, 43 600 morts seraient à prévoir en plus par an en 2100 par rapport à l’an 2000 à cause de l’ozone, dont l’incidence mortelle augmenterait donc de 29 %.
Un polluant comme l’ozone entraîne une diminution de 40 à 60% de l’activité photosynthétique des plantes, ce qui signifie une baisse des rendements agricoles.
Des mesures politiques connexes entre stratégies de santé et climatique permettraient de réduire des polluants comme l’ozone et les microparticules.
La lutte pour une meilleure qualité de l’air peut entraîner la diminution d’éléments pouvant réduire un peu le réchauffement climatique, mais ces derniers ont d’autres effets négatifs sur l’environnement.
Pour maintenir le réchauffement en deçà de 2° en 2100, il faut également agir dès maintenant sur le méthane (CH4). En effet, non seulement celui-ci a un pouvoir réchauffant bien plus important que le CO2 sur 10 ou 20 ans, mais c’est également un précurseur de l’ozone.
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Dans un contexte de changement climatique, il est crucial que les politiques de réduction des émissions de polluants de l’air et de gaz à effet de serre soient coordonnées, suivant les scénarios les plus ambitieux.
En France, la qualité de l’air extérieur fait l’objet d’une surveillance quotidienne via la mesure de polluants dits « réglementés ». L’air intérieur des logements ou des lieux fermés est souvent plus pollué que l’air extérieur. Certains lieux recevant du public ne font pas l’objet d’une surveillance de la qualité de l’air en continu, mais doivent respecter des normes et donc mesurer les teneurs en benzène, formaldéhyde et dioxyde de carbone.
Avec des micro-capteurs, il est possible de mesurer des polluants partout et d’obtenir en temps réel une indication sur certains paramètres de la qualité de l’air que l’on respire. Il est nécessaire d’acquérir un peu de connaissances sur les unités utilisées par l’appareil pour comprendre la donnée mesurée !
La vie urbaine exige de la clarté. Comprendre la qualité de l'air vous aide à prendre des décisions éclairées concernant les activités de plein air, la santé et le bien-être. Deux indicateurs clés, l'AQI (indice de qualité de l'air) et le µg/m³ (microgrammes par mètre cube), fonctionnent ensemble mais ont des objectifs distincts.
µg/m³ (Microgrammes par Mètre Cube): Cette unité mesure la concentration d'un polluant dans l'air. Considérez-la comme la quantification du sucre dans le café : µg/m³ révèle combien de microgrammes de polluants tels que les PM2,5 ou le SO2 sont présents dans un mètre cube d'air. L'OMS fixe le seuil de sécurité des PM2,5 sur 24 heures à 35 µg/m³.
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AQI (Indice de Qualité de l'Air): L'AQI transforme les données brutes en µg/m³ en une échelle de 0 à 500+ à l'aide de seuils spécifiques aux polluants définis par des agences telles que l'EPA américaine ou l'OMS. Pour les PM2,5, un AQI de 0 à 50 (vert) correspond à 0 à 12 µg/m³, tandis qu'un AQI de 151 à 200 (rouge) correspond à 150,5 à 250,4 µg/m³.
Les scientifiques privilégient les µg/m³ pour leur précision, tandis que l'AQI fournit des informations exploitables. Un niveau de PM2,5 de 35 µg/m³ (AQI 100, jaune) invite les groupes sensibles à limiter leurs activités en plein air. L'AQI regroupe les polluants (PM2,5, O3, CO) en un seul chiffre, vous permettant ainsi de comprendre les risques sans avoir à décoder les unités scientifiques.
La conversion entre l'AQI et l'ug/m3 dépend d'échelles spécifiques à chaque polluant. Les PM2,5 (moins de 2,5 microns) présentent des risques plus importants que les PM10 (moins de 10 microns) en raison de leur pénétration plus profonde dans les poumons. Une étude réalisée en 2016 par l'EPA américaine a montré que des concentrations identiques de PM2,5 et de PM10 en µg/m³ ont des effets différents sur la santé.
La directive européenne 2008/50/CE du 21 mai 2008 impose la surveillance de 8 polluants : SO₂, NO, NO₂, Pb, PM₁₀, PM₂,₅, C₆H₆, CO, O₃. La directive européenne 2004/107/CE du 15 décembre 2004 régit la surveillance de l’arsenic, le nickel et le cadmium pour la famille des métaux ainsi que le benzo(a)pyrène.
Les polluants sont mesurés à l'aide d'analyseurs certifiés utilisant des méthodes de référence ou équivalentes, conformément aux directives européennes. Ces analyseurs sont calibrés selon une chaîne d'étalonnage.
La méthode de mesure de l'ozone repose sur l'absorption d'un rayonnement ultraviolet produit par une lampe à mercure, dont l'émission principale est à 253,7 nm, la longueur d'onde d'absorption maximale de l'ozone. Un détecteur UV mesure l'énergie UV (intensité i) lorsque l'échantillon est présent. Avant chaque mesure, une intensité de référence (i0) est enregistrée dans une cellule contenant un gaz sans ozone, obtenue via un filtre sélectif.
Le principe de mesure repose sur la fluorescence UV du dioxyde de soufre (SO₂). Les molécules de SO₂ sont excitées par des rayons UV émis par une lampe à vapeur de zinc (longueur d'onde de 213,9 nm). Lorsqu'elles reviennent à leur état fondamental, elles émettent une fluorescence dont la longueur d'onde se situe entre 320 et 380 nm, avec une moyenne de 350 nm. L'intensité de cette fluorescence, captée par un photomultiplicateur, est proportionnelle à la concentration de SO₂ dans l'échantillon.
Le principe de mesure du monoxyde de carbone repose sur l'absorption infrarouge, avec une absorption maximale à 4,67 µm. Cependant, d'autres gaz comme le CO₂ et le CH₄ peuvent interférer. Pour éviter cela, l'analyseur utilise un filtre optique et une roue de corrélation. Un microprocesseur calcule la concentration de CO grâce à la loi de Beer-Lambert.
Elle est spécifique aux mesures de monoxyde et de dioxyde d’azote à de faibles teneurs dans l’air ambiant. Le dioxyde d’azote excité retombe à un état fondamental stable en émettant un rayonnement lumineux. On obtient donc la concentration en NOx (NO et NO₂ converti) puis par différence avec la première valeur, la concentration en NO₂.
Deux méthodes de mesure sont utilisées pour déterminer la quantité de particules en suspension de diamètre inférieur à 10 µm dans l'air :
Les micro-capteurs permettent désormais aux citoyens de mieux connaître la qualité de l’air qu’ils respirent chez eux. Avec un micro-capteur, vous pouvez mesurer plusieurs polluants dans votre habitat : les particules, le dioxyde de carbone, les composés organiques volatils et le dioxyde d’azote.
Le micro-capteur, composé d’une pompe, va aspirer de l’air qui passe dans une cellule. Cette cellule va l’analyser, puis un algorithme va traduire la grandeur physique mesurée en « donnée qualité de l’air ». Certains micro-capteurs donnent des résultats sous la forme d’un indice de la qualité de l’air.
Un micro-capteur ne peut pas être aussi fiable que les instruments qui répondent à des critères très stricts de métrologie. Des travaux de normalisation sont en cours pour que les fabricants puissent suivre un cahier des charges qui permettra de mieux garantir la fiabilité de la mesure.
Comme chaque année, les beaux jours et les fortes chaleurs entraînent une dégradation de la qualité de l'air. L'ozone est responsable de la majorité des mauvais indices de la qualité de l'air. Il existe un bon et un mauvais ozone. La couche d'ozone est située entre 10 et 50 kilomètres d'altitude au-dessus de nos têtes dans la stratosphère.
L’ozone n'est pas directement rejeté dans l'air. Les oxydes d'azote et les composés organiques volatils, qui sont majoritairement émis en zone urbaine, réagissent sous l’influence des rayons ultraviolets et de la chaleur. Pour se développer, l’ozone a besoin de conditions météorologiques particulières : une température caniculaire, peu de vent et un ensoleillement important.
L’ozone est irritant pour les voies respiratoires et peut causer divers problèmes de santé à fortes concentrations : problèmes respiratoires tels que toux sèche, déclenchement de crises d’asthme ou diminution de la fonction pulmonaire.
L’ozone stratosphérique désigne la couche de l’atmosphère comprise entre 20 et 50 km d’altitude. En filtrant une grande partie des rayonnements ultraviolets (UV) solaires, cette couche protège les êtres vivants. L’appauvrissement de la couche d’ozone, une des neuf limites planétaires, est appréhendée à travers la mesure de la concentration de l’ozone stratosphérique évaluée en unité Dobson (DU).
Pour préserver la couche d’ozone et notamment contribuer à sa reconstitution, la communauté internationale s’est engagée depuis 1987 dans le Protocole de Montréal relatif aux substances qui appauvrissent la couche d’ozone.
L’amendement de Kigali, signé en 2016 et entré en vigueur le 1er janvier 2019, vise à réduire la production et la consommation de produits chimiques libérant de puissants gaz à effet de serre dans l’atmosphère et utilisés dans les réfrigérateurs, les climatiseurs et les appareils connexes.
| Unité de Mesure | Description | Application |
|---|---|---|
| g / h | Gramme par heure | Production globale du générateur d'ozone |
| mg / h | Milligramme par heure | Production de petits générateurs d'ozone |
| wt% | Pourcentage en poids | Concentration d'ozone gazeux |
| g / m3 | Gramme par mètre cube | Concentration d'ozone |
| ppm | Parties par million | Concentration d'ozone dans l'air ou l'eau |
| ppb | Parties par milliard | Faibles niveaux d'ozone dans l'air |
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