Les particules en suspension (particules fines et ultrafines) sont toutes les particules solides portées par l'eau (suspension) ou par l'air (aérosols). Elles sont généralement quantifiables par filtration ou par d'autres procédés physiques. La suite de cet article ne concerne que les particules en suspension dans l'air.
Les matières particulaires ou PM (acronyme de particulate matter en anglais) sont les particules en suspension dans l'atmosphère terrestre (aérosols atmosphériques)Qualité de l’air ambiant (extérieur) et santé, sur le site de l'Organisation mondiale de la santé (consulté le 3 septembre 2014).. Un taux élevé de particules fines et ultrafines dans l'air est un facteur de risque sanitaire (maladies cardiovasculaires, altération des fonctions pulmonaires, cancer du poumon), induisant une nette diminution de l'espérance de vie. Les PM sont désormais classées cancérogènes pour l'homme (groupe 1) par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC)., et leur inhalation cause ou aggrave divers troubles cardiovasculaires dont l’infarctus du myocarde, l'accident vasculaire cérébral et l’insuffisance cardiaque. L'exposition chronique aux PM amplifie ce risque et renforce l’apparition d’affections cardiométaboliques chroniques (par exemple, obésité Weichenthal S, Hoppin JA et Reeves F (2014), Obesity and the cardiovascular health effects of fine particulate air pollution, Obesity (Silver Spring), 22(7), 1580-1589, , diabète de type 2 et hypertension artérielle Brook RD, Rajagopalan S, Pope CA III , American Heart Association Council on Epidemiology and Prevention, Council on the Kidney in Cardiovascular Disease, and Council on Nutrition, Physical Activity and Metabolism. Particulate matter air pollution and cardiovascular disease: an update to the scientific statement from the American Heart Association, Circulation, 2010, 121(21), 2331-2378, ). Selon l'OMS, les PM (de diamètre aérodynamique inférieur à ) tuent plus de quatre millions de personnes par an, et une exposition chronique à ces particules augmente le risque de maladies chroniques telles que le diabète de type 2 et l'hypertension artérielle. Des preuves récentes montrent que même à très faibles doses (sous le seuil OMS recommandé de ) les PM sont encore source de surmortalité Cohen AJ, Brauer M, Burnett R , Estimates and 25-year trends of the global burden of disease attributable to ambient air pollution: an analysis of data from the Global Burden of Diseases Study 2015, Lancet, 2017, 389(10082), 1907-1918, Di Q, Wang Y, Zanobetti A (2017), Air pollution and mortality in the Medicare population, N. Engl. J. Med., 376(26), 2513-2522, . Enfants et personnes âgées y sont plus vulnérables Bräuner EV, Forchhammer L, Møller P , Indoor particles affect vascular function in the aged: an air filtration–based intervention study, Am. J. Respir. Crit. Care Med., 2008, 177(4), 419-425, .
Des politiques environnementales et le recul du charbon en Europe ont réduit certains problèmes : par exemple, le « smog » qui touchait Londres et d'autres grandes villes a presque disparu en Europe depuis les années 1960 (mais s'est développé en Asie). En France, les particules fines PM, après un pic en 1991, ont diminué de 4 % par an (passant de émises par an en 1991 à en 2015 selon le Centre interprofessionnel technique d'études de la pollution atmosphérique (CITEPA).. Le dérèglement climatique pourrait aggraver cette forme de pollution (Cf. sécheresses, incendies et vents accrus).
Les particules ultrafines (nanoparticules notamment) sont encore très mal suivies et mesurées dans l'air, mais pourraient avoir des impacts similaires ou plus graves. Des taux élevés en sont trouvés dans les tunnels routiers et les zones de grande circulation.
vignette|upright=1.5|Visualisation des catégories de particules en suspension dans l'air ou aéroportées (contaminants biologiques, ou particulaires minéraux ou organiques, ou gazeux)... par nature et taille (en micromètres ; μm) vignette|upright=1.5|Animation montrant l'épaisseur optique des principaux aérosols troposphériques émis et transportés du au GEOS-5 « Nature Run » /modèle GOCART ; résolution : 10 km (GMAO – Research, GMAO – Research * vert : noir de carbone et carbone organique * rouge/orange : poussière en suspension * blanc : sulfates * bleu : sel de mer (issu des embruns marins). vignette|upright|Carte de répartition des aérosols (particules transportées dans l'air), tels que mesurés par le spectroradiomètre imageur à résolution moyenne (MODIS) embarqué sur le satellite Terra de la NASA. * zones vertes : panaches d'aérosols dominés par de grosses particules. * zones rouges : panaches d'aérosols dominés par de petites particules. * zones jaunes : endroits où se mélangent les grandes et petites particules d’aérosols. * gris : lieux où le capteur n'a pas collecté de données.
Sources Les particules sont d'origines anthropique et/ou naturelle.
Origine naturelle Trouvées en haute et moyenne altitude, les particules d'origine naturelle proviennent principalement d'éruptions volcaniques et de l'érosion éolienne naturelle ou issues de l'avancée des déserts parfois d'origine anthropique ; dans ces deux derniers cas, ce sont les tempêtes de sable et poussière qui en sont la principale origine. Les feux de forêts, de brousses, savanes ou prairies en sont une autre source, très importante dans certains pays (Brésil notamment). Une petite quantité provient de la végétation (pollens…) et des embruns.
Activités humaines Dans l'air intérieur, les particules fines issues d'activités humaines sont notamment émises par le tabagisme et le vapotage., la cuisson sur le feu, au gaz ou à l'électricité Dennekamp M, Howarth S, Dick CAJ (2001) Ultrafine particles and nitrogen oxides generated by gas and electric cooking, Occupational and Environmental Medicine, 58: 511–516. (qui sont les deux premières sources de particules ultrafines dans l'air intérieur).
Dans l'air extérieur, elles proviennent notamment des feux de forêt, du chauffage (notamment au bois) et de la combustion de biomasse à l'air libre.. En Suisse, en 2020, la combustion de bois a été responsable d’un neuvième des émissions de particules PM et d'un quart des particules PM., de la combustion de combustibles fossiles dans les véhicules, les centrales thermiques et de nombreux procédés industriels ; la plupart de ces sources génèrent d'importantes quantités d'aérosols, en augmentation nette depuis deux siècles. Dans le secteur industriel, qui émet 31 % des émissions globales en France en 2012, .
Sur le globe, les aérosols directement anthropiques constitueraient 10 % environ du total des aérosols atmosphériques. La pollution automobile particulaire tend à diminuer dans les pays riches (par véhicule, et pour les grosses particules), mais augmente fortement dans plusieurs pays en développement. Dans le monde, le total des particules émises par les cheminées de navires marchands, ferrys ou navires de guerre est également en forte augmentation ; une réglementation à l'échelle mondiale est en cours pour un contrôle renforcé dans ce domaine et des exigences plus strictes sur la fabrication des moteurs de bateaux..
Suspension dans l'air Le diamètre (diamètre aérodynamiqueLes particules présentent des formes variées. Le diamètre aérodynamique (dp) est défini comme le diamètre qu’une particule « sphérique » d’une masse volumique ρ = devrait avoir pour présenter une même vitesse de chute que la particule considérée.) des particules peut varier de 0,005 à . Celles en suspension (particules totales en suspension ou TSPTSP : (en) « Total Suspended Particles »., qui flottent dans l'air) ont en général moins de de diamètre Caractérisation de la pollution en particules… page 10 (ATMO Poitou-Charentes). Les poussières fines en Suisse - Rapport de la Commission fédérale de l’hygiène de l’air (CFHA), 2007, pages 22, 23, 27 et 28..
Dans le cas de la pollution atmosphérique, la faible masse moyenne des particules en suspension dans l'air leur donne une vitesse de chute par gravité négligeable. Schématiquement selon la forme des particules et leur densité, on peut retenir que pour des particules classiques, leur diamètre serait sensiblement inférieur à , voire dans le cas de particules très légères à ; on les qualifie de microparticules.
Au-dessus de ces valeurs, les particules ne sont plus maintenues en suspension par la résistance de l'air et chutent en fonction de leur densité ; on les qualifie alors de poussières sédimentables.
Classification La métrologie des « PM » () fait appel dans le cas de la surveillance de la qualité de l'air à des méthodes physiques très sophistiquées ; la référence métrologique étant la gravimétrie par filtration, mais qui a l'inconvénient d'être une méthode discontinue ; pour déterminer les « PM » en continu, on utilise soit des micro-balances à quartz, soit des sondes à rayons bêta. Une autre méthode d'évaluation par comptage optique peut être fait avec des capteurs à diffraction laser moyennant une erreur réalisé par la densité fixée lors de l'étalonnage.
Selon la taille des particules (diamètre aérodynamique ou « diamètre aéraulique »), on distingue en métrologie les « PM », les « PM » ou les « PM » selon la taille des particules en micromètre ou microns (10 m ou ).
PM particules en suspension dans l'air, d'un diamètre aérodynamique (ou diamètre aéraulique) inférieur à La définition exacte prend en compte la notion de moyenne en statistique : particules dont la moitié ont un diamètre inférieur à 10 micromètres. Les particules plus fines peuvent être référencées : PM dont le diamètre est inférieur à , appelées « particules fines »Particules fines, sur le site de la Commission européenne, consulté le 24 mars 2015. PM dont le diamètre est inférieur à , appelées « particules très fines »PM, Futura-Sciences. PM dont le diamètre est inférieur à , appelées « particules ultrafines » ou « nanoparticules » Nanotechnologies - Nanomatériaux - Nanoparticules Particules ultrafines et nanoparticules, pp. 5 et 10, brochure de l'INERIS.
Il est important de noter que CA Pope, DW Dockery et col, Epidemiology of particle effects. In: Holgate S, et al., editors. Air pollution and health, Academic Press, 1999. : les particules d'un diamètre aérodynamique supérieur à sont retenues par les voies aériennes supérieures (nez, bouche) ; les PM, particules dites « respirables »Information Pollution, sur le site airaq.asso.fr, consulté le 4 septembre 2014., incluent les particules fines, très fines et ultrafines et peuvent pénétrer dans les bronches ; les PM incluent les particules très fines et ultrafines et pénètrent dans les alvéoles pulmonaires ; les PM incluent les particules ultrafines et peuvent passer la .
Catégories de particules – Composition chimique Le Citepa, centre interprofessionnel technique d'études de la pollution atmosphérique, distingue trois catégories de particules et quatre catégories de substances chimiques qui les composentPoussières en suspension, sur www.citepa.org..
Les différentes particules peuvent être classées en trois catégories : particules primaires, particules secondaires et particules remises en suspension.
Particules primaires Elles sont émises directement dans l'atmosphère par un nombre élevé de sources anthropiques et naturelles (voir émissions (environnement) et polluant primaire).
Particules secondaires Issues de réactions physico-chimiques à partir d'autres polluants appelés précurseurs (avant tout SO, NOx, NH, COVNM) Poussières fines, , document de l'office fédéral de l'environnement (OFEV). (voir immission et polluant secondaire).
Particules remises en suspension Une fois déposées, les particules peuvent être remises en suspension sous l'action du vent ou en zone urbaine, sous l'action du trafic routier.
Composition chimique des particules Les particules ont des compositions chimiques différentes selon leur origine. Elles sont généralement composées de :