thumb|Transports de poussières/aérosols jusqu'aux îles Canaries à partir du Sahara (Image satellite Terra/MODIS ). thumb|La révolution industrielle a été à l'origine d'une pollution massive, par aérosols et gaz, de l'air. Les premières sources d'émission de ces substances sont aujourd'hui les moteurs à explosion, l'érosion agricole et les feux de forêt.
Un aérosol est un ensemble de fines particules, solides ou liquides, d'une substance chimique ou d'un mélange de substances, en suspension dans un milieu gazeux. Émis par les activités humaines ou naturelles (volcans, incendies de forêt), les aérosols interviennent aussi à l'échelle planétaire et locale dans les phénomènes de pollution de l'air et d'allergies. La pluie, le ruissellement et la flore (arbres notamment) nettoient l'atmosphère d'une grande partie des aérosolsAlexandre Petroff, Étude mécanique du dépôt sec d'aérosols sur couverts végétaux, sur le site irsn.fr - IRSN-2005/50-FR . Des particules vivantes (pollens, spores de champignonsKelkar U, Balam K, Kulkarni S (2005). Fungal contamination of air conditioning units in operating theatres in India. J. Hosp. Infect. 60 (1), 81 - 84, bactéries, microalgues) forment des bioaérosols, parfois en association peut-être symbiotiques ou opportunistes (des chercheurs ont par exemple observé et étudié un aérosol microbien formé d'un consortium bactério-fongique (Staphylococcus epidermidis + Penicillium oxalicum, deux micro-organismes fréquents dans l'air intérieur)Forthomme A, Simon X, Bemer D, Duquenne P, Joubert A, ANdres Y & Coquelle () Étude de la génération d'un aérosol microbien formé d'un consortium bactérien-fongique ; École des Mines de Nantes & INRS, PDF, 1 page.. Certains virus se transmettent aussi par contagion via des aérosols, ou aérosolisation d'inoculum viral.
Dans la vie courante, le terme « aérosol » désigne aussi, par métonymie, le récipient contenant un produit et un gaz propulseur. Le propulseur crée une pression à l'intérieur du récipient ; l'ouverture de la valve de sortie induit l'expulsion du mélange en micro-gouttelettes ou cristaux ou particules fines aérosolisées dans l'air.
Caractérisation des aérosols Leurs propriétés physicochimique (ou biologique le cas échéant) dépendent d'une part de celles de leurs composants (ex : tension de vapeur), de la concentration du milieu aérosolisé (ex. : taux de virions ou de bactéries dans le mucus expulsé (bioaérosol) par une toux ou un éternuement) et d'autre part de l'environnement local (température, vent, convections ou autres mouvements de l'air, pression, hygrométrie, lumière, etc.).
Propriétés physiques : elles dépendent essentiellement de la distribution en taille (concentration de particules par gamme de diamètre) de leurs composants solides et liquides, et des conditions de températures, de pression et de plus ou moins grandes stabilité du milieu gazeux. La distribution de taille d'aérosols submicroniques (de à ) est principalement mesurée par analyse différentielle de mobilité électrique (ADME, differential electrical mobility analysis, DEMA, en anglais) basée sur la séparation des particules en suspension selon la mobilité électrique, mobilité qui dépend de leur taille et de leur charge). Pour mesurer une distribution de taille à partir de la mesure de la distribution de mobilité, il faut maîtriser la distribution de charge de l’aérosol (pour chaque diamètre, l'opérateur doit connaitre les fractions de particules mono-, bi-, tri- ...n-fois chargées) ; l'analyseur doit donc disposer d'un neutraliseur capable de donner à l'aérosol une distribution de charges centrée sur 0 par diffusion d’ions gazeux (jusqu’à la surface des particules). Les fractions de particules seront alors des fonctions de la taille des particules et non dépendante de la concentration de l’aérosol. La neutralisation est faite par ionisation radioactive, par décharge électrique obtenue par avalanche électronique (méthode qui ne convient pas aux aérosols de taille submicronique et qui peut être source d'ozone perturbant les mesures et dégradant le matériel, notamment avec la méthode des décharges continues de polarités opposées/décharge alimentée en courant alternatif) ou par photo-ionisation du gaz par rayon X (méthodes coûteuses et/ou dangereuses pour l'opérateur ce pourquoi on recherche des alternatives à ces méthodes et à la thermo-ionisation (températures trop hautes) basées sur la décharge à barrière diélectrique (DBD)Mathon R (2015) Décharge à Barrières Diélectriques à pression atmosphérique pour la charge bipolaire d’aérosol (Doctoral dissertation, Université Paris-Saclay)..
Évolution dans le temps et l'espace : L'aérosol évolue plus ou moins rapidement, par exemple pour des raisons de chimie atmosphérique ou de température (congélation) ou au contraire en formant un « noyau de gouttelette » (composé de sels, matière organique et inorganique et/ou de matériel biologique) à la suite de l'évaporation de l'eau (ou d'un autre solvant) qui formait la gouttelette.
Aérosols atmosphériques Divers aérosols naturels contribuent au cycle de l'eau et à la régulation climatique. Ce sont notamment des molécules soufrées produites par les algues océaniquesVoir : sulfure de diméthyle, mais aussi des particules emportées dans l'air par l'érosion éolienne naturelle des sols, ou les incendies naturels de forêt. Les spores et pollens ou des molécules entraînées avec l'évapotranspiration et des microbes et virus (voir aérobiologie) sont également présentes, mais plus localementHistoire des Aérosols, sur le site 1001aerosols.com].
Incidence sur le climat et l’atmosphère Des aérosols interfèrent avec le climat et l'atmosphère en les modifiant artificiellement, au moins de deux manières : Certains aérosols sont responsables de ce qu'on appelle le trou dans la couche d'ozone. La diminution de la couche d'ozone est responsable d'une augmentation de l'irradiation de l'atmosphère et de la planète par le rayonnement stellaire (UV solaire notamment) qui a des effets cancérigènes et mutagènes sur le vivant, mais qui peut aussi agir sur la formation des nuages ; Ces aérosols peuvent indirectement contribuer à en modifier la composition et la nature physique (nucléation en gouttelette de l'eau vapeur), et secondairement l'albédo et donc la température des hautes couches (avec notamment des cirrus artificiels produits par les traînées de condensation d'avions). Certains aérosols (soufrés notamment), d'origine industrielle ou produits par des incendies de forêt et par la combustion de carburants fossiles, induisent une nucléation des gouttes d'eau et produisent des nuages ou traînées d'avion à des lieux, altitudes et moments où ils ne se seraient pas normalement formés. Concernant les aérosols carbonés, leur impact le plus marqué sur le climat est lié essentiellement à la présence du carbone noir.
On a même montré que les variations d'activité économique et de transport entre la semaine travaillée et le week-end se traduisait par des variations météorologiques significatives.
Les interactions et rétroactions entre nuages, aérosols, évolutions climatiques et météo sont complexes et mal comprises. Un projet international, EarthCARE (Earth Cloud, Aerosol and Radiation Explorer) impliquant notamment l'ESA (European Space Agency) et la JAXA ESA’s cloud, aerosol and radiation mission, sur le site esa.int japonaise, prépare un satellite pour 2013, équipé d'une caméra multi-bandes, d'un radiomètre à large bande, d'un lidar et d'un radar Doppler CPR (Cloud Profiling Radar) en bande W (, résolution verticale de sur d'épaisseur d'atmosphère). Ce satellite tournera en orbite 3 ans pour étudier ces interactions et mieux les comprendre et les prévoir ; ceci en complément d'une mission satellitaire GCOM (observation du cycle de l'eau et des changements climatiques prévue pour 2010), et d'une mission GPM (observation des précipitations, prévue en 2013).
Les aérosols carbonés
On regroupe sous le nom d'« aérosols carbonés » les aérosols constitués à partir de deux variétés chimiques différentes : le « carbone suie », ou « carbone noir » ( « Black Carbon » BC), composé principalement de carbone graphitique de couleur noire., et des composés organiques mesurés en tant que carbone organique ( « Organic Carbon » OC).. BC est intégralement émis par les sources de combustion tandis que OC comporte à la fois une partie émise (OC primaire, OCp) et une partie formée secondairement par photochimie dans l'atmosphère : aérosols organiques secondaires (AOS, SOASecondary organic aerosol.), de deux origines : anthropique (SOAa) et biogéniqueBiogénique (francisation de biogenic), adjectif dont la signification pertinente ici est : produit par des organismes vivants, ou par un procédé biologique (source : le Wiktionary). (SOAb)Les aérosols : émissions, formation d'aérosols organiques secondaires, transport longue distance - Zoom sur les aérosols carbonés en Europe -, résumé de thèse (2006), sur le site du CCSD, consulté le , et ORISAMTM4 : a new global sectional multicomponent aerosol model including SOA formation Focus on carbonaceous BC and OC aerosols, résumé du document (2007), sur le site knmi.nl, consulté le ..
En première approche, on peut retenir que les particules résultant de processus chimiques (combustions ou réactions photochimiques) ont des diamètres aérodynamiques inférieurs à (particules submicroniques) Aérosol, sur le site gsite.univ-provence (université de Provence Aix-Marseille I), , consulté le .. Les particules « submicroniques » se partagent en deux modes : le « mode de nucléation » (diamètres inférieurs à 0,1 micromètre) ; il regroupe les particules nouvellement formées par nucléation dans l’atmosphère ou directement émises ; le « mode d’accumulation » (diamètres compris entre 0,1 et ) ; ces particules ont évolué dans l’atmosphère par condensation de gaz et . thumb|Sources d'aérosols carbonés. Les sources majeures d'aérosols carbonés sont les combustions et la formation secondaire de SOA par photo-oxydation de composés organiques volatils (COV, VOC) dits « COV précurseurs ». La photo-oxydation atmosphérique des composés organiques volatils conduit à la formation d’espèces oxydées, moins volatiles. La nucléation homogène (nucléation en milieu homogène) ou la condensation (sur des particules préexistantes) de ces produits d’oxydation permet d’expliquer la formation des Aérosols Organiques Secondaires ( SOA) dans l’atmosphèreInstrumentation et Réactivité Atmosphérique (IRA), sur le site lce.univ-amu.fr (Université d'Aix-Marseille), consulté le ..
Une part des OCp émises, encore mal caractérisée, provient également directement de la végétation (PBAP – Primary Biogenic Aerosol Particles, aérosols primaires biogéniques), particules supermicroniques (i. e. de diamètre aérodynamique supérieur à 1 micromètre) Bruno Guillaume, Les aérosols:émissions, formation d'aérosols organiques secondaires, transport longue distance- Zoom sur les aérosols carbonés en Europe -, thèse de doctorat d’université (2007), consulté le .. La végétation émet également des COV biogéniques (COVb), précurseurs d’aérosols organiques biogéniques secondaires (SOAb). L’affinement des méthodes de chimie analytique a permis de déterminer que les aérosols organiques biogéniques secondaires (SOAb) composent 60 % de la fraction organique (OC) des aérosols carbonés présents dans l’atmosphère et ce, même en milieu urbain.
Les combustions impliquées dans les émissions sont aussi bien celles de combustibles fossiles (pétrole, charbon, gaz naturel, transports, chauffage, industrie...) que les combustions de la biomasse (chauffage, feu de bois, feu de forêt, agriculture...) Les émissions anthropiques, biogéniques et naturelles, , sur le site lmd.polytechnique.fr, consulté le .. thumb|Le carbone noir est émis dans l'air lorsque des combustibles fossiles et des biocombustibles, tels que le charbon, le bois et le gazole, sont brûlés. Le carbone noir est présent dans le monde entier.