La qualité de l’air est contrôlée en grande partie par les émissions de polluants au sol et en altitude, par la météorologie, par les transformations chimiques des polluants dans l’atmosphère et par les dépôts au sol comme le montre le schéma du cycle des polluants gazeux dans l’atmosphère.
La dispersion a un impact direct sur la qualité de l’air
Le mécanisme déterminant pour la qualité de l’air est la dispersion qui va faire varier les concentrations en polluants dans l’espace et dans le temps. La dispersion dépend de plusieurs paramètres météo dont la stabilité de l’atmosphère.
Dispersion, turbulence et stabilité atmosphérique
De part les caractéristiques physiques de l’air et sous l’effet de la gravité terrestre, l’atmosphère est stratifiée en différentes couches avec des caractéristiques propres a chacune de température, d’humidité et de pression. Le vent transporte les polluants sur l’horizontale sans mélanger les masses d’air, le vent a donc peu d’impact sur les concentrations des polluants. Ce sont des tourbillons dans atmosphère, appelés la turbulence, qui vont créer des mouvements horizontaux et verticaux des molécules d’air et de polluants et qui vont permettre de mélanger les masses d’air entre différentes couches de l’atmosphère. En présence de turbulence, les concentrations de polluants diminuent.
La couche limite atmosphérique (CLA)
La turbulence est générée par les thermiques sous l’effet du rayonnement solaire ou par l’effet de friction du vent au niveau de la surface terrestre. La turbulence au-dessus du sol donne naissance à une couche de mélange (mixed layer) aussi appelé couche limite planétaire (CLP) ou couche limite atmosphérique (CLA). La hauteur de cette couche varie en fonction du rayonnement solaire durant la journée comme le montre le diagramme suivant :
La hauteur de la couche limite est déterminante pour la qualité de l’air
La hauteur de la couche limite atmosphérique dépend essentiellement de la radiation solaire au sol. Sa valeur est comprise entre quelques centaines de mètres l’hiver et 3000 mètres ou plus l’été. Cette hauteur va être une variable déterminante pour la dispersion des polluants de l’air émis par les activités humaines : en absence de vent, les concentrations seront d’autant plus fortes que sa hauteur est faible.
En région montagneuse, la couche limite atmosphérique agit comme un couvercle pour concentrer la vapeur d’eau ou les polluants de l’air émis à l’intérieur d’une vallée qui joue le rôle de boîte : les épisodes de pollution et les mers de nuages sont essentiellement dus à ce phénomène.
Stabilité atmosphérique : les couches neutres, stables et instables
Une couche de mélange a une particularité physique : la température varie en son sein de manière adiabatique en fonction de l’altitude : on parle de couche neutre. En moyenne dans une couche neutre en présence d’humidité, la température de l’air diminue de 6°C par kilomètre. C’est l’état des masses d’air qu’on rencontre le plus souvent dans les basses couches l’atmosphère durant la journée.
Lorsque la température diminue moins rapidement avec l’altitude que dans une couche neutre, on parle de couche stable. On pourra notamment parler de couche d’inversion de température si la température de l’air augmente avec l’altitude. On trouve bien souvent des couches stables la nuit à proximité du sol.
Lorsque la température diminue plus rapidement avec l’altitude que dans une couche neutre, on parle de couche instable. L’instabilité est importante dans la prédiction des mouvements convectifs et des orages.
Dans votre atmosphère : c’est une bonne ou une mauvaise dispersion ?
En fonction de la couche de l’atmosphère, la dispersion des polluants est :
- bonne dans une couche neutre ou instable
- mauvaise dans une couche stable
Un outil pour la qualité de l’air : le radiosondage
Le radiosondage est le meilleur outil en météorologie pour connaître la stabilité de l’atmosphère sur toute sa hauteur. En qualité de l’air, les données d’un radiosondage permettent de déterminer les conditions de mauvaise dispersion des polluants gazeux et particulaires à l’origine des épisodes de pollution.
Lire l’article sur l’analyse des radiosondages pour la qualité de l’air
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