Aérosol atmosphérique

Origines et caractéristiques

L’aérosol atmosphérique trouve son origine dans deux sources d’émissions de particules :

• Origine naturelle : océans (production de sulfates), feux, volcans…
• Origine anthropogène : particules issues des activités humaines. On retiendra qu’une personne immobile émet en moyenne 106 particules de diamètre supérieure à 0,3 µm par minute ! Et jusqu’à 5106 particules lorsqu’elle se déplace à 3 km/h.

La formation de grosses particules (dont le diamètre excède 2 µm) sont essentiellement le produit de moyens mécaniques : vents, sables, embruns et ne se rencontrent presque toujours que lors d’épisodes localisés de pollution. Leur durée de vie est très courtes : de l’ordre de quelques heures pour des particules de dimensions supérieures à 10 µm. Si eur nombre est souvent réduit, leur contribution à la masse de l’aérosol est très importante.

Les particules fines (diamètre inférieur à 2µm) participent activement à la physicochimie de l’atmosphère. Elles trouvent leurs origines à partir de phénomènes de nucléation ou de condensation. Un grand nombre de ces particules ne se traduit pas nécessairement par une contribution importante à la masse de l’aérosol.

Il est admis que l’aérosol atmosphérique est formé de trois distributions log-normales :

• le mode “nucléation” (I) qui comporte des particules de diamètres inférieurs à 0.08µm,
• le mode “accumulation” (II) constitué de particules dont les diamètres sont compris entre 0.08µm et 2µm,
• le mode “grosses particules” (III) lorsque les dimensions des particules excèdent 2µm.

A titre d’information, [R. Jaenicke (1992)]¹ propose une formule permettant d’évaluer le temps de résidence d’un aérosol à partir de sa granulométrie et du temps de séjour correspondant aux disparitions humides.

Diamètre d’une particule

Un aérosol est constitué de particules dont la forme correspond rarement aux sphères idéales auxquelles nous avons souvent tendance à les associer. Il convient donc de définir ce que ’on entend par “diamètre” d’une particule ($d_{\text{p}}$).

• Diamètre de Martin ou corde moyenne : longueur d’une corde divisant la surface apparente de la particule en deux aires égales.
• Diamètre de Féret : distance entre deux tangentes au contour apparent de la particule menées parallèlement à une direction fixe.
• Diamètre de Stokes : diamètre d’une sphère ayant la même vitesse de chute et la même masse spécifique que la particule considérée.
• Diamètre aérodynamique : diamètre d’une sphère ayant la même vitesse de chute que la particule et une masse spécifique égale à 1 g.cm^-3.
• Diamètre projeté : diamètre du cercle qui aurait la même surface que la surface apparente de la particule.

Source : [A. Renoux 1998]²

Une description plus complète est disponible sur le site des mines d’Albi .

Lois de distribution granulométrique

Il est rare qu’un aérosol ne soit constitué que de particules de tailles identiques. En général, on rencontre des aérosols constitués de particules dont les dimensions varient. On parle alors d’aérosol polydispersé. Il faut donc trouver une interprétation statistique susceptible de aractériser sa distribution granulométrique.

Une solution consiste à discrétiser l’intervalle contenant l’ensemble des diamètres constitutifs de ’aérosol $\left[d_{\text{min}}, d_{\text{max}} \right]$ en sous domaine de largeurs $\Delta d_{\text{p}}$. On dénombre ainsi le nombre de particules comprises dans chacun des intervalles $\Delta d_{\text{p}}$. On introduit ici la notion de classe de particules; une classe correspondant à un intervalle $\Delta d_{\text{p}}$.

Il pourra être intéressant dans la pratique de venir approcher la granulométrie par une fonction continue. On parlera de fonction de distribution granulométrique. Le plus souvent, une ou plusieurs ois superposées de type log-normale permettent de décrire un aérosol. Dans certain cas, il peut être intéressant de s’intéresser à la distribution cumulée.

Attention toutefois, dans la réalité les granulométrie des aérosols présentent rarement des symétries. La moyenne est dans ce cas un mauvais indicateur des diamètres constitutifs de la granulométrie d’un aérosol.