L’atmosphère qui nous entoure est constitué d’un mélange de gaz, pour l’essentiel de diazote N2 (78 %) et de dioxygène O2 (à 21 %).
Les éléments restants (1 %) se répartissent entre vapeur d’eau, dioxyde de carbone (CO2), ozone stratosphérique (O3), aérosols, gaz rares.
Cette composition est bien sûr variable dans l’espace et dans le temps.
Elle est notamment influencée par les paramètres météorologiques. L’atmosphère a une épaisseur de 500 à 1000 km, suivant la définition considérée. Elle est divisée en plusieurs couches caractérisées entre autres par leur profil vertical de température.
Les principaux phénomènes météorologiques (anticyclones, dépressions, perturbation, précipitations...) se produisent cependant dans une couche appelée troposphère, de 15 km d’épaisseur en moyenne. A la base de la troposhère, se trouve la couche limite, dans les tous premiers kilomètres de l’atmopshère.
La quasi-totalité des rejets de polluants dans l’atmosphère (à l’exception des émissions dues aux aéronefs) se produit au niveau de la surface terrestre.
La pollution sera donc principalement influencée par les phénomènes météorologiques ayant lieu dans cette couche limite.
Influence de la météorologie
A notre niveau, la qualité de l'air peut connaître des variations considérables à différentes échelles : d’une jounée à l’autre, en une heure, suivant la saison...
Ces évolutions sont très souvent liées aux paramètres météorologiques qui tiennent une part importante dans la dispersion des polluants atmosphériques. On distingue 3 types de conditions :
◊ Atmosphère instable : dans de telles situations, la dispersion des polluants est facilitée. Ces situations apparaissent par fort réchauffement du sol. Elles se retrouvent principalement le jour en absence de vent fort.
◊ Atmosphère neutre : ces situations permettent la dispersion des polluants. Elles correspondent aux situations de vents modérés ou à des situations de ciel couvert. Il s'agit de la situation la plus fréquente en zone tempérée.
◊ Atmosphère stable : de telles situations freinent le déplacement des masses d'air. Elles sont induites par des inversions thermiques près du sol, ce qui limite la dispersion des polluants. Ces situations se retrouvent principalement la nuit par vent faible.
Les phénomènes de transport et de dispersion des polluants sont donc principalement liés aux conditions de vent et aux déplacements des masses d’air, mais également aux précipitations qui « lessivent » l'atmosphère en entrainant les polluants ou encore à l’humidité qui favorise la condensation.
Le déplacement des polluants peut se faire de quelques centaines de mètres à plusieurs milliers de kilomètres depuis le point d'émission.
L'inversion de température
La température aura une influence sur la dispersion verticale des polluants.
En situation normale, la température de l'air diminue avec l'altitude (environ 1°C tous les 100 mètres). Quand l'air chaud s'élève dans les couches supérieures plus froides, il entraîne avec lui les polluants qui sont ainsi dispersés verticalement.
Dans les conditions "d'inversion de température", l'atmosphère au lieu de se refroidir avec l'altitude se réchauffe. On observe à une certaine altitude une inversion de la variation de température en fonction de l'altitude, c'est-à-dire que l'atmosphère se réchauffe avec l'altitude.
L'altitude où débute le réchauffement, appelé niveau d'inversion, correspond à la base de la couche d'inversion. Lorsque la température recommence à baisser avec l'altitude, on se trouve alors au sommet de la couche d'inversion. La différence entre ces deux points nous donne l'épaisseur de cette couche.
Dans ce cas précis, on observe alors une masse d'air froid piégée sous une masse d'air chaud. Les substances polluantes s'accumulent sous cette couche qui forme une sorte de "couvercle" empêchant les polluants de se disperser. Il n'y a alors plus de brassage vertical.
Cet état météorologique peut durer de quelques heures à quelques jours. Lorsque l'inversion est constatée pendant un certain temps, les concentrations en polluant à proximité des sources d'émission peuvent considérablement augmenter.
La dispersion par le vent
Le vent influence la dispersion des polluants à la fois par sa direction et par sa vitesse. En effet, les panaches de polluant sont orientés dans une direction unique et privilégiée et la force du vent conditionne la bonne dispersion des polluants. En parcourant une distance plus grande, les polluants gazeux et particulaires se diluent progressivement avant de retomber.
Influence de la topographie
La topographie (ou le relief) d'un site peut influencer la circulation des masses d'air au niveau du sol, les immeubles de grandes hauteurs, les colines et les vallées sont autant d'obstacles à une dispersion linéaires des polluants.
