L'ozone et la pollution photochimique en 5 points

La région Sud Provence-Alpes-Côte d’Azur est concernée par une pollution chronique issue des nombreuses activités humaines. En été, les épisodes de pollution sont plus fréquents et le transport routier, maritime et l'industrie en sont les principales sources. C'est la région de France où s'observent le plus d'épisodes de pollution à l'ozone. En 2022, 87% du territoire et 76% de la population de la région étaient concernés par un dépassement du seuil réglementaire d'ozone.

Le soleil, la chaleur et les vents modérés provoquent la transformation des polluants émis par les activités humaines en pollution « photochimique ». L’ozone est le principal traceur de cette pollution, mais d’autres polluants sont également formés comme les particules ultrafines. Cette pollution photochimique s’ajoute à celle habituellement présente localement ; elle couvre de larges territoires, y compris des zones rurales éloignées des villes et pôles industriels.

La pollution à l'ozone est nocive pour l'homme : c'est un gaz irritant qui peut causer maux de tête, irritation des yeux, des voies nasales et de la gorge. A forte concentration, elle peut entraîner divers problèmes respiratoires.

L’ozone est composé de trois molécule d'oxygène (O₃) et se trouve naturellement dans l’atmosphère terrestre. Il est associé à deux phénomènes : la couche d’ozone stratosphérique et la pollution photochimique au niveau du sol.

Selon l’altitude à laquelle il se trouve, l’ozone n’a pas les mêmes impacts sur l’homme et l'environnement.

• L'ozone stratosphérique (gaz de la haute atmosphère entre 10 et 50 kilomètres d'altitude) forme la couche d’ozone : il nous protège en absorbant une partie des rayons ultra-violets qui peuvent être dangereux pour les êtres vivants si ils y sont exposés en excès. C'est le « bon ozone »
• En basse altitude, dans la troposphère (jusqu'à environ 10 kilomètres d'altitude), la concentration d'ozone est naturellement faible. Cependant, les polluants issus des activités humaines produisent sous l'effet du rayonnement solaire une nuage de pollution dite photochimique (« un smog ») qui contient notamment de l'ozone, nocif pour la santé et l'environnement. Ce polluant secondaire est un gaz à effet de serre qui a un impact sur le changement climatique. C'est le « mauvais ozone »

Exemple de smog photochimique à Marseille lors d'un pic de pollution à l'ozone

La surveillance de l'ozone et de ses précurseurs

AtmoSud est doté d'un dispositif de surveillance sur tout le territoire pour suivre l'évolution des polluants précurseurs de l’ozone et ainsi pouvoir prévoir et anticiper la formation d'ozone.

Cette observation permet de suivre heure par heure la formation d’ozone sur le territoire notamment grâce à :

• Un réseau de mesure des COV autour des zones industrielles
• Un réseau de mesure des NOx dans les zones urbaines et à proximité des axes de transport (routiers, maritimes et aérien)
• Un réseau de mesure de l’ozone, en zone urbaine et péri-urbaine mais également en zone rurale.

L'ensemble de ces données est accessible sur notre site en temps réels (h+1): https://www.atmosud.org/dataviz/mesures-aux-stations

Carte des stations de mesure d'AtmoSud en Région Sud

Le dispositif de surveillance est complété par un inventaire des émissions atmosphériques. Il est réalisé chaque année par AtmoSud pour mettre à jour l’état des connaissances sur son territoire. L’évolution et la répartition sectorielle des précurseurs d’ozone comme les NOx et les COV sont notamment surveillés pour suivre les leviers d’action pour améliorer la qualité de l’air.

 Répartition sectorielle des NOx en région Sud (2019)

Répartition sectorielle des COV en région Sud (2019)

Ces émissions sont intégrées dans nos modèles de prévision de la qualité de l’air afin d’être au plus proche des dynamiques physico-chimiques ayant lieu sur notre territoire.

AtmoSud est également un allié quand il s’agit de changer de comportement puisqu’il informe sur son site sur la qualité de l’air à 25 mètres de résolution pour les 48 prochaines heures. Cette prévision horaire permet à chacun de pouvoir adapter ses comportements.

La pollution photochimique produit de l'ozone mais également des particules d’origine secondaires ayant pour effet d'augmenter les concentrations des particules fines.

Ces aérosols secondaires sont pleinement intégrés dans la stratégie de surveillance du réseau d’AtmoSud, afin de mieux comprendre les phénomènes de pollution atmosphérique et améliorer les outils de prévision et modélisation.

Le cycle de l'ozone

AtmoSud, 2017, d'après Camredon et Aumont, 2007

Formation des aérosols secondaires

La pollution photochimique et les aérosols sont deux aspects importants de la pollution atmosphérique qui ont un impact sur la qualité de l'air et la santé humaine, souvent interconnectés dans les processus atmosphériques.

Les particules ultrafines sont émises par les activités humaines (phénomène de combustion, industrie...) mais également par phénomène de nucléation/condensation de certains gaz.

Au cours de l'épisode de pollution photochimique d'août 2023, les niveaux de PUF restent comparables d'un jour à l'autre car les phénomènes de nucléation/condensation ont limité leur accumulation.

Évolution du nombre de particules fines à Marseille à l'Observatoire de Haute-Provence (août 2023)

En revanche, les phénomènes physiques de nucléation, condensation et coagulation qui entrent en jeu pour faire grossir les particules (passage des PUF aux particules fines) ont entrainé une augmentation du niveau de fond à partir du 15 août des concentrations en particules fines PM2.5. Les PM2.5 sont suffisamment fines pour pénétrer profondément dans le système respiratoire.

Évolution des concentrations en PM2.5 à Marseille et à l'Observatoire de Haute-Provence et du profil des températures à Marseille

Par différents mécanismes dont le stress oxydatif et l'inflammation, les particules fines, contribuent au développement de maladies chroniques telles que des maladies cardiovasculaires, respiratoires ou encore neurologiques (source : Santé publique France)

Suivi approfondi des particules au super-site Longchamp

• Site historique : 25 ans (mise en service en 1995)
• Site représentatif des niveaux moyens de l'air respiré par les habitants de Marseille
• Site intégré au dispositif national et européen relatif aux polluants réglementés et comptant parmi les stations françaises labélisées "IEM" (Indice d'Exposition Moyen)
• Site accueillant de nombreuses campagnes de mesures dans le cadre de projets nationaux et européens
• Instrumenté par 16 analyseurs de référence permettant l'analyse en ligne de plus de 200 composés

Quelles sont les conditions météorologiques favorisant le début et la persistance d'un épisode de pollution ?

Des températures élevées associées à un fort ensoleillement vont accroître la photochimie dans l’atmosphère et augmenter les concentrations d’ozone notamment. C’est souvent la présence d’une influence anticyclonique qui persiste sur une partie de la France qui est à l’origine des températures chaudes, du ciel dégagé mais également de l’absence de vent.

 Concentration de pollution sur les basses couches de l'atmosphère le matin

Dans ces conditions, on peut observer, en fin de nuit,  une inversion thermique, phénomène où une couche d’air chaud se retrouve piégée au-dessus d’une couche d’air plus froid près de la surface. Ces conditions particulières vont favoriser d’autant plus l’accumulation de polluants.

Comment la météorologie locale impacte-t-elle les concentrations d’ozone au cours de la journée ?

Les régimes de brise vont jouer un rôle important dans la concentration d'ozone. Au cours de la nuit et début de matinée, une brise de terre, vent faible à proximité des côtés, permet de disperser les polluants vers la mer. Ces masses d’air polluées sont le lieu de réactions chimiques induisant des polluants transformés comme des aérosols secondaires. Puis en fin de matinée, une brise de mer va à l’inverse ramener ces masses d’air vers le littoral, apportant en partie avec elle, ces polluants transformés. Cette inversion de brise, est centrale en période d’épisode de pollution, puisqu’elle peut alimenter le réservoir des précurseurs pour la formation d’ozone mais également permettre une accumulation des autres polluants (particules fines, poussières désertiques, composés organiques volatils…).

Schéma de la formation de la brise de terre

 Schéma de la formation de la brise de mer

Exemple de formation de pic d'ozone dans différentes typologies de territoire

Les précurseurs d’ozone (NOx et COV) sont généralement émis en ville ou à proximité des sites industriels. On peut voir que le matin, ces émissions de précurseurs sont présentes en ville (ici Marseille et la Penne-sur-Huveaune) et vont contribuer quelques heures plus tard à la formation, de l’ozone en périphérie (Aix-en-Provence) puis en milieu rural (Observatoire de Haute-Provence). Ces déplacements de masse d’air sont pilotés en été par le régime de brise en situation anticyclonique.

Évolution de la pollution photochimique entre les zones urbaines, périurbaines et rurales

Lors d’un épisode de pollution photochimique, la qualité de l'air se dégrade tout au long de la matinée, d’abord autour des grandes agglomérations (ouest de la région et la bande côtière), pour s’étendre dès le milieu de la matinée sur l’ensemble de la région) Elle devient mauvaise en fin de matinée. L’amélioration commence en fin d‘après-midi par les zones alpines mais la situation reste mauvaise sur l’ouest de la région jusqu’en début de soirée.

Cette évolution est visible grâce à notre nouvel indicateur de la qualité de l’air, ICAIRh, disponible en page d'accueil. ICAIRh cumule 4 polluants (O₃, NO₂, PM10 et PM2.5) permet d'avoir une information quotidienne sur la qualité de l'air car. Les cartes permettent de suivre la dynamique de formation de l'ozone (jusqu'à 24h de prévision) et d'ainsi adapter ses comportements lors d'épisodes de pollution notamment.