À la montagne en hiver, as-tu déjà remarqué une sorte de voile au-dessus des vallées ou de la plaine ? T’es-tu déjà agacé de la couche nuageuse grise qui planait au-dessus de ta tête et ne voulait pas se dissiper ? C’est un phénomène typique de cette saison, lié au temps, qui se produit lorsqu’une couche d’air chaud se trouve au-dessus d’une couche d’air froid. Ce n’est possible qu’en l’absence (presque totale) de vent. La frontière entre l’air froid et l’air chaud s’appelle l’inversion thermique. Au-dessus de cette couche d’air, il fait relativement chaud et généralement beau. En revanche, en dessous, l’air se charge de plus en plus en polluants divers.

L’inversion se comporte comme un couvercle, qui empêche les couches d’air inférieures de se mélanger aux couches supérieures. Ainsi, les polluants s’accumulent sous l’inversion. La brume visible en dessous est composée essentiellement de poussières fines. Les situations d’inversion se produisent généralement en hiver. C’est pourquoi, l’air fortement chargé en poussières fines sous cette inversion est appelé « smog hivernal ». Le terme « smog » est formé à partir des mots anglais « smoke » (fumée) et « fog » (brouillard) et désigne la pollution visible dans l’air.

Les particules fines se forment à partir de la combustion incomplète de combustibles et carburants, lors de processus industriels ou par abrasion (pneus sur la route, roues sur les rails, sabot de frein et disque de frein). Mais elles peuvent également être générées par des réactions chimiques dans l’air, par l’association de substances gazeuses comme l’ammoniac (NH₃), le dioxyde d’azote (NO_x), le dioxyde de soufre (SO₂) ou d’autres composés organiques. La charge en particules fines dites secondaires est à peu près aussi importante que la charge en particules primaires.

Les combustions incomplètes se produisent entre autres dans des chauffages mal réglés, des poêles à bois, mais aussi dans les moteurs des voitures, camions, motos, scooters et petits appareils.

Avec la démonstration de ton enseignant lors de l’expérience sur l'inversion thermique (indiquer les observations et conclusions), tu peux étudier le phénomène d’inversion.

Les poussières fines sont fréquemment appelées aussi PM10. PM est l’abréviation anglaise de « Particulate Matter », signifiant « particules en suspension ». Le nombre 10 indique le diamètre maximal de ces particules de poussière, à savoir 10 micromètres (10 µm). Un cheveu humain est dix fois plus gros. Les particules de cette taille ou inférieures ne sont pas retenues dans les voies respiratoires supérieures et arrivent jusqu’aux poumons (sources).

Découvre la poussière à l’aide de l’expérience Voir et entendre les particules de poussière

Après les PM10, il existe des particules encore plus petites comme les PM2,5 (particules fines) et les PM0,1 (particules ultrafines). À partir des PM2,5, on parle de particules fines capables de pénétrer dans les poumons b (sources). Ce qui signifie que ces particules peuvent pénétrer jusque dans les plus petites ramifications et les alvéoles pulmonaires. Les PM0,1 (particules ultrafines) arrivent même dans le tissu pulmonaire et le sang et se répandent ainsi dans tout le corps, jusqu’au cerveau.

Du fait de leurs origines diverses, les poussières fines sont formées de multiples composés chimiques différents. Les particules de suie cancérogènes ultrafines sont particulièrement toxiques. À proximité de la source, par exemple un moteur diesel sans filtre à particules, elles ont un diamètre maximal d’un dix millième de millimètre (PM0.1). Ces particules ultrafines sont très fissurées. D’autres substances toxiques peuvent donc très facilement s’y loger.

Collectez et étudiez des échantillons de poussière avec Observation de la poussière au microscope. L'expérience doit être préparée 24 heures à l’avance.

En hiver, la charge en poussières fines est particulièrement élevée pour une grande partie de la population, car les inversions sont plus fréquentes et généralement ne se résorbent pas vite. Du fait de cette inversion, les polluants issus par exemple des chauffages au bois ne peuvent pas se disperser. C’est pourquoi la pollution proche du sol est très importante. Mais les poussières fines peuvent aussi constituer un problème en été.

En Suisse, des valeurs limites de charges en poussières fines ont été fixées dans l’ordonnance sur la protection de l’air (OPair). Pour les PM10, la moyenne annuelle est de 20 µg/m₃ (microgrammes par mètre cube d’air) et de 50 µg/m₃ pour la moyenne journalière. Grâce à des mesures ciblées à la source, la charge en poussières fines a considérablement diminué ces dernières années, notamment avec les filtres à particules pour les moteurs diesel. Grâce à son plan d’action contre les poussières fines, la Suisse occupe la première place au monde en matière de lutte contre la suie de diesel. Cependant, malgré ces progrès, certaines valeurs limites sont toujours dépassées (sources).

En plus des variations saisonnières, il existe aussi des variations régionales en matière de pollution aux poussières fines. Ainsi, au Tessin, elles sont souvent très élevées, notamment dans le sud. Ce constat s’explique par l’émission locale de polluants, liée à la situation topographique, à laquelle s’ajoute un air fortement pollué venu de la vallée du Po dans le nord de l’Italie.
Dans le nord des Alpes, les grands centres urbains sont particulièrement touchés (Zurich, Bâle, Berne et Genève). Mais on relève aussi régulièrement des valeurs élevées le long des principales autoroutes.

Il existe beaucoup d’endroits dans le monde fortement touchés par le smog. C’est le cas notamment de la ville de Salt Lake City aux États-Unis, du fait de sa situation topographique (entourée de montagnes) ou de Pékin en Chine, où sont encore en service de nombreuses centrales à charbon rejetant énormément de polluants.

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En réglant la température modérément et en aérant correctement chez toi, tu peux réduire le chauffage en hiver. Outre des économies d’énergie et une réduction des émissions de CO₂, tu peux aussi diminuer la charge en poussières fines en fonction du type de chauffage. Tu peux régler les températures différemment selon les pièces. Le schéma ci-dessous te montre les températures recommandées pour chaque pièce. Tu peux aussi aérer par à-coups, c’est-à-dire « brièvement mais vigoureusement » plutôt qu’ « un peu en permanence ». Selon le type de chauffage, les émissions de poussières fines peuvent être ainsi réduites.

Les chauffages au bois sont également une source de poussières fines importante. Idéalement, du point de vue de la pollution, il faut renoncer aux feux en plein air et au feu dit « de confort » dans la cheminée ou dans le poêle suédois. En allumant un feu selon les règles, tu peux réduire considérablement la formation de poussières fines dues aux chauffages au bois.

Selon le mode de transport que tu choisis, tu peux aussi agir contre les poussières fines. Si possible, utilise la force de tes muscles pour te déplacer (à pied ou à vélo) ou encore les transports publics. Car le trafic individuel motorisé (voitures, motos, scooters, mobylettes) favorise aussi la formation de poussières fines. Les voitures diesel doivent être équipées de filtres à particules. Ceux-ci retiennent jusqu’à 99 % des poussières fines.