Impact of a Saharan dust outbreak on PM₁₀ ground levels in Southeastern France

Impact d’une advection de poussières sahariennes sur les niveaux de PM₁₀ dans le Sud-Est de la France

¹ University of Nice Sophia-Antipolis – Geography Department, Management and Valorization of the Environment team – UMR 7300 ESPACE CNRS, 98 Bd Herriot, 06204 Nice Cedex 3 – France
² Humboldt-Universität zu Berlin – Geography Department, Climatology section Unter den Linden 6, 10099 Berlin – Germany
³ National Institute for Industrial Environment and Risks (INERIS), Central Laboratory for Air Quality Monitoring (LCSQA), 60550 Verneuil-en-Halatte – France
⁴ Umweltbundesamt (UBA), the Federal Environment Agency, Wörlitzer Platz 1, 06844 Dessau-Roßlau – Germany

^* Author to whom correspondence should be addressed; E-Mail: nmichelot@gmx.fr; Tel.: +33 (0) 6 64 36 05 13
^× Current affiliation: French Ministry of the Ecology, Air Quality Office, 92055 Paris La Défense
^a wilfried.endlicher@geo.hu-berlin.de
^b pierre.carrega@unice.fr
^c nicolas.martin@unice.fr
^d olivier.favez@ineris.fr
^e marcel.langner@uba.de

Abstract

Southeastern France is often subject to thermal breezes and inversions that are partly responsible for the dispersion behavior of air pollutants in this region. Generally, the coastal urban zone is the main contributor to PM₁₀ emissions. However, a southerly wind, commonly known as Sirocco, occasionally generates dust advections from the Sahara desert, resulting in poor air quality in the study area. This work demonstrates the quick rise of PM₁₀ levels on the French coastline under the influence of such a weather outbreak. Measurements were performed during a Saharan dust episode which occurred end of April 2013 and caused the tripling of PM₁₀ daily averages at the regional scale in about 24 hours. In Vence, located in the Alpes-Maritimes department, the highest daily average was 7 times greater during the peak than before the dust outbreak. In Venaco (Corsica) off-line chemical characterizations for filter samples show that about 50% of the PM₁₀ mass was composed of terrigenous dust, which confirms that they played a central role in the degradation of air quality and in the exceeding of the EU daily limit value of 50 μg/m³ at a regional scale.

Résumé

Dans le Sud-Est de la France, les Alpes-Maritimes connaissent une ventilation essentiellement assurée par le jeu des brises et une fréquence élevée d’inversions thermiques. Ces topoclimats conditionnent la dispersion des polluants atmosphériques, en majorité émis au sein de l’aire urbaine côtière. Au-delà de cette singularité climatique, la ventilation occasionnelle d’échelle dynamique, si lorsqu’elle est d’origine continentale ou d’altitude s’avère favorable à la dispersion des polluants (mistral, foehn par exemple), peut également devenir néfaste à la qualité de l’air. Dans ce dernier cas, le flux évoqué est communément appelé Sirocco. Il est facilement identifiable car il colore l’atmosphère de teintes orangées, et est orienté principalement au sud, sud-est.

Au printemps 2013, une advection d’air subtropical a transporté des poussières sahariennes au-dessus du bassin occidental de la mer Méditerranée, allant d’Afrique du Nord à l’Italie en passant par l’Espagne et la France. C’est l’impact de ce vent sur les niveaux de PM₁₀ dans les Alpes-Maritimes et en Corse qui est étudié dans cet article.

Dans le cadre d’une thèse de doctorat, un poste de mesure de particules (TEOM-FDMS prêté par l’Université Humboldt de Berlin) et des appareils de relevés météorologiques ont été installés durant plus de sept mois sur un terrain privé à Vence (commune située à 10 km au nord-ouest de Nice) à environ 300 mètres d’altitude en contrebas des Préalpes. Pour les faits étudiés ici, une attention particulière s’est portée durant la période du 29 avril au 1^er mai 2013 sur plusieurs paramètres météorologiques au moment où soufflait de façon discontinue le Sirocco. Afin de déterminer par spéciations chimiques l’origine des particules, le programme de caractérisation des particules (CARA) créé et géré par le Laboratoire central de surveillance de la qualité de l’air (LCSQA) a été mobilisé durant la thèse, mais aussi ultérieurement pour cette étude en retenant le poste de Venaco en Haute-Corse (sous la responsabilité de l’AASQA Qualitair Corse). Ce poste a été retenu d’une part parce qu’il disposait des seuls filtres disponibles dans l’aire d’étude durant cette fenêtre météorologique, et d’autre part parce qu’il était situé sur la trajectoire du vent et donc pouvant être considéré comme représentatif du phénomène de dégradation de la qualité de l’air dans la région.

Les résultats démontrent bien le rôle joué par le Sirocco qui a occasionné par son apport de poussières sahariennes une hausse des niveaux de PM₁₀ dans la zone étudiée. En effet, les mesures indiquent le triplement des moyennes journalières de PM₁₀ à l’échelle régionale en 24 heures de temps. A Vence, la moyenne quotidienne pendant le pic était 7 fois plus élevée qu’avant l’épisode. A Venaco, la caractérisation chimique des particules montre que près de 50% de la masse des PM₁₀ était composée de poussières terrigènes, ce qui confirme qu’elles ont joué un rôle central dans la dégradation de la qualité de l’air à une échelle régionale et pour le dépassement de la valeur limite quotidienne de 50 μg/m³ fixée par l’Union européenne.

Enfin, l’originalité de cet article consiste à mettre les résultats en perspective avec l’attente réglementaire visée ci-dessus. En effet, la directive 2008/50/CE dispose que les épisodes d’origine naturelle peuvent être soustraient du nombre annuel de dépassements de la valeur limite quotidienne (50 μg/m³) à ne pas dépasser plus de 35 fois par an (ce qui peut éviter d’être confronté à un contentieux). Aussi, à court terme, vis-à-vis de la gestion des pics de pollution, l’identification de l’origine des particules (en l’occurrence majoritairement des poussières sahariennes) permet d’écarter les coupables idéals (transport routier et industries par exemple) et de cibler des actions adaptées à la nature de la pollution rencontrée. Cela dit, les autorités locales ne devraient pas non plus négliger d’autres leviers de réduction pour les principales sources d’émission locales et pérennes, même s’il n’y a rien à faire à propos de la contribution majeure du moment, en particulier pour protéger les populations sensibles.