Polluants

SO2 – Dioxyde de soufre

I Introduction

Le dioxyde de soufre (ou anhydride sulfureux) est un composé chimique constitué de deux atomes d'oxygène et d'un atome de soufre, soit de formule chimique SO2 (cf figure 1).

C'est un gaz dense, incolore, toxique, ininflammable, avec une odeur pénétrante (seuil bas à bas à 0,33 ppm et seuil haut  à 5 ppm) et fortement irritante pour les yeux et les voies respiratoires. Le SO2 atmosphérique provient essentiellement de combustions de combustibles fossiles au cours desquelles les impuretés soufrées contenues dans les combustibles (à des taux compris entre 0,2% et 4%) sont oxydées par l’oxygène de l’air O2 en dioxyde de soufre SO2. Ce polluant gazeux est ainsi rejeté par de multiples petites sources mobiles ou fixes (installations de chauffage domestique, véhicules à moteur diesel, …), et par des sources ponctuelles plus importantes (centrales de production électrique ou de vapeur, chaufferies urbaines, …). Certains procédés industriels produisent également des effluents soufrés (production d’acide sulfurique, raffinage de pétrole, métallurgie des métaux non ferreux, incinération des déchets, fabrication de la pâte à papier…). Par ailleurs, le SO2 a de nombreuses applications industrielles comme désinfectant, antiseptique, gaz réfrigérant ou agent de blanchiment. En raison de ses propriétés antimicrobiennes, il est aussi utilisé comme conservateur de produits alimentaires (dont le vin) sous l'appellation E220. Le SO2 industriel est obtenu par combustion de soufre ou de pyrites, puis transformé en trioxyde de soufre (SO3) pur par oxydation catalytique dans l'air. Le SO3 ainsi obtenu permet la fabrication directe d'acide sulfurique très concentré par simple hydratation. Les rejets industriels de dioxyde de soufre peuvent être réduits grâce à la mise en place de procédés de désulfuration (pré ou post-combustion). La combustion du charbon est la source anthropique la plus importante, suivie des émissions liées au pétrole. La principale source de SO2 naturelle est liée aux explosions volcaniques (cf figure 2: irruption Piton de la fournaise, La Réunion). Des concentrations pouvant aller jusqu'à plusieurs milliers de µg m-3 peuvent être enregistrées à proximité des cratères lors de ces irruptions.

II Effets

Chez les humains, l’exposition à une concentration élevée de SO2 peut induire des troubles respiratoires, des maladies des voies respiratoires, et une aggravation des maladies pulmonaires et cardio-vasculaires. Le SO2 est un irritant des muqueuses, de la peau et des voies respiratoires. Inhalé à des niveaux de concentration de quelques centaines de microgrammes par mètre cube d’air, il est absorbé à 85-99 % par les muqueuses du nez et du tractus respiratoire supérieur du fait de sa grande solubilité. Une faible fraction peut néanmoins se fixer sur des particules fines et atteindre ainsi les voies respiratoires inférieures. Les personnes qui souffrent d'asthme ou de maladies cardiaques ou pulmonaires chroniques sont nécessairement plus vulnérables à ces effets.

Catégorie	Dioxyde de soufre (SO2)
Très bon	Aucun effet sur la santé n’est attendu chez les personnes en bonne santé.
Bon	Dommages à certaines plantes, si combiné à l'ozone
Moyen	Dommages à certaines plantes.
Mauvais	Odeur; dommages à bon nombre de plantes.
Très mauvais	Sensibilité accrue chez les asthmatiques et les personnes souffrant de bronchite.

Tableau 1: effets du SO2 en fonction de la qualité de l'air, définie de très bonne (indice ATMO de 1 à 3) à très mauvaise (indice ATMO de 8 à 10)

Le SO2 peut se conjuguer avec l'eau atmosphérique et former un brouillard et des aérosols d'acide sulfurique. Le dioxyde de soufre est le précurseur des sulfates, principale composante des particules en suspension dans l’atmosphère, responsables des problèmes respiratoires évoquées précédemment. Le SO2, via la production d'acide sulfurique, généralement en présence d'un catalyseur comme le NO2, est une des principales composantes de l'acidité anthropique des pluies. A cette acidité est associée des phénomènes de perturbations des écosystèmes, de corrosion des parties métalliques des bâtiments, d'acidification des lacs et des cours d'eau, et une visibilité amoindrie.

Outre leur effet direct sur les végétaux, le SO2 peut changer les caractéristiques des sols, notamment des sols acides (granite, schistes acides, grès). L'acide sulfurique généré à partir du SO2 apporte sa contribution aux processus de dégradation des matériaux. Cet acide, formé en présence d’eau, réagit avec le calcium contenu dans les particules et donne naissance à des cristaux de gypse (CaSO4 2H2O) qui jouent un rôle important dans la dégradation des monuments tant par leur action mécanique que chimique. Le gypse en cristallisant à l’intérieur des pores des matériaux exerce une pression très importante sur la pierre et la fait éclater. Par ailleurs, il cimente les microparticules et contribue à la formation des croûtes noires.

Les pluies acides étant une pollution à grande échelle, la convention sur la pollution atmosphérique transfrontalière à longue portée signée en 1988 s'est attaché à diminuer les émissions des précurseurs de ce type de pollution (SO2 donc, mais aussi NOx). Les normes appliquées en Europe ont permis une forte diminution de la pollution acide de l’air depuis les années 1980. Mais alors que les émissions terrestres diminuaient fortement, les émissions du transport maritime ont fortement augmentées dans le même temps, et pourraient représenter la première source de ce composé à l'échéance 2015. Enfin, le dioxyde de soufre peut jouer un rôle refroidissant pour la planète, car il sert de noyau de nucléation à des aérosols dont l'albedo* est élevé (aérosols diffusants). Ces aérosols réfléchissent donc une forte proportion des rayons du soleil (peu sont absorbés).

III Emissions

Les émissions globales ont cru fortement tout au long des trente glorieuses (années 50 à 70) pour atteindre leur maximum aux alentours de 70 TgS an-1 vers la fin des années 70, avant de décroître graduellement depuis (cf. figure 3).

Les émissions par le charbon et le pétrole représentent encore respectivement environ la moitié et le quart des émissions totales de SO2. La somme des autres sources (changement d'utilisation des sols ou déforestation, métallurgie non ferreuse, autres processus industriels, transport maritime, …) restent autour de 25%, seul le transport maritime augmentant proportionnellement plus vite ces trente dernières années. Depuis le milieu des années 70, une proportion plus importante des émissions provient de l'Asie, les émissions des autres régions (Asie du Sud-est, Afrique, Amérique du sud et centrale,) augmentant aussi, mais dans une proportion moindre (cf. figure ci-dessous). Les émissions aux Etats-Unis sont baissées de 33% entre 1993 et 2002, les émissions européennes baissant dans une proportion comparable.

En 2006, la Chine est devenu le plus gros émetteur de SO2, avec des émissions estimées à 25.49 TgS pour l'année 2005, soit des émissions comparables à celles des Etats-Unis en 1980. L'augmentation des émissions pour ce pays a été de 27% depuis 2000.

IV Surveillance du SO2 atmosphérique dans les réseaux d'associations de qualité de l'air

La méthode européenne de référence utilisée pour la mesure du dioxyde de soufre est la fluorescence ultraviolette. Elle repose sur la mesure d'un rayonnement de fluorescence émis par les molécules de dioxyde de soufre soumises à un rayonnement ultraviolet émis par une lampe basse pression à vapeur de zinc. La fluorescence mesurée par un photomultiplicateur est directement proportionnelle à la concentration en dioxyde de soufre de l’échantillon.Les normes concernant les seuils d'information, d'alerte, les valeurs limite et les objectifs de qualité sont données dans le tableau 2 ci-dessous. La baisse des émissions de soufre fait que les niveaux habituellement rencontrés dans l'atmosphère respectent ces différents niveaux, avec un plancher de l’ordre de 5 µg/m3 en moyenne annuelle pour l’ensemble des agglomérations françaises.

La baisse des émissions et des concentrations atmosphériques de SO2 s’expliquent notamment par l’amélioration des combustibles et carburants, la désulfuration des fumées des grandes installations de combustion (et la réduction du taux de marche des centrales thermiques d’EDF), le traitement des fumées des usines d’incinération d’ordures ménagères. Ponctuellement, certaines zones très industrialisées (Le Havre, Fos-Berre…) peuvent encore être soumises à des pointes de pollution par le SO2 supérieures aux préconisations des objectifs de qualité (50µg m-3 en moyenne annuelle).

Décret 2002-213 du 15 février 2002
Seuil d'information	300µg/m3 pour la valeur moyenne sur1 heure
Seuil d'alerte	500µg/m3 pour la valeur horaire sur3 heures consécutives
Valeurs limites	99,7 %des moyenneshorairesdoivent être inférieures à350µg/m3
	99,2 %des moyennes journalièresdoivent être inférieures à 125µg/m3
	20µg/m3 pour la moyenneannuelle(protection des écosystèmes)
	20µg/m3 pour la moyennehivernale(1er octobre au 31 mars) (protection des écosystèmes)
Objectif de qualité	50µg/m3 pour la moyenneannuelle

Tableau 2: normes concernant les seuils d'information, d'alerte, les valeurs limite et les objectifs de qualité pour le SO2

A titre d'information, les tableaux suivants présentent des valeurs de recommandations du Conseil Supérieur d'Hygiène Publique de France (CSHPF) et de l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS):

Recommandations du CSHPF
Objectif de qualité	50 µg/m3			moyenne annuelle
Valeur limite	125 µg/m3			moyenne journalière
Seuil d'information	250 µg/m3			moyenne horaire
Seuil d'alerte	350 µg/m3 (sur 3 heures consécutives)			Moyenne horaire
Recommandations de l'OMS
Objectif de qualité		50 µg/m3	moyenne annuelle
Valeur limite		125 µg/m3	moyenne journalière
Seuil d'information		350 µg/m3	moyenne horaire
Seuil d'alerte		500 µg/m3	moyenne quart-horaire

Tableau 3:valeurs de recommandations du Conseil Supérieur d'Hygiène Publique de France (CSHPF) et de l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS).

Le SO2 est un des quatre polluants réglementés (NOx, O3, PM10 et SO2) par la LAURE* et dont la surveillance est effectuée par les réseaux de qualité de l'air. La concentration en SO2 permet de calculer un sous-indice qui, couplé avec le calcul des sous-indices des trois autres polluants permet de calculer l'indice ATMO complet qui varie de 1 (qualité de l'air très bonne) à 10 (qualité de l'air très mauvaise), cf figure 6 et tableau 3 de détail des calcules ci-dessous

Tableau 3: Valeurs des concentrations horaires (ou journalières) des quatre polluants SO2, NO2, O3 et PM10 utilisées pour le calcul des sous-indices de l'indice ATMO

Référence: Historical Sulfur Dioxide Emissions 1850-2000: Methods and Results, S.J. Smith, E. Conception, R. Andres J. Lurz, Department of Space Studies, University of North Dakota, January 2004

Glossaire:

Albedo: c'est une grandeur sans dimension associée à une surface, et qui se calcule comme le rapport de l'énergie solaire réfléchie sur l'énergie solaire incidente. Ainsi, une surface qui ne réfléchie aucun rayonnement et qui est donc noir à un albedo nul, un miroir parfait qui réfléchit tout le rayonnement qu'il reçoit et n'en absorbe rien à un aldedo de 1

LAURE: Loi sur l'Air et l'Utilisation Rationnelle de l'Energie: elle a été adoptée en France en 1996 afin de renforcer les moyens réglementaires destinés à prévenir la pollution de l’air, notamment celle liée à l’automobile. La LAURE comprend diverses dispositions visant notamment la surveillance de la qualité de l’air et la mise en œuvre ou la modernisation des divers outils de planification suivants : Plans Régionaux de Qualité de l’Air (PRQA), Plans de Protection de l’Atmosphère (PPA), et Plans de Déplacement Urbains (PDU). Les Plans régionaux de qualité de l’air (PRQA) visent à fixer des orientations permettant de prévenir ou réduire la pollution atmosphérique, ou d’en atténuer les effets. Ils peuvent donc comporter des objectifs de qualité de l’air spécifiques à certaines zones si leur protection le justifie. Ils s’appuient notamment sur un inventaire des émissions au niveau régional, et sur une évaluation de la qualité de l’air et de ses effets sur la santé publique et sur l’environnement. Les plans de protection de l’atmosphère (PPA) concernent les agglomérations de plus de 250 000 habitants. Leur objet est de fixer des orientations et des mesures en vue de ramener, dans un délai fixé, la concentration des polluants dans l’atmosphère à un niveau inférieur à des valeurs limites fixées dans le cadre de la loi sur l’air. Les plans de déplacements urbains (PDU) sont obligatoires dans toutes les villes de plus de 100 000 habitants. Ils s’élaborent sous l’autorité des collectivités locales et, suite à la LAURE, ils doivent notamment s’attacher à la diminution du trafic automobile et au développement des transports collectifs en vue d’améliorer la qualité de l’air.