CHAPITRE 3 : Les déterminants des COV à Beyrouth
2. Les campagnes de mesure :
Afin de tenir compte de la saisonnalité des concentrations des polluants, deux campagnes de mesure estivale et hivernale ont été menées ce qui permet d’étudier le comportement des polluants et de leurs sources dans des conditions météorologiques différentes. En effet, les évolutions diurnes de concentrations des composés évoluent différemment selon la période de l’année et même selon l’heure de la journée mettant en évidence les variations des émissions liées aux activités humaines ainsi que des phénomènes physico-chimiques.
2.2. Paramètres météorologiques
Les évolutions des niveaux de polluants résultent principalement des fluctuations des conditions météorologiques et de celles des émissions.
Les paramètres météorologiques mesurés pendant les deux campagnes de mesure sont l’humidité relative, la température, la pression atmosphérique ainsi que la vitesse et la direction du vent.
En été, la température variait entre 20 et 29 °C, avec une valeur moyenne de 25 ± 2°C. La vitesse moyenne du vent était faible de 2 m/s avec des vitesses maximales (4 - 10 m/s) obtenues sous les régimes de vent Sud-Ouest et Nord pendant le 3, 7, 8 et 9 juillet 2011. La direction du vent était principalement Nord-Est pendant la nuit.
L'hiver était tempéré. La température variait entre 7 et 22°C avec une moyenne de 13°C± 2°C. Les masses d'air provenaient essentiellement du Sud-Est et de l'Est et la vitesse moyenne du vent était faible de 2 m/s. Au cours de la campagne hivernale, des périodes (du 28 au 31 janvier 2012 et du 7 au 11 février 2012) ont été marquées par de fortes pluies.
2.3. Choix des COV mesurés
Comme indiqué antérieurement, les COV sont particulièrement nombreux et ils peuvent jouer le rôle de traceurs de sources biogéniques ou de sources anthropiques. Dans le but d’identifier au mieux les sources de COV, nous cherchons à renseigner un maximum d’espèces intégrant :
- Les alcanes sont émis principalement par des sources automobiles, évaporation de carburant ou échappement. Ils proviennent également de sources liées au chauffage résidentiel. Enfin, l’éthane et le propane, caractérisés par des temps de vie élevés, peuvent nous renseigner sur l’impact possible du transport longue distance des polluants.
- Les alcènes et les alcynes sont principalement liés aux sources de combustion. Les alcènes sont très réactifs et possèdent des potentiels de formation d’ozone élevés (cf. chapitre 1, tableaux 1-4 et 1-6).
- Les composés aromatiques sont liés au processus de combustion et d’évaporation de carburant. Ils se retrouvent également dans les profils d’émissions liées à l’usage de solvants. Ils contribuent significativement à la formation d’AOS.
- Les alcanes lourds à volatilité intermédiaire qui sont d’importants précurseurs d’AOS, sont des espèces peu renseignées dans la littérature.
- Les composés biogéniques ont également des potentiels de formation d’ozone parmi les plus importants. Ce sont également des précurseurs notables de l’AOS.
2.4. Indicateurs de la qualité de l’air
Les concentrations des oxydes d’azote présentent clairement des teneurs plus élevées en période hivernale qu’en période estivale. La moyenne des NOx ainsi que la valeur maximale en hiver sont respectivement de 40 et 2763 ppbv supérieures aux valeurs obtenues en été (27 et 122 ppbv respectivement) (cf. tableau 3-2). Cette tendance peut être expliquée, d’une part, par l’augmentation des sources d’oxydes d’azote liées au chauffage en hiver et au fonctionnement des groupes électrogènes dans la zone d’étude qui s’ajoutent au trafic automobile, une des principales sources d’oxydes d’azote en zone urbaine et, d’autre part aux conditions météorologiques. En effet, en hiver, le réchauffement du sol est plus faible qu’en été, ce qui conduit à une faible élévation de la couche limite atmosphérique (CLA) et par suite à un confinement des polluants (cf. chapitre 1, paragraphe 3.4.1) ; alors qu’en été, une couche limite plus élevée contribue à une dilution des polluants. Les profils journaliers du monoxyde de carbone et des oxydes d’azote sont cohérents (cf. figure 3-5). Les pics correspondent aux
heures de pointe du trafic automobile auxquelles s’ajoute la combustion lié au chauffage résidentiel en fin d’après-midi et le soir.
Tableau 3-2: Teneurs en ozone, monoxyde de carbone et en NOx (en ppbv) en été et en hiver.
Moyenne (écart-type) Médiane Maximum
Eté Hiver Eté Hiver Eté Hiver
O3 24 (15) 24 (14) 26 25 73 79
CO 281 (211) 237 2870
NOx 27 (15) 40 (98) 25 19 122 2763
Figure 3-5: Profils journaliers du CO et des NOx durant la campagne hivernale.
Les concentrations d’ozone présentent quant à elles des teneurs faibles en été ainsi qu’en hiver. L’ozone est un polluant secondaire, sa concentration dépend de la disponibilité des composés précurseurs (NOx et COV), et sa capacité de production est alors liée à l’ensoleillement, par le flux de rayonnement disponible (UV- visible) et à la température. En
été, la série temporelle de l’ozone co-varie bien avec la fréquence de photolyse du dioxyde
d’azote (JNO2) (cf. figure 3-6) en accord avec l’origine secondaire de l’ozone. L’ozone
présente aussi une variabilité journalière importante (cf. figure 3-7) : le matin, il est titré par les NOx émis principalement par la source « trafic » et la concentration présente un minimum (le matin, le monoxyde d’azote réagit avec l’ozone pour former le dioxyde d’azote qui ne
connait pas une destruction photolytique compte tenu de l’heure matinale), en milieu de journée, il atteint son maximum quand la couche limite atmosphérique est bien mélangée et que l’activité photochimique est à son maximum (l’équilibre production-destruction de l'ozone s’établit). En fin de journée, un minimum nocturne est observé qui s’explique par l’absence de production photochimique, la destruction par réactions chimiques (NO) et par dépôt au sol. En hiver, l’ozone ne présente pas des augmentations remarquables en milieu de journée comme en été (figure 3-8). On observe des teneurs élevées la nuit dues à l’absence de la titration par NO et la faible hauteur de la CLA (cf. figure 3-8). Ces valeurs correspondent au niveau de fond de l’ozone.
Figure 3-7 : Profils journaliers de l'ozone et de NO2 durant la campagne estivale.
Figure 3-8 : Profils journaliers de l'ozone et de NO2 durant la campagne hivernale.