egalement diminu´e y compris `a proximit´e du trafic routier qui est un grand ´emetteur de NOx(figure 1.3). N´eanmoins, les concentrations moyennes annuelles de NO2 en 2014 d´epassent l’objectif de qualit´e de 40 µg.m−3 en moyenne annuelle pour 36 stations de mesures situ´ees pour la plupart `a proximit´e du trafic routier et dans les zones urbaines (CGDD, 2015). De mˆeme, la valeur limite horaire de 200 µg.m−3 est d´epass´ee pour une station de mesure sur toute la France, cette station ´
etant situ´ee `a proximit´e du trafic dans l’agglom´eration lyonnaise (CGDD, 2015). En France, les concentrations moyennes de PM10 `a proximit´e du trafic routier et dans les zones urbaines ont aussi baiss´e entre 2007 et 2014 (figure 1.3). Cependant, la valeur limite journali`ere associ´ee `a ce polluant est d´epass´ee pour cinq stations de mesure, sur l’ensemble de la France, situ´ees majoritairement `
a proximit´e du trafic routier (CGDD, 2015). De mˆeme, la concentration moyenne annuelle est sup´erieure `a la valeur limite annuelle de 40 µg.m−3pour un site de mesure (CGDD, 2015). A l’instar des PM10, les concentrations moyennes annuelles de PM2.5 `a proximit´e du trafic routier et dans les zones urbaines ont ´egalement diminu´e sur la p´eriode 2009-2014 en France (figure 1.3). Toutefois, la valeur limite annuelle de 25 µg.m−3 (en vigueur depuis le 1er janvier 2015) est d´epass´ee pour une station de mesure sur l’ensemble du territoire (CGDD, 2015).
1.6 Conclusion
La pollution atmosph´erique constitue un enjeu majeur car elle a des effets n´efastes sur l’envi-ronnement et sur la sant´e humaine. Elle augmente notamment le risque de d´evelopper un cancer du poumon chez l’Homme. Afin d’am´eliorer la qualit´e de l’air, des mesures l´egislatives aux niveaux europ´een et national ont ´et´e prises pour r´eduire les ´emissions de polluants. Ces diff´erentes mesures ont notamment permis d’am´eliorer la qualit´e de l’air en France au cours de ces quinze derni`eres ann´ees. N´eanmoins, les niveaux de concentration dans certaines zones d´epassent encore les valeurs limites de concentration ou les objectifs de qualit´e fix´es par la r´eglementation.
R´eduire la pollution atmosph´erique passe ´egalement par une strat´egie efficace de surveillance de la qualit´e de l’air. Les moyens mis en œuvre pour ´evaluer les niveaux de concentration sont discut´es dans le prochain chapitre.
Chapitre 2
Evaluation de la qualit´e de l’air
En France, les Associations Agr´e´ees de Surveillance de la Qualit´e de l’Air (AASQA) assurent la gestion et la surveillance de la pollution atmosph´erique. Les principaux polluants r´eglement´es et surveill´es par les AASQA sont les particules fines (PM10et PM2.5), les oxydes d’azote (NO et NO2), le dioxyde de soufre (SO2), l’ozone (O3), le monoxyde de carbone (CO), les m´etaux lourds (l’arsenic (As), le cadmium (Cd), le nickel (Ni), le plomb (Pb), le mercure (Hg)) et les compos´es organiques volatils (par exemple le benz`ene). La surveillance de la qualit´e de l’air a plusieurs objectifs. Elle permet d’estimer l’exposition `a la pollution atmosph´erique et d’identifier les zones les plus pollu´ees. La surveillance est aussi effectu´ee pour veiller au respect des valeurs limites de concentration fix´ees par la r´eglementation et pour informer la population sur la qualit´e de l’air. Elle permet ´egalement de comprendre les ph´enom`enes de la pollution atmosph´erique et d’´evaluer l’efficacit´e des mesures prises dans le cadre des plans d’action men´es pour r´eduire les niveaux de pollution. Pour ´evaluer la qualit´e de l’air, les AASQA s’appuient sur des mesures de concentration r´ealis´ees sur le terrain. En compl´ement, elles utilisent aussi des mod`eles de dispersion atmosph´erique.
Les mesures de concentration et la mod´elisation de la qualit´e de l’air font l’objet des deux prochaines sections (sections 2.1 et 2.2). La troisi`eme section de ce chapitre porte sur les techniques qui combinent ces deux approches (section 2.3).
2.1 Mesures de concentration
Les AASQA mettent en œuvre des analyseurs automatiques, des pr´eleveurs ou bien encore des tubes `a diffusion passive pour ´evaluer les niveaux de concentration des polluants. Au-del`a des mesures effectu´ees par les AASQA, notons qu’il existe aussi d’autres moyens de mesure tels que les satellites (Noel et al., 1999 ; Evans et al., 2013 ; Van Donkelaar et al., 2015), les ballons-sondes (Pisano et al., 1997 ; Kesselmeier et al., 2000 ; Ojha et al., 2014 ; Renard et al., 2015) ou bien encore les LIDARs (LIght Detection And Ranging) (Prata et Prata, 2012 ; Balis et al., 2013). Les analyseurs automatiques et les pr´eleveurs sont g´en´eralement situ´es sur des stations fixes de mesure. L’emplacement de ces stations r´epond notamment `a une pr´eoccupation de sant´e publique et `a la r´eglementation. La grande majorit´e des stations sont implant´ees dans les agglom´erations car les
18 CHAPITRE 2. EVALUATION DE LA QUALIT ´E DE L’AIR
niveaux de concentration pour un certains nombre de polluants (par exemple les PM et les NOx) sont g´en´eralement plus ´elev´es dans ces zones en raison d’´emissions plus importantes (Guerreiro et al., 2014 ; Holman et al., 2015). De mˆeme, cette implantation g´eographique est justifi´ee par le fait que le risque sanitaire dans les environnements urbains est plus important `a cause de la plus grande densit´e de population (Fenger, 1999).
2.1.1 Typologie des stations
Les informations relatives `a cette section proviennent du rapport du LCSQA (2015).
La typologie d’une station est d´efinie en fonction de deux param`etres (tableau 2.1). Le premier porte sur l’environnement d’implantation. Trois cat´egories sont utilis´ees pour d´efinir l’environne-ment d’implantation : urbaine, p´eriurbaine et rurale. Cette derni`ere cat´egorie est elle-mˆeme divis´ee en trois sous-cat´egories : proche d’une zone urbaine, r´egionale et nationale. La d´etermination de l’environnement d’implantation est notamment r´ealis´ee en fonction de deux crit`eres li´es `a la densit´e des bˆatiments et `a la densit´e de population. Une station ne peut ˆetre class´ee que dans une seule cat´egorie d’environnement d’implantation. Le deuxi`eme param`etre qui caract´erise une station est le type d’influence pr´edominante. Trois cat´egories sont utilis´ees pour d´efinir le type d’influence auquel est soumis une station : industrielle, trafic et fond. Les deux premi`eres cat´egories correspondent aux stations situ´ees `a proximit´e des industries et celles situ´ees `a proximit´e d’axes routiers majeurs. Pour ces types de station, la pollution est due principalement aux ´emissions des industries ou celles du trafic. La cat´egorie fond regroupe les stations pour lesquelles la pollution n’est pas majoritairement li´ee `a un seul type de source. La cat´egorie du type d’influence d´epend du polluant surveill´e. Aussi, une station peut ˆetre class´ee dans plusieurs cat´egories distinctes selon les polluants mesur´es. Finale-ment, la typologie d’une station est d´etermin´ee en couplant les deux param`etres. Ainsi, une station peut ˆetre par exemple une station de fond urbaine, une station de fond p´eriurbaine ou bien encore une station trafic urbaine. Il convient de noter que certaines combinaisons ne sont pas compatibles avec la r´eglementation europ´eenne (par exemple une station rurale nationale sous l’influence du trafic). Pour ces cas de figure, l’appellation observation sp´ecifique est utilis´ee.
Environnement d’implantation
Urbaine P´eriurbaine
Rurale Proche d’une
zone urbaine R´egionale Nationale
Type d’influence
Fond U-F PU-F RP-F RR-F RN-F
Trafic U-T PU-T RP-T OS OS
Industrielle U-I PU-I RP-I OS OS
Table 2.1 – Typologie des stations de mesure (U : Urbain, PU : P´eriurbain, RP : Rural Proche de zone urbaine, RR : Rural R´egional, RN : Rural National, F : Fond, T : Trafic, I : Industrielle, OS : Observation Sp´ecifique) (source :LCSQA (2015))
2.1. MESURES DE CONCENTRATION 19
2.1.2 Types de surveillance
Les analyseurs automatiques des stations fixes fournissent des donn´ees quart-horaires et per-mettent de surveiller continuellement la qualit´e de l’air (LCSQA, 2016). Ces donn´ees permettent notamment de d´efinir un indice journalier de la qualit´e de l’air dit indice ATMO ou IQA (Indice de Qualit´e de l’Air). Cet indice varie entre 1 (tr`es bon) et 10 (tr`es mauvais) et correspond au maximum d’un ensemble de quatre sous-indices. Ces quatre sous-indices varient ´egalement entre 1 et 10 et sont respectivement d´etermin´es en fonction des concentrations de SO2, de NOx, de O3 et de PM (arrˆet´e du 22 juillet 2004). En compl´ement, des campagnes de mesures sont parfois effectu´ees. Celles-ci sont r´ealis´ees sur une p´eriode temporelle plus courte et sur une zone limit´ee avec davantage de moyens de mesure (par exemple les tubes `a diffusion passive et les laboratoires mobiles). Ces campagnes de mesures permettent d’´evaluer plus pr´ecis´ement les niveaux de pollution dans une certaine zone. De mˆeme, elles peuvent permettre d’´evaluer l’effet d’une infrastructure ou les concentrations de certains polluants qui ne sont pas r´eglement´es mais qui suscitent d’importantes interrogations (par exemple les dioxines et les pesticides).
2.1.3 Avantages et limitations des mesures
Les mesures de concentration constituent les donn´ees les plus fiables pour ´evaluer la qualit´e de l’air puisqu’elles sont des observations de la r´ealit´e (Hor´alek et al., 2007). N´eanmoins, elles sont associ´ees `a des incertitudes. La directive 2008/50/CE indique que l’incertitude de mesure ne doit pas d´epasser 15 % pour l’ozone et le NO2 et 25 % pour les particules fines (PM10 et PM2.5). En
Figure 2.1 – Repr´esentation d’un champ de concentration mod´elis´e avec le mod`ele SIRANE et du r´eseau de capteurs (points blancs) sur Paris
20 CHAPITRE 2. EVALUATION DE LA QUALIT ´E DE L’AIR
France, la qualit´e des mesures effectu´ees par les AASQA est garantie par une proc´edure d’assurance qualit´e qui int`egre une chaˆıne nationale d’´etalonnage constitu´ee de trois niveaux d’´etalonnage (ni-veau 1 : LCSQA-LNE, ni(ni-veau 2 : laboratoires inter-r´egionaux, niveau 3 : les stations de mesure). La proc´edure d’assurance qualit´e int`egre ´egalement des comparaisons interlaboratoires effectu´ees p´eriodiquement `a tous les niveaux de la chaˆıne nationale d’´etalonnage. L’´evaluation de la qualit´e de l’air avec les mesures au sol est n´eanmoins limit´ee par le fait qu’elles sont uniquement repr´ esen-tatives de l’endroit o`u elles ont ´et´e faites et que la distribution spatio-temporelle des stations de mesure est h´et´erog`ene. La figure 2.1 repr´esente un champ de concentration sur Paris, mod´elis´e avec le mod`ele SIRANE. Ce champ de concentration indique que la variabilit´e spatiale des concentrations est relativement importante. Cependant, les mesures effectu´ees par la vingtaine de capteurs situ´es sur l’agglom´eration parisienne ne permettent pas d’illustrer cette variabilit´e spatiale. Le nombre limit´e de stations de mesure est notamment li´e `a une question de coˆut ´economique. Pour les mˆemes raisons, les mesures de concentrations sont associ´ees `a un nombre limit´e de polluants.