AIDAIR-Genève: L'interdisciplinarité mise en oeuvre pour la gestion de la qualité de l'air

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AIDAIR-Genève: L'interdisciplinarité mise en oeuvre pour la gestion de la qualité de l'air

BAKONYI MOESCHLER, Maria, et al.

Abstract

L'objet de cet article est de présenter une recherche interdisciplinaire et appliquée qui se déroule à Genève, dans le cadre du programme européen EUREKA, avec une contribution paritaire de la CTI et de partenaires économiques. Ce projet met sur pied un système intégré d'aide à la décision pour la gestion de la qualité de l'air en milieu urbain. L'originalité de l'approche se situe dans l'intégration dynamique qu'elle réalise, au sein de modèles mis en interaction à l'aide d'un système d'information géographique (SIG) commun, de paramètres météorologiques, physico-chimiques, technologiques, choix techniques et économiques concernant le transport urbain ou l'utilisation de l'énergie et leurs conséquences sur l'exposition de la population à des risques de santé. Nous présentons tout d'abord un résumé de la structure du projet, puis nous élaborerons la problématique de la gestion de la qualité de l'aire et nous décrirons ensuite les méthodes mises en oeuvre dans chacun des modules composant le système développé.

BAKONYI MOESCHLER, Maria, et al. AIDAIR-Genève: L'interdisciplinarité mise en oeuvre pour la gestion de la qualité de l'air. In: Alain Haurie. AIDAIR-Genève, Aide à la décision pour la gestion de la qualité de l'air en milieu urbain. Genève : 1998. p. 1-18

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http://archive-ouverte.unige.ch/unige:75528

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AIDAIR - Genève: L'interdisciplinarité mise en oeuvre pour la gestion de la qualité de l'air

ARTICLE · JANUARY 1998

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17

12 AUTHORS, INCLUDING:

Robert Degli Agosti University of Geneva

93PUBLICATIONS 268CITATIONS

SEE PROFILE

Alain Haurie

University of Geneva

194PUBLICATIONS 2,108CITATIONS

SEE PROFILE

Roman Kanala University of Geneva

25PUBLICATIONS 42CITATIONS

SEE PROFILE

l.AIDAIR GENEVE

L'INTERDISCIPLINARITE MISE EN OEUVRE POUR LA

GESTION DE LA QUALITE DE L'AIR ¹

M.

BAK6NYI^2,

S.

CHAPUY3,

0.

COURVOISIER\

R.

DEGLI AGOSTI^5, B. DERIAZ6,

Z.

DIMCOVSKI7, A. DIN^8, A. DUBOIS\

A. HAURIE10,

R.

KANALA11 , B. POLLA^{12 ,}

J.

^{THUDIUM13 •}

1.1.INTRODUCTION

L'objet de cet article est de présenter une recherche interdisciplinaire et appliquée qui se déroule à Genève, dans le cadre du programme européen EUREKA, avec une contribution

. . d 1 CTI¹⁴ d . ' . ¹⁵ C . . d '

pantaue e a et e partena1res econormques . e projet met sur pe un systeme

1 Une version abrégée de ce texte est parue dans Médecine & Hygiène 1997; 55: 1257-61.

2 Collaboratrice scientifique, CUEH, Université de Genève

3 Newtech SA, Genève.

4 Collaborateur scientifique, HEC-Genève, Université de Genève.

5 Chargé d'enseignement, LABPV, Département de biologie végétale, Université de Genève.

6 Blaise Dériaz, Ingénieur - Conseils, Genève.

7 Newtech SA, Genève.

8 lnter-Survey Consultants, Genève et Collaborateur scientifique, HEC-Genève, Université de Genève.

9 Assistant de recherche, HEC-Genève et CUEH, Université de Genève.

10 Professeur, HEC-Genève et CUEH, Université de Genève.

11 Assistant de recherche, HEC-Genève et CUEH, Université de Genève.

12 Privatdocent, Faculté de Médecine, Université de Genève.

13 Oekoscience SA, Coire.

14 Commision pour la technologie et l'innovation, Berne.

intégré d'aide à la décision pour la gestion de la qualité de l'air en milieu urbain.

L'originalité de l'approche se situe dans l'intégration dynamique qu'elle réalise, au sein de modèles mis en interaction à l'aide d'un système d'information géographique (SIG) commun, de paramètres météorologiques, physico-chimiques, technologiques, économiques, biologiques et médicaux. AIDAIR permettra ainsi de mettre en relation des choix techniques et économiques concernant le transport urbain ou l'utilisation de l'énergie et leurs conséquences sur l'exposition de la population à des risques de santé. Nous présenterons tout d'abord un résumé de la structure du projet, puis nous élaborerons la problématique de la gestion de la qualité de l'air et nous décrirons ensuite les méthodes mises en oeuvre dans chacun des modules composant le système développé.

1.2.UN SURVOL DU PROJET AIDAIR-GENEVE

Le projet AIDAIR a reçu le label EUREKA16 . Le requérant principal, au niveau européen, est la société ESS-ACA ¹⁷ (Autriche) ; le participant suisse à ce projet européen est un consortium regroupant deux instituts de recherche de l'Université de Genève le CUEH¹⁸ et le LOGILAB¹⁹ ainsi que six partenaires économiques. Ce projet, qui a démarré au printemps 1996, met sur pied un système intégré d'aide à la décision pour la gestion de la qualité de l'air en milieu urbain.

Le CUEH/LOGILAB et ses partenaires suisses se spécialisent dans la modélisation des activités du secteur de l'énergie et de la circulation urbaine qui constituent deux pôles d'une stratégie de contrôle des émissions. En outre le projet du CUEH/LOGILAB intègre les aspects relatifs aux conséquences pour la santé publique de la dégradation de la qualité de l'air. Ces développements sont regroupés en trois sous-projets, appelés respectivement CAGE (Cadre d'Analyse Géoréférée de l'Energie), CUPA (Circulation Urbaine et Pollution de l'Air) et SPPA (Santé Publique et Pollution de l'Air). Nous présentons ci- dessous la problématique de la gestion de la qualité de l'air en milieu urbain et les méthodologies associées à chacun des modules.

15 Les bureaux de consultants et industriels suivants sont parties prenantes au projet: Dériaz, Ebenegger, ffiM Suisse, Inter-Survey, Newtech, Oekoscience (Coire). L'OCEN participe aussi au projet.

16 EUREKA EU-1388 AIDAIR. Le lecteur intéressé pourra consulter le site "Web" à l'adresse suivante:

http :/1 ecolu-info. unige.ch/ recherche/EUREKA/

17 Environmental Software & Services GmbH, Gumpoldskirchen, Autriche.

18 Centre Universitaire d'Ecologie Humaine.

19 Logistics Laboratory, HEC-Genève.

l

_!

) ,

1.3.DE L'EMISSION POLLUANTE AUX FACTEURS DE RISQUE POUR LA POPULATION

Pollution de l'air

L'air est un milieu complexe où les interactions physico-chimiques sont en perpétuels mouvements variant en fonction des facteurs météorologiques, de la température, de l'ensoleillement et des vents. L'arrivée dans ce milieu de polluants, souvent réactifs et instables, donne lieu à une chimie des plus difficiles qui soit à expliquer et représenter.

Quand on parle de pollution de l'air, il ne faut pas oublier que toutes les substances, molécules et composés ont toujours été définis en relation avec la santé publique et/ ou pour la protection des animaux, des plantes et de leurs biotopes et biocénoses (P. ex. Libellé du premier article de la loi fédérale sur la protection de l'environnement de 1985). La pollution de l'ail- ayant des effets directs sur la population se situe au niveau local et régional où, en tant que facteurs de risque potentiels pour la population, les principales substances émises dans l'air qui sont surveillées et contrôlées sont les suivantes :

• so2

(dioxyde de soufre) : le soufre contenu dans les huiles lourdes de chauffage, le charbon et la plupart des combustibles fossiles, est oxydé lors de la combustion. A Genève, ce n'est plus vraiment un problème, les limites fixées au niveau suisse (OP AIR de 1992) sont respectées depuis 1988, grâce au progrès réalisés dans la qualité des combustibles, et aussi l'amélioration des technologies de dépollution des effluents gazeux. (En Suisse, le S01 a diminué de 57%. depuis les années 70.)

• NOx (oxydes d'azote) : lors de toute combustion l'azote de l'air (environ 78%) est

m .. ydé en une grande variété de molécules elles-mêmes réactives, NO, N10, N103,

N01, N104, etc. Dans les réglementations sur la protection de l'air, seuls les NOx totaux, le NO et le N01 sont pris en considération; en effet lors de l'émission plus de 90% des NOx sont produits sous la forme de NO, qui se transforme plus tard par réaction chimique en N01, l'oxyde d'azote le plus toxique. A Genève, le N01 est une des causes principales de pollution de l'air, les limites étant très souvent d/ epassees. ¹

• CO (monoxyde de carbone) : substance dangereuse à haute concentration (asphyxie), produite lors de la combustion, elle se transforme par la suite en

col.

La concentration moyenne à Genève de CO est bien en dessous des limites OP AIR.

• COV (composés organiques volatils) : cette abréviation représente un grand nombre de substances organiques (solvants, essences, hydrocarbures légers, etc.) qui s'évaporent à température ambiante. En Suisse, il n'y a pas de normes concernant ces molécules, mais elles doivent être surveillées car elles sont des précurseurs à la formation d'ozone. De tous ces COV, certains sont plus spécialement étudiés dans le contexte de la santé publique, tels les HAP (Hydrocarbures aromatiques polycycliques) qui sont cancérigènes.

• 03 (ozone) :substance instable et très réactive (oxydant fon) l'ozone est ce que l'on appelle un polluant secondaire, c'est à dire produit par la réaction d'autres

11 . , 1 • , 1 _.] _.]' 1 ^{1 •} 1 "1

polluants, p1us spec1a1emer1t ... es oxyues u azote et es composes organ1ques vo atL.s, hydrocarbures et le rayonnement solaire. La formation de l'ozone étant très

influencée par les conditions météorologiques, température, ensoleillement, vent, les concentrations maximales sont observées en été et principalement en campagne, avec des conséquences négatives sur les récoltes. A Genève et en Suisse les limites OP AIR sont très souvent dépassées en été.

• Poussières: En plus de ces substances bien définies, la qualité de l'air est influencée par des "polluants" plus complexes que sont les poussières. Formées principalement lors d'un processus de combustion, de taille, de poids et de composition très variable, ces particules sont connues pour servir de catalyseurs pour les réactions chimiques dans l'atmosphère, et aussi pour être responsables d'affections pulmonaires chez les êtres vivants. Dans ces poussières se trouvent également des métaux lourds comme le plomb (Pb), le Cadmium (Cd), le Zinc (Zn) et le Thallium (Tl) qui doivent être surveillés car toxiques. En ce qui concerne la santé publique, ce sont les poussières les plus fines qui sont les plus dangereuses car elles pénètrent jusqu'aux alvéoles pulmonaires ; par exemple les PM10, particules dont la taille est inférieure à 10 microns (J..tm).

Dans l'ordonnance sur la protection de l'air OP AIR, une distinction est faite entre les poussières en suspension et les retombées atmosphériques, avec différentes limites de concentration de métaux lourds. Pour les poussières, les normes de l'OP AIR sont

, 'G , respectees a eneve.

Émissions, dispersion, immissions.

Un mécanisme essentiel du processus de pollution de l'air concerne le transport, la dispersion et la diffusion des polluants dans l'atmosphère. En effet, les immissions (qui se trouvent dans l'air que l'on respire) sont le résultat d'un processus complexe qui commence à l'émetteur, cheminée, pot d'échappement, site industriel, etc. Une fois produits, les polluants se dispersent dans l'atmosphère, sous l'influence des facteurs météorologiques, comme la température, les courants thermiques et l'intensité de l'ensoleillement. Pendant ce laps de temps plus ou moins long, de nombreuses réactions chimiques se déroulent, qui transforment les polluants primaires en composés plus stables qui peuvent alors être plus facilement détectés et analysés. Ce sont ces derniers composés - les immissions - qui de par leur toxicité et à travers leur inhalation sont des facteurs de risques pour la santé.

Exposition de la population à des risques de santé

Dans la vie de tous les jours, nous sommes exposés en permanence à la pollution de l'air, que ce soit à domicile, sur le lieu de travail et à l'extérieur. Bien que des estimations montrent que nous passions quelque 80% de notre temps à l'intérieur, la plupart des études actuelles se basent sur la pollution atmosphérique extérieure pour en évaluer les effets sur l'homme. Les facteurs de risques les plus souvent analysés sont les immissions de S02, N02 et les poussières en suspension, avec dernièrement une attention particulière pour les PM1o et même les particules plus fines comme les PM2, PM1. Différentes études épidémiologiques récentes ont démontré le lien entre la pollution de l'air et certaines maladies, principalement pulmonaires (Leuenberger 1995).

Identification des sources principales de pollution atmosphérique.

Les principales sources de pollution à Genève, ont été répertoriées dans une étude réalisée par le service cantonal d'Ecotoxicologie, en 1988, dans le cadre de la préparation du Plan de mesures au sens de l'article 31 de l'OP AIR élaboré par le Canton en 1991. En fait ces polluants doivent être controllés car, dans la région genevoise, ce sont les seuls qui dépassent régulièrement les limites d'immission de l'OP AIR.

Le tableau ci-dessous ne présente que les calculs et estimations pour le NOx et les COV, qui non seulement doivent être contrôlés et surveillés pour eux-mêmes, mais aussi en tant que précurseurs à la formation d'ozone.

SOURCES OXYDES D'AZOTE TOTAUX COMPOSÉS

~- (NOx) ORGANIQUES VOLATILES

(COV)

AVIONS 556 tian 8% 92 tian 1%

CAMIONS 1392 TIAN 21%

VOITURES 2701 TIAN 42% 1318TIAN 11%

TRANSPORTS 4649 TIAN 71% 1410TIAN 12%

CHAUFFAGE 1008 TIAN 15% 549TIAN 4%

USINE D'INCINÉRATION 601 TIAN 9%

INDUSTRIES 309 TIAN 5%

TOT AL ACTIVITÉS 910 TIAN 14% 10040T/AN 84%

INDUSTRIELLES

EMISSIONS TOTALES 6567T/AN 100% 11999T/AN 100%

Tableau 1 :Émissions totales par sources de NOx et COV en tonne par an en 1988 (Tableau repris de l'étude Bilan de Santé environnementale Genevois (BISEG) de l'EPFL et DASS, juin 1993)

Pour le canton de Genève, les deux sources principales pour les NOx (et donc pour les poussières en suspension qui leurs sont corrélées) sont ainsi les transports et les chauffages.

1.4.ENERGIE ET CIRCULATION URBAINE COMME SOURCES PRINCIPALES D'EMISSIONS

Les usages énergétiques et la circulation urbaine étant les causes premières de pollution atmosphérique dans la région genevoise, la gestion de la qualité de l'air passe en premier lieu par 1es choix effectués dans ces deux secteurs de l'économie.

n

existe actuellement, à

Genève, deux modèles d'analyse des secteurs respectifs de l'énergie et de la circulation dans le canton.

MARKAL-Genève (Fragnière et al., 1996) a été développé en étroite collaboration entre l'OCEN20 et le LOGILAB pour représenter les choix énergétiques à long terme et leurs conséquences économiques et sur les émissions polluantes.

20 Office cantonal de l'énergie, Département des Travaux publics et de l'énergie, Genève.

Le modèle de transport du canton de Genève a été élaboré à la demande de la Direction de l'Aménagement²¹ du DTPE par B. Dériaz ingénieur-conseil à l'aide du progiciel Emme/2. TI simule notamment les charges du réseau routier en recherchant l'équilibre entre l'offre et la demande. Ces charges permettent à leur tour de calculer les émissions polluantes dues au traffic automobile.

AIDAIR s'appuie sur ces modélisations qui, dans les deux cas, sont largement répandues dans plusieurs autres pays ou villes européens.

1.4.1.UTILISATION DE MARKAL-GENEVE DANS CAGE

Le module CAGE intègre deux développements déjà mis en oeuvre, dans le cadre de l'OCEN pour l'analyse de la situation énergétique du canton de Genève:

• une modélisation technico-économique des choix technologiques et énergétiques (MARKAL-Genève);

• un système d'information géographique où une base de données technico- économiques est mise en relation avec une carte digitalisée de la région.

CAGE est constitué des éléments suivants:

1. Une base de données géographiques permettant l'acquisition et l'exploitation facile et rapide d'informations sur les demandes et usages énergétiques en différentes localisations du canton.

2. Un générateur de modèle transformant, par un processus d'agrégation, ces données géographiques en un ensemble d'équations d'offre et de demande de prestations énergétiques qu'il faut équilibrer.

3. Un optimiseur qui permet de simuler l'équilibre offre-demande du secteur énergétique, sous d'éventuelles contraintes environnementales.

4. Un générateur de rapport de simulation qui permettra d'afficher sur un SIG la mise en oeuvre concrète de l'équilibre simulé, avec mise en évidence des tensions et incompatibilités cachées dans l'agrégation qui a conduit à la modélisation.

'-'.

S. Une possible interaction utilisateur-machine pour ajuster la-... modélisation aux contraintes de terrain.

A l'aide de CAGE, les décideurs concernés pourront:

1. Avoir une représentation précise du parc d'équipement de production et d'utilisation des diverses formes d'énergie dans la région concernée. Cette représentation pourra être d'une grande précision, par exemple en décrivant éventuellement la situation de chaque immeuble. Cette représentation sera compatible avec les données du cadastre et celles des énergies de réseau, faisant déjà l'objet d'une approche géomatique.

21 Direction de l'Aménagement, Département des Travaux publics et de l'énergie, Genève.

2. Evaluer des potentiels d'économie d'énergie, en les associant à des sites précis.

3. Simuler des évolutions probables ou possibles du système énergétique de la région concernee. 1

4. Evaluer les coûts (globaux et marginaux) de différentes mesures envisagées pour rationaliser le système énergétique et réduire son impact sur la qualité de l'environnement.

1.4.2.LIENS ENTRE LA MODELISATION DES TRANSPORTS ET CUPA

Le module CUP A est une collaboration entre le CUEH/LOGILAB et deux bureaux de consultants g&levois (Blaise Dériaz et Christian Ebbeneger). L'objectif est de produire un système d'évaluation et de contrôle des effets de la circulation automobile urbaine sur la qualité de l'air. Le module va fournir un lien entre les modèles d'équilibre de circulation urbaine (par exemple Emme/2 actuellement utilisés dans plusieurs centaines de cités dans tous les continents) pour analyser les transports et représenter géographiquement et dynamiquement leurs conséquences environnementales. CUP A intègre la modélisation de la circulation automobile

à

des données socio-économiques provenant d'un SIG commun avec CAGE. TI est constitué des éléments suivants:

1. Un système de base de données géographiques permettant l'acquisition et l'exploitation facile et rapide d'informations de nature démographique, économique et technique, reliées à différentes localisations sur le territoire considéré.

2. Des possibilités de simulation( ou modélisation) :

• par une approche classique en quatre pas (génération, distribution, répartition modale, affectation), soit l'établissement de matrices 0-D de demande fixes qui décrivent les besoins de déplacement de la population concernée, puis des affectations selon un équilibre statique(Emme/2) ou dynamique(Métropolis).

• par une approche intégrant les quatre pas, appelée demande variable directe. Les conditions de circulation influencent la demande elle-même.

n

y a alors non seulement équilibre d'après l'offre mais aussi de la demande en fonction de l'offre.

TI n'est pas prévu d'intégrer un modèle de transport au module CUPA. En effet, la modélisation des transports dépend avant tout des données disponibles, des problèmes à examiner et des particularités locales de toutes sortes.

n

n'y a donc pas de modélisation universelle ou standard. En revanche, les relations avec des modèles de transport externes seront organisées et facilitées.

A l'aide de CUP A, les décideurs concernés pourront:

1. A voir une représentation de la charge et de la congestion de la circulation urbaine sous différentes configurations du réseau de transport. Cette représentation s'effectuera sur une carte précise de la ville concernée.

2. Evaluer les émissions de polluants atmosphériques à différentes heures de la journée selon la charge de trafic sur les différents segments de me de la ville.

3. Evaluer l'impact environnemental de nouvelles technologies de transport (voiture électrique par exemple).

4. Evaluer les coûts et avantages de certaines mesures restreignant l'accès des automobiles à certains quartiers de la région urbaine concernée.

l.S.IMMISSIONS ET RISQUES DE SANTE PUBLIQUE

Le troisième module, Santé publique et pollution de l'air (SPPA), est une collaboration entre le CUEH, le service d'épidémiologie du HUG^22, Okoscience, une entreprise de mesures et d'analyses de la qualité de l'air établie à Coire Gürg Thudium,) et Newtech, une PME genevoise (Zlatko Dimcovski) en vue de produire un certain nombre d'indicateurs géographiques de la qualité de l'air et des incidences sur la santé publique.

A l'aide de SPP A, les décideurs concernés pourront :

1. Avoir une représentation de la qualité de l'air en différents points d'une région concernée et simuler l'évolution, au cours des jours et des saisons de différents indices de pollution ;

2. Relier les données sur la qualité de l'air

à

différents "marqueurs" et indicateurs correspondant à l'état de santé de la population concernée;

3. Evaluer les conséquences possibles sur la santé publique de modification des sources d'émission dans la région concernée (énergie ou circulation).

SPP A réalise donc la synthèse des diverses analyses concernant les sources de pollution et les traduit en termes d'immissions et d'exposition à des facteurs de risque. Nous développerons ci-dessous les éléments constitutifs du module.

1.6.DE L'EMISSION A L'IMMISSION

SPP A permet de simuler les phénomènes de dispersion' et la création de pollution. TI permet aussi de traiter les données recueillies par des stations de mesures.

Modélisation des dispersions

La modélisation de la dispersion des polluants atmosphériques est un sujet de recherche très actif et important. Elle permet d'obtenir les valeurs d'immissions avec comme variables les paramètres d'émissions. Un modèle de dispersion complet doit pouvoir décrire les différents aspects suivants (p. ex. Physick et Manins, 1994) :

-Transports des polluants par le vent

-Diffusion turbulente (dilution) des polluants dans l'air

22 Sous la direction du docteur Alfredo Morabia, HUG, Genève.

-Réactions chimiques des polluants entre eux et avec d'autres substances -Prédiction de valeurs au sol (immissions).

Les valeurs d'émissions et les conditions météorologiques doivent être connues ou correctement approchées par ces modèles. De telles approches demandent d'importants moyens, notamment techniques, ainsi qu'une connaissance fine des différents aspects qui les constituent. Elles sont en général efficaces sur le court terme (quelques heures à quelques jours). Cette stratégie est utilisée par le Paul Scherrer Institut à Villigen (p. ex. Andreani- Aksoyoglou et Keller, 1995) pour modéliser l'ozone en Suisse.

D'autres modélisations plus simples existent, que l'on désigne par modèles statistiques (voir par exemple Noordijk, 1994). il s'agit de modèles ouverts, c'est-à-dire qui établissent des liens ave~ les variables d'émissions, qui permettent d'obtenir des estimations en moyenne annuelle. Un tel modèle à été réalisé par ECOTOX sur Genève à propos de l'immission de N02 avèc un cadastre des émissions des oxydes d'azotes.(Cupelin et al. , 1995).

Mesures des immissions

Les mesures actuelles de la qualité de l'air à Genève sont réalisées par le Service cantonal d'Ecotoxicologie (ECOTOX^23). Un réseau de 8 stations de mesures fixes et 2 mobiles sont en fonction (ROPAG, Réseau d'Observation de la Pollution Atmosphérique à Genève). Ces sites mesurent différents composés chimiques et paramètres physiques de l'air suivant les recommandations de l'Office fédéral de l'environnement, des forêts et paysage (OFEFP). En ce qui concerne les substances chimiques des mesures sont effectuées pour le S02, le N02, le NO, l'03, les HCT (hydrocarbures totaux), le CH4 et le CO. Le total des particules en suspension (poussières fines dont la vitesse de chute est inférieure à 10 cm/ s), ainsi que les retombées de poussières sont quantifiées et leurs teneurs en divers métaux lourds (Pb, Cd, Zn) évaluées. Les mesures physiques concernent la température, l'humidité relative, le rayonnement solaire, la direction et la vitesse du vent. En ce qui concerne les substances chimiques et les paramètres physiques, les mesures sont faites en continu. La première station a été mise en service déjà en 1973 et la dernière en 1989 (voir aussi ECOTOX, 1989-1996).

L'ensemble de ces mesures constitue la source de données qui permettra d'établir, via des modèles statistiques ouverts simplifiés d' émissions-immissions, la liaison entre les émissions théoriques obtenues par les modèles de trafic et d'énergie (CUP A et CAGE) du projet AIDAIR et le dernier module SPPA, à savoir les risques potentiels sur la santé publique de la qualité de l'air. D'autre part, l'entreprise partenaire Okoscience permettra de mesurer des immissions réparties spatialement à l'aide de ses systèmes de mesures mobiles.

En effet, si les stations fixes du réseau ROP AG permettent de connaître relativement bien la variation des immissions polluantes dans le temps, à la demi-heure, au jour, au mois ou à l'année ; des mesures effectuées à partir d'appareils installés dans une voiture, équipée de logiciels spéciaux pour le contrôle et l'acquisition de données, qui peut se déplacer facilement dans tout le canton, pourraient offrir d'autres possibilités d'appréhender des problèmes de pollution de l'air, tels que:

23 Service de l'écotoxicologue cantonal. 1989-1996. Mesure de la qualité de l'air à Genève. RapportS techniques.

r

• Etude de la représentativité d'une ou de plusieurs stations fixes, mesures dans les lacunes/ trous du réseau

• Détection/ recherche de points sensibles, soit très ou peu pollués, en fonction de la topographie ou de sources de pollution.

• Validation de modèles de dispersion

• Etude de la dispersion de nuages de pollution et de panaches de cheminée en fonction de la distance

• Distribution de la pollution selon l'altitude ou l'élévation du terrain.

Dispersion de radionucléides

Le système traite également les problèmes de diffusion de matières radioactives il comprend une représentation et un modèle de dispersion de radionucléides.

La radioactivité émise par une source se disperse dans l'atmosphère, se répand par différents processus dans notre environnement et va avoir des impacts sur la santé de l'homme.

n

est donc nécessaire d'avoir une information complète sur le transport de la radioactivité émise par une source pour estimer les effets sur la population dans la région considérée.

Le programme ENVIRO de simulation du modèle de dispersion de radionucléides²⁴ permet, à partir de l'émission d'une source ponctuelle, de simuler la dispersion des radionucléides dans l'atmosphère suivant les paramètres météorologiques et de simuler les doses reçues par la population (enfants et adultes).

n

est alors possible d'évaluer le facteur de risque en fonction de l'exposition de la population.

Les sources ponctuelles sont caractérisées par les types de radionucléides émis, le taux d'émission pour chaque radionucléide, la hauteur et la vitesse du matériel radioactif sortant.

Les doses reçues ainsi simulées incluent l'immission directe d'éléments radioactifs et celle due au matériel radioactif déposé sur le sol, l'inhalation d'air contaminé, l'ingestion de végétaux ayant poussés dans la zone contaminée, l'ingestion de viande et produits laitiers de bétail qui se nourrit ou boit de l'eau dans la zone contaminée, l'ingestion d'eau ou de poissons provenant de la région contaminée.

Ce programme peut être étendu pour des sources non ponctuelles et une dispersion géographique plus étendue (réacteurs nucléaires), avec une étude des radionucléides concernés suivant le type de réacteurs.

1.6.1. IDENTIFICATION DES FACTEURS DE RISQUE LIES A LA POLLUTION DE L'AIR

n

est maintenant établi depuis plusieurs années qu'une exposition à une forte pollution de l'air est nocive pour la santé et peut même augmenter le nombre de décès. Une série

24 L. Moritz 1996, Université de Vancouver, Newtech SA, CERN.

d'indices permet de supposer en outre que l'exposition continue de longue durée à une pollution légère ou moyenne peut porter atteinte à la santé de la population. L'étude SAP ALDIA (Swiss Study on Air Pollution and Lung Diseases in Adults) (Leuenberger et al., 1995) et SCARPOL (Respect to Air Pollution) (SCARPOL, 1995) ont montré que la fréquence de symptômes ou maladies respiratoires est en relation directe avec le degré de pollution (mesuré par la charge en PM10). Les deux études, indiquent que la pollution atmosphérique peut représenter une charge supplémentaire pour les personnes déjà malades. Même des concentrations de polluants situées en dessous de la limite légale ont des répercussions sur la santé respiratoire et peuvent aggraver les symptômes respiratoires.

A partir de la représentation des immissions en diverses localisations de la zone urbaine, le module SPP A permet d'évaluer l'exposition de la population à des risques de santé. La démarche suivie est inspirée de celle appliquée dans l'étude sur les coûts externes de la santé imputak>les aux transports (Berne 1996) qui elle-même s'appuie sur les résultats de l'étude SAPALDIA et .SCARPOL citées plus haut. Rappelons-en les principaux éléments:

• utilisation des bases épidémiologiques établissant de manière scientifiquement prouvée les conséquences d'une pollution de l'air sur la santé (relation entre dose et effet) ;

• détermination de la pollution de l'air due aux activités économiques et aux transports;

• détermination des atteintes à la santé et, éventuellement chiffrage monétaire.

Rappelons aussi que les quantificateurs d'effets retenus se basent sur les indicateurs suivants : mortalité totale, bronchite chronique, toux/ expectoration, bronchite (enfants jusqu'à 14 ans), coqueluche (enfants), hospitalisation due à des maladies respiratoires, hospitalisation due à des maladies cardia-vasculaires, limitations d'activité, jours de crises d'asthme, jours d'utilisation de bronchodilatateurs. Le résultat principal (augmentation de 4,4% de la mortalité associée à une augmentation de 10 ).lg/m³ de la concentration de l'air en PMIO) repose sur deux études américaines de longue durée dont les résultats sont transposables en Suisse.

1.6.2.EVENTUELS DEVELOPPEMENTS EPIDEMIOLOGIQUES

AIDAIR-Genève pourra auSSl accompagner des développements d'études épidémiologiques menées sur le canton

à

l'instar du programme Bus-Santé 2000. Ce programme fournit des informations directes sur les habitudes de vie et les conditions de santé (maladies cardia-vasculaires) pour un échantillon représentatif de la population genevoise. Une modification du protocole d'enquête permettrait d'adapter ce type de démarche à la constitution d'un échantillon représentatif permettant le smv1 épidémiologique des conditions de santé affectées par la pollution de l'air, tout en tenant compte des facteurs d'accompagnement (tabagisme, pollution intérieure, etc.).

1.7.INTEGRATION DANS UN SIG-SAD

L'intégration des processus d'émission, avec les activités économiques sous-jacentes, de dispersion et d'immission et de leurs impacts possibles sur la santé de la population exposée, se réalise dans une mise en œuvre informatique qui est constituée d'un SIG complété de plusieurs moteurs d'inférence. Le système devient alors un système d'aide à la décision (SAD) puisqu'il permet de chiffrer ou d'évaluer selon différents critères retenus les conséquences de diverses politiques envisageables.

1.7.1.SYSTEME D'INFORMATION GEOGRAPHIQUE

Les Systèmes d'information géographique (SIG) sont des outils informatiques d'acquisition, de stockage, de traitement et d'affichage de données spatiales ou géographiques. Les SIG contiennent les données sur la géométrie (point, ligne, surface) et les attributs d'un ensemble d'objets représentés sur une carte informatisée structurée en différentes couches thématiques. Ainsi, les sources d'émission sont associées à des points (bâtiments, industrie), des lignes (réseau routier) ou éventuellement des surfaces (aéroport).

Les attributs de ces objets décrivent en particulier les taux d'émission dus aux activités économiques (utilisations énergétiques, circulation). Le SIG permet ainsi de représenter la répartition des émissions polluantes dans la zone urbaine considérée, en correspondance avec celle de l'activité économique sous-jacente. Le SIG permet aussi de relier la répartition de l'activité économique à d'autres paramètres démographiques ou de recensement. Ainsi les déplacements en automobile de la population sont-ils modélisés à partir de données du recensement de la population. Ces données de recensement peuvent aussi être utiles lors de l'évaluation de l'exposition au risque de la population.

1.7.2.REPRESENTATION ET SIMULATION DES IMMISSIONS

Le SIG peut servir à représenter les données recensées dans le passé par les stations de mesure fixes ou mobiles. Par différentes méthodes d'interpolation on pourra alors estimer les niveaux d'immission en différents endroits de la zone urbaine et donc l'exposition de la population.

Le SIG permet aussi de simuler la relation émissiçms-immissions. En première approximation, visant une description moyenne (sur une base annuelle) du cadastre des immissions, un modèle statistique (Noordijk 1994) pourra servir à attT'i'buer l'ensemble des sources de pollution à chaque unité géographique de la zone de la population étudiée. En seconde approximation, une modélisation visant une description plus fine dans le temps (par exemple des immissions journalières ou des accidents) ou dans l'espace (par exemple sur les grands axes routiers), utilisera des modèles de dispersion plus élaborés. Ces modèles peuvent prendre en compte les différentes caractéristiques physico-chimiques des polluants ainsi que les différentes conditions topographiques (modèle de canyon) et les variations météorologiques.

1.7.3.UNE BASE DE DONNEES COMMUNE AUX TROIS MODULES

Le SIG représente donc en premier lieu les émissions et immissions de polluants atmosphériques. il fournit aussi les éléments de base des modélisations qui caractérisent les modules CAGE, CUP A et SPPA. Le parc immobilier, avec ses caractéristiques concernant le chauffage (installation existante, puissance requise, possibilités de raccordement à des systèmes de chauffage à distance, possibilités d'installation de nouvelles technologies, etc.) pourra être représenté explicitement. Les données de recensement, utiles pour établir les déplacements 0-D causant la circulation urbaine, les caractéristiques (âge, conditions sociales) de la population exposée, y sont aussi représentés. Le schéma de la figure 1, ci- dessous indique l'intégration des ces modules au sein du SIG.

Base de données des activités économiques

L - - - ' · : · : : : : > : · · · · '

Emissions polluantes

Figure 1 :Le système AIDAIR

Trafic

Base de données SIG socio-démographique

1.7.4.LE SIG PROPRE A AIDAIR-GENEVE

il existe des logiciels de SIG génériques, comme par exemple ARC/INFO ou bien ARGIS (utilisé à Genève dans le cadre du SITG²~. Ces systèmes sont particulièrement bien adaptés à la gestion de l'information géoréférée (acquisition, stockage et mise à jour des

25 Le système d'information du territoire genevois est une coordination des développements informatiques de différentes agences et services publics du canton qui utilisent des données cadastrales ou plus généralement à référence spatiale.

données). Par contre, ils ne se prêtent pas de façon simple à l'établissement d'interfaces avec des modèles d'aide à la décision. AIDAIR est un SIG-SAD, spécifiquement destiné à l'analyse de la qualité d'air dans un environnement urbain et dont la conception revient à Kurt Fedra26. AIDAIR permet l'acquisition de données par une interface conviviale,

à

l'aide d'un système expert pour gérer les valeurs manquantes ou incertaines. Les données peuvent être stockées et organisées selon plusieurs critères et méthodes en fonction de l'utilisation ultérieure qu'on désire en faire, par exemple optimisation de choix, la simulation d'équilibres du trafic, la simulation de dispersion atmosphérique de polluants en fonction de conditions météorologiques ou finalement le calcul de facteurs d'exposition de la population en fonction des classes de population ou de la localisation.

Le transfert de données, à l'aide d'un réseau de télécommunication, entre les stations de mesures et le système AIDAIR-Genève pourra se faire dans une architecture client-serveur en utilisant le protocole HTML selon deux méthodes. Soit en utilisant un serveur Windows NT interposé qui centralisera les mesures, soit directement avec la station de travail UNIX, sur laquelle le système AIDAIR est installé.

Les données de base peuvent être analysées à l'aide de plusieurs outils spécialisés. Un module simule la dispersion de polluants à partir de paramètres (tels que la température, la vitesse et la direction du vent, la hauteur de l'inversion atmosphérique) qui donnent le cadre météorologique général, et des attributs des sources polluantes (tels que l'intensité de la source de pollution, son type, hauteur et diamètre, la vitesse et la température des gaz sortants), qui sont répertoriés dans la base de données technologique.

L'affichage de données spatiales ou géographiques se fait à l'échelle 1:200'000 de la carte nationale, puis sur des cartes plus précises telles que le plan d'ensemble permettant de voir les détails au décimètre près. D'autres couches, frontières politiques des communes, images de satellite ou classes d'affectation du sol, ou encore le modèle d'élévation digital du terrain permettent l'analyse de nombreux effets, comme par exemple la couverture d'une zone agricole par la pollution ou l'importation de la pollution transfrontalière. Enfin AIDAIR utilise le produit U rba-Carta ™ qui est une carte vectorielle de la ville de Genève qui permet de "zoomer" sur différents points d'intérêt.

La figure 2, ci-dessous, montre une saisie d'écran typique du système AIDAIR-Genève (exemple de la dispersion des NOx). La figure 3 montre une simulation de la dispersion annuelle des NOx émis par les transports.

26 Kurt Fedra, anciennement à IIASA, Laxenburg, Autriche, actuellement directeur de ESS-ACA, Gumpoldskirchen, Autriche.

Selectionner un iheme de la liste --->

Figure 2 : Un écran typique de la console AIDAIR

Choisir une option ->

Figure 3: Représentation des immisssions dues au trafic urbain

1.8.CONCLUSION

En conclusion nous résumerons le système AIDAIR en donnant une liste de ses

"fonctionnalités" et en indiquant sa capacité à transformer les données disponibles en informations pouvant soutenir l'action.

1.8.1.FONCTIONNALITES DU SYSTEME AIDAIR-GENEVE

AIDAIR est mis en œuvre dans un environnement Unix, sur des stations de travail Sun-Sparc ou ffiM-Risc 6000. Certains sous-modules pourront être mis à disposition dans un environnement PC-Windows 95. Le système peut:

• enregistrer des informations météorologiques ;

• enregistrer des mesures d'immissions effectuées par les stations existantes ;

• enregistrer les mesures de trafic dans les différentes rues équipées de "censeurs" ;

• afficher des cartes thématiques de la zone considérée ;

• afficher les volumes de trafic à différentes périodes de la journée;

• afficher les réseaux d'énergie (gaz, chaleur à distance) ;

• afficher la répartition spatiale des technologies d'usage énergétique ;

• afficher les données du recensement ;

• calculer et/ ou afficher les émissions dues à la circulation urbaine ;

• calculer les émissions dues au chauffage des locaux ;

• calculer les émissions industrielles ;

• calculer la dispersion et la création de pollution sous différentes conditions météo ;

•,

• calculer l'émission et la dispersion de radionucléides ;

• calculer l'exposition à différents facteurs de risque de différentes catégories de population ;

• simuler le cadastre des immissions sur une année ;

• simuler l'exposition totale sur une année;

• optimaliser le système énergétique et de transport en vue de satisfaire des normes d'émission plus strictes ;

• etc.

1.8.2.UN TRANSFORMATEUR DE DONNEES EN INFORMATION POUVANT SOUTENIR L'ACTION

AIDAIR-Genève se présente donc comme une grande "calculette" qui permet d'analyser sous différents angles les données qui concernent les sources de pollution et les niveaux d'exposition de la population. L'entreprise ne vise certes pas à dédoubler les efforts en cours, au niveau des études concernant la mesure et la représentation des phénomènes de pollution atmosphérique ou des études épidémiologiques concernant les conséquences de cette pollution sur la santé. Elle a pour objectif d'intégrer les connaissances actuelles dans un même cadre d'analyse et de référence, pour permettre à une autorité décidante d'évaluer, au mieux des connaissances disponibles, les conséquences de certaines politiques de gestion de la qualité de l'air. Un tel système pourra accompagner la mise en place éventuelle de nouvelles campagnes de recueil d'information sur la santé des genevois, du type Bus-santé 2000 ou bien la mise en place d'un modèle de dispersion beaucoup plus précis développé sous les auspices des autorités compétentes.

,,

Les données ne deviennent de l'information qu'à partir du moment où une stratégie d'action peut se baser sur elles. AID AIR a pour ambition d'augmenter la valeur

"informationnelle" des données disponibles sur la pollution de l'air en milieu urbain.

1.9.REFERENCES

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