Évaluation des concentrations en ozone en région Midi-Pyrénées Été 2003 En 2002, l ORAMIP a fait l acquisition, dans le cadre du contrat de plan État-Région, d un dispositif de prévision des concentrations en ozone et en dioxyde d azote à l échelle régionale. Ce modèle de prévision permet d obtenir des cartes de distribution des deux polluants à partir des données météorologiques, du cadastre des émissions régionales, et d un modèle chimique. La zone de prévision représente une surface carrée de 140 Km de côté, centrée sur l agglomération toulousaine. Afin de valider l exactitude des prévisions de ce modèle, l ORAMIP a souhaité réaliser, au cours de l été 2003, une série de campagnes de mesures de l ozone dans le domaine de prévision. Ces mesures ont été réalisées à l aide d analyseurs automatiques installés dans des stations fixes et d un analyseur installé dans un véhicule se déplaçant ponctuellement au cours de l été sur l ensemble de la zone de prévision. Parallèlement à ces mesures, les concentrations en ozone ont été suivies à l échelle de la région, soit par des analyseurs automatiques, soit par des échantillonneurs passifs. L objectif étant de réaliser une cartographie de la distribution de l ozone à l échelle régionale. Pour la réalisation de cette étude d évaluation des concentrations en ozone dans l air ambiant, trois approches ont été retenues : - analyseurs automatiques en station fixe, - analyseurs automatiques en véhicule mobile, - tubes échantillonneurs passifs.
Analyseurs automatiques en station fixe Le dispositif de suivi des concentrations en ozone par des analyseurs automatiques en station fixe se composait de 17 analyseurs installés dans des stations temporaires ou déjà existantes. Les agglomérations d Albi et de Tarbes comportaient chacune deux analyseurs, et l agglomération toulousaine regroupait au total cinq appareils. Quatre communes, en complément du réseau de stations existant, ont été équipées d un analyseur automatique pour la mesure de l ozone en continu sur la période estivale. Les communes retenues ont été : Millau (12), Pamiers (09), Saint-Gaudens(31) et Viviez(12). Analyseurs automatiques en véhicule mobile Un véhicule de l ORAMIP a été équipé d un analyseur automatique et d un dispositif d alimentation autonome. L autonomie de cet appareil nous a permis de réaliser des mesures d une durée de 5 à 6 heures sur dix-huit communes. L objectif de ces mesures était de comparer la concentration maximale horaire mesurée sur le terrain avec celle prévue par modélisation. Le choix des communes pour la réalisation de ces mesures s est fait en optimisant la répartition des sites sur le domaine de prévision. La décision de réaliser ces mesures se faisait la veille suivant les prévisions de concentration données par Chimère.
Échantillonneurs passifs Afin d évaluer la distribution spatiale de l ozone à l échelle de la région Midi-Pyrénées, trente échantillonneurs à diffusion passive ont été disposés sur des sites urbains et ruraux. Chaque échantillonneur devait être suffisamment éloigné de toute émission directe de polluants, afin d être représentatif de la zone où il se situait. Tous les capteurs ont été exposés durant trois périodes de quinze jours entre le 9 juillet et le 21 août 2003. Cette durée d exposition était nécessaire afin de piéger suffisamment de polluant pour se situer au-delà de la limite de détection analytique. Lors des campagnes par échantillonneurs passifs, il est nécessaire de rechercher un compromis résultant du ratio «nombre de tubes/surface à couvrir». En effet, la multiplication des sites de mesures permet une meilleure connaissance de la distribution de l ozone, mais accroît le coût de la méthode (nombre de tubes à relever plus important, augmentation du nombre d'analyses,...). Le «maillage» tient compte du gradient de concentration attendue au niveau de la zone d étude. Les mailles sont d autant plus grandes que la variabilité de la teneur en polluant est faible en fonction de la distance. La carte ci-contre indique le positionnement des sites de mesure par échantillonneurs. Ces capteurs, après analyse, permettent de déterminer la concentration en ozone sur le site de mesure durant la période d exposition. L information délivrée par ce type d échantillonneur est donc une information a posteriori. Ce dispositif ne peut en aucun cas être utilisé pour déterminer les valeurs maximales en polluant sur une journée. L objectif de cette étude était, à partir de la détermination des concentrations moyennes sur ces sites, de réaliser des cartes de distribution spatiale de l ozone à l échelle de la région. Afin de disposer de suffisamment de points de mesures les données des trente échantillonneurs passifs ont été complétées par les concentrations moyennes mesurées par les analyseurs sur les mêmes périodes. La région était ainsi couverte par 36 points de mesure.
Résultats de mesures : stations fixes Station de Millau : école primaire du puits de Cales du 27 juin au 28 août 2003 Concentration horaire maximale mesurée 189 µg/m 3 9 août Concentration journalière maximale mesurée 130 µg/m 3 3 août Nombre de journées ayant dépassé l objectif de qualité pour la protection de la santé humaine (110 µg/m 3 en moy sur 8h glissantes) 43 Station de mesure Nombre de jours ayant dépassé l objectif de qualité pour la protection de la végétation (65 µg/m 3 en moy. jour) 56 Station de Pamiers : Mairie de Pamiers du 26 juin au 22 septembre 2003 Concentration horaire maximale mesurée 199 µg/m 3 12 août Concentration journalière maximale mesurée 132 µg/m 3 13 août Nombre de journées ayant dépassé l objectif de qualité pour la protection de la santé humaine (110 µg/m 3 en moy sur 8h glissantes) 36 Station de mesure Nombre de jours ayant dépassé l objectif de qualité pour la protection de la végétation (65 µg/m 3 en moy. jour) 65 Station de Saint-Gaudens : Mairie de Miramont de Comminges du 18 juillet au 17/09/03 Concentration horaire maximale mesurée 194 µg/m 3 9 août Concentration journalière maximale mesurée 115 µg/m 3 14 août Nombre de journées ayant dépassé l objectif de qualité pour la protection de la santé humaine (110 µg/m 3 en moy sur 8h glissantes) 30 Nombre de jours ayant dépassé l objectif de qualité pour la protection de la végétation (65 µg/m 3 en moy. jour) 38 Station de mesure
Station de Viviez : salle des fêtes du 9 juillet au 30 septembre 2003 Concentration horaire maximale mesurée 179 µg/m 3 9 août Station de mesure Concentration journalière maximale mesurée 110 µg/m 3 9 août Nombre de journées ayant dépassé l objectif de qualité pour la protection de la santé humaine (110 µg/m 3 en moy sur 8h glissantes) 45 Nombre de jours ayant dépassé l objectif de qualité pour la protection de la végétation (65 µg/m 3 en moy. jour) 47 Stations permanentes Agglomération TOULOUSAINE ALBI Balma Berthelot Colomiers DOAS Jacquier Sicoval Cantepau Delmas Nombre de jours de mesure 01/06/03 au 30/09/03 Concentration horaire maximale mesurée (µg/m 3 ) Concentration journalière maximale mesurée (µg/m 3 ) Nombre de journées ayant dépassé l objectif de qualité pour la protection de la santé humaine (110 µg/m 3 en moy sur 8h glissantes) Nombre de jours ayant dépassé l objectif de qualité pour la protection de la végétation (65 µg/m 3 en moy. jour) 121 121 121 121 121 88 121 121 208 241 192 224 224 217 189 191 119 129 132 133 125 137 126 130 64 71 74 69 65 52 63 63 94 100 98 115 93 80 98 100 CASTRES TARBES DOAS Paul Bert Victor Hugo Gaudonville Bélesta Peyrusse Nombre de jours de mesure 01/06/03 au 30/09/03 Concentration horaire maximale mesurée (µg/m 3 ) Concentration journalière maximale mesurée (µg/m 3 ) Nombre de journées ayant dépassé l objectif de qualité pour la protection de la santé humaine (110 µg/m 3 en moy sur 8h glissantes) Nombre de jours ayant dépassé l objectif de qualité pour la protection de la végétation. (65 µg/m 3 en moy. jour) 121 121 121 121 121 121 179 195 193 194 207 192 145 132 136 144 138 131 74 56 58 61 66 54 110 87 88 110 114 103
Dépassements des valeurs réglementaires Seuil d information Le seuil d information et de recommandation pour la population à l ozone, de 180 microgrammes par mètre cube sur une heure, sur deux stations, a été atteint à six reprises au cours de l été 2003 sur l agglomération toulousaine, c est à dire autant que lors des sept années précédentes réunies. Pour la première fois, les agglomérations d Albi (Tarn) et de Tarbes (Hautes-Pyrénées) ont aussi atteint ce seuil en ozone. Les conditions de déclenchement du seuil d alerte, de 240 µg/m 3 sur une heure, sur deux stations, n ont pas été réunies. En revanche, ce tableau, qui donne les teneurs maximales atteintes par station dans la journée (en moyenne horaire glissante sur 4 quarts d heure), montre que les teneurs en ozone ont parfois été élevées. La valeur de 240 µg/m 3 sur une heure a été atteinte, le 13 août, journée la plus «chargée» en ozone, mais sur une seule station, ce qui explique que le seuil d alerte n ait pas été déclenché. Concentration (en µg/m 3 ) Agglomération toulousaine Agglomération albigeoise Agglomération tarbaise Date Colomiers Ecole M. Jacquier Centre des Mazades Lycée Berthelot DOAS Sicoval (Montgiscard) Balma Cantepau Square Delmas Ecole V. Hugo Ecole Paul Bert samedi 12 juillet 2003-186 - 182 - - - - - - - mercredi 6 août 2003 187 207-220 211 205 203 - - - - Jeudi 7 août 2003 - - - - - 192 - - - - - vendredi 8 août 2003 187 186-187 183 191 180 186 190 - - samedi 9 août 2003 181 - - - - 182-178 182 - - lundi 11 août 2003 - - - - - 217 182 - - - - mardi 12 août 2003 192 195-198 190 214 186 189 191 - - mercredi 13 août 2003-224 - 241 224 214 208 185 188 193 195 Les jours pour lesquels il y a eu un déclenchement de la procédure d information sont indiqués en gras. Date Concentration (en µg/m 3 ) Gaudonville Bélesta en Lauragais Peyrusse-Vieille lundi 04 août 2003 190 - - mardi 05 août 2003 193 - - jeudi 07 août - 196 - vendredi 8 août 2003 194 183 192 samedi 9 août 2003 190 - - lundi 11 août 2003-187 - mardi 12 août 2003-207 - mercredi 13 août 2003-194 -
Sur les quatre stations provisoires installées en Midi-Pyrénées, c est la station de Pamiers qui a enregistré le plus grand nombre d épisodes de pollution. Cette station temporaire, installée dans les locaux de la mairie, a permis de constater que cette commune n était pas épargnée par les pics de pollution à l ozone. Il semble que Pamiers reçoive par vent de nordouest le panache de pollution de l agglomération toulousaine. Ce panache est chargé en polluants précurseurs de l ozone émis par les véhicules automobiles et les industries polluantes. Au cours de son déplacement, ces précurseurs sont progressivement transformés en ozone sous l action du rayonnement solaire. Cet ozone n est pas détruit car en milieu rural, contrairement au milieu urbain, il n y a pas d émetteurs de polluants destructeurs de l ozone. L ozone s accumule donc dans le panache. C est ainsi que les concentrations les plus élevées en ozone se rencontrent en dehors des grosses agglomérations. Date Concentration (en µg/m 3 ) Pamiers Millau Saint-Gaudens Viviez mercredi 8 juillet 2003 186 - - - vendredi 8 août 2003-182 - - samedi 9 août 2003-189 - - lundi 11 août 2003 198-184 - mardi 12 août 2003 199 - - - mercredi 13 août 2003 184 - - - Ainsi, mercredi 8 juillet, Pamiers a enregistré des teneurs en ozone supérieures à 180 µg/m 3 alors que ce seuil n avait pas été atteint sur Toulouse ce jour. Pour ce qui est des stations de Saint-Gaudens et Millau, les dépassements du seuil d information ont été moins nombreux. Ceci s explique par la formation d ozone sur ces zones à partir des polluants émis localement et non sous l influence des émissions d une agglomération plus importante, comme cela est le cas pour Pamiers. La station installée à Viviez n a pas mis en évidence de dépassement du seuil d information, mais une concentration maximale horaire a tout de même été enregistrée à 179 µg/m 3 au cours de la journée du 9 août 2003. Aucune procédure d information du public n était en place du fait du caractère temporaire de ces stations de mesure ; l information n a ainsi été transmise aux préfectures et aux mairies que les lendemains des jours de dépassements ou au retour des week-ends. Objectif de qualité Au-delà du suivi du nombre de dépassements des seuils d information et d alerte qui ne concerne en général qu une ou deux heures de la journée, l exposition de la population à des concentrations plus faibles mais sur des durées de plusieurs heures, est de plus en plus considérée comme aussi néfaste en terme d impact sanitaire. Concernant l objectif de qualité pour la protection de la santé humaine fixé à 110 µg/m 3 en moyenne sur 8 heures glissantes, celui-ci a été dépassé au cours de nombreuses journées sur la période de fonctionnement des différentes stations. Les graphiques suivants permettent de constater qu au cours des mois de juillet et août 2003, des périodes de plus d une dizaine de jours consécutifs ont dépassé cet objectif qualité.
À titre d exemple, la station automatique de Cantepau, à Albi, a mis en évidence durant le mois d août, 24 journées au cours desquelles l objectif de protection de la santé a été dépassé, soit plus de 77% des journées du mois.
Nombre de périodes de 8 heures glissantes ayant dépassé l objectif de qualité fixé à 110 µg/m 3 Nombre de périodes de 8 heures glissantes ayant dépassé l objectif de qualité fixé à 110 µg/m 3 Parmi les stations temporaires, la station automatique de Millau a mis en évidence durant le mois d août, 25 journées au cours desquelles l objectif de protection de la santé a été dépassé, soit plus de 80% des journées du mois. La station de Pamiers a pour sa part mis en évidence un dépassement de cet objectif durant une période de 40 heures consécutives qui a commencé le 13 août. Cette station est la seule à avoir enregistré un dépassement aussi long sur l ensemble du réseau de mesures de l ORAMIP. L objectif de qualité pour la protection de la végétation sur 24 heures a, quant à lui, été dépassé durant la quasi-totalité de la période de fonctionnement de l appareil : 56 journées ont enregistré un dépassement de cet objectif de qualité comme ce fut le cas sur de nombreuses villes de Midi-Pyrénées cet été 2003.
Validation des prévisions du modèle Chimère Les prévisions de Chimère sont représentées sous forme de cartes de distribution spatiale de ces deux polluants. Nous disposons ainsi de cartes de prévisions pour chaque heure et ce pour le jour même (J), le lendemain (J+1) et le surlendemain (J+2). Les valeurs maximales de concentrations horaires pour chaque jour sont également représentées sous forme de cartes de distribution. Ces dernières sont utilisées par l ORAMIP pour anticiper les dépassements des valeurs réglementaires entraînant la mise en place des procédures d information du public. Au cours de l été 2003, dix-huit déplacements du dispositif de mesure mobile ont été réalisés sur le domaine de prévision de Chimère. Chacune des journées de mesures correspondait à un suivi des concentrations en ozone durant environ six heures. L objectif de ces mesures étant d évaluer la concentration maximale horaire sur les sites retenus, les mesures ont été réalisées en général entre 11h00 et 17h00. Les résultats de ces journées de mesures sont présentés dans le tableau ci-dessous : Commune Date Max ¼ hor. Max. Horaire Tourtouse 20/06/2003 95 µg/m 3 91 µg/m 3 Daumazans/Arize 08/07/2003 165 µg/m 3 160 µg/m 3 Montgeard 09/07/2003 149 µg/m 3 148 µg/m 3 Montauban 10/07/2003 159 µg/m 3 159 µg/m 3 Launac 11/07/2003 154 µg/m 3 148 µg/m 3 Saveres 18/07/2003 150 µg/m 3 143 µg/m 3 Ayguevives 22/07/2003 136 µg/m 3 132 µg/m 3 Marsan 04/08/2003 158 µg/m 3 156 µg/m 3 Sainte-Mère 05/08/2003 210 µg/m 3 204 µg/m 3 La Salvetat Peyrales 06/08/2003 170 µg/m 3 167 µg/m 3 La Penche 07/08/2003 172 µg/m 3 168 µg/m 3 Castelnau de Montmirail 12/08/2003 190 µg/m 3 189 µg/m 3 Damiate 13/08/2003 176 µg/m 3 174 µg/m 3 Rabastens 15/09/2003 125 µg/m 3 124 µg/m 3 Auradé 16/09/2003 148 µg/m 3 143 µg/m 3 Gaujan 17/09/2003 137 µg/m 3 132 µg/m 3 Brassac 18/09/2003 159 µg/m 3 157 µg/m 3 Angeville 19/09/2003 137 µg/m 3 136 µg/m 3 Au cours de ces campagnes de mesure ponctuelles, deux journées ont mis en évidence des dépassements du seuil d information fixé à 180 µg/m 3 : les 5 et 12 août. Aucune procédure d information du public n était en place pour les départements du Gers et du Tarn-et- Garonne, l information n a été transmise à la préfecture du Gers que le lendemain de cette journée du 5 août. Du fait de la validation des prévisions par les mesures «terrain» sur cette zone pour la journée du 5 août, il est fort probable que l agglomération de Montauban qui ne disposait pas d analyseur automatique en 2003 ait été soumise à des concentrations en ozone dans l air supérieures au seuil d information.
Afin de valider les cartes de prévisions issues quotidiennement du logiciel Chimère, un comparatif a été réalisé entre les données de prévisions à J+1 et les concentrations réellement mesurées sur le terrain par les analyseurs automatiques le jour correspondant aux prévisions. Cette étude a été réalisée à partir des stations fixes en place temporairement ou de manière permanente sur le domaine de prévision, ainsi qu avec les données du véhicule mobile. Concernant les prévisions sur la période allant du 1 er juin au 11 septembre 2003, la moyenne des écarts entre les prévisions et les mesures se réduit avec le délai de prévision. La prévision présente ainsi un écart moyen de 17,3% pour les prévisions à deux jours, contre 14,9% avec les prévisions pour le jour même. Cette évolution se justifie par l amélioration de prévisions météorologiques qui sont logiquement plus affinées pour le jour même, que deux jours à l avance. Les écarts de prévisions entre les stations sont du même ordre de grandeur, sauf pour les stations de Pamiers et Jacquier qui mettent en évidence une plus grande variation des prévisions par rapport à la réalité. Ceci s explique par la typologie urbaine de la station Jacquier pour laquelle les concentrations en ozone vont être plus influencées par les émissions d oxydes d azote dans son secteur de représentativité. Les écarts plus importants pour Pamiers s expliquent quant à eux par les prévisions météorologiques qui sont moins fiables à proximité des Pyrénées. Au-delà de la justesse de prévision du modèle Chimère, la modélisation est un outil d anticipation des risques de dépassements de seuil. Résultats des mesures par tubes échantillonneurs passifs Pour illustrer les différences de concentrations d ozone qui ont été observées au cours de ces six semaines de mesures estivales, une cartographie a été réalisée pour chaque période d échantillonnag e (moyenne pour chaque site des concentrations obtenues sur l ensemble de la période d étude allant du 9 juillet au 21 août).
Globalement, les zones de concentrations les plus basses correspondent aux principales agglomérations (Albi, Cahors, Montauban, Toulouse,..) les émissions d oxyde d azote sur ces zones étant suffisantes pour limiter la formation de l ozone sur ces zones. Les zones rurales pour leur part sont soumises à des concentrations en ozone plus importantes lorsqu elles sont sous l influence des polluants précurseurs émis par les agglomérations. Ainsi deux zones présentent les concentrations les plus importantes au cours de l été 2003, le centre du département de Haute-garonne et le secteur se situant entre Cahors, Montauban et Albi. En moyenne pour l ensemble des six semaines d étude ces deux secteurs ont connu une concentration supérieure à 110 µg/m 3. D autres secteurs comme les départements du Gers, de l Ariège et de l Aveyron présentent également des concentrations non négligeables qu cours de cet été 2003. Au-delà du constat que les secteurs ruraux autour des agglomérations sont soumis à des concentrations plus importantes que les agglomérations elles-même, cette étude nous a permis d évaluer la répartition moyenne de l ozone sur la région. En conclusion L objectif de cette étude était d évaluer les niveaux de concentrations en ozone dans l air ambiant au cours des quatre mois qui connaissent les niveaux les plus élevés de l année. L été 2003, qui connut à plusieurs reprises des températures caniculaires, aura réuni les conditions les plus favorables pour cette étude. L installation temporaire d analyseurs d ozone au sein d agglomérations non suivies jusqu alors, nous a permis d évaluer les concentrations de ce polluant sur ces zones, et ainsi de constater que celles-ci connaissent, lorsque les conditions sont réunies, des dépassements conséquents des valeurs réglementaires de référence. En effet, au-delà des «pics» de pollution qui durent en général moins de 3 heures, cette étude a pu mettre en évidence l importance du suivi de l exposition des populations à des concentrations plus faibles mais sur de plus longues périodes. L objectif qualité de protection de la santé humaine est l un de ces indicateurs et il a été dépassé à de très nombreuses reprises. Parallèlement aux analyseurs en station fixe, les mesures itinérantes réalisées avec le véhicule mobile nous ont permis de réaliser une évaluation de la concentration en ozone sur des zones ne permettant pas l installation de stations fixes. Le suivi de l ozone sur plus d une douzaine de points a été organisé au cours de journées pour lesquelles le modèle prévoyait de fortes concentrations. L ensemble de ce dispositif, installé pour renforcer le réseau existant durant cette étude, nous aura ainsi permis de valider les prévisions du modèle Chimère et d évaluer les améliorations à apporter à celui-ci. En effet, le modèle testé au cours de l été 2003, reste dépendant de la fiabilité des prévisions météorologiques et des données de concentrations en ozone entrant sur le domaine de prévisions. La qualité des prévisions est cependant très bonne, l écart moyen des prévisions avec les mesures réelles était de 15 % pour le jour même et de moins de 17% pour le lendemain. A la suite de ce constat, le dispositif de prévision a été amélioré au cours de l hiver 2003-2004, et les données du modèle national PrévAir sont désormais utilisées pour affiner les prévisions de notre modèle local. De plus, les prévisions pour le jour même sont désormais disponibles au plus tard pour 10h00 heure locale, ce qui permet une meilleure réactivité et diffusion de l information en cas de risque de dépassement.
Parallèlement, aux mesures réalisées par les analyseurs automatiques, les échantillonneurs passifs disposés sur une trentaine de sites à l échelle de la région, ont permis la réalisation de cartographies de répartition spatiale de ce polluant. Nous disposons désormais de cartographies permettant de répondre aux questions du grand public sur la qualité de l air vis-à-vis de l ozone à l échelle régionale, ce qui n était pas le cas jusqu à présent. Cette étude a également permis de mettre en évidence des phénomènes plus locaux avec des niveaux en moyenne plus importants sur deux zones, à savoir le centre du département de Haute-Garonne et le secteur se situant entre Cahors, Montauban et Albi. Afin d affiner nos connaissances ce type de cartographie serait à renouveler avec un nombre d échantillons plus important. Enfin, concernant l impact sur l environnement des niveaux d ozone présentés dans ce rapport, l exposition sur quinze jours des échantillonneurs limite les conclusions, puisque aucune valeur réglementaire n a encore été fixée pour une telle durée. Malgré tout, de larges zones dépassant les objectifs de qualité sur 8 et 24 heures ont pu être mises en évidence.