Etude de la qualité de l air aux Rousses Du 10/07 au 31/07/2003 CAMPAGNE DE MESURE DU LABORATOIRE MOBILE DE FRANCHE-COMTE Association de Surveillance de la Qualité de l Air dans l agglomération Bisontine et le Sud Franche-Comté 15, rue Mégevand - 25000 BESANÇON - Tél. : 03 81 25 06 60 - Fax : 03 81 25 06 61 1
Avec comme objectifs la surveillance, la prévision ainsi que la réduction des polluants atmosphériques, la loi n 96-1236 du 30 décembre 1996 sur l'air et l'utilisation rationnelle de l'énergie préconise, entre autres, la surveillance de la qualité de l'air sur l'ensemble du territoire national au plus tard le 1 er janvier 2000. Le décret du 15 février 2002 nomme la liste des polluants à surveiller et fixe les objectifs de qualité de l'air, les seuils d'alerte et les valeurs limites. L'Association de Surveillance de la Qualité de l'air dans l'agglomération Bisontine et le Sud Franche-Comté (ASQAB) est agréée par le Ministère de l'aménagement du Territoire et de l'environnement afin de mesurer la pollution atmosphérique. Cette association exerce sa compétence dans les départements du Doubs hors arrondissement de Montbéliard et du Jura. Cette zone comprend les villes de Besançon, Dole, Lons-Le-Saunier, Pontarlier, Saint- Claude et Baume-Les-Dames. A ce jour, les villes de Besançon, Dole, Lons-Le-Saunier, Pontarlier et les communes de Damparis, Chatenois et Tavaux sont équipées de stations fixes de mesure, nécessaires au suivi en continu de la qualité de l'air. L association dispose également de moyens mobiles (camion laboratoire, tubes passifs) permettant de caractériser la qualité de l air dans les zones non couvertes par le réseau fixe. Durant l été 2003, la commune des Rousses a fait l objet d une campagne camion laboratoire. Au cours de cette étude, des niveaux faibles en polluants primaires (SO 2, NO 2, PS, CO) ont été relevés. La comparaison des concentrations mesurées aux Rousses avec celles observées sur nos stations présentant des caractéristiques assez proches a montré des concentrations en ozone plus faibles aux Rousses. Ce phénomène avait déjà été observé lors de l étude de la répartition de l ozone sur la Franche Comté réalisée durant l été 2002. 2
Introduction I/ Origine et impact des polluants sur la santé humaine et l environnement I.1/ Les oxydes d azote I.2/ Les poussières I.3/ Le dioxyde de soufre I.4/ Le monoxyde de carbone I.5/ L ozone II/ Campagne laboratoire mobile II.1/ Site de mesure II.2/ Le dioxyde de soufre II.3/ Les poussières II.4/ Les oxydes d azote II.5/ L ozone II.6/ Le monoxyde de carbone Conclusion 3
Introduction La loi sur l air préconise la surveillance de la pollution atmosphérique sur l ensemble du territoire. A l heure actuelle dans le Jura, la surveillance de la qualité de l air est assurée de façon continue sur Dole, Tavaux, Damparis, Chatenois et Lons-Le-Saunier. Plusieurs campagnes camion laboratoire ont déjà été réalisées dans le Jura (Lons-Le-Saunier, Saint- Claude, Champagnole) ainsi qu une étude tubes passifs visant à caractériser la répartition de l ozone sur la région Franche-Comté. La commune des Rousses ainsi que certains points du massif du Jura ont fait l objet de cette étude. La campagne réalisée à l aide du camion laboratoire sur la commune des Rousses durant l été 2003 nous permettra de disposer d informations sur la qualité de l air en zone non couverte par les stations fixes et de caractériser les niveaux de polluants sur une commune rurale d altitude, située en bordure d une route nationale (RN5) assez fréquentée reliant la Suisse. Elle nous permettra également de déterminer si la qualité de l air des Rousses n est pas influencée par les métropoles suisses sous l effet des vents dominants. I/ Origine et impact des polluants sur la santé humaine et l environnement I.1/ Les oxydes d'azote Les oxydes d azote (NOx) constitués par le monoxyde d azote (NO) et le dioxyde d azote (NO 2 ) sont formés dans toutes les combustions fossiles, à haute température et par association de l azote et de l oxygène de l air. Le dioxyde d azote atmosphérique provient : - des émissions des chaufferies domestiques et des pots d échappement des automobiles, - de l oxydation du monoxyde d azote à la sortie des cheminées ou des pots d échappement, - des réactions chimiques dans l atmosphère dans lesquelles interviennent les hydrocarbures. Le NO 2 est un gaz irritant qui pénètre profondément dans les voies respiratoires provoquant une altération des alvéoles et une inhibition des défenses pulmonaires. Le monoxyde d azote est peu toxique. Sous l action du rayonnement solaire, le NO 2 participe, avec d'autres précurseurs (COV), à la formation de l'ozone troposphérique. Il est également responsable des dommages causés aux bâtiments et végétaux de part son élimination de la phase gazeuse sous forme de dépôt sec ou de liquide (il participe de ce fait à son acidification). I.2/ Les poussières Les poussières en suspension (PS) sont majoritairement d origine naturelle (feux de forêts, érosion des sols, éruptions volcaniques ). Certaines activités anthropiques les génèrent également. Elles sont issues des industries, du chauffage et du trafic automobile. Les particules solides les plus fines (< 2,5 µm) sont principalement émises par les véhicules diesel tandis que les plus grosses proviennent d effluents industriels. 4
Polluants irritants, leur action dépend de leur diamètre : les particules les plus grosses sont retenues par les voies aériennes supérieures alors que les plus fines pénètrent profondément dans les voies respiratoires. Leur toxicité est accentuée du fait qu elles peuvent transporter des composés nocifs et cancérogènes (plomb, hydrocarbures ). I.3/ Le dioxyde de soufre Le dioxyde de soufre (SO 2 ) est formé principalement lors de la combustion de combustibles fossiles par combinaison du soufre entrant dans leur composition et de l oxygène de l air. Il est rejeté par de multiples sources (installations de chauffage domestique, véhicules à moteur diesel, incinérateurs ). C est un gaz irritant pour l appareil respiratoire qui agit en synergie avec d autres polluants telles que les poussières en suspension. Il contribue directement au phénomène des '' pluies acides'', et donc à l'acidification des lacs et des forêts. I.4/ Le monoxyde de carbone Le monoxyde de carbone (CO) est un polluant d origine primaire. Toutes les combustions incomplètes en produisent. Il est principalement émis par le trafic automobile. Les ouvrages souterrains, tunnels sont propices à l accumulation de ce polluant. C est le seul composé à effet toxique immédiat. Sa toxicité est liée à son affinité pour l hémoglobine sur laquelle il se fixe à la place de l oxygène provoquant un déficit d oxygénation du système nerveux, cœur et vaisseaux sanguins. En cas d exposition à de fortes concentrations, il peut entraîner la mort. Son oxydation aboutit à la formation de dioxyde de carbone (CO 2 ), composé reconnu comme étant l'un des principaux gaz à effet de serre. I.5/ L ozone Bien que de nature chimique identique, il convient de distinguer l'ozone stratosphérique de l'ozone troposphérique. En effet, non seulement les mécanismes de formation ne sont pas identiques, mais les conséquences de leur présence sont opposées. Seul l'ozone troposphérique nous intéresse dans le cadre de cette étude. L'ozone est considéré comme étant un polluant secondaire, car il résulte de la transformation photochimique de certains polluants tels que les oxydes d'azote et les hydrocarbures. En aucun cas, l'ozone n'est rejeté directement par une source anthropique. Il est aujourd'hui reconnu que les concentrations d'ozone les plus importantes ne se localisent non pas directement au voisinage des sources d'émission, mais en des points situés à plusieurs kilomètres de ces sources. La mesure de l'ozone permet de se rendre compte de l'importance des épisodes de pollution photochimique (le smog estival) qui surviennent par temps chaud et ensoleillé. Dans notre région, les premiers épisodes peuvent apparaître dès le mois de juin et se prolonger jusqu'en septembre. 5
Alors que la couche naturelle d'ozone stratosphérique nous protège des rayonnements solaires ultraviolets B et C, rayonnements nocifs à la vie animale et végétale, l'ozone troposphérique joue le rôle d'agresseur. En effet, c'est un gaz qui pénètre facilement jusqu'aux voies respiratoires les plus fines. Il provoque des irritations oculaires, de la toux et une baisse de la fonction pulmonaire. L'ozone agit également sur les végétaux. A des concentrations très basses, il perturbe les mécanismes de la photosynthèse, de la croissance et de la reproduction. Il attaque également les matières synthétiques et détériore les couleurs. II/ Campagne laboratoire mobile Le laboratoire mobile, financé par l'ademe (Agence de l Environnement et de la Maîtrise de l Energie) est utilisé en association avec l ARPAM (Association pour la mise en œuvre du Réseau de surveillance de la Pollution Atmosphérique sur le Pays de Montbéliard). Il a été acquis dans le but de surveiller les zones encore non couvertes par le réseau fixe. Le camion laboratoire peut répondre aux besoins d études ponctuelles afin d améliorer la connaissance de la qualité de l air dans le sud Franche-Comté. Il est équipé de 5 analyseurs permettant de mesurer le monoxyde de carbone (CO), le dioxyde de soufre (SO 2 ), l ozone (O 3 ), les oxydes d azote (NO X ) et les poussières en suspension (PS) d un diamètre inférieur à 10 µm. Le laboratoire mobile est également équipé d une station météorologique. La température et l humidité relative sont mesurées à environ 2 mètres du sol, la direction et la vitesse du vent sont mesurées à 10 mètres. Camion laboratoire ARPAM/ASQAB 6
I.1/ Site de mesure La commune des Rousses se situe au cœur du Parc Naturel Régional du Haut-Jura, à une altitude de 1120 à 1680 m et à quelques kilomètres de la Suisse. Elle compte 3000 habitants. Lausanne Genève Localisation des Rousses 7
Le camion laboratoire a été installé du 10/07 au 31/07/2003, rue Porte de France, site localisé dans le village et assez éloigné de la route nationale. Site de mesure Localisation du site de mesure La période d étude a été dans l ensemble chaude, bien ensoleillée et peu arrosée. I.2/ Le dioxyde de soufre Sur la période d étude, la concentration en dioxyde de soufre aux Rousses est très faible ( de 1 µg/m 3 ). Les valeurs en SO 2 sont largement inférieures à l objectif de qualité, au seuil d information de la population et aux valeurs limites pour la protection de la santé humaine. 8
Tableau 1 : Réglementation et valeurs relevées pour le SO 2 aux Rousses du 10/07 au 31/07/2003 Réf. Décret 15 février 2002 Seuil (µg/m 3 ) 50 300 500 470 125 Déf. annuelle horaire horaire dépassée pendant 3H00 consécutives centile 99,7 des concentrations horaires centile 99,2 des concentrations s journalières Remarque objectif de qualité seuil de recommandation et d'information Valeurs en SO 2 (µg/m 3 ) aux Rousses 1 Max horaire : 10 seuil d'alerte / valeur limite pour la protection de la santé humaine 8 3 µg/m 3 350 300 250 Seuil d information de la population 200 150 100 50 0 10/07/2003 11/07/2003 12/07/2003 13/07/2003 14/07/2003 16/07/2003 17/07/2003 18/07/2003 19/07/2003 20/07/2003 21/07/2003 22/07/2003 23/07/2003 25/07/2003 26/07/2003 27/07/2003 28/07/2003 29/07/2003 30/07/2003 31/07/2003 Profil du dioxyde de soufre aux Rousses du 10/07 au 31/07/2003 9
I.3/ Les poussières Les concentrations en poussières aux Rousses durant la campagne sont s, voire faibles, la sur la période d étude étant de 15 µg/m 3. Durant la campagne, l objectif de qualité annuel de 30 µg/m 3 n a pas été dépassé. Tableau 2 : Réglementation et valeurs relevées pour les PS aux Rousses du 10/07 au 31/07/2003 Réf. Seuil (µg/m 3 ) Déf Remarque Valeurs en PS (µg/m 3 ) aux Rousses 30 annuelle objectif de qualité 15 Décret 15 février 2002 70 46 centile 90,4 des concentrations s journalières annuelle valeur limite pour la protection de la santé 23 15 Conseil Supérieur d'hygiène Publique 80 24H00 glissante valeur maximale enregistrée 27 I.4/ Les oxydes d azote La réglementation ne porte que sur le NO 2. Sur l ensemble de la campagne, les niveaux en dioxyde d azote sont moyens, voire faibles. L objectif de qualité annuel de 40 µg/m 3 n a pas été dépassé. La en NO 2 étant de 27 µg/m 3, avec un maximum horaire de 53 µg/m 3 (pour le NO 2, le seuil d information de la population est fixé à 200 µg/m 3 ). 10
Tableau 3 : Réglementation et valeurs relevées pour le NO 2 aux Rousses du 10/07 au 31/07/2003 Réf. Décret 15 février 2002 Seuil (µg/m 3 ) 40 200 400 200 Déf. annuelle horaire horaire horaire si risque sur 3 jours consécutifs Remarque objectif de qualité seuil de recommandation et d'information seuil d alerte Valeurs en NO 2 (µg/m 3 ) aux Rousses 27 Max : 53 200 centile 98 valeur limite 42 290 centile 99,8 pour la 49 58 protection de la annuelle santé humaine 27 µg/m 3 250 200 Seuil d information de la population 150 100 50 0 10/07/2003 11/07/2003 12/07/2003 13/07/2003 14/07/2003 15/07/2003 16/07/2003 17/07/2003 18/07/2003 19/07/2003 20/07/2003 20/07/2003 21/07/2003 22/07/2003 23/07/2003 24/07/2003 25/07/2003 26/07/2003 27/07/2003 28/07/2003 29/07/2003 30/07/2003 31/07/2003 Profil du dioxyde d azote aux Rousses du 10/07 au 31/07/2003 11
I.5/ L ozone Durant l été 2002, une cartographie de l ozone a été réalisée sur la Franche-Comté. 65 tubes passifs destinés à piéger le polluant ont été disposés sur l ensemble du territoire. Les résultats obtenus ont montré que les sites situés dans la haute chaîne du massif Jurassien ainsi que dans le massif des Vosges sont plus exposés aux fortes concentrations que ceux localisés au nord-ouest de la Haute Saône. Ce constat est confirmé par le relief, puisque les concentrations les plus fortes en ozone (concentrations > 80 µg/m 3 ) sont généralement observées dans les zones d altitudes supérieures à 1000 m (Ballon d Alsace, Mont d Or, Septmoncel). Il est intéressant de noter que certains secteurs situés en altitude, comme Les Rousses, présentent des concentrations plus faibles que des sites d altitude localisés en plaine dans un contexte de plateau (Montfaucon, Bolandoz). 90 µg/m 3 91 µg/m 3 77 µg/m 3 Répartition ponctuelle de l ozone sur la Franche-Comté du 03/06 au 01/07/2002 12
Les résultats de l étude régionale 2002 semble être confirmés par les résultats obtenus lors de la campagne camion laboratoire 2003 puisque les niveaux en ozone relevés aux Rousses sont plus faibles que ceux mesurés sur certaines stations fixes du réseau ASQAB. Sur la période d étude, le seuil d information de la population fixé à 180 µg/m 3 horaire n a pas été atteint. Les objectifs de qualité en pollution de fond (seuils pour la protection de la santé et pour la protection des végétaux) ont été dépassés, comme pour l ensemble de la région Franche-Comté. Tableau 4 : Réglementation et valeurs relevées pour l ozone aux Rousses du 10/07 au 31/07/2003 Seuil (µg/m 3 ) Déf. Remarque Valeurs en O 3 mesurées (µg/m 3 ) aux Rousses et sur les stations fixes ASQAB Les Rousses Besançon- Chailluz Pontarlier Dole Lons-Le- Saunier 110 Moyenne glissante sur 8 heures Seuil pour la protection de la santé/objectif qualité 7 dép Max : 123 28 dép Max : 122 36 dép Max : 132 32 dép Max : 115 39 dép Max : 139 180 Moyenne horaire Seuil d'information de la population/objectif qualité Max : 155 Le 15/07 Max : 175 Le 15/07 Max : 167 Le 13//07 Max : 167 Le 14/07 Max : 170 Le 15/07 200 65 Moyenne 24 heures Seuil pour la 0 dép 0 dép 0 dép 0 dép 0 dép protection des végétaux/objectif qualité 13 dép 15 dép 17 dép 15 dép 18 dép / Moyenne campagne / 74 80 103 88 102 13
µg/m 3 200 180 160 Seuil d information de la population 140 120 100 80 60 40 20 0 10/07/2003 11/07/2003 12/07/2003 13/07/2003 14/07/2003 15/07/2003 15/07/2003 16/07/2003 17/07/2003 18/07/2003 19/07/2003 20/07/2003 21/07/2003 22/07/2003 23/07/2003 24/07/2003 25/07/2003 26/07/2003 26/07/2003 27/07/2003 28/07/2003 29/07/2003 30/07/2003 31/07/2003 Profil de l ozone aux Rousses du 10/07 au 31/07/2003 Il est interessant d analyser les données vents, facteurs influençant les niveaux de concentrations en ozone. En effet, les niveaux mesurés en un point donné ne s expliquent pas uniquement par la pollution locale. Une étude réalisée par Météo-France a montré qu en Franche-Comté, une part non négligeable de la pollution estivale provenait des vallées du Rhin et du Rhône. Les masses d air se chargent de polluants sur les grandes agglomérations pour venir ensuite accentuer les niveaux de pollution enregistrés en Franche-Comté. La rose des vents nous renseigne sur la direction du vent, ainsi que sur sa vitesse. La taille des bâtonnets colorés est proportionnelle au temps pendant lequel le vent a soufflé dans une direction donnée et la couleur relate sa vitesse. La direction du vent se lit toujours de l'extrémité du cercle vers le centre. La rose des vents indique qu au cours de la période d étude, les vents ont souflé majoritairement dans la direction Est - Sud/Est (36% du temps) et dans la direction Ouest (36% du temps). Au cours de cette période, les vitesses de vent ont été relativement faibles ; dans 90 % du temps, elles étaient comprises entre 1m s -1 et 3 m s -1. 14
Rose des vents aux Rousses du 10/07 au 31/07/03 Lorsque l on observe le graphique présentant les concentrations d ozone (µg/m 3 ) en fonction de la direction du vent ( ), il apparaît que l ozone mesuré aux Rousses est issu d un phénomène de échelle dû à la présence de conditions anticycloniques et de masses d air polluées provenant de secteur Est-Sud/Est (direction de 90 à 130 ) et Ouest (direction de 270 ). La formation locale d ozone doit probablement être quasi-inexistante compte-tenu de l apport très réduit de précurseurs au niveau de la commune. Les vents d Est Sud/Est pour lesquels on observe les valeurs les plus fortes doivent probablement amener les polluants issus des métropoles suisses (Lausanne et Genève). Sur Genève, les valeurs maximales en ozone relevées sur la période d étude ont été enregistrées le 14/07 et le 15/07 avec des maxima horaires respectivement de 185 µg/m 3 et de 163 µg/m 3 (données ROPAG). La station de Lausanne enregistre le 14/07 un maxima horaire de 155 µg/m 3 (données NABEL). Sur les Rousses, un maxima horaire de 155 µg/m 3 a été relevé le 15/07. A ce jour, il paraît difficile d expliquer la provenance en ozone de secteur Ouest. Une analyse scientifique plus fine du relief et des conditions météorologiques locales serait nécessaire afin d expliquer ce phénomène. 15
0 Nord µg/m 3 160 140 Ouest 270 90 Est 120 100 80 60 180 Sud 40 20 0 0 50 100 150 200 250 300 direction du vent ( ) Les vents pris en compte sont les vents dont la vitesse est supérieure à 1m/s. I.6/ Le monoxyde de carbone Les concentrations en CO sont très faibles, le maximum horaire étant de 0,4 mg/m 3, loin de la limite des 30 mg/m 3 recommandée par l'oms (Organisation Mondiale de la Santé). Tableau 5 : Réglementation et valeurs relevées pour le CO aux Rousses du 10/07 au 31/07/2003 Réf. Seuil (mg/m 3 ) Déf. Remarque Valeurs en CO (mg/m 3 ) aux Rousses 30 Décret 15 février 2002 / OMS 10 Moyenne horaire seuil OMS Max : 0,4 maximum journalier de la glissante sur 8 heures valeur limite Max : 0,3 16
Conclusion Les indices de la qualité de l air aux Rousses ont été estimés sur la base des mesures effectuées par le camion laboratoire, alors que sur Lons-Le-Saunier, station Jurassienne la plus proche, plusieurs stations fixes de mesure sont utilisées pour le calcul. Les indices ATMO des Rousses et de Lons-Le-Saunier sont respectivement de 5 (indice moyen) et de 6 (indice médiocre) sur l ensemble de la campagne. Sur les deux sites, c est l ozone qui déclasse majoritairement l indice. 8 ATMO Lons-Le-Saunier ATMO Les Rousses 7 6 5 4 3 2 1 0 10/07/2003 11/07/2003 12/07/2003 13/07/2003 14/07/2003 15/07/2003 16/07/2003 17/07/2003 18/07/2003 19/07/2003 20/07/2003 21/07/2003 22/07/2003 23/07/2003 24/07/2003 25/07/2003 26/07/2003 27/07/2003 28/07/2003 29/07/2003 30/07/2003 31/07/2003 Comparaison de l indice ATMO estimé aux Rousses et l indice de Lons-Le-Saunier du 10/07 au 31/07/2003 Pendant la période d étude, la commune des Rousses a bénéficié d une qualité de l air assez bonne, parfois soumise à des élévations des niveaux en ozone du fait de conditions météorologiques plus favorables à la formation de ce polluant. Sur la période d étude, les niveaux d ozone sont plus faibles aux Rousses que sur les autres stations fixes du Sud Franche-Comté. L étude de la distribution de l ozone sur la Franche-Comté, réalisée durant l été 2002, avait d ailleurs montré des concentrations modérées de ce polluant sur les Rousses, par rapport aux valeurs relevées sur d autres sites d altitude tels que Septmoncel, Métabief/Mont d or, et Bolandoz. Les cartes de modélisation spatiale des concentrations en ozone sur la Franche-Comté, réalisées par le laboratoire THEMA à partir des mesures ponctuelles, ont permis de déterminer 6 variables semblant expliquer ces variations spatiales : pente, altitude, rugosité topographique, degré d encaissement, orientation du versant et distance à la crête la plus proche. Sur l ensemble de la campagne, les teneurs en polluants primaires, indicateurs du trafic routier, sont faibles. On peut donc supposer que les niveaux en précurseurs d ozone (oxydes d azote et hydrocarbures) sont faibles et que la production locale d ozone est très réduite aux Rousses. Ainsi, les niveaux mesurés sur ce site proviennent essentiellement d un apport externe. On peut penser qu en fonction de la direction des vents dominants, le niveau d ozone local est plus ou moins accentué par l ozone provenant des agglomérations suisses. 17
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