2015 MESURES DES CONCENTRATIONS EN OZONE, DIOXYDE D'AZOTE, PARTICULES FINES ET TRES FINES A POURCY EN 2015 Amélioration des outils de modélisation SURVEILLANCE DE LA QUALITE DE L AIR EN CHAMPAGNE-ARDENNE MDA, 2 rue Léon Patoux, CS 50001, 51664 Reims Cedex Tél : 03 26 04 97 50 - Fax : 03 26 04 97 51 E-mail : contact@atmo-ca.asso.fr Website: www.atmo-ca.asso.fr
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Nous remercions la commune de Pourcy et la Maison du Parc Naturel Régional de la Montagne de Reims pour leur coopération et leur aide dans cette étude. 2/19
SOMMAIRE INTRODUCTION... 4 I. PRESENTATION DU SITE DE MESURE... 5 II. EXPLOITATION DES DONNEES... 8 1. LES MESURES A POURCY... 8 2. COMPARAISON AUX DONNEES DE DEUX SITES DE MESURES : BOURGOGNE ET JEAN D AULAN... 9 2.1. Les sites de mesures... 9 2.2. Les moyennes annuelles... 10 2.3. Les maxima... 10 2.4. Les différents profils journaliers... 11 3. DEPASSEMENTS DES SEUILS REGLEMENTAIRES... 12 3.1. Les valeurs réglementaires et procédures d alerte... 12 3.2. Retour sur l épisode de pollution aux particules fines... 13 3.3. Retour sur l épisode de pollution à l ozone... 14 CONCLUSION... 16 ANNEXE... 17 SOURCE ET EFFETS DES POLLUANTS MESURÉS... 17 3/19
INTRODUCTION ATMO Champagne-Ardenne est l association agréée par le Ministère de l Environnement, de l Énergie et de la Mer pour étudier et surveiller la qualité de l air sur la région. Pour cela, ATMO Champagne-Ardenne dispose de stations fixes de surveillance, mais également d outils de modélisation qui estiment les concentrations atmosphériques en polluant sur l ensemble d un territoire. Ainsi, il existe une plateforme qui couvre l ensemble de la Champagne-Ardenne, mais également d autres outils à plus grande échelle comme Prev Air à l échelle nationale, ou encore à plus fine échelle sur certaines grandes agglomérations de la région comme Reims Métropole avec Rem Air. Rem Air permet d évaluer la qualité de l air à l échelle de la rue sur l agglomération rémoise, mais aussi de scénariser l impact d actions potentielles sur celle-ci. Ces outils de modélisation utilisent les concentrations mesurées aux stations fixes. Afin de leur apporter de nouvelles données et améliorer ainsi leur paramétrage, des mesures complémentaires ont été entreprises en zone de fond rurale en 2015. Ces mesures, éloignées de toute source de pollution de l air, ont été réalisées à Pourcy, plus précisément à la Maison du Parc Naturel Régional de la Montagne de Reims. Les polluants mesurés sont les poussières fines (PM 10) et très fines (PM 2.5), l ozone (O 3) et le dioxyde d azote (NO 2). De plus, ces mesures permettent de bénéficier d un point de référence en zone rurale marnaise et de mieux estimer la contribution de l activité de l agglomération de Reims lors d'épisodes de pollution aux particules fines. 4/19
I. PRESENTATION DU SITE DE MESURE Les mesures sont réalisées à Pourcy, commune de 163 habitants, au sein de la Maison du Parc Naturel Régional de la Montagne de Reims. Les figures 1 et 2 présentent la localisation du site de mesure. Figure 1 : Localisation du site de mesure 5/19
Figure 2 : Emplacement du site de mesure à Pourcy Les mesures sont effectuées à l aide d une unité mobile, visible en figure 3 ci-dessous. Figure 3 : L'unité mobile de mesure 6/19
L unité mobile est équipée de quatre appareils de mesures, permettant de mesurer en continu : les particules fines (PM 10), les particules très fines (PM 2.5), l ozone (O 3) et le dioxyde d azote (NO 2). Les sources et effets de ces quatre polluants sont explicités en Annexe. Les caractéristiques des mesures effectuées à Pourcy sont énoncées dans le tableau 1 ci-après. Paramètre mesuré Influence prépondérante sur le paramètre mesuré Tableau 1 : Caractéristiques des mesures Participation aux procédures d'alerte réglementaires Date de début de mesure Date de fin de mesure Norme associée à la mesure NO 2 Fond Non 20/01/2015 31/12/2015 NF EN 14211 O3 Fond Oui 20/01/2015 31/12/2015 NF EN 14625 PM10 Fond Oui 20/01/2015 31/12/2015 PM2.5 Fond 20/01/2015 31/12/2015 NF EN 12341 X43-049 Une influence de fond se caractérise par l absence de source de pollution de l air à proximité. Les mesures sont alors considérées comme représentatives de l exposition moyenne des populations et de l environnement. 7/19
II. EXPLOITATION DES DONNEES 1. LES MESURES A POURCY Le tableau 2 expose les taux de représentativité annuelle par polluant. Celui relatif au NO 2 est inférieur au taux préconisé par l Europe, de 90%. Néanmoins, la moyenne annuelle en NO 2 peut être considérée comme indicative. Tableau 2 : Taux de représentativité annuelle selon le polluant mesuré Ozone Dioxyde d azote Poussières fines Poussières très fines Pourcy 93% 78% 93% 90% La figure 4 montre l évolution des concentrations moyennes mensuelles sur l année en PM 10, PM 2.5, O 3 et NO 2. Figure 4 : Évolution des concentrations mensuelles sur l'année 2015 La figure 4 montre que les concentrations en PM 10, PM 2.5 et NO 2 sont plus importantes en hiver qu en été. À contrario, les taux d O 3 sont plus conséquents en été qu en hiver. En effet, l O 3 est un polluant estival dit secondaire, qui se forme à partir du dioxyde d azote et des composés organiques volatils (COV) en présence de rayonnement solaire et de chaleur. Il s accumule plus facilement en zones périurbaines et en campagne. D autre part, les PM 10, les PM 2.5 et le NO 2 sont plus présents lorsque les températures sont basses, ou encore lors des périodes de travaux agricoles pour les poussières, comme ce fut le cas en mars. D autre part, les concentrations peuvent être élevées en présence de mauvaises conditions de dispersion comme une situation anticyclonique ou une inversion de température (effet «couvercle» qui maintient les polluants en basse atmosphère). Ces mauvaises conditions de dispersion ont été observées en octobre 8/19
par exemple, où les concentrations en poussières fines et très fines ainsi qu en dioxyde d azote ont été plus conséquentes. 2. COMPARAISON AUX DONNEES DE DEUX SITES DE MESURES : BOURGOGNE ET JEAN D AULAN 2.1. Les sites de mesures La figure 5 ci-dessous localise les sites de mesure concernés. Figure 5 : Localisation des sites de mesures Le tableau 3 présente les caractéristiques des trois sites de mesure. Tableau 3 : Caractéristiques des sites de mesure Bourgogne Jean d Aulan Pourcy Type de station Unité mobile Station fixe Unité mobile Environnement d implantation Rurale proche Urbaine Rurale proche Influence prépondérante Fond Fond Fond Polluants mesurés O 3 NO 2 PM 10 O 3 NO 2 PM 10 PM 2.5 O 3 NO 2 PM 10 PM 2.5 9/19
2.2. Les moyennes annuelles Le tableau 4 ci-après récapitule les moyennes annuelles mesurées sur les 3 sites de mesures. Tableau 4: Récapitulatif des moyennes annuelles mesurées sur les 3 sites Ozone (µg/m 3 ) Dioxyde d azote (µg/m 3 ) Poussières fines (µg/m 3 ) Poussières très fines (µg/m 3 ) Bourgogne 51 12 21 Pas de mesure Jean d Aulan 50 17 20 14 Pourcy 54 6* 16 11 *Comme vu précédemment, la moyenne annuelle des concentrations en NO 2 mesurées à Pourcy est considérée comme indicative car moins de 90% de données sont disponibles sur l année 2015. Cette moyenne indicative est presque trois fois plus faible que celle de la station rémoise Jean d Aulan. Ceci s explique par le caractère rural du site de Pourcy, moins sujet aux émissions liées au trafic routier que le site de Jean d Aulan, urbain. Excepté l O 3, les teneurs en PM 10 et PM 2.5 sont plus basses que celles du site urbain de Reims. Les concentrations en O 3 sont du même ordre de grandeur sur les sites de Pourcy et Bourgogne. En effet, l O 3 est un polluant secondaire qui se forme à partir des oxydes d azotes (NOx), majoritairement émis par le trafic automobile, sous l action du rayonnement solaire et de la chaleur. Transporté par le mouvement des masses d air, l O 3 tend ainsi à s accumuler dans des zones moins influencées par le trafic automobile qui présentent des concentrations en NOx plus faibles, comme Pourcy et Bourgogne. 2.3. Les maxima Les maxima en PM 10, PM 2.5, NO 2 et O 3 sont indiqués dans le tableau 5 ci-dessous. Tableau 5 : Maximum horaire (O3, NO2) ou maximum journalier (PM10, PM2.5) sur l'année 2015 Maximum horaire (µg/m 3 ) Maximum journalier (µg/m 3 ) Ozone Dioxyde d azote Poussières fines Poussières très fines Bourgogne 171 (le 13/08) 73 (le 04/12) 99 (le 20/03) Pas de mesure Jean d Aulan 170 (le 01/07) 92 (le 15/02) 96 (le 20/03) 81 (le 20/03) Pourcy 181 (le 01/07) 41 (le 24/01) 87 (le 20/03) 77 (le 20/03) La concentration maximale en O 3 a été mesurée à Pourcy. Les teneurs maximales en PM 10 et PM 2.5 sont globalement du même ordre de grandeur sur les trois sites, en raison d un épisode de pollution de grande ampleur qui a touché toute la région. Pour le NO 2, le maximum mesuré est quasiment deux fois plus faible à Pourcy qu à Jean d Aulan et Bourgogne, le site étant moins influencé par le trafic routier que les deux autres. 10/19
2.4. Les différents profils journaliers Les profils journaliers exposés en figure 6 montrent des comportements similaires entre les trois sites, avec néanmoins des teneurs variables. Figure 6 : Profils journaliers en PM10, PM2.5, NO2 et O3 La figure 6 ci-dessus montre des concentrations en O 3 à Pourcy plus importantes en cours de journée que sur les deux autres sites. Le NO 2 étant un polluant principalement issu du trafic routier, ses concentrations dans l air sont étroitement liées à l affluence automobile. Ainsi, les teneurs sont plus importantes aux heures de pointes, soit en début de matinée et fin de journée. Le profil journalier du NO2 est beaucoup moins prononcé sur le site de Pourcy en raison du trafic routier très faible. Enfin, de même que le NO 2, les particules fines sont plus présentes à Jean d Aulan et Bourgogne qu à Pourcy. 11/19
3. DEPASSEMENTS DES SEUILS REGLEMENTAIRES 3.1. Les valeurs réglementaires et procédures d alerte Les tableaux 6 et 7 ci-dessous définissent les valeurs réglementaires et les seuils d alertes. Tableau 6 : Valeurs réglementaires (µg/m 3 ) Ozone (O3) Dioxyde d azote (NO2) Particules fines (PM10) Particules très fines (PM2.5) (1) Moyenne annuelle Objectif qualité 120 en moyenne sur 8h 40 (1) 30 (1) Valeur limite - 40 (1) 200 en moyenne sur 1h à ne pas dépasser plus de 18 fois par année civile 40 (1) 50 en moyenne journalière à ne pas dépasser plus de 35 fois par année civile Valeur cible 120 en moyenne sur 8h à ne pas dépasser plus de 25 fois par année civile 10 (1) 25 (1) 20 (1) - - Tableau 7 : Concentrations relatives au déclenchement des procédures d'alerte en 2015 (en µg/m 3 ) Ozone (O3) Dioxyde d azote (NO2) Particules fines (PM10) Seuil d Information et de Recommandation (SIR) 180 sur 1h 200 sur 1h 50 sur 24h à 8h et à 14h Seuil d Alerte (SA) 1 er seuil : 240 sur 3h 2 ème seuil : 300 sur 3h 3 ème seuil : 360 sur 1h 400 sur 1h ou 200 sur 1h si SIR déclenché la veille, le jour et le lendemain 80 sur 24h à 8h et à 14h Conditions Déclenchement si dépassement sur 1 station fixe, unité mobile ou à partir de la prévision issue de la modélisation dans la zone couverte par la procédure Déclenchement si dépassement observé sur 2 stations fixes ou unité mobile avec un décalage temporel maximum de 3h dans la zone couverte par la procédure Déclenchement si dépassement sur 2 stations fixes (1) dont au moins une de fond ou une unité mobile dans la zone couverte par la procédure (1) Ou à défaut 1 capteur situé en fond s il n en existe pas d autre dans la zone couverte par la procédure. À Pourcy sur l année 2015, les seuils d alerte ont été dépassés quatre fois en PM 10 au mois de mars et une fois en O 3 au mois de juillet (cf. le tableau 8 ci-dessous). Tableau 8 : Calendrier des dépassements de seuils réglementaires MARS JUILLET 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 25 26 27 28 29 30 31 31 Dépassement du seuil d information et de recommandation Dépassement du seuil d alerte 12/19
3.2. Retour sur l épisode de pollution aux particules fines La figure 7 ci-dessous expose l évolution des concentrations en PM 10 en mars 2015 sur les trois sites de mesures. Seuil d alerte 80 µg/m 3 Seuil d information et de recommandation 50 µg/m 3 Figure 7 : Évolution des concentrations en PM10 en mars 2015 sur les 3 sites Les particules fines sont principalement issues de la combustion (véhicules ou poids lourds diesel, combustion du bois, industrie ou production d énergie) et de l érosion. Elles peuvent également résulter de transformations dans l atmosphère (particules secondaires), en lien notamment avec l activité agricole. D autre part, les particules fines se sont accumulées du 17 mars au 21 mars en raison de conditions météorologiques stables. Les niveaux ont ainsi augmentés progressivement à Pourcy, tout comme les 2 autres sites, dépassant tout d abord le seuil d information et de recommandation de 50 µg/m 3 les 18 et 19 mars, puis le seuil d alerte de 80 µg/m 3 le 20 mars. La cartographie en figure 8 ci- après est issue du site PREVAIR et montre que la France entière était concernée par de fortes concentrations en PM 10 le 20 mars. 13/19
Figure 8: Cartographie PREVAIR des concentrations en PM10 sur la France le 20/03/2015 Le 21 mars, les conditions météorologiques sont devenues plus instables et seul le seuil d information et de recommandation a été dépassé à Pourcy. Le vent s est ensuite renforcé à partir du 22 mars, ce qui a permis la dispersion des particules fines et donc la diminution des niveaux de concentration. 3.3. Retour sur l épisode de pollution à l ozone La figure 9 ci- dessous présente l évolution des concentrations en O 3 en juin et juillet 2015 sur les trois sites de mesures. Des mesures en O 3 sont absentes sur le site de Bourgogne du 26 juin au 10 juillet, en raison du retrait temporaire de l unité mobile lors des festivités locales. Seuil d information et de recommandation 180 µg/m 3 sur 1h Figure 9 : Évolution des maxima horaires journaliers en juin et juillet 2015 sur les 3 sites de mesure 14/19
La figure 10 suivante est une cartographie des concentrations en O 3 sur la France le 1 er juillet 2015. Figure 10 : Cartographie PREVAIR des concentrations en O3 sur la France le 01/07/2015 L ozone n est pas émis directement dans l atmosphère, mais résulte de réactions chimiques, sous l effet du soleil et de la chaleur, entre les oxydes d azote et les composés organiques volatils (hydrocarbures, solvants...). Ces polluants sont principalement émis par les transports routiers ainsi que par certaines activités industrielles, artisanales et domestiques. Par conséquent, le temps ensoleillé accompagné de températures très élevées observé le 1 er juillet 2015 a favorisé la formation d O 3. Les concentrations d O 3 ont ainsi été élevées ce jour-ci, jusqu à dépasser le seuil d information et de recommandation de 180µg/m 3 sur 1h. 15/19
CONCLUSION En conclusion, de par son comportement, le site de Pourcy correspond bien à un site de fond. Les données mesurées sur l année 2015 peuvent ainsi être utilisées pour améliorer les outils de modélisation. 16/19
ANNEXE SOURCE ET EFFETS DES POLLUANTS MESURÉS 1. DIOXYDE D AZOTE NO 2 a) Sources Le monoxyde d azote (NO) et le dioxyde d azote (NO 2) sont émis lors des phénomènes de combustion. Le NO 2 est issu de l oxydation du NO. Le pot catalytique a permis, depuis 1993, une diminution des émissions des véhicules à essence. Par ailleurs, l entrée en vigueur de la norme EURO III pour les poids lourds en 2002 et la norme EURO IV en 2005 pour les véhicules particuliers accompagnée d une stabilité du parc roulant contribue également à cette diminution. Figure 11 : Contribution aux émissions de NO2 sur le département de la Marne (Source : Inventaire ATMO Champagne-Ardenne A10M12-01-Secten12) b) Effets Sur la santé Le dioxyde d azote est un gaz irritant pour les bronches. Chez les asthmatiques, il augmente la fréquence et la gravité des crises. Chez l enfant, il favorise les infections pulmonaires. Sur l environnement Le dioxyde d azote participe au phénomène des pluies acides, à la formation de l ozone troposphérique, dont il est l un des précurseurs, à l atteinte de la couche d ozone stratosphérique et à l effet de serre. 17/19
2. POUSSIÈRES FINES PM 10 et PM 2.5 a) Sources Les particules ou poussières en suspension liées à l activité humaine proviennent majoritairement de la combustion des matières fossiles, du transport automobile (gaz d échappement, usure, frottements...) et d'activités industrielles très diverses (sidérurgie, incinération...). Leur taille et leur composition sont très variables. Les particules sont souvent associées à d'autres polluants tels le SO 2, les HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques) Les PM 10 représentent la catégorie de particules dont le diamètre est inférieur à 10 micromètres (les PM 2.5, ou très fines particules, ont un diamètre inférieur à 2,5 micromètres). Figure 12 : Contribution aux émissions de PM10 sur le département de la Marne (Source : Inventaire ATMO Champagne-Ardenne A10M12-01-Secten12) Figure 13 : Contribution aux émissions de PM2.5 sur le département de la Marne (Source : Inventaire ATMO Champagne-Ardenne A10M12-01-Secten12) b) Effets Sur la santé Selon leur taille (granulométrie), les particules pénètrent plus ou moins profondément dans l arbre pulmonaire. Les particules les plus fines peuvent, à des concentrations relativement basses, irriter les voies respiratoires inférieures et altérer la fonction respiratoire dans son ensemble. Certaines particules ont des propriétés mutagènes et cancérigènes. Les PM2,5 se déposent plus facilement et sont en général moins bien évacuées que les PM10-2,5 (particules dont le diamètre est compris entre 2.5 et 10µm) dans les alvéoles pulmonaires. Sur l environnement Les effets de salissure des bâtiments et des monuments sont les atteintes à l environnement les plus perceptibles. 18/19
3. L ozone a) Sources L ozone est un polluant dit secondaire, car il n est pas émis directement mais résulte de la transformation dans l atmosphère de polluants dits primaires. Ces polluants sont généralement les oxydes d azote (NOx) et les COV (Composés Organiques Volatils). Ces réactions sont complexes et les plus fortes concentrations d O 3 apparaissent l été, en périphérie des zones émettrices des polluants primaires, puis peuvent être transportés sur de grandes distances. b) Effets Sur la santé L O 3 est un gaz agressif qui pénètre facilement jusqu aux voies respiratoires les plus fines. Il provoque toux, altération pulmonaire et irritations oculaires. Ses effets sont très variables selon les individus. Sur l environnement L O 3 a un effet néfaste sur la végétation (sur le rendement des cultures par exemple) et sur certains matériaux. Il contribue également à l effet de serre. 19/19