Cartes de la qualité de l’air en temps réel

Dans cet article, on illustrera des cartes en temps réel de la qualité de l’air dans le monde, en Europe et en Italie. Ce n’est pas difficile, car en réalité, il n’y en a actuellement que quelques-uns d’importants : l’indice mondial de la qualité de l’air, qui a le mérite de normaliser les indices de qualité de l’air des différents pays (qui sont presque tous différents), les rendant ainsi comparables entre eux.

Il peut être surprenant que la seule carte en temps réel de la qualité de l’air d’un pays soit réalisée avec des stations fixes, non pas de l’ARPA, mais d’un projet de « science citoyenne » de haut niveau, mais en fait quelque chose de similaire s’est produit à la fin des années 1990 dans le domaine de la sismologie, lorsque l’INGV sur son site n’a pas donné d’informations en temps réel sur la magnitude des tremblements de terre qui venaient de se produire, parce que son réseau était ancien (la « salle sismique » de Rome avait encore les « rouleaux » pour enregistrer les sismogrammes).

Mais un réseau de sismographes électroniques à bas prix est né en Italie, créé par des amateurs compétents et clairvoyants, appelé IESN (Réseau sismique expérimental italien) et toujours existant aujourd’hui, qui donne en temps réel sur le web à la fois la magnitude et les sismogrammes des différentes stations disséminées dans toute l’Italie. Cela a « forcé » l’INGV à fournir, quelques années plus tard, des informations similaires en temps réel, anticipant une transition vers le monde numérique et en temps réel qui aurait été, tôt ou tard, inévitable.

Monde (États-Unis, Europe)

L’indice mondial de la qualité de l’air est une carte interactive et en temps réel innovante, créée grâce à un groupe d’environnementalistes chinois, qui révèle le degré de pollution d’une zone spécifique du globe terrestre dans l’un des 68 pays surveillés, sur la base de données fournies en temps réel par les différentes agences nationales de protection de l’environnement. Les créateurs de la carte travaillent dur pour surveiller même les zones actuellement non couvertes par le système.

La carte interactive montre, dans la valeur indiquée à chaque station, la quantité de particules fines (PM2,5) dans l’air, car il s’agit d’un mélange de substances très polluantes, capables d’attaquer le corps humain en pénétrant profondément dans les poumons, de sorte qu’elles peuvent provoquer diverses pathologies des voies respiratoires, telles que l’asthme et la bronchite et, à plus long terme, des cancers, des crises cardiaques et des accidents vasculaires cérébraux sous une forme prématurée par rapport à l’âge du sujet.

De plus, il est possible d’obtenir la dernière lecture disponible pour d’autres polluants surveillés par cette unité de contrôle particulière : généralement, les PM10, le dioxyde d’azote (NO2), l’ozone (O3), le dioxyde de soufre (SO2), le monoxyde de carbone (CO), ainsi que la température et l’humidité. Pour tous, les valeurs actuelles, la tendance des dernières 48 heures, les valeurs maximales, minimales et moyennes sont indiquées, donnant ainsi une image complète de la situation.

Les polluants en temps réel (moyenne horaire) mesurés par une unité de contrôle près de Valence

Il existe actuellement plus de 20 000 stations de surveillance de la qualité de l’air connues dans le monde entier, dont plus de 9 000 sont publiées dans le cadre du projet d’indice mondial de la qualité de l’air. Afin de maintenir un niveau élevé de cohérence, seules les stations ayant des valeurs de particules PM2,5 / PM10 sont publiées. La norme IQA de l’indice de qualité de l’air pour chaque station publiée est basée sur la norme « InstantCast » de l’EPA des États-Unis et fournit 6 niveaux de qualité de l’air.

Le système NowCast est utilisé par l’EPA des États-Unis pour convertir les lectures de polluants bruts, exprimées en μg/m3 ou ppb, en indice de qualité de l’air (IQA) des États-Unis, qui a une échelle de 0 à 500. Il est utilisé pour toutes les valeurs de l’AQI rapportées sur airnow.gov. Le concept derrière NowCast est de compenser en quelque sorte la « moyenne sur 24 heures », qui devrait en théorie être utilisée lors de la conversion des concentrations de polluants en indice de qualité de l’air.

La raison de cette moyenne est que l’échelle IQA précise que chacun des niveaux de préoccupation sanitaire (c’est-à-dire bon, modéré, malsain, etc.) est en fait valable pour une exposition de 24 heures. Par exemple, lorsque vous voyez un IQA de 188 (malsain), vous devez le lire comme suit : « si on reste dehors pendant 24 heures et que l’IQA est de 188 pendant ces 24 heures, alors l’effet sur la santé est malsain ». C’est tout à fait différent de dire que « si l’IQA rapporté maintenant est de 188, alors l’effet sur la santé est malsain ».

Le problème est que la moyenne de 24 heures est une mauvaise idée et devrait être abolie pour au moins deux raisons. Premièrement, la dynamique de la pollution atmosphérique est telle que le vent ne nettoie pas complètement l’air en moins de 30 minutes ! Lorsque cela se produit, personne ne veut attendre 24 heures avant de savoir que la qualité de l’air est bonne (et aller se promener, par exemple). La deuxième raison est que la qualité de l’air se détériore soudainement. Dans de telles circonstances, l’AQI peut passer de moins de 50 à plus de 150 en une heure seulement. De nombreuses personnes asthmatiques/sensibles éprouvent ainsi des problèmes alors que les sites officiels ne fournissent encore que des lectures moyennes de 24 heures.

Ce sont les raisons pour lesquelles l’EPA a introduit le système NowCast : il s’agit d’une formule de conversion alternative utilisée précisément pour compenser la nécessité de faire la moyenne dans des conditions de qualité de l’air variables. En pratique, NowCast est calculé à partir des données de surveillance des particules les plus récentes sur 12 heures, mais lorsque les niveaux de polluants changent, les données horaires les plus récentes sont plus lourdes que la moyenne normale sur 12 heures. Le NowCast est utilisé à la place de la concentration moyenne de particules sur 24 heures dans le calcul de l’AQI jusqu’à ce qu’un jour civil complet ait été surveillé avec des concentrations horaires.

Le NowCast s’est appliqué à l’indice de qualité de l’air de Pékin (Chine).

La formule de calcul utilisée par NowCast est le résultat de recherches basées sur les niveaux de qualité de l’air aux États-Unis. Bien qu’il fournisse un compte-rendu précis des conditions actuelles aux États-Unis, ce n’est peut-être pas le cas en Asie, où la dynamique de la qualité de l’air est beaucoup plus forte. C’est pourquoi la formule NowCast doit être adaptée à chaque continent. Par conséquent, la carte de l’indice mondial de la qualité de l’air est basée sur « Instant AQI », ou « InstantCast », c’est-à-dire sans média.

Les niveaux 0 à 50 indiquent une bonne qualité de l’air et aucun risque pour la santé humaine. Le niveau modéré de 51 à 100 indique une qualité de l’air acceptable mais pourrait causer certains problèmes respiratoires chez les personnes particulièrement sensibles à la pollution de l’air. Le niveau 101 à 150 est considéré comme malsain pour les personnes sensibles à la pollution atmosphérique, qui peuvent souffrir de diverses maladies respiratoires et doivent donc éviter de se trouver à l’extérieur.

De 151 à 200, en revanche, le niveau de l’air est définitivement dangereux : tous les individus risquent des répercussions sur leur santé en raison de la pollution de l’air. Du niveau 201 à 300, l’air est tellement pollué qu’il constitue une situation d’urgence pour la population de la zone dangereuse, qui est très probablement affectée par une certaine pathologie. À partir du niveau 300, l’état de danger est alarmant et potentiellement très nocif pour l’ensemble de la population d’un lieu donné.

L’indice de qualité de l’air figurant sur le site web de l’indice mondial de la qualité de l’air.

Les données publiées sur l’indice mondial de la qualité de l’air sont en temps réel et ne sont donc pas validées au moment de la publication. Toutefois, afin de garantir un niveau élevé de précision pour chaque valeur de l’AQI, différentes solutions de traitement de l’apprentissage machine sont utilisées. Par exemple, la cohérence des données est vérifiée, en temps réel, avec les stations voisines, ce qui permet de détecter automatiquement les stations de surveillance défectueuses et de les retirer de la carte si nécessaire.

Les informations en temps réel sur la qualité de l’air étaient disponibles sur l’indice mondial de la qualité de l’air pour plus de 9000 stations dans 800 grandes villes de 70 pays, grâce à l’énorme effort des agences de protection de l’environnement du monde entier (à l’exception de l’Italie).

La carte des stations de surveillance couvertes par l’indice mondial de la qualité de l’air

Comme les agences de protection de l’environnement du monde entier développent et augmentent continuellement la couverture des stations de surveillance de la qualité de l’air en temps réel, la carte de l’indice mondial de la qualité de l’air est régulièrement mise à jour avec de nouvelles stations. Ainsi, si vous êtes une organisation ou un service d’une organisation disposant de données officielles sur la qualité de l’air et que vous souhaitez les publier dans l’indice mondial de la qualité de l’air, il vous suffit de consulter le guide correspondant.

Italie (en temps réel)

L’Italie est le seul pays « avancé » pour lequel l’indice mondial de la qualité de l’air n’indique pratiquement pas de données, à l’exception de quelques stations (CNR-ISAC et certaines en Lombardie) qui fournissent des données horaires en temps quasi réel. Cela est probablement dû au fait que les stations ARPA ne fournissent pas au public d’autres données que les données quotidiennes moyennes de la veille, contrairement aux autres EPA dans le monde, et qu’elles n’auraient donc aucun sens sur une carte montrant l’indice de la qualité de l’air en (presque) temps réel.

Ne vous fiez pas aux apparences : presque toutes les unités de contrôle italiennes fournissent des données non pas en temps réel mais la veille, et non pas des moyennes horaires mais quotidiennes. Les deux seuls pays à fournir l’indice mondial de la qualité de l’air avec des moyennes de polluants sur 24 heures étaient la Malaisie et le Brunei. Tous les autres pays fournissent des données horaires non moyennées, c’est-à-dire presque en temps réel, ce qui permet de protéger la santé et de prendre des décisions simples, comme celle de faire ou non une promenade ou un exercice en plein air, en fonction de l’indice de qualité de l’air réel, et non de prévisions basées sur des modèles qui, en tant que tels, sont quelque chose de différent de la réalité.

Par conséquent, ne pouvant pas compter sur les données en temps réel des différentes ARPA régionales italiennes et de leurs sites web, et même pas sur celles de l’indice mondial de la qualité de l’air, qui est basé sur les données fournies par les ARPA, actuellement la seule carte en temps réel de la pollution de l’air en Italie est fournie par le réseau collaboratif des unités de contrôle  » Quel air souffle ? », qui est l’un des meilleurs projets de science ouverte et de « science citoyenne » au monde dans ce domaine.

Le noyau initial du réseau s’est développé dans les provinces de Florence, Prato et Pistoia, car le réseau a été créé non seulement pour fournir des informations en temps réel sur la qualité de la zone dans des zones déjà assez polluées, mais aussi pour décourager la construction d’un incinérateur dans la zone au nord de Florence, avec l’idée que « les investisseurs réaliseront qu’il n’est pas pratique de construire un incinérateur dans une zone où la population ne donne aucun répit et dispose des outils pour ne déléguer la protection de sa santé à personne ».

Cependant, il n’est pas difficile de prévoir une expansion rapide du réseau  » Quel air souffle ? » à d’autres régions d’Italie. En fait, le réseau, qui a nécessité un travail très spécialisé pour mieux aborder certains aspects techniques délicats, a été conçu pour être contrôlé par les citoyens et les associations, par la construction de leurs propres unités de mesure de la qualité de l’air, grâce à des instructions rendues publiques. Ceux qui ne sont pas en mesure de faire face à la construction, ou qui sont pressés, peuvent obtenir des kits à bas prix.

Sur les 15 premières unités de contrôle installées dans le réseau  » Quel est le jet d’air ? », pratiquement toutes mesurent les particules fines (PM2,5) et les particules (PM10) avec une précision/résolution de 0,3 μg/mc, grâce à un capteur Nova SDS011 avec technologie laser réfractive (diffusion), et un contrôleur qui dans de nombreuses unités est l’Arduino WeMos D1 Mini, tandis que dans les autres est le Raspberry PI 3B. Enfin, la période d’échantillonnage varie selon les contrôleurs, mais dans la plupart des cas, elle est d’une seconde.

Ces unités de contrôle, une fois assemblées selon des méthodes spécifiques, envoient les données obtenues à une plateforme informatique sophistiquée créée ad hoc par des professionnels, qui traite les données recueillies et les rend accessibles au public, sans vouloir en aucune façon remplacer le réseau ARPA dans leur région, qui couvre également principalement les centres urbains, laissant les villages complètement découverts, les zones rurales et les zones résidentielles proches des usines polluantes.

Bien que le réseau soit né d’une idée du Comité local « Mère pas d’incinérateur », c’est un projet qui a une base scientifique et technique solide, ayant été réalisé par une équipe d’experts qui comprend, par exemple, des personnes de Ninux Firenze en ce qui concerne la plate-forme informatique ouverte et autogérée (carte, traitement des données, interface web avec le public) et FabLab à Florence pour l’impression 3D du conteneur de l’unité de contrôle.

En outre, tous les capteurs des unités de contrôle sont testés et calibrés avec une unité de référence par un partenaire scientifique, la Société d’épidémiologie et de prévention. Enfin, 6 des unités de contrôle du réseau local sont en fait des « capteurs dorés », c’est-à-dire des unités de contrôle de haute qualité dont les données sont constamment validées par un technicien expert pour mesurer le niveau de fond de la pollution locale et détecter toute anomalie ou dysfonctionnement (auquel cas les données sont rejetées).

Étant donné qu’il s’agit d’un projet « ouvert », le code source de tous les logiciels, la plate-forme elle-même et les projets de l’ECU seront publiés en ligne, où ils pourront être téléchargés et modifiés librement. De cette façon, des personnes ou d’autres comités peuvent s’approprier les techniques et les informations et reproduire l’initiative à leur tour, en encourageant une prise de conscience croissante de la pollution, en particulier dans les zones où elle est restée jusqu’à présent « invisible » parce qu’éloignée du réseau officiel ARPA.

Le contrôle en temps réel avec une philosophie open source, qui s’expose honnêtement à des mécanismes de vérification externes et à des critiques constructives, est une valeur ajoutée de la transparence et un facteur de qualité indéniable. De plus, un tel projet permet non seulement de surveiller l’état actuel de la qualité de l’air et d’évaluer l’exposition de la population, mais aussi d’acquérir une base de données solide pour vérifier l’évolution de la situation au niveau local dans le temps.

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