Guide sur la chasse aux polluants atmosphériques

Il y a plusieurs raisons possibles de « chasser » les polluants atmosphériques à l’aide de capteurs (fabriqués par soi-même ou achetés en ligne). Les plus évidents sont d’en apprendre davantage sur les polluants dans une région donnée et sur leurs tendances, et de protéger sa santé. Savoir, par exemple, que l’air dans certaines rues ou dans certaines zones est plus pollué, ou peut-être est-ce à certains moments de la journée ou dans certaines conditions découvertes par « mesure », peut vous aider dans vos choix. Quelle que soit la raison pour laquelle vous agissez individuellement ou en tant que membre d’un groupe, il existe trois phases très spécifiques qui caractérisent une « chasse » scientifiquement sérieuse aux polluants atmosphériques : la conception d’une campagne de mesures, la collecte de mesures effectuées selon certains critères, l’analyse et la communication des résultats collectés. Les trois sont expliqués plus en détail.

Comment mettre en place une campagne de mesure ?

Avant de se lancer dans la « chasse » aux polluants, il est nécessaire de déterminer les questions auxquelles vous voulez trouver une réponse, puis élaborer un plan approprié pour collecter les mesures. Pour être efficace, le plan en question doit tenir compte des facteurs ou des aspects. Les limites de référence des principaux polluants atmosphériques selon la législation.

La deuxième étape consiste à identifier la zone de localisation (dans le cas d’unités de contrôle fixes) ou d’utilisation (dans le cas de mesures avec des unités de contrôle mobiles) des capteurs. Une planification minutieuse de cet aspect permet de découvrir à l’avance les problèmes éventuels et d’éviter les complications par la suite.

Voici quelques facteurs à prendre en compte lors de la planification du placement ou de l’utilisation des capteurs :

• Le fond de référence

Evitez les sources ponctuelles importantes (par exemple les grandes installations) si vous souhaitez mesurer le niveau de fond et, s’il y a de grandes installations ou des zones industrielles à proximité, placez un capteur à au moins 15 km de toutes ces sources importantes afin d’estimer le niveau de fond.

• L’interférence d’autres sources

Pour que les résultats des mesures soient aussi précis que possible, le capteur ou l’instrument doit être placé dans un endroit où il peut mesurer l’air, ou la source qui vous intéresse, avec un minimum d’interférence.

• Interférence d’autres polluants

Évitez les sources de gaz susceptibles de réagir avec le polluant qui vous intéresse (par exemple, l’ozone disparaît très rapidement s’il réagit avec certains composés organiques tels que les oxydes d’azote des gaz d’échappement des véhicules ou de certaines grandes usines).

       – La représentativité du site

Un capteur bien placé, ou une zone bien choisie, fournira des mesures représentatives de la zone que vous surveillez.

• Représentativité des polluants

Certains polluants peuvent présenter des concentrations plus élevées à proximité d’une source spécifique (par exemple, le sulfure d’hydrogène près des usines de biogaz), tandis que d’autres ne le sont pas.

• Population vs source

Si vous voulez mesurer l’impact d’une ou plusieurs sources sur la population, le capteur doit être placé dans les zones où vivent les gens, si vous voulez mesurer les émissions quotidiennes, par exemple d’une source industrielle, il doit être placé aussi près que possible de celle-ci.

• Analyse des vents dominants

Que ce soit autour des sources importantes ou dans les zones urbaines ou rurales, il faut tenir compte des vents dominants, qui peuvent avoir un impact significatif sur les résultats des mesures, qui, dans le cas de campagnes avec des capteurs mobiles, doivent être effectuées sans vent ou avec des vents très faibles.

Un graphique typique de rose des vents pour identifier les vents dominants

Voici un exemple en ce qui concerne, notamment, les interférences entre polluants. Supposez que vous vouliez mesurer à quel point une autoroute affecte les concentrations d’ozone et de particules (PM). Comme l’ozone à proximité d’une autoroute réagit avec les oxydes d’azote (NOx) émis par les gaz d’échappement des véhicules, il est probable que le niveau de particules soit plus élevé aux points adjacents à l’autoroute. Par conséquent, les deux polluants doivent être mesurés à la fois à proximité de l’autoroute et à des distances croissantes sous le vent.

Pour plus d'informations : Campagnes de surveillance de l'air : les différents types

La phase de collecte des mesures

Une fois que l’approche des mesures a été définie et que la zone de localisation a été identifiée (dans le cas des unités de contrôle ou de l’utilisation de capteurs, il est temps de commencer à collecter les données. Ce n’est pas aussi simple que d’allumer un capteur et de collecter des mesures. Une préparation supplémentaire sera nécessaire avant et pendant la campagne de collecte de données proprement dite. Cette préparation peut comprendre :

• Calibrage des capteurs

Il est conseillé d’étalonner un capteur avant de collecter les mesures et à intervalles périodiques pendant la collecte des mesures pour tester la réponse de l’instrument aux changements de concentrations. Une procédure d’étalonnage vérifie la réponse d’un instrument par rapport à une norme ou une valeur de référence. L’étalonnage des capteurs est essentiel pour fournir des données précises.

• Contrôle de la qualité

Outre l’étalonnage de l’appareil (si nécessaire, certains appareils peuvent être achetés préétalonnés ou étalonnés par un laboratoire équipé), il est important de vérifier sa précision (c’est-à-dire la façon dont le capteur « répète » les valeurs dans diverses conditions, ce qui est lié à des erreurs aléatoires) et son biais (la présence éventuelle d’une erreur répétable dans la mesure, c’est-à-dire une erreur systématique).

• Maintenance des capteurs

Certaines actions peuvent être nécessaires pour maintenir la performance du capteur pendant la période de mesure. Il s’agit notamment du nettoyage périodique des surfaces intérieures (en particulier les optiques) pour éviter l’accumulation d’insectes ou de poussière, du remplacement des filtres et/ou des piles, et de l’examen des caractéristiques du site pour s’assurer qu’aucune modification significative du paysage n’a eu lieu.

• Examen des données

L’examen des données est une évaluation technique des données recueillies par un dispositif de surveillance. Il est judicieux d’évaluer la qualité des données dès la phase de collecte afin d’identifier et de corriger les problèmes potentiels qui pourraient survenir. Pour ce faire, analysez les données pour identifier les tendances saisonnières, jour/nuit ou jour de la semaine/fin de semaine. Un écart important par rapport aux modèles attendus peut indiquer un problème avec le capteur ou la méthode de mesure.

• Validation des données

La validation des données, ou validation, est le processus d’évaluation des données collectées par rapport aux critères d’acceptation établis pour déterminer la qualité et la convivialité des données. Lors de la collecte des données, il est important de vérifier visuellement, et aussi comparativement, l’absence de données parasites, de diminution de la réponse globale du capteur, et d’autres caractéristiques inhabituelles. Si vous attendez que votre étude soit terminée pour effectuer les contrôles fondamentaux décrits ci-dessus, il sera trop tard pour résoudre ces problèmes, qui ont tendance à produire des données trop régulières ou à changer trop brusquement pour être causées par des phénomènes météorologiques naturels. Parmi les problèmes spécifiques qui peuvent survenir lors de la collecte des données, on peut citer

• Interférence

Ce sont des facteurs qui entravent, obstruent ou empêchent la capacité d’un capteur à effectuer des mesures précises. L’interférence peut avoir un effet positif ou négatif sur la réponse du capteur et peut inclure tout ce qui provient de polluants ou d’autres composés chimiques qui n’affectent pas les conditions météorologiques et de la saleté/poussière/insectes. Il est possible qu’un capteur réponde à plusieurs interférences simultanément. Les fabricants détectent généralement les polluants et les conditions météorologiques qui peuvent affecter la performance des capteurs, mais ne décrivent pas nécessairement leur gravité. Avant d’utiliser un capteur pour surveiller la qualité de l’air, il faut envisager les éventuelles interférences du capteur, les tester et, si possible, les minimiser.

Désigne un changement progressif des caractéristiques de réponse d’un capteur au fil du temps. La dérive de l’instrument peut conduire à la conclusion erronée que les concentrations ont augmenté ou diminué au fil du temps. La dérive peut être positive ou négative et peut se produire pour diverses raisons. Une façon de réduire la dérive est de calibrer fréquemment le capteur. La fréquence d’étalonnage requise dépendra de l’ampleur de la dérive du capteur.

Analyse et communication des résultats

L’analyse des données collectées par les capteurs de particules et/ou de gaz et par les capteurs L profonds utilisés en parallèle doit être résumée par des graphiques et doit pouvoir différencier du « fond » les sources à évaluer, éventuellement en utilisant des moyennes appropriées. La comparaison, visant à interpréter les résultats, avec les données des capteurs d’autres réseaux qui peuvent être présents peut également être utile.

Si les données météorologiques collectées permettent d’obtenir un graphique de rose des vents, un outil graphique d’analyse statistique pour les données directionnelles qui peuvent être obtenues avec un logiciel commercial ou Excel, l’analyse commencera à partir de là, en examinant les vents dominants dans la zone surveillée. Le « pétale » le plus long de la rose des vents indique la direction du vent dominant dans la période qui vous intéresse.

Il convient de noter que des graphiques similaires peuvent également être obtenus pour les niveaux de polluants au point où vous avez placé l’unité de détection, en particulier pour ceux qui émanent de sources ponctuelles pertinentes (par exemple un incinérateur, une usine de biogaz, etc.), c’est ce qu’on appelle la « rose de la pollution ». Pour l’obtenir, il suffit de remplacer la concentration du polluant à la vitesse du vent dans les données standard (direction du vent, fréquence du vent, vitesse du vent) – de sorte que les niveaux de concentration du polluant sont affichés à sa place.

• Un exemple de « pollution augmentée » pour l’ozone dans les 4 saisons de l’année

N’oubliez pas que l’utilisation de capteurs pour répondre à une question sur la qualité de l’air est souvent un processus itératif progressif. Il se peut que vos mesures ne répondent pas de manière satisfaisante à votre question, ou que vous trouviez beaucoup d’autres questions après avoir analysé vos données. Réévaluez votre approche et répétez les étapes décrites ci-dessus si nécessaire.

La façon dont vous présentez les résultats est essentielle pour partager avec succès votre compréhension des données et atteindre les objectifs de la collecte de données sur la qualité de l’air à l’aide de capteurs. En fait, elle vous permet non seulement d’évaluer la qualité de votre travail, mais aussi de procéder à une analyse plus approfondie. Par conséquent, vous devez fournir les détails dans un document séparé, par exemple si certaines données sont brutes ou moyennes.

Bien sûr, pour comparer les données mesurées par les capteurs avec les niveaux de référence légaux, il est généralement nécessaire de transformer la concentration en parties par million (ppm) en microgrammes par mètre cube (μg/mc). À cette fin, les facteurs de multiplication indiqués dans le tableau ci-dessous peuvent être utilisés pour les polluants extérieurs les plus courants, et se réfèrent à des conditions de température et de pression standard (25 °C, 101,3 kPa = 1 atm).

• Tableau de conversion des ppm en μg/mc à 25 °C et 1 atm

Plus généralement, à une pression ambiante de 1 atmosphère (telle que celle normalement présente au niveau de la mer), l’équation pour la conversion de la concentration en ppm en μg/mc, qui dépend de la température, est la suivante : μg/m3 = (ppm x 12 187 x Pmol) / (273,15 °C) où Pmol est le poids moléculaire du polluant. Par exemple, pour convertir 20 ppm de dioxyde d’azote (NO2) en μg/m3 à 25 °C, puisque ce gaz a un poids moléculaire de 46,01, l’équation donne μg/m3 = (20 x 12187 x 46,01) / (273,15 25) = 37600.

Les méthodes courantes de visualisation des données sont : des graphiques des concentrations de polluants dans le temps pour montrer les variations quotidiennes, hebdomadaires, saisonnières ou annuelles des concentrations ; des diagrammes de la direction du vent et/ou de la pollution pour identifier les sources et des cartes représentant les données collectées par les différents capteurs pour illustrer le comportement caractéristique des concentrations.

En général, il ne suffit pas de montrer les mesures que vous avez recueillies ; votre public voudra connaître toutes les mesures que vous avez prises pour garantir la qualité des données. Par exemple, les données destinées à une comparaison directe avec la surveillance régionale ou municipale nécessiteraient une certification de qualité nettement plus élevée qu’une enquête générale sur la concentration de polluants à des fins d’information, d’éducation ou de sensibilisation uniquement.