Quels sont les 5 approches de surveillance de l’air pollué ?

La pollution atmosphérique est un problème mondial, surtout dans les pays en développement rapide, mais c’est un véritable cauchemar pour plusieurs pays qui ont des niveaux de pollution élevés, mais ne disposent pas d’un réseau d’unités de surveillance de la qualité de l’air suffisamment dense pour répondre aux besoins réels, même pas au niveau national. Mais avant de pouvoir s’y attaquer, les pays doivent être capables de la mesurer, et cette tâche apparemment simple s’est révélée étonnamment difficile. Mais aujourd’hui, les choses évoluent rapidement et les réseaux nationaux d’unités de surveillance des différents pays sont flanqués de diverses possibilités de surveillance alternatives, qui rendent visible une pollution invisible pour les réseaux de détection nationaux parce qu’il s’agit de très grandes mailles. Il n’est donc pas surprenant que même les pays et les villes les plus riches aient aujourd’hui une connaissance très limitée de la pollution atmosphérique à une échelle hyper-locale et de ses caractéristiques. En effet, les méthodes traditionnelles de mesure de la qualité de l’air tentent de mesurer le niveau de fond en quelques points souvent non-représentatifs : elles ne sont donc pas optimisées pour la surveillance de l’exposition quotidienne ou personnelle à la pollution, et souvent même pas pour la surveillance en temps réel. Voici, en résumé, les 5 principales approches de la surveillance de la pollution atmosphérique.

A. Réseau national ARPA

Les capteurs fixes au sol mesurent l’air là où les gens vivent et respirent, mais leur nombre total et le choix des endroits où les placer sont cruciaux pour déterminer leur efficacité. D’autre part, plus les capteurs utilisés sont stables et précis, plus les mesures individuelles sont significatives et moins la densité des mesures est importante.

B. Un exemple des capteurs de particules de l’ARPA

De plus, les capteurs sophistiqués utilisés par les réseaux de détection nationaux sont très coûteux, on parle de plusieurs milliers d’euros et ne peuvent même pas représenter avec précision la pollution d’une ville entière, car le flux d’air, les microclimats et le niveau de polluants diffèrent d’un quartier à l’autre. En effet, on sait aujourd’hui que ce dernier diffère jusqu’à 8 fois même d’une rue à l’autre. Le réseau ARPA est organisé au niveau régional : par exemple, tout le Piémont compte 68 stations fixes ou standards téléphoniques. La plupart d’entre eux sont situés dans les principaux centres urbains d’une région donnée. Pour donner une idée de la densité souhaitable des stations, la ville de New York dispose à elle seule de 17 stations fixes pour mesurer la qualité de l’air et déterminer si elle est conforme au Clean Air Act. Par conséquent, l’indice de qualité de l’air pour l’Italie : IQA ou MonIQA et les cartes synthétiques de la qualité de l’air fournies par les différents sites météorologiques basées sur des modèles qui interpolent les données à partir des points relativement peu nombreux où sont situées les stations du réseau ARPA, ne sont guère utiles en dehors des unités de contrôle, où ils ne fournissent qu’une valeur moyenne fictive de plus, de la veille déconnectée de la réalité locale.

1. Satellites à haute résolution

Pour obtenir des données standardisées sur la qualité de l’air dans le monde entier, les scientifiques se tournent vers les satellites. Dans le ciel, les satellites en orbite peuvent, par exemple, faire un ping à la surface de la terre et mesurer les poussières fines, en utilisant le même capteur pour les mesures sur toute la planète. Une carte mondiale des particules fines : PM2.5 dérivée de données satellitaires. Outre la mesure globale de la température et des particules, les satellites permettent de surveiller divers polluants atmosphériques : ozone : O3, monoxyde de carbone : CO, dioxyde de carbone : CO2, oxyde d’azote : NO, dioxyde d’azote : NO2, acide nitrique : HNO3, méthane : CH4, formaldéhyde : HCHO, dioxyde de soufre : SO2, ammoniac : NH3, eau lourde : HDO, aérosols, etc. Bien sûr, tous les pays ne peuvent pas accéder à un satellite, et ces données ont leurs points faibles : la couverture nuageuse et les brillantes réflexions de la glace et de la neige peuvent ruiner les relevés. Les données satellitaires sont excellentes pour générer des mesures de base de la qualité de l’air, mais elles ne sont pas aussi détaillées dans l’espace et le temps que pour mesurer les fluctuations en temps réel de la pollution locale. Un autre inconvénient des satellites est que les mesures fournies sont difficiles à calibrer, de sorte que les comparaisons dans le temps ou la détermination de valeurs mesurées absolues sont loin d’être simples. De plus, contrairement aux capteurs utilisés par les stations terrestres, les satellites ne mesurent pas directement les polluants : les données qu’ils fournissent sont le résultat d’une conversion dépendant de modèles théoriques et de leur précision.

2. Les nouveaux réseaux à mailles fines

Les capteurs satellitaires et terrestres des réseaux nationaux, tels que l’ARPA ont des limites qui les empêchent de fournir des mesures précises et actualisées de la pollution dans les quartiers et les zones les plus exposés du pays par exemple, à proximité des différentes sources de pollution qui l’aggravent. Mais une nouvelle génération de petits capteurs portables et peu coûteux est sur le point de révolutionner les mesures de la pollution, tant pour les gouvernements que pour les citoyens. Des capteurs compacts et très fiables ont déjà été testés pour mesurer en temps réel la qualité de l’air des zones métropolitaines aux États-Unis et d’autres sont en cours de développement tant dans les pays avancés, comme l’Allemagne, que dans les pays plus pauvres. Les capteurs peuvent mesurer le niveau de particules et/ou de certains gaz polluants, tels que le dioxyde d’azote : NO2. En outre, ils peuvent être de type fixe, déjà disponible aujourd’hui, pour être appliqués à l’extérieur d’un bâtiment, ou de type mobile, de sorte que les mesures peuvent également être prises à partir de véhicules, afin d’avoir une cartographie en temps réel de la pollution au niveau des routes individuelles.

C. Le capteur de gaz polluants : NO2 et autres

Ces réseaux intelligents, constitués de capteurs auto-calibrés grâce à des capteurs de proximité, sont généralement développés par des organismes de recherche publics ou des universités, car leur but est d’intégrer les données collectées en temps réel avec celles des réseaux de détection nationaux et de les fusionner avec des modèles de calcul appropriés, afin de fournir au public et aux médias des cartes détaillées au niveau hyperlocal.

D. Réseaux privés de collaboration

En général, les réseaux privés de collaboration ne sont pas gérés ou développés par des gouvernements ou des organismes publics, mais par des structures tierces de manière à garantir l’indépendance des données collectées comme dans le domaine de la mesure de la pollution radioactive après l’accident de la centrale nucléaire de Fukushima. Ils sont souvent gérés par des systèmes à source ouverte, comme la plate-forme Arduino pour le matériel. Les capteurs sont généralement commerciaux, tandis qu’il existe des sites web à code source ouvert qui créent des cartes, pour ceux qui ne veulent pas développer une interface totalement autonome et originale. Un excellent réseau d’unités de contrôle fixes bien calibrées et peu coûteuses est, celui de quel air soufflant ?

E. Le capteur à gauche des PM2,5 et PM10

Comme c’est déjà le cas pour la mesure de la pollution radioactive, de la pollution sonore et de la pollution lumineuse, tout citoyen peut acheter un ou plusieurs capteurs fixes ou éventuellement interfacés avec un smartphone et faire partie d’un réseau de mesure indépendant, capable d’effectuer la surveillance et la cartographie de la pollution atmosphérique locale. En connectant ces capteurs à Internet, il est donc possible de collecter d’énormes séries de données sur la qualité de l’air dans les villes ou les campagnes, ou à proximité de plantes polluantes, totalement découvertes par le réseau ARPA. L’augmentation du nombre de capteurs sur le terrain augmente également le niveau de précision, car les lectures des capteurs proches peuvent être calibrées les unes par rapport aux autres.

a) Capteurs isolés et unités de contrôle à faire soi-même

Afin d’obtenir des informations sur la pollution de l’air extérieur dans le lieu où vous vivez ou travaillez, vous pouvez intégrer les informations des cartes à mailles étroites ou compenser leur manque, en achetant des moniteurs ou des capteurs de qualité de l’air pour créer une unité de contrôle personnelle. Ces moniteurs à bas prix sont de différents types et peuvent être achetés à la fois sur le marché occidental : Amazone et en Chine, par exemple sur AliExpress, Alibaba ou Banggood. Certains mesurent le niveau de certains gaz spécifiques ou disposent d’un capteur multigaz sensible pour mesurer le niveau global de qualité de l’air. D’autres mesurent le niveau de poussières fines. Les meilleurs mesurent, bien sûr, les deux. Bien sûr, les passionnés de bricolage ou d’électronique peuvent s’amuser à acheter séparément les capteurs de gaz ou de particules très bon marché, à les combiner avec les électroniques d’amplification vendues sur les mêmes sites web et enfin à lire les valeurs mesurées par le système avec un testeur commun ou à l’interfacer avec un PC, par exemple en utilisant une simple carte programmable Arduino ou Raspberry.

b) Un des nombreux capteurs de particules à bas prix qu’on a testés

Cependant, les capteurs de gaz ont une réponse non-linéaire et sont également très difficiles à étalonner pour un amateur, tandis que les capteurs de particules ont seulement besoin d’un étalonnage et d’un traitement approprié des données recueillies pour obtenir des graphiques et des valeurs d’une certaine utilité. Ce n’est pas facile pour tout le monde. La route des unités de contrôle de la qualité de l’air à faire soi-même est donc particulièrement recommandée pour ceux qui veulent s’amuser et en apprendre davantage sur les aspects techniques.