Respirer au fil des saisons : comment la température, le vent et la pluie façonnent notre air
Synthèse
Cet article explore les variations saisonnières de la pollution de l’air et l’influence des facteurs météorologiques sur les concentrations de polluants, en se concentrant sur les données du projet « Pure Cities » en Belgique. En analysant des polluants tels que les PM2.5, les PM10 et le NO2, l’étude montre comment la température, l’humidité, la vitesse du vent, la pression atmosphérique et les précipitations affectent la qualité de l’air tout au long de l’année. Les résultats montrent que les niveaux de polluants ont tendance à augmenter pendant les mois les plus froids en raison de l’augmentation du chauffage résidentiel et de la réduction de la dispersion. L’article souligne l’importance de lutter contre la pollution saisonnière par des stratégies ciblées, telles que l’amélioration des transports publics, la promotion des espaces verts et l’alignement des réglementations sur les lignes directrices de l’OMS.
Les polluants ont tendance à augmenter pendant les mois les plus froids en raison de l’augmentation du chauffage résidentiel et de la réduction de la dispersion
Aperçu général
La pollution de l’air occupe une place de plus en plus importante dans notre vie quotidienne. La recherche et les réglementations relatives à la qualité de l’air évoluent et se développent. Nous savons que l’air que nous respirons n’est pas (toujours) aussi pur qu’il devrait l’être. Mais cet impact est-il constant tout au long de l’année? Existe-t-il des périodes où la pollution atmosphérique est moins préoccupante ? Cet article vise à comprendre les tendances observées dans les variations des polluants atmosphériques en examinant différents paramètres météorologiques.
Commençons par quelques chiffres
La pollution atmosphérique est un problème important qui affecte à la fois l’environnement et la santé humaine, et qui entraîne des répercussions sur tous les aspects de la vie, de la santé respiratoire au bien-être général, tout en contribuant au changement climatique. Il est alarmant de constater que 90 % de la population mondiale est exposée quotidiennement à de l’air pollué, ce qui entraîne 7 millions de décès par an et des coûts sociétaux considérables, estimés entre 330 et 940 milliards d’euros chaque année dans la seule Union européenne. En outre, la pollution atmosphérique entraîne la perte de 1,8 milliard de journées de travail par an, des millions de nouveaux cas d’asthme chez les enfants et des naissances prématurées. La mauvaise qualité de l’air dans les villes, notamment en raison de polluants tels que les particules fines (PM), les oxydes d’azote (NOx) et les composés organiques volatils (COV), accélère le réchauffement de la planète.
Où avons-nous obtenu les données ?
Pour répondre à ce problème urgent, Airscan et Belfius ont lancé le projet « Pure Cities ». Cette initiative vise à cartographier et à améliorer la qualité de l’air dans les villes belges, en fournissant aux autorités locales les outils et les connaissances nécessaires pour lutter efficacement contre la pollution de l’air. Soutenu par Belfius, le projet est offert gratuitement aux villes participantes.
Grâce à des capteurs de qualité de l’air avancés, Airscan collecte et analyse des données sur la qualité de l’air pendant un an pour trois polluants atmosphériques principaux : PM2.5, PM10, et NO2. Les capteurs communiquent des données en temps réel toutes les heures, recueillant ainsi des informations significatives sur l’évolution de ces polluants tout au long de la journée.
PM-quoi ?
Météo et pollution
Lors du calcul des concentrations de polluants dans l’air ambiant pour l’analyse de la qualité de l’air, il est essentiel de prendre en compte les différents facteurs qui peuvent entraîner des fluctuations de ces concentrations au fil du temps. Les principaux paramètres météorologiques à prendre en compte sont la température, l’humidité, la pression atmosphérique, la vitesse du vent et les précipitations, chacun d’entre eux jouant un rôle important dans la qualité de l’air.
Température
La température joue un rôle important dans la quantité de pollution présente dans l’air. Lorsque les températures sont plus élevées, par exemple pendant la journée lorsque le soleil chauffe, les polluants tels que les particules (PM) ont tendance à se disperser plus rapidement, ce qui entraîne des concentrations plus faibles. Cependant, les températures élevées peuvent également accélérer la formation d’oxydes d’azote (NOx) dans l’atmosphère. Cette réaction est plus lente que l’effet du rayonnement solaire, qui peut également décomposer des composés tels que le NO2 en d’autres composés chimiques polluants tels que l’ozone. C’est pourquoi, pendant la journée, en été, les niveaux de NO2 ont tendance à baisser et, dans certaines villes, un smog apparaît en raison de la production d’ozone.
Humidité
L’humidité, ou la quantité d’humidité dans l’air, peut également avoir un impact sur la qualité de l’air. Par exemple, lorsque l’air est humide, la vapeur d’eau peut avoir un effet refroidissant, ce qui réduit la production de NOx. Cet effet est particulièrement visible au printemps, lorsque l’humidité est plus élevée, ce qui peut entraîner une baisse des niveaux de NO2 par rapport à l’hiver. L’humidité peut également influer sur la formation de particules en provoquant leur coagulation, ce qui augmente les concentrations.
Pression atmosphérique
La pression atmosphérique, c’est-à-dire le poids de l’air qui nous entoure, peut également influencer les niveaux de pollution. Par exemple, une pression élevée se traduit souvent par un temps calme et stable, qui peut piéger les polluants près du sol et favoriser la formation de smog, surtout en hiver. Cela peut entraîner des niveaux plus élevés de particules, telles que les PM10, en particulier à certaines saisons.
Vitesse du vent
La vitesse du vent est un facteur crucial dans la dispersion des polluants atmosphériques. Par exemple, des recherches menées dans la région du delta du fleuve Yangtze en Chine ont montré que les concentrations de PM2.5 sont fortement influencées par la vitesse du vent, entre autres conditions météorologiques. Pendant l’automne, des vitesses de vent plus élevées peuvent remettre les particules en suspension, ce qui entraîne une augmentation des niveaux de PM2.5. Inversement, des vitesses de vent plus faibles en d’autres saisons entraînent une dispersion plus faible des polluants et des concentrations plus élevées (Zhan et al., 2023). Le vent peut transporter les aérosols sur des milliers de kilomètres, ces panaches de poussière sont visibles et repérables sur les images satellites. La poussière saharienne, par exemple, peut même aller jusqu’en Belgique, recouvrant les voitures d’une couche de poussière et provoquant une irritation des yeux et du nez.
Précipitations
Les précipitations sont un autre paramètre météorologique important qui influe sur la qualité de l’air. Des niveaux de précipitations plus élevés au printemps et en été peuvent provoquer un effet de lavage, réduisant efficacement les concentrations de PM2.5 et de PM10 dans l’air. Cet effet de lavage se produit lorsque l’eau de pluie capture les particules en suspension dans l’air et les élimine de l’atmosphère, réduisant ainsi les concentrations (Bodor et al., 2020).
Qu’en est-il de la Belgique?
Le territoire belge suit les schémas climatiques saisonniers et tempérés de l’hémisphère nord, avec des températures maximales en juillet et août et des températures minimales en décembre et janvier. Au cours des 30 dernières années, l’IRM (L’Institut Royal Météorologique) a déterminé que les niveaux de précipitations (en mm) étaient les plus élevés en automne et en hiver et les plus bas au printemps. Les précipitations augmentent au cours de la période estivale, l’année 2024 marquant un record de précipitations en juin et juillet. La Belgique est située à l’intérieur du front polaire, ce qui donne lieu à deux courants de vent dominants en fonction des saisons. Pendant la majeure partie de l’année, les vents dominants viennent du sud-ouest et apportent de l’air plus chaud, tandis qu’aux changements de saison, les vents viennent du nord-est. La vitesse du vent reste la plus élevée sur la côte – dans le reste du pays, elle reste généralement inférieure à 20 km/h.
Avant de commencer : quelles sont les règles en vigueur?
- 5 µg/m3 pour les PM2.5
- 15 µg/m3 pour les PM10
- 10 µg/m3 pour le NO2 (10 µg/m3 équivalent à 5ppb de dioxyde d’azote)
Voyons les données
Dans le cadre du projet Pure Cities, Airscan a recueilli des données dans 20 villes belges réparties dans les régions de Flandre, de Wallonie et de Bruxelles. Les résultats des mesures effectuées montrent des tendances similaires concernant les concentrations de polluants liées au changement de saison. Les graphiques suivants montrent l’augmentation des polluants atmosphériques entre le printemps et l’hiver.
Comme le montrent les valeurs recueillies au cours des différentes périodes, les trois polluants ont tendance à augmenter à mesure que les températures se rafraîchissent. Cet effet est particulièrement marqué pour le dioxyde d’azote, qui enregistre une augmentation de 20 % entre les mois d’automne et d’hiver. Les trois polluants sont au plus bas au printemps, en raison du changement de temps – la direction du vent change et la vitesse du vent augmente, ce qui dilue les concentrations. En Belgique, on observe des pics de pollen au mois de juin pour les graminées, par exemple, qui peuvent contribuer aux concentrations de particules au cours du printemps et de l’été.
En gardant ces valeurs à l’esprit, les figures 2 et 3 montrent que ces seuils ne sont respectés que pour les grosses particules pendant toutes les saisons. Les concentrations de NO2 et de PM2.5 dépassent le seuil pendant les quatre saisons.
Les graphiques suivants reprennent les données collectées dans chacune des municipalités participant à Pure Cities et affichent leurs moyennes mensuelles pour les trois polluants mesurés. Ces chiffres sont superposés aux données météorologiques extraites de l’IRM.
Ces graphiques montrent les variations de température au cours des mois, sur la base des données de l’IRM. En comparaison avec les concentrations moyennes de polluants, les concentrations les plus élevées ont été mesurées pendant les mois les plus froids. Cela s’explique par l‘augmentation des émissions dues à la pollution résidentielle, comme le chauffage, ainsi que par l’utilisation accrue des transports. Bien que l’augmentation des températures entraîne la formation d’espèces réactives d’oxyde d’azote telles que le NO2, celles-ci sont également décomposées très rapidement au cours des mois les plus chauds, ce qui entraîne des concentrations plus faibles.
Cet effet est illustré dans le graphique ci-dessus, qui présente les schémas de rayonnement solaire au cours de l’année. Les concentrations les plus faibles sont observées en été, lorsque le rayonnement UV est le plus élevé. Ce n’est cependant pas toujours le cas, comme on le voit au mois de février, où la concentration moyenne diminue. De nombreux paramètres influencent la dispersion et la dilution des polluants – ce serait l’effet d’un phénomène météorologique différent qui souligne l’un des nombreux défis de l’analyse de la qualité de l’air.
Les précipitations peuvent agir comme un nettoyeur atmosphérique en éliminant les polluants de l’air. En Belgique, les mois les plus pluvieux ont été juillet et août, ce qui correspond à certaines des concentrations les plus faibles détectées pour les PM2.5 et le NO2. En revanche, le mois de novembre a été très pluvieux, mais la concentration des polluants atmosphériques n’a pas diminué de manière significative, d’autres facteurs ayant joué un rôle plus important.
Comme indiqué précédemment, la vitesse du vent peut entraîner soit la remise en suspension des particules dans le cas des PM2.5 et des PM10, soit la dispersion et donc la dilution de ces polluants. D’après ces graphiques, l’effet dominant est la remise en suspension des particules, car des vitesses de vent plus élevées correspondent à des concentrations plus importantes de particules dans l’atmosphère.
La pression atmosphérique en Belgique est restée assez stable tout au long de la période chaude, avec une forte diminution pendant les changements saisonniers. C’est en hiver que la pression atmosphérique est la plus élevée. Cela correspond aux concentrations plus élevées observées pendant les mois froids, en particulier dans le cas des particules plus lourdes telles que les PM10.
Quelles solutions à apporter?
Plusieurs stratégies peuvent être mises en œuvre pour atténuer la pollution de l’air, surtout si l’on tient compte des variations saisonnières observées. Tout d’abord, il est essentiel de réduire les émissions de dioxyde d’azote et de particules fines, car ces polluants dépassent constamment les seuils recommandés par l’OMS, quelle que soit la saison. Une approche efficace consiste à améliorer les transports publics et à promouvoir l’utilisation de véhicules électriques, ce qui peut réduire de manière significative les émissions de NO2 liées au trafic. En outre, la mise en œuvre de contrôles plus stricts des émissions industrielles, en particulier pendant les mois les plus froids lorsque les niveaux de pollution atteignent des sommets, peut aider à gérer les pics de pollution hivernaux.
Une autre stratégie clé consiste à améliorer les espaces verts urbains. Les arbres et la végétation n’absorbent pas seulement les polluants, mais contribuent également à réguler les températures locales, réduisant potentiellement l’accumulation de polluants pendant les périodes plus chaudes. En outre, la sensibilisation du public et l’encouragement des changements de comportement, tels que, la réduction de l’utilisation des poêles à bois en hiver , peuvent également contribuer à réduire les niveaux de pollution. Des études ont montré que les émissions résidentielles contribuent à au moins 60 % des émissions de particules. Il s’agit pour l’essentiel du chauffage résidentiel. Une partie des changements de comportement doit également inclure une prise de conscience des moments appropriés pour chauffer les maisons, ou comme alternative, mettre en place des systèmes de chauffage automatiques si possible, tout en considérant les rénovations comme une option finale si la maison est mal isolée. Enfin, les décideurs politiques devraient envisager d’aligner la réglementation locale en matière de qualité de l’air sur les lignes directrices de l’OMS afin de garantir que les concentrations de polluants restent dans des limites sûres tout au long de l’année, protégeant ainsi la santé publique et l’environnement.
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