Gestion de l’air par “Bassins d’air” (Airsheds)

publié le 28 déc. 2011 à 08:05 par Denis Dionne

L’analogie entre un bassin versant et un bassin d’air peut être fait, cependant la délimitation géographique n’est pas aussi clair (aucun équivalent aux lignes de partage des eaux) et contrairement à l’eau, l’air peu « remonter le courant »… c’est-à-dire que la dispersion des contaminants s’effectue en trois dimensions et est très variable dans le temps.  La notion d’une zone géographique où l’eau s’écoule vers un plan d’eau commun est donc transformée pour une zone géographique où des sources d’émissions de polluants atmosphériques sont jugées comme ayant une influence et/ou une certaine cohérence de la dispersion et des impacts est présente.  Ces zones deviennent typiquement des délimitations théoriques servant aux analyses et à la gestion de la qualité de l’air.  Comme de raison, la zone n’est pas une « boite fermée », mais est plutôt interconnectée à une ou des zones voisines ainsi qu’à l’atmosphère dans son ensemble (partageant les polluants dans les deux sens).

Un exemple de gestion par bassins d’air est l’approche utilisée par l’Alberta. Neuf zones ont été déterminées afin de permettre aux contextes particuliers de chaque zone d’être considérés dans le suivi et la gestion de la qualité de l’air.  Chaque zone est gérée par un organisme indépendant avec la collaboration du gouvernement de l’Alberta et une interaction avec de multiples intervenants (y compris le public).  Un autre exemple d’application de l’approche est disponible dans la province voisine (Colombie-Britannique) : Speciation Monitoring and Source Apportionment in Golden, BC (2004 – 2007).

Les approches typiques de gestion de la qualité de l’air sont plutôt basées sur des limites d’opération (taux de rejets maximum, efficacité de destruction minimum, mise en place en place de bonnes pratiques) et sur l’impact hors site (modélisation ou mesure à la limite de propriété ou aux plus près récepteurs) d’une source ou d’un complexe manufacturier.

Cependant, le milieu récepteur est impacté non pas par une source unique ou un seul complexe industriel, mais bien par l’ensemble des sources locales et parfois même régionales selon leurs importances. 

Dans certains cas, des sources peuvent avoir une influence sur plusieurs centaines de kilomètres, voire plus.  En exemples : les feux de forêt dans le nord du Québec amènent parfois le sud du Québec à avoir un taux de particules fines plus élevé et même une perception d’odeur de feu (en mai-juin 2010, PM2,5 de plusieurs brasiers à environ 400 km de Montréal amènent des niveaux élevés jusqu’aux États-Unis : voir l’image ici-bas) ou, dans le cas d’éruptions ou d’évènements catastrophiques tels que Fukushima ou Tchernobyl, les impacts (déposition) sont quasi globaux (voir la figure ici-bas).

Feux de forêt impact qualité air dispersion mai 2010

Source : Quebec Wildfire PM2.5 Exceedances: an Exceptional Event, G. Allen

Note, le rouge représente 65 µg/m3

 
déposition au sol modélisée par dispersion pour chernobyl

Source : Atmospheric dispersion of radionuclides

La détermination de la zone d’influence n’est donc pas toujours chose simple, car elle dépend des sources elles-mêmes, des effets d’intérêts des contaminants émis, de la topographie, de l’utilisation du sol et présence de récepteurs, de la météorologie, etc.

Pour illustrer le concept et l’effet de l’inclusion de multiples sources plus ou moins près l’une de l’autre, voici un exemple.  Rappelons que le critère (au Québec) pour les PM2,5 est de 30 µg/m3 sur une période de 24 heures, on évalue par modélisation (Aermod, 5 années de données météo) l’impact à deux récepteurs distincts (A et B, leurs positions sont présentées aux images ici-bas) pour :

·         Usine 1 = émission de 1 g/s de PM2,5 par une cheminée de 25 mètres de hauteur et une vitesse de sortie de 20 m/s (note : en exemple, une petite bouilloire au bois produisant 15 000 lb/h de vapeur émet en moyenne 0,82 g/s de particules en suspension, la majeure partie sous forme de PM2,5)

·         Ajout de l’usine 2 = Voisine de l’usine 1 (1 km de distance), mêmes caractéristiques

·         Ajout de l’usine 3 = À 5 km des usines A et B, mêmes caractéristiques

 

 

Résultats sur une période de 24 heures

µg/m3

Impacts maximums

Impacts au percentile 98

A

B

A

B

1

12,58

2,57

3,21

0,68

1 + 2

14,30

3,19

4,20

1,28

1 + 2 + 3

14,31

3,20

4,20

1,30

Notes :

·         On assume que la concentration ambiante moyenne est de 20 µg/m3 (la concentration initiale proposée par le MDDEP) sur une période de 24 heures. La concentration ambiante n’est pas incluse dans les résultats au tableau, mais le constat est clair : le niveau ambiant proposé par le MDDEP est près du critère!  En fait, un rapport du CCME nous indique qu’en 2002, le niveau de PM2,5 au Québec (percentile 98 et sur 24h) était de 26,4 à 37,8 µg/m3.

·         Maximum : la valeur la plus élevée sur 5 ans de modélisation (1 825 périodes de 24 heures)

·         Percentile 98 : 2% des valeurs (37 jours sur 1 825 périodes de 24 heures modélisées) sont plus élevées que la valeur présentée au tableau  

 

Cheminée 1 dispersion aermod 24 heures impact maximum

Cheminée 1 dispersion aermod 24 heures impact percentile 98

Usine 1 – Impact maximum

Usine 1 – Impact au percentile 98

 

Cheminée 1 et 2 dispersion aermod 24 heures impact maximum

Cheminée 1 et 2 dispersion aermod 24 heures impact percentile 98

Usine 1 et 2 – Impact maximum

Usine 1 et 2 – Impact au percentile 98

 

Cheminée 1 2 et 3 dispersion aermod 24 heures impact maximum

Cheminée 1 2 et 3 dispersion aermod 24 heures impact percentile 98

Usine 1, 2 et 3 – Impact maximum

Usine 1, 2 et 3 – Impact au percentile 98

(Cliquer sur les images pour les obtenir en pleine grandeur)

Pour cet exemple particulier et pour la période de 24 heures, on peut donc faire les constats suivants :

·         L’impact modélisé (maximum ou au percentile 98) n’est pas proportionnel au taux d’émission total dans le cas de plusieurs sources, même si ces sources sont relativement près l’une de l’autre

·         L’impact cumulatif modélisé (maximum ou au percentile 98) ne réagit pas de la même façon selon le récepteur suivi

·         La source relativement éloignée a peu d’impact (pour cet exemple)

Malgré le fait que c’est un exemple bien spécifique, les constats nous confirment que la gestion par bassin d’air n’est pas aussi simple qu’une somme des sources dans un secteur géographique donné et que si un suivi est fait (mesures en air ambiant), le positionnement de la station doit être étudié.   Dans cet exemple, on constate qu’une station installée au lieu A ou B ne fourniraient pas des résultats nécessairement représentatifs de l’ensemble de la zone.

On peut également voir que l’influence de l’usine 2 semble plus importante sur la zone à droite de l’usine 1 (l’axe des maximums pour l’usine 1 est aussi l’axe des maximums de l’usine 2).  Ce constat n’est pas anormal, car l’impact hors site est rarement distribué de façon linéaire et similaire autour d’une source (encore moins pour plusieurs).  Ici, l’influence de la météorologie et la topographie est quasi similaire pour les sources 1 et 2 vu leur proximité.  L’utilisation d’autres modèles (par exemple CALPUFF) pourrait toutefois présenter des différences significatives dans les constats, donc serait à considérer selon la situation et les objectifs de gestion.

Gestion de l’air par bassin - un outil de plus, mais pas la solution unique ou parfaite  

La considération de toutes les sources d’influences amène donc une gestion plus appropriée quant à la prévention d’impact sur le milieu et peu parfois permettre une optimisation des limites de rejets (choix de la valeur basée sur l’impact cumulatif, mais réel plutôt que sur une valeur générique développée de façon préventive et parfois très conservatrice).  On peut d’ailleurs concevoir une gestion temporelle des limites selon les activités des différentes sources, des conditions météorologiques et du niveau ambiant aux stations de suivis.  Elle ne permet toutefois pas d’éliminer le besoin de la considération d’un niveau ambiant (des sources autres que celles considérées, soit dans le bassin d’air lui-même ou hors de celui-ci).

Cependant, la complexité amenée dans le cadre de la gestion est que le dépassement d’une norme à un récepteur doit être associé à une source et qu’une action doit être posée : quelles sources doivent faire l’objet d’actions et dans quelles proportions doit-on réduire leurs taux d’émission?  Pour les particules fines, des sources telles que les foyers au bois ou le transport peuvent avoir une grande influence, en effet elles étaient respectivement responsables d’environ 47,5% et 17,1% des émissions de PM2,5 en 2000 au Québec.

On peut aussi avoir à composer avec une source établie depuis plusieurs années, une nouvelle source visant son implantation dans le bassin, des sources diffuses ou distribuées (routes achalandées, foyers au bois), etc.  La dynamique décisionnelle impose donc une participation de tous les intervenants impliqués dans le processus de gestion de la qualité de l’air.

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