Application de méthodes géostatistiques pour la détermination de zones de représentativité en concentration et la cartographie des dépassements de seuils
Conformément aux Directives européennes sur la qualité de l’air et à leur transposition en droit français, les AASQA doivent évaluer la représentativité spatiale de leurs sites de mesure. De plus, si un dépassement de seuil réglementaire est constaté en un ou plusieurs sites, elles doivent estimer la surface et la population exposée à ce dépassement dans toute la zone de surveillance.
Ces exigences nécessitent de disposer d’une information sur la distribution spatiale des concentrations, selon un pas de temps adapté à l’échelle temporelle et au seuil considérés. Différents moyens d’obtenir une telle information, qui reposent sur la modélisation et/ou le traitement de données de campagnes, sont envisageables.
La présente étude est consacrée au NO2 en moyenne annuelle. Elle propose une méthodologie probabiliste fondée sur la réalisation de campagnes d’échantillonnage par tubes à diffusion passive. L’usage complémentaire de résultats de modélisation fera l’objet d’une étape ultérieure. Les calculs s’organisent en trois parties. La première fait appel aux techniques d’estimation de la géostatistique. Elle consiste à cartographier les concentrations moyennes annuelles de NO2 sur le domaine considéré. Elle constitue un préalable indispensable aux deux parties suivantes, qui peuvent être mises en œuvre indépendamment : l’estimation des zones de représentativité en concentration des stations et la délimitation des zones de dépassement de la valeur limite annuelle (40 µg/m3).
L’approche a été appliquée dans son ensemble à deux cas d’étude : Montpellier et Troyes, où Air Languedoc-Roussillon et ATMO Champagne-Ardenne ont réalisé des campagnes d’échantillonnage (respectivement en 2007 et 2009). Les concentrations moyennes annuelles de NO2 ont été cartographiées sur ces deux agglomérations en se limitant d’abord à la pollution de fond puis en intégrant l’influence des émissions routières. Les critères et paramètres définissant la représentativité ont été évalués et ajustés à l’aide de tests de sensibilité. Pour Montpellier comme pour Troyes, l’estimation de la représentativité spatiale des stations de fond montre une bonne couverture du domaine de surveillance. La disposition des zones diffère toutefois selon la ville. En ce qui concerne Montpellier, les deux zones de représentativité sont disjointes et se complètent : l’une correspond au centre de l’agglomération, l’autre forme une couronne autour de ce centre. En revanche, la représentativité de la station trafic de Montpellier n’a pu être établie, faute d’une précision d’estimation suffisante aux abords de ce site. Dans le cas de Troyes, les zones de représentativité associées aux deux stations de fond sont imbriquées. Dans les deux agglomérations, de multiples points situés le long des axes ont été classés en zone de dépassement. Il serait intéressant de contrôler ces estimations par des données complémentaires de mesure.
Les méthodes présentées reprennent des développements antérieurs, issus de travaux cités en introduction. Elles ont été mises au point avec le logiciel R. Si elles offrent une réponse efficace aux questions de la représentativité et des dépassements, les exemples étudiés en indiquent aussi les limites, à savoir une sensibilité au plan d’échantillonnage et à certains paramètres de calcul (écart de concentration définissant la représentativité, risques statistiques). Les zones de représentativité et de dépassement seront délimitées d’autant plus finement que la stratégie de mesure permet une estimation plus fiable des concentrations de fond et une modélisation plus précise du surcroît de concentration aux abords des routes. Qu’il s’agisse de l’échantillonnage spatial ou temporel, de nombreuses préconisations ont déjà été émises (LCSQA, GT plans d’échantillonnage) ; il est recommandé de s’y référer.
Une synthèse des méthodes utilisées et des résultats obtenus, assortie d’indications et de précautions d’usage, est fournie en conclusion. Des travaux complémentaires et approfondissements – réalisés ou en cours d’étude - y sont également mentionnés : analyse de la représentativité et des zones de dépassement pour les PM10 et le benzène, utilisation de la modélisation urbaine, quantification de la population exposée.