Plate-forme sur la qualité de l'air en milieu urbain

Description

Au cours de la dernière décennie, les plateformes de qualité de l'air urbain (UAQP) ont constitué un outil important pour la collecte, le traitement et la visualisation de données hyperlocales sur les émissions urbaines. De même, les UAQP sont généralement ouvertes à l'accès, ce qui favorise la transparence et la sensibilisation à la pollution de l'air. Les données peuvent être fournies soit par des capteurs dispersés dans la ville, soit par l'imagerie satellite. Les capteurs qui collectent les données peuvent être installés soit par un opérateur (par exemple la municipalité), soit sur des propriétés privées.

Problèmes à résoudre :

Structure des coûts

Exigences légales

La politique de l'Union européenne en matière de qualité de l'air vise à développer et à mettre en œuvre des instruments appropriés pour améliorer la qualité de l'air. Les États européens doivent donc diviser leur territoire en plusieurs zones et agglomérations. Dans ces zones et agglomérations, les États membres doivent procéder à des évaluations des niveaux de pollution de l'air en utilisant des mesures, des modèles et d'autres techniques empiriques - et communiquer les données relatives à la qualité de l'air à la Commission européenne en conséquence.

La CE a fixé des limites de concentration des polluants atmosphériques, obligeant les États membres à s'attaquer aux sources de manière responsable. En outre, des informations sur la qualité de l'air doivent être diffusées au public.(Commission européenne, 2018)

• Directive 2008/50/CE sur la qualité de l'air ambiant : la directive fournit le cadre actuel pour le contrôle des concentrations ambiantes de pollution atmosphérique dans l'UE. Le contrôle des émissions provenant de sources mobiles, l'amélioration de la qualité des carburants, ainsi que la promotion et l'intégration des exigences en matière de protection de l'environnement dans le secteur des transports et de l'énergie font partie de ces objectifs.
• Directive 2015/1480/CE : Établit les règles concernant les méthodes de référence, la validation des données et la localisation des points de prélèvement pour l'évaluation de la qualité de l'air ambiant.
• Directive 2010/75/EU : Sur les émissions industrielles
• Directive/2284/EU: Sur la réduction des émissions nationales de certains polluants atmosphériques. Cette directive impose la réduction des polluants atmosphériques tels que les SOx, les NOx et les COV.
• Loi fédérale allemande sur le contrôle des émissions - BImSchV 39e : La procédure de détermination des sources d'émissions urbaines en Allemagne est définie dans la 39e ordonnance de la loi fédérale sur le contrôle des émissions (39e BImSchV). Cette loi fédérale est basée sur la directive européenne 2008/50/CE.

Modèles d'exploitation

Modèle opérationnel pour une plateforme de données sur la qualité de l'air (BABLE,2021)

Potentiel du marché

Faits concernant la mise en œuvre

Durée moyenne de mise en œuvre : 0,1 - 1 an

Montant de l'investissement initial : moins de 50 000 € pour un quartier urbain

Aperçu du marché

Selon une étude de Business Wire, le marché mondial des systèmes de surveillance de la qualité de l'air est estimé à 3,47 milliards d'euros, dans le contexte de la crise du COVID-19. De même, il devrait atteindre une taille révisée de 4,63 milliards d'euros d'ici 2027, avec un taux de croissance annuel moyen de 4,4 %.

Le marché mondial de la surveillance de la qualité de l'air est divisé en deux catégories : la surveillance intérieure et la surveillance extérieure. Les systèmes de surveillance de la qualité de l'air en milieu urbain sont classés dans la catégorie des systèmes de surveillance en extérieur. Ceux-ci peuvent être classés en moniteurs fixes, portables, de poussière et de particules, et en stations de surveillance de la qualité de l'air.

Coûts

Les avancées technologiques actuelles dans le domaine des capteurs de qualité de l'air ont considérablement réduit les coûts fixes et variables des plates-formes de qualité de l'air urbain UAQP. Les coûts fixes comprennent le logiciel, composé de son API de communication et de son interface utilisateur graphique sur le web. Les coûts variables comprennent l'étalonnage et la maintenance, entre autres.

Les nouvelles technologies suppriment la plupart des besoins de maintenance et d'étalonnage au niveau local, en transférant ces fonctions vers un service en nuage. Par conséquent, les coûts d'exploitation de ces types de plateformes comprennent les systèmes de gestion de la maintenance informatisée basés sur l'informatique en nuage.

La sensibilisation des citoyens et leur compréhension des systèmes de qualité de l'air en milieu urbain sont nécessaires à la mise en œuvre de tout PSQA. Par conséquent, les coûts fixes doivent inclure les portails destinés aux citoyens et les campagnes de participation des citoyens.

Impacts de la pollution atmosphérique :

1) Réchauffement de la planète

2) D'après des recherches menées par l' UCL, on estime qu'un décès sur cinq chaque année peut être attribué à la pollution par les combustibles fossiles et qu'en 2018, environ 8,7 millions de personnes sont mortes uniquement à cause des émissions de combustibles fossiles. Sur ce chiffre, 21,5 % sont attribués aux particules. La figure 1 illustre la répartition des décès en fonction de la pollution de l'air.

Figure : Pollution extérieure moyenne par les PM2,5 et nombre total de décès dus à la pollution de l'air par région en 2013(Banque mondiale, 2013)

3) En 2016, l'OMS a déclaré que 92 % de la population mondiale vivait dans des zones où la pollution dépassait les lignes directrices de l'Organisation mondiale de la santé en matière de qualité de l'air.

4) Les effets de la qualité de l'air sur les personnes ont été estimés en 2013 à environ 190 milliards d'euros pour l'économie mondiale(Banque mondiale, 2013).

Causes de la pollution de l'air intérieur :

Comme nous l'avons mentionné, les sources anthropiques sont les principaux responsables des polluants atmosphériques. Cependant, la pollution de l'air peut également être causée par des sources naturelles telles que l'activité volcanique (rejetant principalement du SO2, du CO2 et du HF), les tempêtes de sable comme la poussière du Sahara, et l'ozone produit par la réaction de la lumière du soleil avec l'oxygène. Néanmoins, les sources anthropiques sont émises à un rythme et avec une densité beaucoup plus élevés.

Les sources anthropiques peuvent être classées en sources mobiles, fixes et diffuses. Les sources mobiles comprennent les émissions produites par les transports, tels que les véhicules, les navires et les trains. Les polluants atmosphériques présents dans les gaz d'échappement proviennent d'une combustion incomplète du carburant. Le monoxyde de carbone et le carburant non brûlé sont les principaux gaz d'échappement produits par les moteurs à essence.

Les sources fixes sont les centrales électriques, les activités industrielles et les raffineries de pétrole. L'effet de ces sources est plus important lorsqu'elles sont situées dans la zone urbaine d'une ville. Les sources d'énergie dont le facteur d'émission est le plus élevé sont le lignite et la houille, ce qui explique l'effort mondial pour éliminer progressivement le charbon en tant que source d'énergie.

Enfin, les sources diffuses peuvent être désignées comme étant l'agriculture et l'activité humaine. Les émissions agricoles sont généralement sous-estimées ; cependant, comme l'ammoniac NH3 et le méthane CH4 sont les principaux polluants atmosphériques, leur impact est important. Le méthane, par exemple, a un potentiel de réchauffement global 28 fois supérieur à celui du dioxyde de carbone.

Cartographie des parties prenantes

Carte des parties prenantes pour une plateforme de données sur la qualité de l'air (BABLE, 2021)

Initiatives du gouvernement

• Stratégie britannique pour la pureté de l'air : Cette stratégie définit l'action globale requise de la part de toutes les parties du gouvernement et de la société britanniques pour atteindre les objectifs environnementaux. La législation de 2019 définit un cadre d'action solide et cohérent pour lutter contre la pollution atmosphérique.
• Green Deal européen : Le Green Deal de l'UE, dans le cadre de son domaine d'action "Éliminer la pollution", a notamment renforcé son soutien aux autorités locales afin d'assainir l'air pour leurs citoyens. La Commission proposera également de renforcer les dispositions relatives à la surveillance, à la modélisation et aux plans de qualité de l'air afin d'aider les autorités locales à assainir l'air. La Commission proposera notamment de réviser les normes de qualité de l'air afin de les aligner plus étroitement sur les recommandations de l'Organisation mondiale de la santé.

Organisations de soutien

• Agence européenne pour l'environnement : Les experts de l'AEE analysent les données relatives à la qualité de l'air recueillies dans toute l'Europe. Les données traitées sont intégrées dans des évaluations qui aident les décideurs européens à formuler de meilleures politiques et règles pour faire face aux problèmes de pollution de l'air.
• Agence spatiale européenne : L'ESA se consacre à l'exploration et à l'utilisation pacifiques de l'espace au profit de l'humanité. L'ESA utilise des satellites d'observation de la Terre pour surveiller l'état de l'environnement terrestre. Grâce aux données satellitaires, l'ESA peut dresser un tableau plus complet du changement planétaire. Les scientifiques et les gouvernements peuvent utiliser ces données pour comprendre, protéger et gérer notre environnement, sauvegardant ainsi la Terre pour les générations futures.
• CCR de l'UE : Le Centre commun de recherche de la Commission européenne travaille à l'harmonisation des méthodes de surveillance et de modélisation de l'air et du climat. À cette fin, le CCR élabore des inventaires et des projections cohérents des émissions de gaz à effet de serre (GES) et de polluants atmosphériques et réalise des analyses économétriques des tendances et des estimations des coûts des options de contrôle des émissions. Il élabore actuellement de nouvelles normes sur les capteurs de qualité de l'air, qui stimuleront l'innovation dans les PDQA.

Facteurs de soutien

1. Déploiement de capteurs à l'échelle de la ville pour un échantillonnage représentatif de la qualité de l'air
2. Priorité aux capteurs situés aux endroits où la concentration de polluants est la plus élevée
3. Connectivité solide et ininterrompue entre les actifs physiques et numériques
4. Approbation par les citoyens de l'installation de capteurs dans toute la ville

Données et normes

• IEEE/ISO/IEC 21451 : définit un modèle d'objet avec une interface neutre par rapport au réseau pour connecter les processeurs aux réseaux de communication, aux capteurs et aux actionneurs.
• ISO 37120 : Villes et communautés durables - Indicateurs pour les services urbains et la qualité de vie : Définit et établit des méthodologies pour un ensemble d'indicateurs permettant de piloter et de mesurer la performance des services urbains et de la qualité de vie.
• ISO/DIS 37156 : Lignes directrices sur l'échange et le partage de données pour les infrastructures communautaires intelligentes
• TA Luft - Instructions techniques allemandes sur le contrôle de la qualité de l'air : Réglemente les exigences en matière de qualité de l'air, y compris les émissions, les expositions ambiantes et leurs méthodes de contrôle. Elle s'applique à un certain nombre de polluants provenant d'une série de sources fixes.