Plateforme 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 relatives aux émissions urbaines. De même, ces plateformes sont généralement en libre accès, ce qui garantit la transparence et favorise la sensibilisation à la pollution atmosphérique. Les données peuvent être fournies soit par des capteurs répartis dans toute la ville, soit par le biais d’images satellites. Les capteurs qui collectent ces 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 élaborer et à mettre en œuvre des instruments appropriés pour améliorer la qualité de l'air. Par conséquent, les États membres doivent diviser leur territoire en plusieurs zones et agglomérations. Dans ces zones et agglomérations, les États membres doivent évaluer les niveaux de pollution atmosphérique à l’aide de mesures, de modélisations et d’autres techniques empiriques, puis communiquer les données relatives à la qualité de l’air à la Commission européenne en conséquence.

La Commission européenne a fixé des valeurs limites de concentration des polluants atmosphériques, obligeant ainsi les États membres à s’attaquer aux sources de pollution de manière responsable. En outre, les informations relatives à la qualité de l’air doivent être diffusées auprès du public. (Commission européenne, 2018)

• Directive 2008/50/CE sur la qualité de l’air ambiant: cette directive définit le cadre actuel de la maîtrise des concentrations de polluants atmosphériques dans l’UE. La maîtrise 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 les secteurs des transports et de l’énergie font partie de ces objectifs.
• Directive 2015/1480/CE : établit les règles relatives aux méthodes de référence, à la validation des données et à l’emplacement des points de prélèvement pour l’évaluation de la qualité de l’air ambiant
• Directive 2010/75/UE : relative aux émissions industrielles
• Directive (2018/2284/UE): relative à 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 la maîtrise des émissions – 39e BImSchV : La procédure de détermination des sources d’émissions urbaines en Allemagne est définie dans la 39e ordonnance de la loi fédérale sur la maîtrise des émissions (39e BImSchV). Cette loi fédérale s’appuie sur la directive européenne 2008/50/CE.

Modèles d'exploitation

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

Potentiel du marché

Données relatives à la mise en œuvre

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

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

Aperçu du marché

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

Le marché mondial de la surveillance de la qualité de l’air se divise en deux catégories : la surveillance en intérieur et la surveillance en extérieur. Les systèmes de surveillance de la qualité de l’air urbain sont classés dans la catégorie des systèmes de surveillance en extérieur. Ceux-ci peuvent être subdivisés en moniteurs fixes, portables, de poussière et de particules, ainsi qu’en stations de surveillance de la qualité de l’air.

Coûts

Les avancées technologiques actuelles en matière de capteurs de qualité de l’air ont considérablement réduit tant les coûts fixes que les coûts variables des plateformes de surveillance de la qualité de l’air urbain (UAQP). Les coûts fixes comprennent le logiciel, qui se compose de son API de communication et de son interface utilisateur graphique web. Les coûts variables incluent notamment l’étalonnage et la maintenance.

Les nouvelles technologies suppriment en grande partie la nécessité d’une maintenance et d’un étalonnage sur site, en transférant ces fonctions vers un service cloud. Par conséquent, les coûts d’exploitation de ce type de plateformes incluent des systèmes informatisés de gestion de la maintenance basés sur le cloud.

Il est indispensable de sensibiliser les citoyens et de leur faire comprendre le fonctionnement des systèmes de surveillance de la qualité de l’air urbain pour toute mise en œuvre d’une plateforme UAQP. Par conséquent, les coûts fixes doivent inclure des portails destinés aux citoyens ainsi que des campagnes de participation citoyenne.

Impacts de la pollution atmosphérique :

1) Réchauffement climatique

2) Selon une étude co-rédigée par l’UCL, on estime qu’un décès sur cinq chaque année peut être attribué à la pollution liée aux combustibles fossiles et qu’en 2018, environ 8,7 millions de personnes sont décédées uniquement en raison des émissions de combustibles fossiles. Ce chiffre, dont 21,5 % sont attribués aux particules fines. La figure 1 illustre la répartition des décès dus à la pollution atmosphérique.

Figure : Pollution moyenne aux PM2,5 à l’air libre et nombre total de décès liés à la pollution atmosphérique 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 directives de l’Organisation mondiale de la santé en matière de qualité de l’air.

4) En 2013, on a estimé que les effets de la qualité de l’air sur la population coûtaient à l’économie mondiale environ 190 milliards d’euros ( Banque mondiale, 2013).

Causes de la pollution de l’air intérieur :

Comme mentionné précédemment, les sources anthropiques sont les principaux responsables des polluants atmosphériques. Cependant, la pollution atmosphérique peut également provenir de sources naturelles telles que l’activité volcanique (qui libère 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 émettent des polluants à un rythme et avec une densité bien 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 sont générés par une combustion incomplète du carburant. Le monoxyde de carbone et le carburant non brûlé constituent les principaux gaz d’échappement produits par les moteurs à essence.

Les sources fixes comprennent les centrales électriques, les activités industrielles et les raffineries de pétrole. Leur impact est d’autant plus important lorsqu’elles sont situées dans la zone urbaine d’une ville. Les sources d’énergie présentant le facteur d’émission le plus élevé sont le lignite et la houille, ce qui explique pourquoi un effort mondial est déployé pour éliminer progressivement le charbon en tant que source d’énergie.

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

Cartographie des parties prenantes

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

Initiatives du gouvernement

• Stratégie britannique pour la qualité de l’air : Cette stratégie définit l’ensemble des mesures que doivent prendre l’ensemble des instances gouvernementales et la société britannique pour atteindre les objectifs environnementaux. La législation de 2019 établit un cadre d’action solide et cohérent pour lutter contre la pollution atmosphérique.
• Pacte vert européen : Dans le cadre de son volet « Élimination de la pollution », le Pacte vert européen a notamment renforcé son soutien aux collectivités locales afin d’assurer un air plus pur à ses citoyens. Il 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 collectivités locales à améliorer la qualité de 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

Organismes de soutien

• Agence européenne pour l’environnement : les experts de l’AEE analysent les données relatives à la qualité de l’air relevées dans toute l’Europe. Les données traitées alimentent des évaluations destinées à aider les décideurs européens à élaborer de meilleures politiques et réglementations pour faire face aux problèmes de pollution atmosphérique.
• Agence spatiale européenne (ESA) : 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 à l’utilisation de données satellitaires, l’ESA est en mesure d’avoir une vision d’ensemble des changements planétaires. Les scientifiques et les gouvernements peuvent utiliser ces données pour comprendre, protéger et gérer notre environnement, préservant ainsi la Terre pour les générations futures.
• Centre commun de recherche (CCR) de l’UE : Le Centre commun de recherche de la Commission européenne œuvre à l’harmonisation des méthodologies de surveillance et de modélisation de l’air et du climat. À cette fin, le JRC 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 ainsi que des estimations des coûts des différentes options de contrôle des émissions. Il élabore actuellement de nouvelles normes relatives aux capteurs de qualité de l’air, qui stimuleront davantage l’innovation dans le domaine des programmes UAQDP.

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 accordée à l'installation de capteurs aux endroits présentant les concentrations de polluants les plus élevées
3. Une connectivité solide et ininterrompue entre les infrastructures physiques et numériques
4. Adhésion des citoyens à l’installation de capteurs dans toute la ville

Données et normes

• IEEE/ISO/IEC 21451 : définit un modèle d'objet doté d'une interface indépendante du réseau permettant de connecter des processeurs à des réseaux de communication, des capteurs et des actionneurs
• ISO 37120 : Villes et communautésdurables — Indicateurs relatifs aux services urbains et à la qualité de vie : définit et établit des méthodologies pour un ensemble d’indicateurs destinés à orienter et à mesurer la performance des services urbains et la qualité de vie
• ISO/DIS 37156 : Lignes directrices relatives à l’échange et au partage de données pour les infrastructures des communautés intelligentes
• TA Luft – Instructions techniques allemandes relatives au contrôle de la qualité de l'air : réglemente les exigences en matière de qualité de l'air, notamment les émissions, les expositions ambiantes et leurs méthodes de contrôle. Elle s'applique à un certain nombre de polluants provenant de diverses sources fixes.