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L'impact du confinement du printemps sur la pollution atmosphérique en région parisienne

La situation exceptionnelle du confinement nous offre la possibilité d’un regard prémonitoire sur la chimie atmosphérique et la qualité de l'air telles qu’elles pourraient être dans des futures zones urbaines à faibles émissions anthropiques.

La pandémie de COVID-19 et les mesures de confinement de la population ont conduit à une réduction sans précédent des activités humaines à l'échelle nationale au printemps 2020 avec d'importantes réductions des émissions anthropiques de polluants, en particulier en lien avec les diminutions de trafic automobile. Cette situation a offert une occasion unique d'évaluer la qualité de l'air en milieu urbain qui en résulte à partir d'observations très détaillées de plusieurs espèces chimiques rencontrées sous forme gazeuse et particulaire.

Cependant, la qualité de l’air en région parisienne est fortement pilotée par les conditions météorologiques. Lorsque les masses d’air sont d’origine océanique (vent d’Ouest, généralement sous régime de basses pressions atmosphériques), le niveau de pollution de l’air est le plus souvent bas, alors que lorsque les masses d’air sont d’origine continentale (vent du Nord-Est, conditions anticycloniques), le niveau de pollution augmente. L’évaluation de l’impact de réduction des activités humaines sur la qualité de l’air est donc perturbée par la variabilité des conditions météorologiques rencontrées au cours de la période de confinement. D’autant que la circulation atmosphérique a effectué une véritable bascule en tout début de confinement, passant d’océanique à continentale.

Afin de surmonter ce problème, nous avons développé une méthodologie innovante et robuste basée sur des conditions analogues en termes de circulation atmosphérique, c’est-à-dire en identifiant dans le passé, et sur la même période de l’année, les jours où les conditions météorologiques sont identiques à celles rencontrées pendant la période de confinement. Nous avons appliqué cette méthode à une très longue (2012-2020) série de données in situ complète des polluants primaires (polluants directement émis dans l’atmosphère) et secondaires (polluants qui se forment suite à des réactions chimiques). Cet ensemble de données a été obtenu sur l’observatoire atmosphérique du SIRTA, qui mesure les conditions dites « de fond » ou moyenne de la mégapole parisienne.

Figure 1 : Taux de changement (en %) des constituants majeurs de la pollution atmosphérique entre la période de confinement (mars-mai 2020) et la période historique 2012-2019.
PM1 : particules fines de diamètre inférieur à 1 micromètre
PMtraffic : particules fines liées au trafic routier
NOx : oxydes d’azote, dont l’origine principale est le trafic routier
PMwb : particules fines liées au chauffage résidentiel au bois
NO3 : nitrate d’ammonium (issu de précurseurs gazeux, NOx et NH3, principalement émis par le transport routier et les activités agricoles, respectivement)
SO4 : sulfate d’ammonium (issu de l’oxydation du SO2, principalement d’origine industrielle)
O3 : ozone, polluant secondaire formé suite à des réactions chimiques entre composés organiques volatils et oxyde d’azote

Sur la Figure 1, nous constatons que les concentrations de polluants primaires émis par le trafic routier (à l’échappement) ont chuté d'environ 70 - 76 % pendant la période de confinement du 17 mars 2020 au 10 mai 2020. Certains jours, cette baisse des émissions primaires liées au trafic a été compensée par une augmentation des émissions liées au chauffage résidentiel au bois (très variable sur la période). Les concentrations fortement réduites d’oxydes d’azote (NOx) ont induit une augmentation des concentrations d'ozone (+ 28 %), un polluant secondaire qui se forme par réactions photochimiques des composés organiques volatils avec les radicaux hydroxyles en présence d’oxydes d’azote. La réduction des oxydes d’azote a également induit une capacité d'oxydation de l’atmosphère plus élevée (plus de réactions chimiques) pouvant soutenir la formation de polluants secondaires. Malgré cela et une période favorable aux émissions d'ammoniac (NH3) par les activités agricoles (dont épandage d’engrais), une diminution très significative du nitrate d'ammonium (-56 %) a été observée, montrant que ce composé a été fortement limité par la faible disponibilité des NOx. Au printemps, le nitrate d’ammonium est le constituant principal des particules fines et souvent à l’origine des épisodes de pollution observés à cette saison. Outre les sources locales, la réduction des sources éloignées ailleurs en Europe et le transport à longue distance ont contribué à des baisses encore plus fortes certains jours. Cela est également observé pour le sulfate d’ammonium, formé notamment avec les émissions de dioxyde de soufre d’Europe continentale.

Ces résultats, uniques en Europe, offrent un regard prémonitoire sur la chimie atmosphérique et la qualité de l'air telles qu’elles pourraient être dans des futures zones urbaines à faibles émissions anthropiques.

Auteurs : J.-E. Petit*, J.-C. Dupont**, O. Favez***, V. Gros*, R. Vautard**, M. Haeffelin**
* Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE-IPSL), CEA, CNRS, UVSQ, Institut Pierre-Simon Laplace, Orme des Merisiers, Gif-sur-Yvette, France
** Institut Pierre-Simon Laplace, École polytechnique, CNRS, SU, UVSQ, Institut Polytechnique de Paris, Palaiseau, France
*** Institut National de l’Environnement Industriel et des Risques, Parc Technologique ALATA, Verneuil en Halatte, France

>> Pour plus d’informations : communication-sirta@ipsl.fr