Zéro vent = PM 2,5 dans l’air

Vous ne les voyez pas, mais même s’il n’y a pas de vent dans Limoilou, vous les respirez certainement : les PM 2,5.  Depuis 2022, grâce au projet de science citoyenne Limoil’air, quelque 70 capteurs mesurent, toutes les deux ou trois minutes, les concentrations de ces particules dans l’air de Maizerets, de Lairet et du Vieux-Limoilou. Cela donne des millions de mesures à analyser pour Jeanne Picher-Labrie, qui en a fait son projet de recherche pour sa maitrise en biogéosciences de l'environnement au Département de géographie de l’Université Laval.

Zéro vent = PM 2,5 dans l’air | 5 juin 2024 | Article par Valérie Levée

70 capteurs mesures les concentrations de particules fines dans l’air de Limoilou.

Crédit photo: Suzie Genest

Vous ne les voyez pas, mais même s’il n’y a pas de vent dans Limoilou, vous les respirez certainement : les PM 2,5.  Depuis 2022, grâce au projet de science citoyenne Limoil’air, quelque 70 capteurs mesurent, toutes les deux ou trois minutes, les concentrations de ces particules dans l’air de Maizerets, de Lairet et du Vieux-Limoilou. Cela donne des millions de mesures à analyser pour Jeanne Picher-Labrie, qui en a fait son projet de recherche pour sa maitrise en biogéosciences de l’environnement au Département de géographie de l’Université Laval.

Rappelons-le : PM 2,5, c’est le petit nom pour les particules fines d’un diamètre inférieur à 2,5 µm. Leur diamètre est environ 30 fois inférieur à celui d’un cheveu. Elles sont donc invisibles, mais leur petite taille leur permet de s’immiscer dans les voies respiratoires et d’engendrer divers problèmes de santé. Or, à proximité de Limoilou, les sources potentielles de PM2,5 ne manquent pas : le transport routier, les activités portuaires, l’incinérateur, la papetière, le chauffage au bois, les travaux de construction.

Il y a bien une station gouvernementale pour mesurer les concentrations de PM2,5, mais elle est située au parc d’Iberville, sur la 1re Rue, en bas de la 7e Avenue, et ne reflète peut-être pas bien l’air du quartier. D’où l’idée du projet de science citoyenne Limoil’air, née du conseil de quartier du Vieux-Limoilou. C’est lors de l’Assemblée générale annuelle de ce conseil de quartier, en avril, que Jeanne Picher-Labrie a présenté les résultats préliminaires de son projet de recherche.

Un travail de correction

La force de Limoil’Air, c’est le nombre de capteurs. Sa faiblesse est que ses capteurs sont de moindre qualité que la station de mesure gouvernementale. En outre, ils sont connus pour être sensibles à l’humidité et tendent, lorsque l’air est humide, à surestimer les concentrations de PM 2,5. Certains peuvent aussi tomber en panne et donner occasionnellement des valeurs nulles. Inversement, et cela n’est pas dû à la qualité des capteurs, ils enregistrent parfois et très ponctuellement des valeurs anormalement élevées.

« Il y a des concentrations qui montent à 3000 µg/m3, des valeurs presque impossibles à atteindre. C’est probablement causé par un événement local qui dure juste deux minutes », décrit Jeanne Picher-Labrie.

Les responsables du projet ont pris garde de ne pas installer les capteurs à côté d’une source potentielle de PM2,5 comme un barbecue, mais certaines sources ont pu leur échapper.

La première tâche de l’étudiante a donc été de nettoyer et de corriger les données. Elle a écrit un algorithme pour détecter les anomalies, supprimé les valeurs nulles et ajusté les pics anormaux selon les valeurs précédant ces anomalies ou leur succédant.

Quant au biais lié à l’humidité, il pouvait être corrigé en comparant les mesures de la station gouvernementale avec celles de deux capteurs du projet Limoil’air installés juste à côté et qui doivent donc mesurer la même chose. En s’appuyant sur les mesures de la station gouvernementale et les données d’humidité relevées à la station météo de la baie de Beauport, Jeanne Picher-Labrie a écrit un modèle, c’est-à-dire une équation, qui corrige les données des capteurs de Limoil’Air.

Une fois nettoyées et corrigées, les données pouvaient parler.

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Des dépassements de normes

Jeanne Picher-Labrie a analysé les données sur la période allant du 1er octobre 2022 au 30 septembre 2023. Sur cette année de mesure, la concentration moyenne à la station gouvernementale est de 9,1 µg /m3 et elle est de 8,9 µg/m3 sur l’ensemble des 70 stations Limoil’Air. Ces valeurs sont assez proches pour suggérer que la station gouvernementale reflète la moyenne annuelle à l’échelle du quartier. Mais cette moyenne pour le quartier masque la grande variabilité d’une station à l’autre. Elle varie de 5,7 µg/m3, pour une station située sur la rue de Villebon, à 12, 1 µg/m3 pour une station de la rue Jeanne-Mance.

Sur l’année de mesure, la concentration moyenne à la station gouvernementale est de 9,1 µg /m3, et de 8,9 µg/m3 sur l’ensemble des stations Limoil’Air. Elle varie toutefois entre les stations Limoil’Air : de 5,7 µg/m3 pour une station sur la rue de Villebon (point bleu) à 12, 1 µg/m3 pour une station sur la rue Jeanne-Mance (point rouge).
Crédit photo: Présentation de Jeanne Picher-Labrie

«  On passe du simple au double, d’où l’intérêt d’avoir des capteurs un peu partout dans le quartier  », poursuit l’étudiante. En outre, la recommandation de l’OMS pour la concentration moyenne annuelle de PM2,5, qui est de 5 µg/m3, est dépassée par toutes les stations.

L’OMS a aussi émis une recommandation pour la concentration moyenne sur 24 heures. Elle vaut 15 µg/m3 et presque toutes les stations dépassent cette concentration plus de 10 jours par années.

Crédit photo: Présentation de Jeanne Picher-Labrie

Des variations dans le temps

L’analyse au fil des mois montre une variation saisonnière avec des concentrations maximales à l’été 2023, en raison des feux de forêt hors norme qui ont affecté la qualité de l’air du Québec. Notamment, le 25 juin, alors que le ciel de Québec était obscurci par la fumée, la concentration moyenne sur le quartier a atteint 74,1 µg/m3.

Les variations les plus caractéristiques sont cependant celles observées au fil des heures dans une journée. Typiquement, les concentrations sont au plus bas au petit matin, elles montent durant l’heure de pointe matinale, redescendent en début d’après-midi et remontent à l’heure de pointe du soir et jusqu’en milieu de nuit. Assurément, le trafic routier est une source importante de PM2,5, mais il n’explique pas pourquoi la concentration continue de monter dans la nuit. Comme ce phénomène prévaut aussi en été, il est difficile de l’imputer au chauffage au bois. Le coupable est en fait l’absence de vent.

Les variations les plus caractéristiques sont celles observées au fil des heures d’une journée. Les concentrations sont au plus bas au petit matin, montent durant l’heure de pointe matinale, redescendent en début d’après-midi, et remontent à l’heure de pointe du soir, jusqu’en milieu de nuit.
Crédit photo: Présentation de Jeanne Picher-Labrie

L’influence du vent

Jeanne Picher-Labrie a cherché d’où venait le vent quand les concentrations sont maximales. Or, partout dans le quartier, c’est en absence de vent que les concentrations sont maximales, avec des valeurs autour de 16 µg/m3 et un effet important entre le jour et la nuit. Le matin, après l’heure de pointe, le vent se lève et chasse les particules alors qu’en soirée, quand le vent tombe, les particules s’accumulent et mettent plusieurs heures à se dissiper.

À gauche : En absence de vent, les concentrations sont maximales, autour de 16 µg/m3.
À droite : Quand le vent souffle de l’est à plus de 30 km/h, des capteurs localisés en bas du boulevard des Capucins (points jaunes) indiquent des valeurs près de 15 µg/m3 , alors qu’ailleurs la concentration tombe (points bleus).
Crédit photo: Présentation de Jeanne Picher-Labrie

La direction du vent a toutefois un effet quand il souffle de l’est à une vitesse supérieure à 30 km/h. Dans ces conditions, une poignée de capteurs localisés en bas du boulevard des Capucins continuent d’indiquer des valeurs près de 15 µg/m3, alors qu’ailleurs dans le quartier, la concentration tombe.

Jeanne Picher-Labrie poursuit son analyse pour produire une carte plus détaillée de la concentration des PM2,5 dans Limoilou, pour identifier plus clairement les secteurs exposés, mais aussi les secteurs protégés et mieux en comprendre les causes. C’est la force des 70 capteurs répartis dans le quartier, comparativement à un unique capteur pas forcément représentatif du quartier.

Cet article fait partie d’une série spéciale soutenue par le Data-Driven Reporting Project.
Monquartier/Monlimoilou est l’un des trois récipiendaires au Canada de la première cohorte de ce programme qui appuie des projets de journalisme d’investigation et de données en Amérique du Nord.

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