La qualité de l’air dans le monde se détériore, c’est un fait bien connu, et encore trop peu de gens reconnaissent qu’il s’agit d’une nécessité absolue. Cet article explique comment Murmuration contribue à la lutte contre ce problème.
Murmuration est une PME française créée en mars 2019 dans le but d’introduire la dimension environnementale dans le cycle de décision. Elle se concentrant sur les institutions et les acteurs de la gestion du tourisme. Nous utilisons principalement des données satellitaires d’observation de la terre, mélangées à des données in-situ et socio-économiques.
Murmuration a développé des indicateurs prêts à l’emploi basés sur les sources de données mentionnées précédemment. Parmi eux, l’indicateur de la qualité de l’air vise à fournir un aperçu de l’évolution des principaux polluants atmosphériques dans le monde à des fins de comparaison et d’évaluation. L’indicateur respecte les normes de production et de diffusion des données, telles que les normes de l’Open Geospatial Consortium (OGC). Cela le rend prêt à être utilisé par la plupart des applications clientes. L’objectif principal est d’aider les décideurs politiques et les autres parties prenantes à identifier les problèmes à la racine afin que des mesures puissent être prises en conséquence.
La qualité de l’air s’est détériorée depuis le début de la révolution industrielle. Toxicity of the air is higher than ever before. In order to control it, it has to be monitored systematically. La toxicité de l’air est plus élevée que jamais. Afin de la contrôler, il faut la surveiller systématiquement.
Pour ce faire, l’Organisation mondiale de la santé a commencé à établir des directives sur la qualité de l’air en 1987 afin de définir les niveaux de sécurité des polluants atmosphériques. La dernière révision publiée en septembre 2021 définit six composés comme les principaux polluants atmosphériques en raison de leur effet significatif sur la santé humaine. Cela inclut 4 gaz (NO2, SO2, CO et O3) et 2 deux particules poussiéreuses (PM2.5 et PM10). Chacun de ces composés affecte la santé humaine de plusieurs manières différentes.
Indice de qualité de l’air de Murmuration (IQAM)
Grâce à son indicateur de la qualité de l’air, Murmuration vise à aider même les non-experts à comprendre la situation. L’indicateur étudie la pollution atmosphérique au niveau des composés individuels ainsi qu’un score agrégé comprenant tous les polluants.
La nature de l’indicateur et les algorithmes utilisés sont expliqués dans les sections suivantes. Les données utilisées pour le calcul de l’indicateur proviennent de l’instrument TROPOMI du satellite Sentinel 5P.
IQAM : Analyse de la qualité de l’air à l’aide de l’observation de la Terre
Mais pourquoi utiliser des données satellitaires alors que la pollution atmosphérique est surveillée depuis longtemps à l’aide de capteurs au sol ? Les mesures conventionnelles basées sur des capteurs in-situ sont très localisés dans la région de mesure (disons un périmètre de 50 m). Elles ne peuvent pas être utilisées pour surveiller l’ensemble de la ville à moins que ces capteurs in situ ne soient installés à chaque endroit de la ville. Mais, c’est un processus très coûteux et qui doit être maintenu de manière constante.
C’est là que les données satellitaires entrent en jeu. Même s’il y a un compromis avec la résolution spatiale, les données aident à étudier la qualité de l’air au niveau de la ville. Les satellites surveillent la qualité de l’air à un coût bien moindre (une fois lancé et en vol, il peut surveiller de nombreuses villes sans coût supplémentaire), de manière évolutive et produisent des mesures qui peuvent être comparées d’une ville à l’autre, ce qui en fait un très bon outil pour évaluer et comparer les niveaux de qualité d’air des villes.
Le satellite Sentinel P5
Sentinel 5P est le premier satellite sentinelle à surveiller la composition de l’atmosphère. L’instrument mesure la lumière solaire dans les bandes spectrales de l’ultraviolet et du visible, du proche infrarouge et de l’infrarouge aux ondes courtes. La lumière est divisée en différentes longueurs d’onde à l’aide d’un spectromètre à réseau et ces longueurs d’onde sont capturées par quatre détecteurs différents afin de mesurer le niveau des différents composés.
Les données brutes de Sentinel 5P sont ensuite traitées, validées, géoréférencées et mises à disposition pour un accès facile par le biais du Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS). Les données traitées et validées pour l’ensemble des 6 composés mentionnés ci-dessus sont utilisées pour calculer l’indicateur. Les 6 composés individuels sont disponibles chaque jour à un niveau horaire. Les niveaux quotidiens sont ensuite calculés à l’aide d’algorithmes d’agrégation reflétant l’impact sanitaire (à court ou à long terme) de chaque polluant (sur la base des directives de l’OMS). Les données agrégées passent ensuite par un pipeline de transformation des données pour être converties dans le format souhaité.
L’indice de qualité de l’air de Murmuration : 2 niveaux d’agrégations
Les indices de qualité de l’air agrégés sont calculés à deux niveaux temporels différents – annuel et quotidien. Two different algorithms are used to arrive at the indices.
- Indice Annuel de Qualité de l’Air de Murmuration (IAQAM) – Calculer le nombre de jours dépassant les directives de l’OMS par an et le diviser par le nombre de jours dans une année. Répétez le processus pour chacun des 6 composés. En prenant la valeur maximale parmi les six valeurs, on obtient l’IQAA pour cette région spécifique et cette année spécifique.
- Indice Journalier de Qualité de l’Air de Murmuration (IJQAM) – La valeur maximale peut être définie pour chacun des 6 composés en utilisant la valeur la plus élevée des directives de l’OMS. Ensuite, les valeurs quotidiennes sont divisées par les valeurs maximales et le maximum d’entre elles peut être considéré comme la valeur IJQAM.
Les indicateurs sont définis à deux niveaux de couverture différents – européen et mondial. Ceci est le résultat de la disponibilité des données brutes de la couverture mondiale à une résolution spatiale de 0,1° (environ 100 km près de l’équateur) et des données brutes de la couverture européenne à une résolution spatiale de 0,01° (environ 10 km près de l’équateur). Les données brutes pour la couverture européenne sont facilement disponibles sous forme de concentration massique en µg/m3 qui est la norme utilisée par l’OMS pour évaluer les niveaux de qualité de l’air. En revanche, les données brutes pour la couverture mondiale ne sont pas facilement disponibles dans le format standard.
Dans les données de couverture mondiale, les particules de poussière telles que PM10 et PM2.5 sont disponibles sous forme de concentrations massiques en kg/m3qui peuvent être converties à l’aide d’un facteur de conversion. Mais les gaz tels que NO2, SO2, CO et O3 sont disponibles sous forme de rapports de mélange de masse en kg-1. Ils doivent être convertis en concentrations massiques à l’aide d’équations de gaz idéal. Enfin, tous les gaz et poussières sont disponibles en concentrations massiques avec la même unité µg/m3.
Utilisation de l’Indice de Qualité de l’Air de Murmuration
Enfin, l’indicateur peut être utilisé à partir de 2 canaux fournis par Murmuration :
- Un service de cartes standard pour chacun des 6 composés et 2 indices agrégés au niveau quotidien. Il permet de visualiser l’indicateur sous forme de cartes interactives.
- Une interface programmatique standard pour permettre à d’autres systèmes d’accéder aux données et de les afficher dans des graphiques ou de les utiliser pour calculer d’autres indicateurs dérivés.
While the map service takes care of studying the distribution of various compounds and its hotspots, the programmatic interface helps in narrowing the study to any particular area of interest and to study the change over a temporal scale.
The indicator helps in identifying problems such as pointing out regions or times of high pollution or temporal range of high pollution exposure. The World Health Organization estimates that air pollution causes 7 million premature deaths per year. This is one of the biggest environmental threats to human life. By finding out regions of concern, appropriate actions and measures can be taken by government bodies, enterprises and non-governmental organizations to mitigate the situation.
Étude de cas concrête
(Graphique de la concentration de NO2 dans l’air à Paris et Madrid, ©Murmuration)
Grâce à l’indicateur développé par Murmuration, il est possible d’étudier le niveau de qualité de l’air à l’échelle de la ville de manière rentable. Monitoring air quality using satellite measurements will not completely replace the in-situ measurements. They act complementary to each other. Alors que les mesures par satellite permettent de surveiller la qualité de l’air au niveau de la ville ou à un niveau plus élevé, les mesures in situ permettent de surveiller la qualité de l’air au niveau de la rue ou du quartier (hôpitaux, écoles, parcs, etc.).
Le graphique ci-dessus montre l’indicateur Murmuration NO2 et son évolution à Madrid et à Paris sur une période de trois ans. On peut d’ailleurs y constater que les deux villes connaissent un écart conséquent en matière de concentration de NO2. Ce gaz est essentiellement émis par le traffic routier. Les politiques publiques de limitation de vitesse à Madrid, instaurées depuis quelques années, peuvent être l’une des raison de cet écart.
Cet article est l’un des nombreux articles qui seront publiés jusqu’à la fin du mois de mars. Ils expliquent ce que sont les indicateurs de la Murmuration et leur but.
