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Qualité de l'air : concentration en particules très fines (PM 2.5)

Les concentrations moyennes annuelles en PM2.5 montrent une tendance globale de réduction à long terme et respectent la norme européenne. Elles dépassent néanmoins de loin la recommandation OMS. Contrairement aux PM10, il n’existe pas de valeur limite journalière pour les PM2.5. L’objectif pour l’exposition moyenne de la population à l’horizon 2015 n’a pas posé de problèmes. Tout comme les PM10, les PM2.5 sont susceptibles d’être transportées par les masses d’air sur de longues distances et leur étendue spatiale est très grande. Seulement entre 16 et 20% des concentrations mesurées en Région bruxelloise sont attribuables à des sources locales.

Contexte

PM2.5 est l’acronyme pour particulate matter et désigne l’ensemble des particules de diamètre aérodynamique inférieur à 2.5 micromètres, sans distinction de composition chimique ou d’aspect physique. Les particules en suspension dans l’air ambiant ont des origines diverses, naturelles ou anthropiques, et peuvent en outre être primaires ou secondaires (voir indicateur PM10).

Une surveillance spécifique de la fraction PM2.5 s’impose puisque les particules secondaires minérales sont principalement formées dans la fraction PM2.5. Il s’avère que la concentration de PM2.5 peut augmenter fortement lors des épandages agricoles, si les conditions météorologiques sont propices à leur formation (humidité, température, conditions de dispersion). L’ammoniac émis par les épandages peut en effet se transformer en ammonium, pouvant être transporté sur de longues distances, et qui peut à son tour réagir avec les nitrates et sulfates formés à partir des oxydes d’azote et de soufre présents dans l’air. Cette combinaison entraîne la formation de nitrate d’ammonium et de sulfate d’ammonium, composés particulaires appartenant aux PM2.5. En raison des périodes d’épandage similaires en Belgique et dans les pays limitrophes, les « épisodes de particules secondaires » (souvent printaniers) peuvent être très étendus spatialement.

Valeurs limites européennes

Dans un objectif de protection de la santé publique, la directive européenne 2008/50/CE impose que la concentration moyenne annuelle en PM2.5 ne dépasse pas les 25 µg/m3. Entre le 1er janvier 2010 et le 31 décembre 2014, il s’agissait d’une valeur cible. Depuis le 1er janvier 2015 cet objectif est devenu contraignant (valeur limite).

La législation européenne a imposé également une méthode commune pour calculer et évaluer un indicateur d’exposition moyenne de la population (IEM) de chaque Etat membre, pour permettre de suivre l’évolution des concentrations de fond urbaines de PM2.5. L’IEM belge a été déterminé sur base des concentrations mesurées dans les stations de Molenbeek-St-Jean et de Uccle du réseau bruxellois ainsi que dans 4 stations de fond en Flandre (à Brugge, Gent, Antwerpen, Schoten) et 2 stations de fond en Wallonie (à Liège et Charleroi). Une valeur limite de 20 µg/m3 a été fixée pour l’IEM belge à l’horizon 2015 (moyenne de 2013, 2014 et 2015). L’IEM doit en outre baisser de 20% en 2020 (soit en moyenne sur les années 2018-2019-2020) par rapport à sa valeur en 2011 (soit en moyenne sur les années 2009-2010-2011). En appliquant un raisonnement analogue et une même méthode de calcul aux seules stations de Molenbeek-St-Jean et de Uccle, nous avons obtenu un IEM bruxellois dont la valeur cible à atteindre en 2020 correspond à 16,7 µg/m3 (voir fiche méthodologique des indicateurs PM2.5). C’est cette valeur qui servira de référence pour évaluer notre indicateur d’exposition régionale.

Concentration en PM 2.5 dans l’air

En Région de Bruxelles-Capitale, cinq stations du réseau télémétrique de la qualité de l'air mesurent en continu les PM2.5. La série de données débute en 2006, soit l’année d’installation des moniteurs TEOM-FDMS en Région de Bruxelles-Capitale. Avant 2006, la Région était équipée de moniteurs TEOM. L’observation des données depuis 2006 garantit la comparabilité de celles-ci d’un mois à l’autre ou d’une année à l’autre, étant donné qu’il n’y a pas de différence d’instrumentation.

Pour donner une idée générale de l’évolution temporelle globale des concentrations de PM2.5, les concentrations mensuelles de PM2.5, en moyenne sur les cinq postes de mesure de la Région sur la période 2006-2014 sont tracées sur la figure ci-dessous.

Evolution des concentrations mensuelles de PM2.5 en moyenne sur toutes les stations de mesures bruxelloises, sur la période 2006-2014.

Source : Bruxelles Environnement, Laboratoire de recherche en environnement (air)

Evolution des concentrations mensuelles de PM2.5 en moyenne sur toutes les stations de mesures bruxelloises

Malgré de grandes fluctuations d’un mois à l’autre, résultant principalement de la qualité de la dispersion météorologique (vent, pluie, stabilité de l’atmosphère, etc.), on peut constater une tendance (linéaire) à la baisse des concentrations (cf. ligne rouge). La tendance évolue ainsi depuis la tranche des 20-25 µg/m3, avant 2010, vers la tranche 15-20 µg/m3, depuis 2011.

La tendance globale de réduction à long terme des concentrations de particules fines s’explique par les mesures de réduction d’émissions de polluants (comme par exemple l’introduction de filtres à particules de plus en plus performants pour les véhicules). Grâce à l’amélioration des technologies, les émissions de NOx diminuent en Europe d’année en année, sauf aux stations influencées par le trafic où la tendance observée est plutôt stable (voir indicateur "Emissions de substances acidifiantes"). Les NOx sont un précurseur des particules secondaires, formées principalement dans la fraction PM2.5. Il est donc possible que la diminution progressive des concentrations de PM2.5 s’explique en partie par la diminution des NOx.

Indicateurs pour les PM2.5 dans l’air

Pour que l’indicateur PM2.5 soit représentatif de l’exposition de la majorité de la population aux concentrations de PM2.5 sur la Région de Bruxelles-capitale, celui-ci est basé sur les données PM2.5 de deux stations de mesure suivantes :

  • la station de l’écluse 11 à Molenbeek-Saint-Jean qui est représentative d’un environnement urbain influencé par le trafic routier,
  • la station d’Uccle qui enregistre des concentrations de fond urbain, soit les concentrations dans l’air loin des sources.

Afin d’évaluer l’évolution temporelle à la lumière des valeurs européennes, l’indicateur bruxellois pour les PM2.5 considère aussi bien les moyennes annuelles (2ème figure) que les moyennes glissantes sur trois années consécutives (3ème figure) des concentrations mesurées à ces deux stations.

Evolution de la moyenne annuelle de PM2.5 en µg/m³ aux stations de Molenbeek-Saint-Jean et de Uccle, de 2006 à 2014.

Source : Bruxelles Environnement, Laboratoire de recherche en environnement (air)

Evolution de la moyenne annuelle de PM2.5 en µg/m³ aux stations de Molenbeek-Saint-Jean et de Uccle, de 2006 à 2014

On peut voir sur la figure ci-dessus que depuis 2006, la concentration annuelle en PM2.5 à la station de Molenbeek-Saint-Jean est restée systématiquement en-dessous de la valeur limite européenne de 25 µg/m3, sauf en 2011 où celle-ci a été dépassée de manière marginale (25,1 µg/m3). Rappelons que cette valeur limite n’était pas encore d’application à l’époque et n’était alors qu’une valeur cible, non contraignante au niveau de la législation européenne. Depuis 2012, plus aucune station du réseau de surveillance de la Région n’a dépassé la valeur limite annuelle européenne. Notons cependant que, malgré le respect de la norme européenne et l’amélioration nette des concentrations de PM2.5 en moyenne annuelle à Bruxelles, celles-ci excèdent de loin la valeur guide de l’OMS fixée à 10 µg/m3.

La station d’Uccle présente des concentrations systématiquement plus basses qu’à Molenbeek-Saint-Jean (sauf en 2014), ce qui est logique puisqu’il s’agit d’une station de fond urbain, non influencée par les sources locales. En 2014, les concentrations similaires à Uccle et Molenbeek-Saint-Jean (17 µg/m3 contre 16,7 µg/m3, respectivement) s’expliquent d’une part par le fait qu’il peut arriver, si la dispersion est excellente (comme ce fut le cas en 2014), que les niveaux de concentration de fond et urbain deviennent comparables, et d’autre part par l’incertitude de mesure.  Les fluctuations d’une année à l’autre résultent en grande partie de la qualité de la dispersion atmosphérique liée aux conditions météorologiques.

Evolution de l’IEM régional correspondant à la concentration moyenne glissante de PM2.5 sur trois ans, en moyenne sur les stations de Molenbeek et de Uccle

Source : Bruxelles Environnement, Laboratoire de recherche en environnement (air)

Evolution de l’IEM régional correspondant à la concentration moyenne glissante de PM2.5 sur trois ans, en moyenne sur les stations de Molenbeek et de Uccle

L’évolution de l’IEM bruxellois est globalement décroissante, avec une forte diminution entre 2013 et 2014 et un passage sous le seuil des 20 µg/m3 qui constitue l’objectif imposé pour 2015. Ceci s’explique entre autres par le fait que 2014 fut une année exceptionnellement bonne pour la qualité de l’air.

Si l’objectif pour l’exposition moyenne de la population à l’horizon 2015 ne semble pas poser de problèmes, il est cependant trop tôt pour conclure au sujet de l’objectif 2020. La valeur cible à atteindre en 2020 pour l’IEM bruxellois est de 16,7 µg/m3. Si nous extrapolons la tendance linéaire décroissante des concentrations IEM depuis 2008, cette valeur cible ne sera atteinte qu’après 2025 (il est néanmoins probable que la mise en place de nouvelles mesures de réduction des émissions entraînera une réduction plus rapide des concentrations). Si par contre nous nous basons sur la tendance linéaire décroissante des concentrations depuis 2011, la valeur de 16,7 µg/m3 devrait être atteinte entre 2018 et 2020.

Origine des particules PM2.5

En raison de leur petite taille, les PM2.5 sont susceptibles d’être transportées par les masses d’air sur de longues distances et, de ce fait, les concentrations mesurées à Bruxelles ne résultent pas uniquement d’émissions locales. Elles s'expliquent par :

  • la pollution de fond (telle que mesurée en Ardenne par exemple), provenant des mouvements des masses d’air à l’échelle européenne,
  • la contribution transrégionale, importée en Région bruxelloise via les flux de masses d'air entre les Régions,
  • la pollution urbaine de fond, c’est-à-dire la pollution urbaine mesurée loin des sources, et résultant des émissions du chauffage et du trafic comme c’est le cas dans les stations à Uccle et à Berchem-St-Agathe,
  • la contribution urbaine locale, principalement liée au trafic (dans le cas d’un environnement avec une habitation plus dense comme par exemple à Molenbeek-St-Jean) et, le cas échéant, la contribution supplémentaire du trafic que l’on retrouve dans les zones à haute densité de véhicules.

À côté de ces différentes contributions, rappelons que les PM2.5 peuvent être

  • émis directement (particules primaires) et
  • formés à grande échelle sur base de polluants gazeux présents dans l’air (particules secondaires). En ce qui concerne les particules minérales, celles-ci sont principalement formées sur base du dioxyde d’azote, de l’ammoniac et du dioxyde de soufre.

Contributions aux concentrations de PM2.5 mesurées en Région bruxelloise

Source : Bruxelles Environnement, Laboratoire de recherche en environnement (air)

Contributions aux concentrations de PM2.5 mesurées en Région bruxelloise

La figure ci-dessus présente l’estimation des différentes contributions aux PM2.5 sur base de différentes stations de mesure représentatives des environnements cités ci-dessus pour la période 2010-2014 (5 dernières années). La contribution de fond a été calculée sur base de la moyenne des stations de Vielsalm (43N085) et de Habay-la-Neuve (43N132), la contribution transrégionale sur base de la station de Corroy-le-Grand (43N063), la contribution de fond urbain sur base des stations d’Uccle (41R012) et de Berchem-Ste-Agathe (41B011), et enfin la contribution urbaine sur base de la station de Molenbeek-St-Jean (41R001). Cette estimation a été réalisée d’une part pour tous les jours de la période 2010-2014, et d’autre part pour les jours de concentrations en PM10 élevées (notamment les journées avec une moyenne journalière dépassant la norme de 50 µg/m3), à défaut d’avoir une norme journalière pour les PM2.5.

Si l’on considère tous les jours de la période 2010-2014, on peut voir que la pollution de fond contribue pour 45 % aux concentrations mesurées de PM2.5 à Bruxelles, alors que les contributions transrégionales et de fond urbain combinées contribuent pour 35% à celle-ci, et enfin que la contribution urbaine locale est de 20%. Si l’on considère uniquement les jours qui se caractérisent par un dépassement de la norme européenne journalière pour les PM10, ces proportions varient peu : la contribution de fond augmente à 46%, les contributions transrégionales et de fond urbain passent à 38%, et la contribution locale descend à 16 %. On peut donc en conclure qu’au minimum 80% des PM2.5 proviennent du transport à longue et moyenne distance. Tout comme les PM10, les PM2.5 sont un polluant dont l’étendue spatiale est grande. La part restante (entre 16 et 20%) est attribuable aux sources locales.

Notons enfin que le phénomène de remise en suspension des particules ne concerne pas les PM2.5 mais principalement les particules les plus grosses dont le diamètre est typiquement compris entre 2,5 et 10 µm.

Situation des PM2.5 au niveau belge

De manière générale, les PM2.5 seront plus élevés, en moyenne annuelle, dans les zones où la densité de population est plus élevée, en raison de la contribution locale. En Belgique, les concentrations de PM2.5 sont plus élevées au nord du sillon Sambre et Meuse, comme le montre la carte d’interpolation ci-dessous.

Interpolation RIO de la moyenne annuelle de PM2.5 en Belgique en 2013

Les petits cercles noirs correspondent aux stations de mesure

Source : IRCEL-CELINE, rapport annuel 2013 de la qualité de l’air en Belgique

Interpolation RIO de la moyenne annuelle de PM2.5 en Belgique en 2013

 

Date de mise à jour: 19/01/2018