Articles

Origine de l’ozone troposphérique (03) : méthodologie des rétrotrajectoires

Les rétrotrajectoires permettent de déterminer la provenance des parcelles d’air selon les propriétés de celles-ci, comme la vitesse et la direction. Cette méthode est combinée avec la pollution atmosphérique pour estimer les principales sources de polluants.


Les rétrotrajectoires sont une méthode permettant de déterminer le lieu probable d’une parcelle d’air de son point d’arrivée vers son point d’origine(1). Cette méthode est de plus en plus utilisée dans les études sur la qualité de l’air et la dispersion des polluants atmosphériques(2). Pour cette étude, l’utilisation du modèle météorologique numérique d’Environnement Canada est préconisée. Elle se base sur un modèle stochastique lagrangien(3). La méthode est plutôt simple, puisqu’elle assume que les parcelles d’air vont garder les mêmes propriétés tout au long de leur déplacement. Elle permet de calculer, avec les données de direction et de vitesse des vents, le déplacement d’une parcelle d’air, pour un pas de temps de 6 h. Par la suite, à l’aide de la station météorologique la plus proche, un autre retour est calculé pour le même pas de temps, jusqu’à un retour de 36 h. Les masses d’air d’une pression de 925 mb (ce qui correspond à environ 760 m d’altitude) sont utilisées, puisque, selon la littérature scientifique, ce sont les masses d’air qui représentent le mieux le transport des polluants dans le nord-est de l’Amérique(4).

Dans le cadre de l’étude, ces rétrotrajectoires ont été jumelées avec les moyennes journalières d’O3, calculées entre 2006 et 2015, pour 8 stations d’échantillonnage du Québec méridional. Puis, les rétrotrajectoires ont été placées à l’intérieur d’une grille de 190 km par 190 km. Enfin, selon la distribution des concentrations d’O3, les rétrotrajectoires ont été divisées pour créer trois cartes : la première avec le tiers des concentrations d’O3 les plus basses, la deuxième avec le tiers des concentrations mitoyennes et la dernière avec le tiers des concentrations les plus élevées. La carte 1 représente le pourcentage de l’origine des rétrotrajectoires pour la station Primevères, dans la ville de Québec. Lorsque les concentrations en O3 sont basses (à gauche), les rétrotrajectoires proviennent davantage de l’est de l’Ontario. Plus les concentrations augmentent, plus les rétrotrajectoires proviennent du nord du Québec. De plus, il y a aussi un pourcentage des rétrotrajectoires qui proviennent de la région des Grands Lacs. 

D’abord, pour expliquer les rétrotrajectoires associées aux hautes concentrations qui proviennent du nord du Québec, il faut se tourner vers la circulation atmosphérique Brewer-Dobson. En effet, cette circulation permet les échanges d’ozone de la basse stratosphère vers la troposphère, autour du 50e parallèle(5). Les masses d’air en provenance du nord se chargent donc d’O3, particulièrement au printemps, et ces masses d’air se retrouvent au-dessus du Québec. Or, avec les changements climatiques, les scientifiques s’attendent à une augmentation de la vitesse de cette circulation. Cela aura pour effet d’augmenter le transfert de l’O3 de la stratosphère vers la troposphère, augmentant ainsi les concentrations mesurées(6). Mais pour comprendre plus étroitement les rétrotrajectoires associées aux hautes concentrations d’O3 en provenance de la région des Grands Lacs, il faut aussi regarder les aspects socio-économiques de la région. Il s’agit en effet d’une région fortement industrialisée, avec notamment une industrie automobile importante(7). L’industrie automobile est une grande émettrice de composés organiques volatils (COV), qui sont des précurseurs à l’O3 (8)(9), en plus d’avoir certains taxons de cyanobactéries qui produisent eux aussi des bio-COV. Ces deux facteurs permettent d’expliquer les rétrotrajectoires en provenance de Grands Lacs associées aux hautes concentrations d’ozone. Ce type d’études permet de voir que, malgré l’importance des émissions locales des précurseurs d’O3, la pollution « longue distance » n’est pas négligeable. Il est donc important que les décideurs mettent sur pied des mesures globales pour réduire leurs émissions, puisque la pollution n’affecte pas seulement la population locale. De plus, avec le raffinement des modèles de projection climatique, il est important de prendre en compte le déplacement des polluants, dont l’impact n’est pas négligeable.


Références :

(1) Leduc, R., 1998. Pollution atmosphérique et impacts sur la santé et l’environnement dans la grande région de Montréal. Regroupement montréalais pour la qualité de l’air.

(2) Saylan, L., Toros, H. et Sen O., 2009. Back Trajectory Analysis of Precipitation Chemistry in the Urban and Forest Areas of Istanbul, Turkey. CLEAN – Soil, Air, Water, 37(2): 132-135.

(3) D’Amours, R., et al., 2015. The Canadian Meteorological Centre’s Atmospheric Transport and Dispersion Modelling Suite. Atmosphere-Ocean: 1-24.

(4) Brook, J.R., et al., 2002. Regional Transport and Urban Contributions to Fine Particle Concentrations in Southeastern Canada. Journal of the Air & Waste Management Association, 52(7): 855-866.

(5) Neu, J., et al., 2014. Tropospheric ozone variations governed by changes in stratospheric circulation. Nature Geoscience, 7(5): 340.

(6) Zeng, G., et al., 2010. Impact of stratospheric ozone recovery on tropospheric ozone and its budget. Geophysical Research Letters, 37(9).

(7) Beauchemin, M., 2015. Microplastiques dans les grands lacs: Pistes de réflexion pour des solutions adaptées à la réalité canadienne. Dans: Centre universitaire de formation en environnement et en développement durable. Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Canada: 113.

(8) Environnement et changement climatique Canada et Envrionmental Protection Agency, 2017. État des Grands Lacs 2017. Rapport technique. 597.

(9) Masclet, P., 2005. Pollution atmosphérique : causes, conséquences, solutions, perspectives. Ellipses Marketing, Paris.