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Mesurer la pollution, alors que les sources bougent et que la météo change, n’est pas une mince affaire. Carte participative de la pollution aux particules fines (PM 10) réalisée à Rennes dans le cadre de l’opération de mesure citoyenne Ambassad’Air. WikiRennes, CC BY

Pollution de l’air en ville : cartographie, microcapteurs et sciences participatives

Imaginez que vous déménagiez avec votre famille et que vous soyez à la recherche d’un logement dans une grande ville que vous ne connaissez pas. Vous êtes attentif·ve au choix du quartier, mais vous vous intéressez aussi à la qualité de l’air, côté santé. En consultant le site de l’organisme agréé de surveillance de la qualité de l’air de votre région, vous constatez, perplexe, que des données apparaissent pour votre quartier, mais que ce dernier est pourtant dépourvu de station de mesure. Comment cela est-il possible ?

Les organismes en charge de la surveillance de la qualité de l’air utilisent des modèles pour « boucher les trous » entre les stations de mesures. Problème : les sources d’émission et la météo sont par nature extrêmement fluctuantes et les modèles peinent à prendre en compte ces variations permanentes. C’est pourquoi les simulations et prévisions présentent des taux d’incertitude nettement plus élevés que les données des stations de référence (50 % ou plus dans certains cas).

Or, les cartes fournies sur les sites de surveillance ne montrent pas les incertitudes. Il est ainsi difficile d’organiser le trafic urbain pour réduire la pollution partout à la fois : on a vu à Paris que le manque de précision sur le niveau de pollution dans les rues avoisinantes avait conduit à des débats, expertises et contre-expertises lors de la fermeture des voies sur berge de la Seine.

Comment marche la surveillance de la qualité de l’air ?

Les organismes agréés sont aussi appelés « AASQA » (association agréée de surveillance de la qualité de l’air). Il s’agit par exemple d’Atmosud dans la région PACA ou d’AirParif en Île-de-France. Ils ont pour mission principale de surveiller et de prévoir la qualité de l’air extérieur en continu, d’informer le public et les autorités concernées, et de réaliser régulièrement un relevé de toutes les émissions mesurées – particules fines, oxydes d’azote, ozone – pour une période donnée sur la région.

Ces « inventaires d’émission » sont produits à partir des mesures issues de stations de référence fixes, composées d’instruments professionnels. L’achat des instruments, leur maintenance et leur exploitation représentent un coût élevé, qui relève principalement des collectivités territoriales. Par ailleurs, les conditions de mesures répondent à un cahier des charges précis : hauteur au-dessus du sol, entrée de l’air dans les capteurs, échantillonnage, entre autres.

En complément, les organismes agréés utilisent des modèles numériques ou statistiques qui s’appuient sur les inventaires, le trafic moyen, et aussi la météo du jour pour estimer la répartition des principaux polluants dans la région considérée. C’est grâce à cette combinaison entre mesures et modélisations qu’il est possible d’établir des cartographies de la qualité de l’air qui couvrent l’ensemble du territoire, sans déployer des capteurs à chaque coin de rue. Mais il reste le problème des incertitudes liées aux fluctuations imprévisibles des sources de pollution, et de la météo.

Les microcapteurs au service de cartographies dynamiques

Dès lors, on comprend pourquoi les acteurs de la surveillance de la qualité de l’air dans les territoires s’intéressent à l’arrivée sur le marché depuis quelques années de petits capteurs, mobiles et de relativement faible coût (quelques centaines d’euros en général), par rapport à celui des capteurs installés dans les stations de référence (pouvant atteindre plusieurs milliers d’euros, selon le capteur, ses performances, entre autres). Ces « microcapteurs » permettraient de multiplier les points de mesure, et apportent donc l’espoir d’amélioration de la résolution spatiale des cartographies journalières et des modèles qui intégreraient leurs données.

Ceux-ci peuvent être déployés dans le cadre de dispositifs de mesure fixes ou expérimentaux par les organismes agréés, mais aussi acquis par des citoyens, indépendamment des réseaux de surveillance de la qualité de l’air. Dans l’idéal, les données pourraient être renvoyées aux organismes agréés pour compléter le réseau de mesure de la pollution. En pratique actuellement, certaines sont traitées directement par les entreprises fournissant les capteurs, ou sont utilisées dans le cadre de projets de recherche.

Mais les conditions de mesure des microcapteurs sont-elles équivalentes à celles des stations de référence ? Les premiers retours d’expérience font apparaître que ces microcapteurs exploitent des détecteurs de moindre qualité et qu’ils présentent le risque de ne pas être étalonnés régulièrement. En raison du manque de fiabilité des détecteurs utilisés, les données fournies sont moyennées, le plus souvent sur une minute, ce qui représente un pas de temps trop long pour être significatif quand la personne qui porte le capteur est en mouvement.

Avec un capteur mesurant les particules toutes les minutes, que mesure t-on ? Exemple d’un trajet rue Cuvier à Paris depuis la rue Jussieu jusqu’au quai St-Bernard : le piéton perçoit les variations liées au passage d’un véhicule (à gauche) puis il s’approche du quai, où la pollution est forte. En trottinette, le passage du véhicule est occulté mais l’augmentation près du quai est détectée. A vélo, l’unique mesure ne permet pas de distinguer les événements. Stéphane Pawlak et Laurence Eymard, CC BY

La mise en place d’un réseau de mesure de la qualité de l’air soulève un bon nombre de difficultés (logistique, technique et scientifique). Ces difficultés sont bien sûr exacerbées quand des microcapteurs peu précis et demandant des protocoles d’utilisation stricts sont utilisés par des volontaires qui ne sont pas formés aux « contraintes » de la réalisation d’une mesure utilisable par le réseau de surveillance !

Captation citoyenne et co-construction de connaissances nouvelles

La mobilisation de citoyens pour mettre en place de réseaux de capteurs fait actuellement l’objet de nombreux projets de recherche.

La Frida Box permettait de mesurer le CO₂, entre autres applications connectées, développée par Arslonga. Jean‑Pierre Dalbéra, Wikipedia, CC BY

Certains projets portent surtout sur les usages des microcapteurs : qu’est-ce qui est mesuré, par qui, comment et pourquoi, par exemple les projets Mobicit’Air à Grenoble et Ambassad’Air à Rennes.

D’autres, contribuent à une meilleure connaissance de la pollution par la construction d’une cartographie participative de la qualité de l’air en milieu urbain, c’est le cas du projet Respirons mieux, dans le 20e arrondissement de Paris.

Notre projet Expo’Ped, en partenariat avec la mairie d’Ivry-sur-Seine, explore également cette dimension de cartographie en associant un groupe de personnes à la construction de connaissances sur leur quartier, intégrant la qualité de l’air. À terme, ce projet pourrait conduire à une réorganisation de la circulation dans le quartier.

Pour débuter ce projet, nous avons décidé de fournir aux participant·es des bases sur la pollution qu’ils vont mesurer (composition, sources, diffusion dans l’atmosphère…). De plus, le fonctionnement, les limites techniques du capteur utilisé, et la nécessité des opérations d’étalonnage seront expliqués pour que le capteur ne soit pas une « boîte noire ». L’objectif est que les participant·es au projet se sentent libres de faire des expériences par eux-mêmes, et acquièrent un savoir empirique qui leur permettra de contribuer à l’élaboration des protocoles de mesures : hauteur de mesures, contexte, durée minimale, etc. En croisant leurs observations, et en échangeant avec des scientifiques spécialistes, les volontaires deviendront capables d’exploiter leur capteur, tant pour cartographier la pollution que pour évaluer leur exposition individuelle. La personne porteuse étant active et informée, elle n’est pas simplement un « support » mobile d’acquisition de données exploitées par d’autres. Autre avantage, les données collectées peuvent être exploitées scientifiquement.

À l’issue du projet, nous espérons que chaque participant·e, tirant des enseignements des résultats obtenus, saura adapter son comportement dans sa vie quotidienne : éviter de rester près d’une source de pollution lors de ces déplacements en ville, analyser les principales sources de pollution susceptibles d’affecter sa santé et réduire ses propres émissions.

La plupart des projets de sciences participatives ont cette vocation double de construction de connaissances et de mise en capacité des participant·es. Dans, cette optique, la communauté scientifique Capteurs et Sciences Participatives s’est constituée pour échanger sur les bonnes pratiques des sciences participatives utilisant des capteurs, dans divers domaines environnementaux et en particulier sur la qualité de l’air.

Et vous, seriez-vous prêt·e à contribuer à un projet d’observation participative de la pollution atmosphérique ?


Cet article a été coécrit par Jeremy Hornung, de l’association PartiCitEnv’s. Florence Huguenin-Richard, maîtresse de conférence en géographie dans l’unité Médiations, coordonne le projet Expo’Ped, qui est financé par Sorbonne Université.


Cet article fait partie de la série « Les belles histoires de la science ouverte » publiée avec le soutien du ministère de l’Enseignement supérieur, de la Recherche et de l’Innovation. Pour en savoir plus, visitez le site Ouvrirlascience.fr.


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