Cartographie de la pollution de l'air

La cartographie répond à de nouvelles exigences réglementaires et à un besoin d'information de la population vis-à-vis de la répartition de la pollution dans l'espace. Elle nécessite néanmoins des compétences spécifiques au traitement de l'information spatialisée s'appuyant sur outils complexes (gestion d'information géolocalisée, techniques d'interpolation, création de cartes). Le problème de la représentation spatiale des données peut se décomposer en deux sous-parties :

 d'une part, la représentation des données acquises sur le terrain par les réseaux de mesure. Cette phase s'appuient essentiellement sur les données récoltées par les instruments de mesure sur le terrain. Le travail essentiel est alors de constituer un ensemble homogène de données sur une zone, afin de connaître au mieux les concentrations de polluants en certains points donnés. Les Systèmes d'Information Géographique permettent de visualiser et d'organiser ces données de polluants (et bien d'autres) dans l'espace.

 d'autre part, le calcul des concentrations des polluants en tout point de l'espace au moyen de techniques d'interpolation. Cette étape est la plus délicate, puisqu'elle nécessite la maîtrise d'une (ou plusieurs) techniques d'interpolation afin d'estimer, à partir des données ponctuelles relevées sur le terrain, des concentrations en tout point de l'espace. Les méthodes d'interpolation géostatistiques sont parmi les plus employées dans les réseaux de surveillance.

Enfin, il est nécessaire de rappeler que la cartographie repose d'abord et avant tout sur des mesures, qui elles seules contribuent à caractériser du mieux possible les concentrations réelles sur le terrain. Les techniques de représentation spatiale permettent, à partir de ces données, d'obtenir une image du comportement des polluants dans l'espace. Ces représentations s'attachent toutes à identifier certaines caractéristiques de la pollution sur une zone, sans pouvoir en donner la répartition exacte.

 Les Systèmes d'Information Géographique (SIG)

Dans les réseaux francs-comtois, comme dans la majorité des réseaux de surveillance français, le logiciel MapInfo assure la gestion des données géoréférencées (une donnée distribuée dans l'espace). Ces données constituent la matière pour la constitution de cartes. Il s'agit d'abord des éléments permettant la construction des cartes "routières" classiques (routes, voies d'eau, bâti, forêt, etc.), ainsi que des données de pollution : mesures par stations fixes, mesures par camion laboratoire, mesures par prélèvements passifs et actifs, résultats de modélisation, etc... D'autres données peuvent également être insérées dans la base de données d'information géographique : population (densité, âge, sexe, etc.), émissions (polluants, tonnage, etc.), sanitaire (pathologie, hospitalisations, décès, etc.).

Figure : Campagne de mesure de l'ozone en Franche-Comté
(moyenne juin 2002)

Le SIG offre principalement deux possibilités pour la surveillance de l'air :

 la conception de cartographie à partir de n'importe quel élément de l'espace (routes, forêt, etc...)

 le croisement des données disponibles pour obtenir une expertise avancée sur la connaissance de la population et de ses effets ; de fait, la constitution de bases de données géographiques dans de nombreux domaines encourage le croisement des données de pollution avec des données sanitaires ou d'émission de polluant (par exemple).

Les méthodes d'interpolation géostatistique

La connaissance des niveaux de pollution en tout point d'une zone nécessite :

 d'une part, de nombreuses données de mesure d'un (ou plusieurs) polluants sur ce territoire que l'on rapporte à des coordonnées géographique précises (latitude / longitude)

 d'autre part, un outil d'interpolation permettant de calculer, à partir des données de mesure, les concentrations en tout point de la zone : il s'agit alors d'une estimation mathématique de cette concentration.

Il existe de nombreuses techniques d'interpolation, basées sur des considérations mathématiques plus ou moins complexes. Dans le cadre de la surveillance de l'air, la très grande majorité des réseaux de surveillance s'est orientée vers l'utilisation de techniques géostatistiques et plus spécialement le krigeage. Déjà utilisée dans de nombreux domaines de l'environnement, le krigeage offre trois avantages majeurs par rapport aux autres méthodes :

 la structure du champ de pollution est construite à partir de considérations sur le lien statistique de la pollution dans l'espace. On définit ainsi la structure statistique du phénomène, notamment en évaluant, si c'est possible, sa portée, c'est-à-dire la distance à partir de laquelle les mesures effectuées sur deux points n'ont plus de lien statistique.

 le krigeage est un interpolateur exact (la valeur estimée sur un point de mesure est égale à la valeur du point de mesure) et optimal (il minimise la variance sur l'erreur d'estimation)

 le krigeage, au contraire d'autres interpolateurs, permet de calculer une incertitude sur la valeur interpolée

Figure : Exemple d'utilisation du krigeage pour estimer des concentrations en polluants
(concentration moyenne en ozone en juin 2002)

L'utilisation de cette technique débute dans le cadre de la pollution atmosphérique et de nombreux développements sont en cours, notamment dans le cadre des activités de recherche-développement du Laboratoire Central de la Surveillance de la Qualité de l'Air (LCSQA).