Mesures de dioxyde d’azote à Bruxelles à partir d’un vélo

Dans les grandes villes comme Bruxelles, des dépassements de la réglementation européenne sur les concentrations de NO2, un des principaux polluants atmosphériques affectant la qualité de l'air, sont régulièrement signalés. Nous avons équipé le vélo speed pedelec de l’IASB d'un système de mesure du NO2 composé de deux instruments complémentaires permettant de mesurer simultanément la colonne intégrée de NO2 et sa concentration à la surface. Ce système a été déployé durant l'été 2022 pour caractériser la variabilité spatiale du NO2 dans différentes parties de Bruxelles. Les résultats ont également été utilisés pour interpréter les observations de l'instrument satellite TROPOMI.

Le NO2 comme marqueur de la pollution due au trafic routier

Avec les particules fines, le dioxyde d'azote (NO2) est l'un des principaux polluants affectant la qualité de l'air. Il s'agit non seulement d'une molécule toxique pour le système respiratoire, mais elle contribue également à la formation d’ozone et de particules fines. Le NO2 contribue également à l'acidification de l'eau et du sol.

Parce qu'il est directement produit par la combustion, il est considéré comme un excellent marqueur de la pollution due au trafic routier. En particulier dans les zones urbaines densément peuplées, son abondance est difficile à réguler et des dépassements des réglementations européennes sont souvent signalés.

Quelle est la qualité de l'air que nous respirons à Bruxelles?

Cette question a récemment été abordée par CurieuzenAir, une expérience scientifique citoyenne à grande échelle qui s'est déroulée à Bruxelles de fin septembre à mi-octobre 2021. Pendant un mois, la concentration de NO2 a été mesurée en 2 483 points, dispersés dans toute la Région, révélant de nombreux faits intéressants sur la distribution de la pollution dans la ville et sa relation avec les aspects urbanistiques et sociétaux.

Inspirés par cette expérience, nous avons décidé d'équiper un vélo SpeedPedelec avec deux capteurs de NO2 différents, tous deux basés sur la technique de spectroscopie d'absorption optique différentielle (DOAS), l'un d'entre eux mesurant la colonne totale de NO2 au-dessus de l'instrument et le second (ICAD) dédié à la quantification de la concentration de NO2 près de la surface.

Cette expérience, appelée bikeDOAS, a été mise en place et testée au printemps 2022 et a fonctionné sur le terrain en juillet-août de la même année, avec l'aide de deux jeunes étudiants enthousiastes. Au total, ils ont parcouru environ 1000 km dans les rues de Bruxelles, en échantillonnant la concentration de NO2 et la colonne verticale respectivement toutes les 2 et 5 secondes. Les mesures pouvaient être visualisées en temps réel au moyen d'un tableau de bord installé à l'avant du vélo.

Résultats de la campagne d'été avec le bikeDOAS

Dans l'ensemble, nos résultats confirment les conclusions de l'expérience CurieuzenAir, à savoir qu'à Bruxelles, la pollution est principalement concentrée dans le centre-ville. La fréquence élevée des mesures effectuées par bikeDOAS a permis d'identifier clairement les panaches locaux de NO2 directement émis par les voitures individuelles et leur dispersion rapide dans le trafic.

Pour la validation, nous avons comparé avec succès nos mesures avec les données de référence du réseau télémétrique de qualité de l'air de Bruxelles Environnement. Nous nous sommes également concentrés sur une étude détaillée de la relation entre la concentration en surface et les données intégrées dans la colonne.  Enfin, les données de la colonne de NO2 ont été utilisées pour vérifier la précision des mesures satellitaires enregistrées simultanément depuis l'espace par l'instrument TROPOMI à bord de la plateforme satellitaire Sentinel-5 Precursor.

Colonne verticale NO2 par l'instrument bikeDOAS TROPOMI
Mesures simultanées de la colonne verticale de NO2 par l'instrument bikeDOAS et le capteur satellitaire TROPOMI. Compte tenu de la colocalisation imparfaite des masses d'air échantillonnées par les deux systèmes (voir panneau de gauche), un excellent accord est trouvé sur les valeurs moyennes journalières de la colonne de NO2 (panneau de droite).