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Rapport sur la caractérisation du bassin atmosphérique de Georgia Basin-Puget Sound 2014

7. Ozone

Roxanne Vingarzan (Environnement Canada), Robert Kotchenruther (Environmental Protection Agency, Région 10), Sarah Hanna et Rita So (Environnement Canada), Ranil Dhammapala (Département de l’Écologie de l’État de Washington)

L’ozone troposphérique (O3), un élément important dans la composition du smog, a reçu une attention particulièrement importante au cours des dernières décennies. Une bonne partie de cette attention a été portée sur la reconnaissance de ses effets nocifs sur la santé humaine, les cultures et la végétation. Ce chapitre présente la formation de l’ozone troposphérique, les tendances saisonnières et à long terme des concentrations ambiantes d’ozone, ainsi que le régime de production d’ozone dans le bassin atmosphérique de Georgia Basin/Puget Sound.

7.1 Chimie de l’ozone troposphérique

L’ozone est un constituant trace important de l’atmosphère. Il est généralement présent à des concentrations mesurables à partir de la surface jusqu’à 50 km en altitude. Environ 90 % de l’ozone se trouve dans la stratosphère, avec des concentrations de pointe près des altitudes de 17 km. Cette région stratosphérique à forte concentration en ozone est appelée la couche d’ozone. Par l’entremise du cycle ozone-oxygène, la couche d’ozone joue un rôle essentiel dans la protection de la Terre contre le rayonnement ultraviolet nocif.

Toutefois, la chimie et les effets environnementaux de l’ozone sont assez différents dans la troposphère. L’ozone troposphérique joue un rôle important dans le smog urbain, en tant que polluant secondaire commun, régional, qui interagit avec d’autres polluants de l’air comme le NOx et les composés organiques volatils (COV). Par rapport à l’ozone stratosphérique, l’ozone au niveau du sol, également appelé l’ozone troposphérique, joue un rôle plus important dans la qualité de l’air, et sera, par conséquent, l’objet de ce chapitre. À moins d’indication contraire, l’ozone renverra à l’ozone troposphérique.

Les trois principaux déterminants de la chimie de l’ozone sont les émissions de NOx, de composés organiques volatils et de la lumière du soleil. L’ozone est produit par photolyse du dioxyde d’azote (NO2), ce qui permet de créer de l’oxyde nitrique (NO) et un seul atome d’oxygène. Cet atome d’oxygène s’associe ensuite à l’oxygène moléculaire (O2) pour former l’ozone (O3). En l’absence de composés organiques volatils, l’O3réagit avec le NO pour former de nouveau le NO2, ce qui génère une production nette d’ozone nulle; cette réaction est nommée titrage de NOx. Lorsque les composés organiques volatils sont présents, ils peuvent réagir en présence de la lumière du soleil (principalement) et créer des radicaux qui à leur tour réagissent avec le NO pour former de nouveau le NO2, et concurrencer le type de réaction qui consume l’O3, générant la production nette d’ozone. Par conséquent, les concentrations d’O3 augmentent lorsque des quantités suffisantes de NOx et de composés organiques volatils sont présentes avec une lumière du soleil appropriée. L’augmentation des niveaux d’ozone a un impact positif sur la formation d’ozone et de matières particulaires fines grâce à la production de radicaux hydroxyles, ce qui génère des radicaux organiques, des nitrates organiques et de l’acide nitrique. Le rapport des concentrations ambiantes de composés organiques volatils par rapport au NOx est très important pour le taux de production d’ozone. La relation de ce rapport à la production d’ozone est assez bien comprise (NARSTO, 2000). Le diagramme EKMA (Empirical Kinetic Modelling Approach) (Figure 7.1) est une approche de modèle à boîte simple servant à estimer la quantité d’ozone produite à différentes concentrations de composés organiques volatils et de NOx. Le modèle indique que, en l’absence de transport important d’ozone dans la région, le rapport composés organiques volatils/NOx d’environ 8:1 est optimal pour la formation d’ozone. Si le rapport local tombe en dehors de la plage optimale, la production d’ozone est limitée par la capacité d’une espèce à lutter pour obtenir les oxydants disponibles (principalement des radicaux OH). Il s’agit d’un concept important dans la compréhension de la production d’ozone dans le bassin atmosphérique de Georgia Basin/Puget Sound. Des modèles plus complets qui incluent la dynamique et le transport peuvent donner un aperçu plus clair de l’incidence des stratégies de contrôle dans le bassin atmosphérique.

Figure 7.1 Relation entre les NOx, les composés organiques volatils et l’ozone, exprimée sous forme de diagramme EKMA(NARSTO, 2000).

Figure 7.1 Relation entre les NOx, les composés organiques volatils et l’ozone, exprimée sous forme de diagramme Ekma (NARSTO, 2000). (Voir la description ci-dessous)

Description de la figure 7.1

La figure 7.1 est un diagramme EKMA avec la concentration en COV (en ppmC) marquée sur l'axe x, et les concentrations en NOx (en ppm) marquée sur l'axe y. La plage de concentration en COV est de 0 à 2 ppmC, et la plage de concentration en NOx est de 0 à 0,25 ppm. Également marqués sont les isoplèthes d'ozone à 0,08, 0,12, 0,2, 0,3, 0,35 et 0,4 ppm. Une ligne est également tracée le long du rapport COV/NOx de 8:1. Cette ligne s'étend en diagonale de l'origine au coin supérieur droit. Le régime limité des COV survient lorsque le rapport COV/NOx est largement inférieur à 8/1, c'est-à-dire lorsqu'il se situe dans la zone au-dessus de la ligne 8/1 des COV/NOx. Dans ce cas, la source OH est inférieure à la source NOx et les isoplèthes d'ozone se situent à des concentrations NOx légèrement supérieures à mesure que la concentration de COV augmente. Le régime limité de NOxsurvient lorsque le rapport COV/NOx est largement supérieur à 8/1, c'est-à-dire lorsqu'il se situe dans la zone au-dessous de la ligne 8/1 des COV/NOx. Dans ce cas, la source OH est supérieure à la source NOx et les isoplèthes d'ozone se situent à des concentrations NOx légèrement décroissantes à mesure que les concentrations de COV augmentent.

 

7.2 Ozone de fond

Aux fins de cette discussion, l’ozone de fond est défini comme le niveau ambiant d’ozone découlant d’émissions anthropiques et naturelles à l’extérieur du bassin atmosphérique et des sources naturelles dans le bassin atmosphérique. L’ozone de fond est important en tant que composant de l’ozone à l’échelle locale et indique la limite inférieure qui peut être atteinte au moyen d’efforts de réduction à l’échelle locale.

7.2.1 Sources d’ozone de fond

Il existe trois sources d’ozone de fond documentées comme il est décrit dans (Dann et al., 2011) : 1) le mélange en aval de la haute troposphère à la surface, 2) le transport d’ozone de l’extérieur du bassin atmosphérique, et 3) la production photochimique in situ découlant du transport naturel (méthane biosynthétique, NOx, composés organiques volatils) et l’ozone transporté des précurseurs tels que le PAN (nitrate de peroxyacétile). Les principales sources épisodiques d’ozone de fond en Colombie-Britannique sont les suivantes :

  • Intrusions d’air riche en ozone stratosphérique au cours des événements de repliement stratosphérique (Bovis, 2003)
  • Transport transpacifique de l’ozone d’origine anthropique (Jaffe et al., 2004)
  • Transport transpacifique de l’ozone généré par la combustion de la biomasse (Keating et al., 2005).
  • « Ozone naturel » généré localement à partir de la foudre et des incendies de forêt.

L’importance relative de ces sources épisodiques d’ozone de fond pour la Colombie-Britannique est quantifiée dans le tableau 7.1.

Tableau 7.1 Incidence des événements épisodiques à partir des sources d’ozone de fond en Colombie-Britannique (adapté de McKendry, 2006).
Sources de fondConcentration maximale d’ozone dans l’air ambiantDurée de l’événementContribution de l’ozone de fond à l’air ambiantÉtendue spatialeFréquence
Intrusion stratosphérique 130 à 40 ppbjoursentre 50 et 100 %
(de 20 à 40 ppb)
au niveau régionalplusieurs fois par année
Épisodes d’ozone anthropique transpacifique 2>80 ppb à la troposphère moyenne
40 ppb au sol
plusieurs heures à plusieurs jours50 % à la troposphère moyenne
De 0 à 10 % au sol (5 ppb)
au niveau régionalprintemps
4 à 6 cas par décennie
Panaches transpacifiques issus de la combustion de biomasse 396 ppbheuresPanache de Sibérie 15 % (15 ppb) de 50 % des concentrations « normales » d’ozone de fondau niveau régionalplusieurs fois par décennie
Incendies dans les forêts locales 460 ppbjoursvariables en fonction de l’endroit de l’incendieau niveau localinter-annuels

Remarques :

1 Bovis (2003)

2 Jaffe et al. (2003)

3Keating et al. (2005); Bertschi et Jaffe (2005), Bertschi et al. (2004), Jaffe et al. (2004)

4 En fonction de l’analyse de l’événement de Kelowna en 2003

Description du tableau 7.1

Le tableau 7.1 présente l'incidence de quatre sources d'ozone de fond en Colombie-Britannique.

La première rangée du tableau contient les en-têtes « Sources de fond », « Concentration maximale d'ozone dans l'air ambiant », « Durée de l'événement », « Contribution de fond à l'air ambiant », « Étendue spatiale », et « Fréquence ». La première colonne montre les différentes sources de fond prises en compte. Elles sont :

  • Intrusion stratosphérique (référence : Bovis [2003])
  • Épisodes d'ozone anthropique transpacifique (référence : Jaffe et al. [2003])
  • Panaches transpacifiques issus de la combustion de biomasse (références : Keating et al. [2005]; Bertschi et Jaffe [2005], Bertschi et al. [2004], Jaffe et al.[2004])
  • Incendies dans les forêts locales (en fonction de l'analyse de l'événement de Kelowna en 2003)

La deuxième à la sixième colonnes donnent les détails sur la façon dont chaque type de source de fond a une incidence sur l'ozone en Colombie-Britannique.

La concentration maximale d'ozone dans l'air ambiant pour l'intrusion stratosphérique est de 30 à 40 ppb, la durée de l'événement se mesure en jours, la contribution de fond à l'air ambiant est de 50 à 100 % (20 à 40 ppb), l'étendue spatiale est régionale, et la fréquence est plusieurs fois par année.

La concentration maximale d'ozone dans l'air ambiant pour les épisodes d'ozone anthropique transpacifique est de plus de 80 ppb dans la troposphère moyenne et de 40 ppb près du sol, la durée de l'événement se mesure en heures ou en jours, la contribution de fond à l'air ambiant est de 50 % dans la troposphère moyenne et de 0 à 10 % au sol (5 ppb), l'étendue spatiale est régionale, et la fréquence est quatre à six fois par décennie, au printemps.

La concentration maximale d'ozone dans l'air ambiant pour les panaches transpacifiques issus de la combustion de biomasse est de 96 ppb, la durée de l'événement se mesure en heures, la contribution de fond à l'air ambiant correspond à la panache de Sibérie 15 % (15 ppb) de 50% des concentrations « normales » d'ozone de fond, l'étendue spatiale est régionale, et la fréquence est plusieurs fois par décennie.

La concentration maximale d'ozone dans l'air ambiant pour les incendies dans les forêts locales est de 60 ppb, la durée de l'événement se mesure en jours, la contribution de fond à l'air ambiant est variable selon l'endroit de l'incendie, l'étendue spatiale est locale, et la fréquence est interannuelle.

 

L’intrusion de l’ozone de la stratosphère dans la troposphère a été analysée par plusieurs études dans la vallée du bas Fraser. Bovis (2003) a utilisé un isotope radioactif du béryllium (7Be), servant de traceur pour l’ozone stratosphérique, et a conclu que cette source pourrait contribuer de 20 à 40 ppb aux concentrations de pointe d’ozone à court terme. Toutefois, on a constaté que leur incidence épisodique sur ces concentrations d’ozone de fond au niveau du sol était relativement faible. En outre, l’étude n’a pas relevé de fréquence accrue des échanges stratosphère-troposphère (EST) durant le printemps, lorsque les concentrations médianes d’ozone sont notamment les plus élevées. Les événements d’intrusion stratosphérique sont généralement plus importants dans les sites les plus élevés (Dann et al., 2011). Bien que leur impact n’ait pas été quantifié dans le tableau 7.1, il est également possible que l’ozone de la troposphère haute descende à la surface dans des conditions particulières. Vingarzan et al. (2007) ont découvert que les concentrations élevées d’ozone en hiver s’élevant jusqu’à 77 ppb étaient associées à un mouvement vertical coïncidant avec le passage des fronts froids.

Le transport épisodique transpacifique de l’ozone (généré par combustion de biomasse ou combustion anthropique en Asie) peut augmenter de 5 à 15 ppbles concentrations au niveau du sol à court terme, sur la côte ouest de l’Amérique du Nord (McKendry, 2006). Jaffe et al. (2004) ont démontré que les vastes feux irréprimés en Sibérie au cours de l’été 2003 ont probablement eu une incidence importante sur le dépassement de la norme d’ozone (O3) à Enumclaw, Washington, lorsque les concentrations moyennes sur une période de huit heures ont atteint 96 ppb. Sur ces concentrations, 15 ppbétaient attribués au panache des incendies sibériens. Les études de modélisation indiquent que les concentrations d’ozone troposphérique dans le bassin atmosphérique de la région de Puget Sound sont plus sensibles aux émissions asiatiques comparativement à d’autres régions des États-Unis (CNRC, 2009), du fait d’être situées sous le vent par rapport à ces émissions. La contribution du transport grande distance sur les niveaux ambiants d’ozone dans le bassin atmosphérique est examinée plus en détail dans le chapitre 11, « Transport transfrontalier ».

7.2.2 Moyenne et tendances de l’ozone de fond

Vingarzan (2004) a estimé que le niveau d’ozone de fond moyen au Canada était de 20 à 35 ppb et variait en fonction des saisons, notamment avec une valeur pic au printemps. Ceci est comparable au niveau d’ozone de fond pertinent relatif à la politique de 20 à 40 ppbaux États-Unis (CNRC, 2009). Au cours des trois dernières décennies, le niveau d’ozone de fond à des latitudes moyennes dans l’hémisphère Nord a connu une hausse d’environ 0,5 % à 2 % par année (Vingarzan, 2004). Cette augmentation est apparue en dépit d’une diminution des pics de concentration d’ozone dans la plupart des zones les plus densément peuplées des États-Unis, du fait des réductions des émissions locales de NOx et des hydrocarbures non méthaniques (HCNM) (USEPA, 2003).

Le niveau d’ozone de fond de 20 à 35 ppb représente environ 50 % du standard pancanadien pour l’ozone et environ 35 % de la norme nationale actuelle sur la qualité de l’air ambiant aux États-Unis (U.S. National Ambient Air Quality Standard) de 75 ppb. Étant donné la variabilité à court terme des sources d’ozone de fond, McKendry (2006) indique qu’il est probable que le standard pancanadien puisse être occasionnellement dépassé en Colombie-Britannique par les sources d’ozone de fond seules ou par l’effet additif de l’ozone anthropique produit localement et des niveaux d’ozone de fond.

Une étude plus récente menée par Chan et Vet (2009) a permis d’analyser l’ozone de fond sur 97 sites non urbains au Canada et aux États-Unis au cours de la période allant de 1997 à 2006. L’analyse des rétrotrajectoires regroupées a été effectuée pour déterminer le secteur de l’air de fond le plus pur pour chaque site. Dans la région de Georgia Basin, la concentration d’ozone de fond variait par année de 14 à 24 ppb. Les niveaux d’ozone de fond présentaient des variations saisonnières et diurnes, avec des concentrations allant de 22 à 24 ppb au printemps et de 15 à 23 ppb en hiver (Dann et al., 2011; Chan et Vet (2009)). Il s’est avéré que les niveaux d’ozone de fond ont considérablement augmenté de 0,28 ppb/année au printemps et de 0,72 ppb/année en été. Au niveau de la marge d’erreur, ces valeurs sont cohérentes avec d’autres renseignements sur les tendances pour les sites de référence de la côte ouest des États-Unis, variant entre 0,3 et 0,4 ppb/année (CNRC, 2009).

7.3 Cycles saisonniers et diurnes de l’ozone dans l’air ambiant

7.3.1 Cycles saisonniers

Les mesures de l’ozone recueillies dans les zones urbaines, suburbaines et rurales dans le bassin atmosphérique fournissent une bonne description des variations dans la répartition spatiale et temporelle des concentrations d’ozone. Généralement, les mesures de l’ozone sont analysées pour la période de pointe de la saison estivale de l’ozone de mai à septembre. Sachant que la production photochimique d’ozone dépend de la chaleur et de l’ensoleillement (à l’exception des précurseurs de NOx et de composés organiques volatils), le potentiel de formation d’ozone atteint une période de pointe au cours de l’été. Les concentrations les plus élevées d’ozone pour l’année sont enregistrées au cours de cette période, qui est associée aux événements ou épisodes de pointe de courte durée.

Figure 7.2 illustre le rapport mensuel des diagrammes en boîtes relatifs aux concentrations d’ozone sur les sites de surveillance de l’ozone à l’année à Puget Sound et à l’est de Surrey dans le bassin atmosphérique de Georgia Basin. Certains sites récemment abandonnés avec des enregistrements de données à long terme sont également présentés. Comme c’est habituellement le cas pour la région, les plus fortes valeurs maximales sont relevées entre mai et août et les plus fortes concentrations mensuelles moyennes sont relevées au cours du printemps. Cette concentration maximale d’ozone au printemps est liée à la production supérieure d’ozone par des réactions photochimiques améliorées dépendantes des ultra-violets et par une concentration saisonnière maximale dans le transport transpacifique d’ozone et de précurseurs d’ozone (Vingarzan, 2003). Des concentrations plus faibles pendant l’automne et l’hiver sont causées par une diminution de la production à l’échelle locale en raison de températures plus fraîches et du rayonnement solaire moindre.

Figure 7.2 Diagrammes en boîtes des concentrations maximales d’ozone pendant 8 heures sur les sites à l’année dans le bassin atmosphérique du Georgia Basin/Puget Sound.

Figure 7.2. Diagrammes en boîtes des concentrations maximales d’ozone pendant 8 heures sur les sites à l’année dans le bassin atmosphérique du Georgia Basin/Puget Sound. (Voir la description ci-dessous)

Remarques : « IQR » (boîte bleue) est défini comme la fourchette interquartile; les valeurs aberrantes ne sont pas nécessairement importantes d’un point de vue statistique

Description de la figure 7.2

La figure 7.2 montre les diagrammes en boîtes mensuels de la concentration d'ozone maximale moyenne chevauchante sur 8 heures (en ppb) pour sept sites à l'année dans le bassin de Georgia et le bassin atmosphérique de Puget Sound. La valeur médiane, la valeur moyenne, l'intervalle interquartile (IQR), la valeur de l'intervalle interquartile égale à 1,5 fois, et toute valeur aberrante sont montrés (les valeurs aberrantes ne sont pas statistiquement significatives).

Pour Seattle-Beacon Hill, il y a des données de mars 2007 à octobre 2011. La concentration maximale la plus élevée est enregistrée en mai (environ 50 ppb) et les concentrations mensuelles moyennes les plus élevées se produisent en avril et en mai (environ 35 ppb). La concentration mensuelle moyenne minimale est enregistrée d'octobre à février, et est d'environ 20 ppb.

Pour l'est de Surrey, il y a des données de janvier 1994 à décembre 2008. La concentration maximale la plus élevée est enregistrée en mai (environ 60 ppb) et les concentrations mensuelles moyennes les plus élevées se produisent en avril et en mai (environ 40 ppb). La concentration mensuelle moyenne minimale est enregistrée d'octobre à janvier, et est d'environ 15 ppb.

Pour Tahoma Woods, il y a des données d'octobre 1991 à août 2011. La concentration maximale la plus élevée est enregistrée en juillet (environ 75 ppb) et les concentrations mensuelles moyennes les plus élevées se produisent en avril et en mai (environ 40 ppb). La concentration mensuelle moyenne minimale est enregistrée d'octobre à janvier, et est d'environ 20 ppb.

Pour Cheeka Peak, il y a des données de mai 2003 à octobre 2011. La concentration maximale la plus élevée est enregistrée en avril (environ 60 ppb) et la concentration mensuelle moyenne la plus élevée se produit en avril (environ 45 ppb). La concentration mensuelle moyenne minimale est enregistrée en juillet et en août, et est d'environ 25 ppb.

Pour Marblemount, il y a des données de février 1996 à décembre 2007. Les concentrations maximales les plus élevées sont enregistrées en juillet et en août (environ 60 ppb) et la concentration mensuelle moyenne la plus élevée se produit en avril (environ 35 ppb). La concentration mensuelle moyenne minimale est enregistrée d'octobre à janvier, et est d'environ 15 ppb.

Pour le Mont Rainier, il y a des données de juillet 1998 à octobre 2011. La concentration maximale la plus élevée est enregistrée en août (environ 70 ppb) et les concentrations mensuelles moyennes les plus élevées se produisent en mars et en avril (environ 45 ppb). La concentration mensuelle moyenne minimale est enregistrée en juin, et est d'environ 35 ppb.

Pour le parc national Olympique, il y a des données de septembre 1991 à décembre 2004. La concentration maximale la plus élevée est enregistrée en mai (environ 45 ppb) et les concentrations mensuelles moyennes les plus élevées se produisent en avril et en mai (environ 35 ppb). La concentration mensuelle moyenne minimale est enregistrée de juillet à janvier, et est d'environ 20 ppb.

 

Il est également évident d’après Figure 7.2, que le Mont Rainier et Cheeka Peak affichent des profils clairement différents des autres sites. Le Mont Rainier est un site de fond en haute altitude (1,615 m) qui est souvent dissocié de la couche limite. L’amplitude des moyennes mensuelles n’est pas aussi prononcée qu’à d’autres sites, même des concentrations élevées d’ozone pendant les mois d’été sont parfois observées à cet endroit en raison de l’influence des incendies de forêt. Cheeka Peak, un site de fond côtier élevé (478 m), mis en place dans le but de mesurer les concentrations de fond, advecté vers les États-Unis par l’océan Pacifique, présente le profil typique dominé au printemps des sites de fond.

Pour mieux visualiser la comparaison des concentrations d’ozone entre différents emplacements, les différences mensuelles entre les sites sélectionnés ont été examinées (figure 7.3). Le profil saisonnier de l’ozone de Beacon Hill et de l’est de Surrey en dehors des mois d’été se caractérise par des concentrations inférieures aux concentrations d’ozone ambiantes. Il s’agit d’une conséquence de « Titrage de NOx » dans les zones urbaines (voir la section suivante). Les concentrations du site de Surrey sont légèrement plus élevées que celles de Beacon Hill pendant les mois d’été, sachant que ce dernier site est situé dans une zone suburbaine alors que le site de Surrey est situé en centre-ville. Tahoma Woods, situé dans le parc national du Mont Rainier, est à 415 m au-dessus du niveau de la mer. L’influence du panache urbain à Tahoma Woods est évidente dans les niveaux d’O3 plus élevés par rapport au site de Cheeka Peak pendant les mois d’été. Les concentrations à Tahoma Woods également sont habituellement plus élevées qu’à Beacon Hill (figure 7.2), probablement en raison de l’absence d’effet de titrage du NOx susmentionné. Tahoma Woods et le site non abandonné de Marblemount dans les North Cascades (108 m) ont montré des tendances très similaires tout au long de l’année (figure 7.2), mais la concentration d’ozone à Tahoma Woods était supérieure à celle mesurée sur le site du parc national Olympique (427 m) pendant l’été (différences médianes mensuelles très proches de zéro entre octobre à mai) (non illustrées). La raison possible est que le parc national Olympique est rarement influencé par les panaches urbains, contrairement à Tahoma Woods qui est souvent influencé par les panaches urbains de la région de Seattle-Tacoma. Certaines influences urbaines ou la production d’ozone à l’échelle locale en raison de l’amélioration des composés organiques volatils biogéniques sont clairement visibles pendant les mois d’été et coïncident avec les jours les plus chauds avec une augmentation du mélange vertical. La concentration d’ozone au Mont Rainier est plus élevée qu’à Tahoma Woods pendant les mois en dehors de l’été, en raison de son altitude, ce qui entraîne un échantillonnage de l’air troposphérique libre la plupart du temps.

Figure 7.3 Rapport mensuel des différences dans les concentrations d’ozone maximales quotidiennes sur 8 heures entre les sites sélectionnés.

Figure 7.3 Rapport mensuel des différences dans les concentrations d’ozone maximales quotidiennes sur 8 heures entre les sites sélectionnés. (Voir la description ci-dessous)

Remarques : « IQR » (boîte bleue) représente une fourchette interquartile; les barres vertes indiquent 1,5*IQR; le bleu turquoise indique une différence médiane; les valeurs aberrantes (cercles noirs) ne sont pas nécessairement importantes d’un point de vue statistique

Description de la figure 7.3

La figure 7.3 montre des tracés en rectangle et moustaches des différences dans les concentrations d'ozone sur huit heures pour six paires de stations de surveillance de la pollution atmosphérique dans le bassin atmosphérique. Pour chaque paire de stations faisant l'objet d'une comparaison, l'axe X montre le mois et l'axe Y montre la différence dans la concentration d'ozone (en ppb).

Pour les stations de l'est de Surrey et de Cheeka Peak, la différence de concentration d'ozone médiane varie d'environ -20 ppb en novembre, décembre et janvier à environ +5 ppb en juillet. Toutes les différences sont négatives, à l'exception de juillet et d'août.

Pour les stations de Beacon Hill et de Cheeka Peak, la différence de concentration varie d'environ -15 ppb d'octobre à février à environ 0 ppb en juillet. Toutes les différences sont négatives.

Pour les stations de Beacon Hill, à Seattle et de l'est de Surrey, la différence de concentration d'ozone médiane varie d'un peu moins de zéro de mai à août, à environ +5 ppb en janvier. Toutes les différences se situent à + ou - 5 ppb de zéro.

Pour les stations de Tahoma Woods et de Cheeka Peak, la différence de concentration d'ozone médiane varie d'environ -15 ppb d'octobre à janvier à environ +5 ppb en juillet. Toutes les différences sont négatives, à l'exception de juillet et d'août.

Pour les stations du Mont Rainier et de Cheeka Peak, la différence de concentration d'ozone médiane varie de 0 ppb en avril et mai jusqu'à environ +10 ppben juillet. Toutes les différences sont supérieures à 0 ppb.

Pour les stations de Mont Rainier et de Tahoma Woods, la différence de concentration d'ozone médiane varie d'environ +5 ppb de juin à août, jusqu'à environ +20 ppbde novembre à janvier. Toutes les différences sont supérieures à 0 ppb.

 

7.3.2 Cycles diurnes

Les concentrations d’ozone suivent une variation diurne typique produite photochimiquement. figure 7.4 présente des données de concentrations d’ozone pour le site de Beacon Hill à Seattle. Des concentrations de pointe ont lieu dans le milieu de l’après-midi, et des valeurs minimales sont observées au cours des premières heures du matin.

Sachant que l’ozone a besoin de temps pour se former, les concentrations d’ozone les plus élevées sont souvent observées sur les sites sous le vent des émissions des précurseurs. À ce titre, les concentrations les plus élevées d’ozone troposphérique ne se trouvent généralement pas dans les zones urbaines où les précurseurs de l’ozone sont émis. Une autre raison de l’absence de concentrations d’ozone élevées dans les zones urbaines est l’absence de principales zones de sources de précurseurs d’ozone en amont du bassin atmosphérique de Georgia Basin/Puget Sound. Il s’agit là d’une différence importante entre la région et le nord de la côte est américaine. Les concentrations d’ozone les plus élevées de Puget Sound sont généralement observées près d’Enumclaw, au sud-est de Seattle, dans la direction des vents dominants pendant les événements à concentrations élevées d’ozone. Dans les zones urbaines, il est également fréquent d’observer des chutes de concentrations d’ozone à un niveau proche de zéro la nuit, comme il est illustré sous figure 7.4, du fait des réactions des niveaux ambiants d’ozone avec les émissions de NO (l’effet de titrage du NOx) et de l’absence de production photochimique d’ozone.

Figure 7.4 Variation diurne des concentrations d’ozone à Beacon Hill, Seattle.

Figure 7.4 Variation diurne des concentrations d’ozone à Beacon Hill, Seattle. (Voir la description ci-dessous)

Remarques : Basées sur les concentrations moyennes horaires (Station AIRS 53-033-0080)

Description de la figure 7.4

La figure 7.4 est un diagramme à barres qui montre les concentrations d'ozone moyennes horaires à Beacon Hill, à Seattle. L'axe X montre l'heure de la journée, de 0 à 24 h, et l'axe Y montre la concentration d'ozone, de 0 à 60 ppb. La valeur médiane, la valeur moyenne, la fourchette du 25e au 75e centile, la fourchette du 5e au 95e centile, et la valeur du 98e centile sont indiquées sur le diagramme. Une note indique que la représentation graphique est basée sur les concentrations moyennes horaires (Station AIRS 53-033-0080).

À 0 h, la valeur médiane et la valeur moyenne sont d'environ 16 ppb, mais la valeur médiane est légèrement supérieure. La fourchette du 25e au 75e centile est d'environ 6 à 24 ppb, la fourchette du 5e au 95e centile est d'environ 2 à 35 ppb, et le 98ecentile est d'environ 39 ppb. Il y a une diminution de toutes les valeurs jusqu'à ce qu'un minimum soit atteint à 6 h, lorsque la médiane est d'environ 9 ppb, la moyenne est d'environ 12 ppb, la fourchette du 25e au 75e centile est d'environ 2 à 17 ppb, la fourchette du 5e au 95e centile est d'environ 2 à 29 ppb, et le 98ecentile est d'environ 34 ppb. Il y a ensuite une augmentation constante jusqu'à ce qu'un maximum soit atteint à 14 h, lorsque la moyenne et la médiane se situent environ à 27 ppb. La fourchette du 25eau 75e centile est d'environ 20 à 34 ppb, et la fourchette du 5eau 95e centile est d'environ 7 à 45 ppb. La concentration maximale du 98e centile est d'environ 50 ppb et survient à 15 h. Après 15 h, il y a un déclin constant jusqu'à 20 h, lorsque la moyenne est d'environ 15 ppb, et la médiane est d'environ 14 ppb. La fourchette du 25eau 75e centile est d'environ 2 à 22 ppb, la fourchette du 5e au 95e centile est d'environ 2 à 34 ppb, et la valeur du 98ecentile est d'environ 39 ppb. À 24 h, la moyenne et la médiane sont d'environ 16 ppb, la fourchette du 25eau 75e centile est d'environ 5 à 23 ppb, la fourchette du 5e au 95e centile est d'environ 2 à 35 ppb, et la valeur du 98ecentile est d'environ 38 ppb.

 

Plusieurs sites ruraux présentent des concentrations maximales d’O3 en milieu d’après-midi, bien que le manque d’émissions de NOx permette aux valeurs d’ozone de rester de 10 à 20 pbb, ou plus, au cours de la nuit. Le profil diurne des concentrations d’ozone peut être modifié dans les sites ruraux par le biais du transport d’ozone et des précurseurs formant l’ozone. Les concentrations d’ozone peuvent atteindre des valeurs maximales pendant la soirée et au cours de la nuit, selon la nature du transport de l’ozone et la proximité du site avec les sources d’émission. Par exemple, des concentrations d’ozone à Paradise, sur le Mont Rainier, ont été observées entre 40 et 70 ppb au cours de la nuit, souvent avec des pics le matin plutôt que l’après-midi (Brace et Peterson, 1998).

Les sites de surveillance de montagne comme Paradise sur le Mont Rainier et près de White Pass dans les Cascades affichent des fluctuations diurnes légères dans les concentrations d’ozone et peuvent présenter des niveaux modérés à élevés d’ozone au cours de la journée pendant l’été (Krzyzanowski et al., 2006). Des études sur le Mont Rainier montrent une augmentation de l’exposition à l’ozone en altitude (Brace et Peterson, 1998). Ce phénomène est probablement dû à l’exposition accrue à l’ozone troposphérique libre. Par conséquent, les zones de haute altitude du bassin atmosphérique peuvent subir une augmentation globale supérieure des niveaux d’ozone par rapport à l’un ou l’autre des sites urbains et suburbains, où les niveaux maximums sont observés. Ce phénomène fragilise les écosystèmes alpins, notamment avec un risque d’endommagement lié à l’exposition chronique à l’ozone (Krzyzanowski et al., 2006). Se reporter au chapitre 12, Dépôt et répercussions écologiques, pour obtenir de plus amples renseignements sur les effets de l’ozone sur les écosystèmes fragiles.

À l’occasion, les épisodes de fortes concentrations d’ozone se poursuivent pendant deux jours ou au-delà d’une semaine. Ces épisodes de smog estivaux reçoivent une attention considérable en raison de leurs répercussions sur la santé humaine et la visibilité. Les conditions météorologiques qui favorisent un niveau de surface stagnant et l’inversion de subsidence sont les principaux facteurs qui déterminent la durée et l’intensité d’un épisode d’émissions d’ozone, comme il a été mentionné dans le chapitre 3, « Qualité de l’air et conditions météorologiques ». Dans des conditions météorologiques stagnantes, l’ozone et les précurseurs sont piégés, ce qui entraîne une augmentation de l’ozone qui s’alimente des émissions des précurseurs des journées précédentes. Ces conditions ont généralement une incidence simultanée sur le bassin atmosphérique de Georgia/Puget Sound, ce qui peut entraîner des dépassements des normes de l’ozone dans l’air ambiant.

7.4 Niveaux ambiants d’ozone par rapport aux normes et objectifs

Les normes et objectifs en matière de niveaux d’ozone fournissent aux décisionnaires une référence pour évaluer les niveaux d’ozone dans leur juridiction, informant ainsi les décisions sur les recours ou mesures préventives à prendre. Ils peuvent également être utilisés pour comparer la qualité de l’air entre les bassins atmosphériques et les zones des bassins Les concentrations d'ozone dans de nombreuses régions au sein de la zone atmosphérique du bassin de Georgia-Puget Sound restent inférieures aux normes nationales et aux objectifs régionaux. Cependant, certains sites avec de faibles émissions de précurseurs présentent des dépassements périodiques, même lorsque les niveaux d’ozone sur des sites avec de fortes émissions de précurseurs demeurent conformes aux normes.

Beacon Hill, à Seattle, et Robson Square, dans le centre de Vancouver, constituent de bons exemples de sites dans des régions ayant des émissions de précurseurs importantes où les concentrations d’ozone sont bien inférieures aux normes de qualité d’air (Figure 7.5 et Figure 7.6). En aval de ces sites, le transport constitue une composante importante pour les précurseurs d’ozone à l’échelle locale (en particulier les NOx). Par conséquent, les niveaux d’ozone en aval sont beaucoup plus proches des normes de qualité de l’air ambiant que les concentrations dans les sites urbains. Sous Figure 7.5, Enumclaw présente des niveaux d’ozone plus élevés qu’en amont de Seattle. De même, sous Figure 7.6, les sites à l’est de la vallée du bas Fraser (Abbotsford, Chilliwack, Hope) présentent des niveaux d’ozone plus élevés que les sites plus urbains en amont, à l’ouest (Kitsilano, Robson, Rocky Point).

En aval de Seattle, le site d’Enumclaw, WA, présente des concentrations d’ozone qui excèdent la norme d’ozone américaine actuelle à 75 ppb (Figure 7.5). Les valeurs de conception (moyenne sur trois ans des 4e valeurs maximales annuelles les plus élevées sur 24 heures, calculées à partir de moyennes chevauchantes sur 8 heures) pour les concentrations d’ozone à Enumclaw, sont demeurées entre 70 et 75 ppb au cours de la dernière décennie.

Dans la vallée du bas Fraser, les concentrations d’ozone les plus élevées se produisent dans la partie est de la vallée du bas Fraser, en conséquence du flux de la brise de mer, qui concentre les émissions des précurseurs vers son étendue est (Brook et al., 2011). Par conséquent, plusieurs stations dans les provinces de l’est de la vallée du Fraser ont été très proches de la mesure des standards pancanadiens au cours de ces dernières années (Figure 7.6), y compris Hope, qui dépassait le standard pancanadien entre 2003 et 2006.

Le contraste entre Robson Square et Hope est semblable à celui constaté entre Seattle et Enumclaw. Un site densément urbain, Robson Square, est exposé à des niveaux élevés d’émissions de gaz par les véhicules, et présente des niveaux annuels les plus élevés de NO2 dans la vallée du bas Fraser (24 ppb), excédant ainsi l’objectif annuel de qualité de l’air pour le NO2 de 22 ppb (Metro Vancouver, 2010). De faibles concentrations nocturnes d’O3indiquent un fort titrage par le NO sur ce site. À l’inverse, Hope connaît des niveaux de NOx typiques des régions rurales touchées en Colombie-Britannique, et leurs niveaux anthropiques de composés organiques volatils sont relativement bas comparativement à ceux des régions plus urbaines (Brook et al., 2011).

 

Figure 7.5 Mesure de la norme d’ozone de l’Environmental Protection Agency des États-Unis à Seattle et à Enumclaw dans la région de Puget Sound.

Figure 7.5 Mesure de la norme d’ozone de l’Environmental Protection Agency des États-Unis à Seattle et à Enumclaw dans la région de Puget Sound. (Voir la description ci-dessous)

Remarques : Moyennes chevauchantes sur 3 ans des quatrièmes valeurs maximales annuelles les plus élevées sur 24 heures, calculées à partir de moyennes chevauchantes sur 8 heures (Station AIRS 53-033-0080 pour Seattle) (Station AIRS 53-033-7001 et 53-033-0023 pour Enumclaw, sachant que le site a été modifié d’environ 2 milles au sud en 2000 à un emplacement comparable)

Description de la figure 7.5

La figure 7.5 comporte deux parties. À la droite, il y a une image satellite qui montre la région de Puget Sound; les villes de Seattle et d'Enumclaw sont indiquées par des cercles. À la gauche, il y a un diagramme dans lequel les années 1991 à 2012 sont indiquées sur l'axe X, et la concentration d'ozone de 0 à 100 ppbsur l'axe Y. Une ligne horizontale à 75 ppb indique la norme de qualité de l'air ambiant en vigueur aux États-Unis. Les données montrées sont des moyennes chevauchantes sur 3 ans des quatrièmes valeurs maximales annuelles les plus élevées sur 24 heures, calculées à partir de moyennes chevauchantes sur 8 heures obtenues à partir de la station AIRS 53-033-0080 pour Seattle, et des stations AIRS 53-033-7001 et 53-033-0023 pour Enumclaw (le site d'Enumclaw a été modifié d'environ 2 milles au sud en 2000 à un emplacement comparable). Pour Seattle, il y a des données pour 2002 à 2011; toutes les valeurs se situent entre 40 et 50 ppb, et il n'y a aucune tendance à la hausse ou à la baisse indiquée par les données. Pour Enumclaw, il y a des données pour 1992 à 2011; la valeur de 1992 se situe à environ 85 ppb, et toutes les autres valeurs se situent entre 65 et 80 ppb. Encore une fois, les données n'indiquent aucune tendance à la hausse ou à la baisse.

 

Une analyse récente fondée sur 20 ans de données, menée par Steyn et al. (2011), décrit la configuration spatiale de l’ozone pendant les conditions épisodiques dans la vallée du bas Fraser de la Colombie-Britannique. Les résultats de l’étude décrivent une concentration élevée centroïde placée au-dessus de l’étendue est de la vallée du bas Fraser, dans la région de Chilliwack et Hope, ce qui est cohérent avec la configuration spatiale des observations actuelles. Ce centroïde a changé depuis les années 1980; à cette époque, il s’est placé au-dessus de la partie centrale de la vallée du bas Fraser et plus près des montagnes de la rive nord. Ce changement peut être dû aux changements de la hausse des émissions de précurseurs dans la partie centrale de la vallée du bas Fraser. L’étude a également démontré un fort titrage de l’ozone dans la région source urbaine et autour de cette région (comme il est observé à Robson Square), avec des valeurs plus élevées en aval, comme il est illustré pour l’est de la vallée du bas Fraser sous Figure 7.6. L’étude laisse également entendre que l’accumulation des précurseurs avant le jour de dépassement joue un rôle important dans la configuration spatiale de l’ozone sur les jours de dépassement.

 

Figure 7.6 Mesure du standard pancanadien classique relatif à l’ozone pour six sites dans la vallée du bas Fraser.

Figure 7.6 Mesure du standard pancanadien classique relatif à l’ozone pour six sites dans la vallée du bas Fraser. (Voir la description ci-dessous)

Remarques : Moyennes chevauchantes sur 3 ans les 4e valeurs maximales annuelles les plus élevées sur 24 heures, calculées à partir de moyennes chevauchantes sur 8 heures (Stations NAPS, d’ouest en est : 100118, 100112, 100111, 101003, 101101, 101401)

Description de la figure 7.6

La figure 7.6 est composée de trois parties. Le graphique supérieur est une image satellite de la vallée du bas Fraser dans laquelle les emplacements des stations de surveillance de la qualité de l'air du Réseau national de surveillance de la pollution atmosphérique de Robson, de Kitsilano, de Rocky Point, d'Abbotsford, de Chilliwack et de Hope sont indiqués par des cercles. Deux représentations graphiques, l'une dans le coin inférieur gauche, et l'autre dans le coin inférieur droit, ont les années de 1975 à 2010 sur l'axe X, et la concentration d'ozone de 20 à 100 ppb sur l'axe Y. Les deux représentations graphiques ont également une ligne horizontale à la hauteur de 65 ppb qui indique la norme pancanadienne. À la gauche, il y a des données pour les stations de l'ouest de la vallée du bas Fraser (Robson, Kitsilano, et Rocky Point), et à la droite, il y a des données pour les stations de l'est de la vallée du bas Fraser (Abbotsford, Chilliwack et Hope). Les données présentées correspondent aux moyennes chevauchantes sur trois ans des 4e valeurs maximales annuelles les plus élevées sur 24 heures, calculées à partir de moyennes chevauchantes sur 8 heures (Stations NAPS, d'ouest en est : 100118, 100112, 100111, 101003, 101101, 101401)

Pour la station Robson, il y a des données pour la période de 1984 à 2009. En 1984, la concentration d'ozone était d'environ 23 ppb, et elle a augmenté de façon constante pour atteindre une concentration d'environ 33 ppb en 2009. Pour la station Kitsilano, il y a des données pour la période de 1990 à 2010. En 1990, la concentration d'ozone était d'environ 55 ppb; cette concentration a diminué de façon constante jusqu'à environ 45 ppb en 1997, et a ensuite demeuré entre 45 et 50 ppbjusqu'en 2010. Pour la station Rocky Point, il y a des données pour la période de 1979 à 2010. En 1979, la concentration d'ozone était d'environ 80 ppb. Cette concentration a augmenté pour atteindre un sommet de 95 ppb en 1981 et a ensuite diminué jusqu'à environ 45 ppb en 2001. Entre 2001 et 2010, la concentration est demeurée entre 45 et 50 ppb.

Pour la station Abbotsford, il y a des données pour la période de 2000 à 2009. En 2000, la concentration d'ozone était légèrement supérieure à 50 ppb. Cette concentration a augmenté jusqu'à un sommet d'environ 60 ppb en 2004, et est ensuite demeurée entre 55 et 60 ppbjusqu'en 2009. Pour la station Chilliwack, il y a des données pour la période de 1985 à 2010. En 1985, la concentration d'ozone était d'environ 70 ppb. Entre 1986 et 1995, la concentration est demeurée à environ 65 ppb, avant de diminuer jusqu'à un peu plus de 50 ppb en 1999. La concentration est ensuite retournée à 65 ppb pour la période de 2003 à 2005, avant de diminuer à environ 60 ppb pour 2006 à 2010. Pour la station Hope, il y a des données pour la période de 1998 à 2010. Pour la période de 1998 à 2001, la concentration d'ozone a diminué de façon constante de 65 ppbà environ 55 ppb, avant de monter jusqu'à un peu moins de 70 ppb en 2005. De 2005 à 2010, il y a eu un déclin constant jusqu'à environ 60 ppb.

 

7.5 Épisodes d’ozone

Bien que des dépassements des normes d'ozone soient observés le plus souvent à Hope et Enumclaw, la zone de dépassement au cours des épisodes d'ozone à l'échelle régionale peut être importante. Les épisodes d’ozone apparaissent en général pendant les mois de juillet et août, lorsque l’effet combiné du rayonnement ultraviolet, de la température et de la stagnation régionale est le plus élevé. Pendant les conditions épisodiques, les concentrations horaires d’ozone augmentent parfois au-delà de 80 ppbet occasionnellement au-delà de 100 ppb.

Entre 2001 et 2008, on a recensé un total de trois épisodes d’ozone à l’échelle régionale dans la vallée du bas Fraser. Un épisode régional était défini comme suit : un minimum de quatre des douze sites de surveillance enregistrant un des niveaux quotidiens d’ozone sur 8 heures supérieurs à 65 ppb. Ces épisodes sont résumés dans tableau 7.2.

Tableau 7.2 Résumé des épisodes d’ozone à l’échelle régionale dans la vallée du bas Fraser pour la période 2001-2008 (Adapté de Dann et al., 2011).
Critères des épisodes régionaux de la vallée du bas FraserNombre total d’épisodes régionauxDates des épisodes notablesNombre de sites ayant enregistré
Maximum 8 heures
Ozone > 65 ppb
Concentration maximale d’ozone (ppb) sur 8 heures
4 sites ou plus avec une concentration > 65 ppb
(Total des sites : 12)
3
20-Jun-2004
4
69
16-May-2006
5
73
17-May-2008
4
66
Description du tableau 7.2

Le tableau 7.2 est un résumé des épisodes d'ozone à l'échelle régionale dans la vallée du bas Fraser pour la période 2001-2008.

La première rangée du tableau contient les en-têtes « Critères des épisodes régionaux de la vallée du bas Fraser », « Nombre total d'épisodes régionaux », « Dates des épisodes notables », « Nombre de sites ayant enregistré une concentration maximale (sur 8 heures) d'O3> 65 ppb », et « Concentration maximale d'ozone (ppb) sur 8 heures ». La première colonne indique le critère des épisodes régionaux de la vallée du bas Fraser, c'est-à-dire quatre sites ou plus avec une concentration de plus de 65 ppb (sur un total de 12 sites). La deuxième colonne indique le nombre total d'épisodes régionaux, c'est-à-dire trois. La troisième colonne a trois rangées qui donne des dates d'épisodes notables, et les quatrième et cinquième colonnes présentent les détails de ces épisodes, c'est-à-dire le nombre de sites ayant enregistré une concentration maximale d'ozone sur huit heures de plus de 65 ppb et la concentration maximale d'ozone (ppb) sur huit heures.

 

Dans la région de Puget Sound, les concentrations d’ozone les plus élevées dans l’histoire récente ont eu lieu au cours de l’épisode du 22 au 28 juillet 1998. Des concentrations d’ozone moyennes sur une heure aussi élevées que 140 ppb ont été observées en aval de Seattle et les concentrations moyennes sur 8 heures ont atteint 111 ppb (Lamb et al., 2006). Plus récemment, de 2007 à 2009, les concentrations maximales d’ozone pendant une heure étaient aussi élevées que 114 ppb et les valeurs maximales moyennes sur huit heures ont atteint 91 ppb.

7.6 Tendances relatives à l’ozone dans le bassin atmosphérique de Georgia Basin

Les tendances des niveaux d’ozone ambiants ont été étudiées respectivement pour l’ouest et l’est de la vallée du bas Fraser, pendant la période 1991-2012, en utilisant les pentes intégrées de diverses régressions linéaires simples apparues sur différentes zones de la répartition statistique, comme il est illustré sous figure 7.7. La période comprise entre 1991 et 2012 a été choisie afin de saisir le régime d’émissions le plus à jour, y compris la mise en œuvre de la réglementation fédérale sur les véhicules et les carburants et du programme Air Care dans la vallée du bas Fraser. L’ouest et l’est de la vallée du bas Fraser ont été étudiés séparément pour faire la distinction entre la source de l’ouest et dans les zones en aval des zones de l’est. Dans l’ouest de la vallée du bas Fraser, les tendances de l’ozone étaient positives (p< 0,05) jusqu’au 95e centile, tandis que les valeurs maximales de l’ozone horaires ne montraient aucune tendance. Dans l’est de la vallée du bas Fraser, les tendances de l’ozone étaient positives (p< 0,05) jusqu’au 90e centile, et les valeurs maximales de l’ozone montraient une tendance à la baisse statistiquement significative. Malgré une tendance à la baisse des valeurs maximales dans l’est de la vallée du bas Fraser, les dépassements de la norme pancanadienne ont continué de se produire à Hope, à l’extrémité est de la vallée du bas Fraser tout au long de cette période. Dans l'ensemble, les tendances de l'ozone observées dans la vallée du bas Fraser concordent avec des concentrations limitées de composés organiques volatils dans la partie ouest du bassin atmosphérique et un régime de concentrations limitées de composés organiques volatils-NOx dans la partie est (voir la section 7.7 pour obtenir une analyse plus approfondie de la réactivité de l'ozone dans le bassin atmosphérique de la vallée du bas Fraser). Des tendances à la hausse dans la partie inférieure de la répartition d’O3 ont été constatées ailleurs (Jenkin, 2008) et on pense qu’elles reflètent en grande partie la baisse des niveaux de NOx (titrage diminué) et probablement les augmentations de l’ozone de fond (Société Royale, 2008).

Figure 7.7 Tendances de 1991 à 2012 de la concentration d’ozone horaire dans la vallée du bas Fraser.

Figure 7.7 Tendances de 1991 à 2012 de la concentration d’ozone horaire dans la vallée du bas Fraser. (Voir la description ci-dessous)

Remarques : Régression linéaire simple des données horaires moyennes pour la période de 1991 à 2008. Toutes les stations de la vallée du bas Fraser étaient incluses, excepté Robson. La limite ouest­est est à la frontière Surrey-Langley. Les tendances statistiquement importantes apparaissaient en rouge pour p < 0,5 (Brooke et al., 2011).

Description de la figure 7.7

La figure 7.7 est divisée en deux diagrammes : celui de la partie supérieure porte sur l'ouest de la vallée du bas Fraser, et celui de la partie inférieure, sur l'est de la vallée du bas Fraser. Sur les deux axes X, il y a les années de 1991 à 2012, et sur les deux axes Y, il y a les concentrations d'ozone de 0 à 100 ppb. Une note explique que ces diagrammes montrent une régression linéaire simple des données horaires moyennes pour la période de 1991 à 2012, que toutes les stations de la vallée du bas Fraser sont incluses sauf Robson, que la limite ouest-est se trouve à la frontière Surrey-Langley, et que les tendances à la hausse et à la baisse statistiquement significatives (p<0,05) sont indiquées.

Dans le panneau supérieur (ouest de la vallée du bas Fraser), les données pour les 10e, 25e, 50e, 75e, 90e et 95ecentiles sont présentées, ainsi que les données pour les concentrations maximales. Pour le 10e centile, il y a une tendance à la hausse significative, d'environ 2 à 5 ppb. Pour le 25e centile, il y a une tendance à la hausse significative, d'environ 5 à 10 ppb. Pour le 50e centile, il y a une tendance à la hausse significative, d'environ 10 à 15 ppb. Pour le 75e centile, il y a une tendance à la hausse significative, d'environ 20 à 25 ppb. Pour le 90e centile, il y a une tendance à la hausse significative, d'environ 30 à 35 ppb. Pour le 95e centile, il y a une tendance à la hausse significative, d'environ 35 à 39 ppb. Pour la concentration maximale, il n'y a pas de tendance significative, et la concentration est stable à un peu moins de 65 ppb.

Dans le panneau inférieur (est de la vallée du bas Fraser), les données pour les 10e, 25e, 50e, 75e, 90e et 95ecentiles sont également présentées, ainsi que les données pour les concentrations maximales. Pour le 10e centile, il y a une tendance à la hausse significative, d'environ 0 à 5 ppb. Pour le 25e centile, il y a une tendance à la hausse significative, d'environ 5 à 10 ppb. Pour le 50e centile, il y a une tendance à la hausse significative, d'environ 15 à 19 ppb. Pour le 75e centile, il y a une tendance à la hausse significative, d'environ 25 à 30 ppb. Pour le 90e centile, il y a une tendance à la hausse significative, d'environ 35 à 39 ppb. Pour le 95e centile, il n'y a aucune tendance significative et les concentrations sont stables à environ 40 ppb. Pour la concentration maximale, il y a une tendance à la baisse significative, d'environ 80 à 70 ppb.

 

Tableau 7.3 présente des tendances d’ozone ajustées en fonction des saisons et du climat au site régional de l’île Saturna. L’île Saturna est l’une des îles du Golfe du Détroit de Georgia, situé à la confluence des bras nord-ouest/sud-est et nord-est/sud-ouest du Détroit. Il existe très peu de sources anthropiques directes sur l’île, bien que le site soit parfois influencé par des panaches provenant de la circulation des navires (McLaren et al., 2010). Toutes les tendances affichent une augmentation de l’ozone, bien que les tendances les plus récentes, de 1997 à 2006, suggèrent un ralentissement de cette tendance.

Tableau 7.3 Tendances d’ozone ajustées en fonction des saisons et du climat sur l’île Saturna dans le bassin atmosphérique de Georgia Basin. Les tendances ont été calculées à l’aide d’un modèle général de régression multiple des moindres carrés et ajustées météorologiquement et désaisonnalisées à l’aide de plusieurs modèles de régression décrits dans Vingarzan et Taylor (2003).
Paramètre de tendance d’ozoneTendance d’ozone ajustée
1990-2006
(ppb/an-1)
Tendance d’ozone ajustée
1997-2006
(ppb/an-1)
Moyenne sur 24 heures
0.56
0.26
Concentration moyenne diurne
0.74
0.26
Concentration moyenne nocturne
0.49
0.31

Remarques : Les valeurs indiquées en gras sont statistiquement significatives à p<0,05. Les tendances sont ajustées en fonction du
climat et des saisons à partir des observations du site CAPMoN/NAPS 102001 (altitude : 178 m).
Moyennes diurnes : 10 heures - 18 heures; Moyennes nocturnes : 20 heures - 4 heures. Source : (Dann
et al., 2011).

Description du tableau 7.3

Le tableau 7.3 présente les tendances d'ozone ajustées sur l'île Saturna pour les périodes de 1990 à 2006, et de 1997 à 2006.

La première rangée du tableau contient les en-têtes « Paramètre de tendance d'ozone », « Tendance d'ozone ajustée, 1990-2006 (ppb an -1) », et « Tendance d'ozone ajustée, 1997-2006 (ppb an-1) ». La première colonne indique les paramètres de tendance d'ozone : moyenne sur 24 heures, moyenne diurne, et moyenne nocturne. La deuxième colonne montre la tendance d'ozone ajustée pour la période de 1990 à 2006. La troisième colonne montre la tendance d'ozone ajustée pour la période de 1997 à 2006.

 

7.7 Régime de production d’ozone dans la région du bassin de Géorgie

Les politiques locales de contrôle de l’ozone doivent prendre en compte le régime de production d’ozone, qui est généralement classifié comme limité par les composés organiques volatils ou limité par le NOx (ce qui renvoie au polluant qui limite le taux de production d’ozone, comme il est décrit dans la Figure 7.1).

7.7.1 Résultats de l’analyse des données sur l’air ambiant

Vingarzan et Schwarzhoff (2010) ont examiné la réactivité de l’ozone dans la vallée du bas Fraser en analysant les rapports COV/NOx à la saison chaude à partir de 10 stations NAPS avec des données remontant jusqu’au début des années 1990. Ils ont découvert que, en moyenne, la limite relative aux composés organiques volatils définie par les rapports COV/NOx inférieurs à 8 a été observée à divers degrés sur la plupart des sites de la vallée du bas Fraser (figure 7.8). Deux sites situés à proximité de raffineries de pétrole ont été jugés limités par le NOx, Hastings et Kensington (non illustré). Rocky Point est proche de la limite COV/NOx illustrée dans la figure 7.9; cependant, ce site est influencé par des émissions fugitives de composés organiques volatils provenant des réservoirs de pétrole situés à proximité. Une analyse des tendances a indiqué que les rapports COV/NOx avaient baissé depuis 1989. La majeure partie de cette baisse des composés organiques volatils et des NOx est apparue au début des années 1990, coïncidant avec l’amélioration des véhicules et des carburants mandatée par le gouvernement fédéral, ainsi que la mise en place du programme Air Care dans la vallée du bas Fraser.

Figure 7.8 Total des rapports COV, NOxCOV/NO>x dans la vallée du bas Fraser.

Figure 7.8 Total des rapports COV, NOX et COV/NOx dans la vallée du bas Fraser. (Voir la description ci-dessous)

Remarques : Basé sur les concentrations moyennes d’avril à septembre, 1998-2007 (Vingarzan et Schwarzhoff, 2010).
Les stations de surveillance sont indiquées dans l’ordre, d’ouest en est.

Description de la figure 7.8

La figure 7.8 est un diagramme à barres qui présente le rapport COV/NOx et la concentration moyenne de COV et de NOx (en ppb) pour les stations de surveillance de la qualité de l'air du Réseau national de surveillance de la pollution atmosphérique à l'aéroport de Vancouver, au sud de Richmond, à Robson, au sud de Burnaby, à Rocky Point, à l'est de Surrey, à Chilliwack, et à Hope. Une note indique que les données sont basées sur les concentrations moyennes d'avril à septembre, pour la période de 1998 à 2007 (Vingarzan et Schwarzhoff, 2010). Les stations sont indiquées d’ouest en est.

À l'aéroport de Vancouver, le rapport COV/NOx moyen était juste au-dessus de deux, la concentration moyenne de COV était d'environ 2,5 ppb, et la concentration moyenne de NOxétait d'environ 1 ppb.

Au sud de Richmond, le rapport COV/NOx moyen était juste au-dessous de 4 ppb, la concentration moyenne de COV était d'environ 2,75 ppb, et la concentration moyenne de NOxétait d'environ 0,75 ppb.

À Robson, le rapport COV/NOx moyen était d'environ 2,5 ppb, la concentration moyenne de COVétait d'environ 5 ppb, et la concentration moyenne de NOx était d'environ 2 ppb.

Au sud de Burnaby, le rapport COV/NOx moyen était d'environ 2,5 ppb, la concentration moyenne de COVétait d'environ 2,25 ppb, et la concentration moyenne de NOx était d'environ 0,75 ppb.

À Rocky Point, le rapport COV/NOx moyen était d'environ 5,5 ppb, la concentration moyenne de COVétait d'environ 5 ppb, et la concentration moyenne de NOx était d'environ 1 ppb.

À l'est de Surrey, le rapport COV/NOx moyen était d'environ 3,5 ppb, la concentration moyenne de COVétait d'environ 1,5 ppb, et la concentration moyenne de NOx était d'environ 0,5 ppb.

À Chilliwack, le rapport COV/NOx moyen était d'environ 2 ppb, la concentration moyenne de COVétait d'environ 1,75 ppb, et la concentration moyenne de NOx était d'environ 1 ppb.

À Hope, le rapport COV/NOx moyen était d'environ 1,25 ppb, la concentration moyenne de COVétait d'environ 0,75 ppb, et la concentration moyenne de NOx était d'environ 0,5 ppb.

 

7.7.2 Résultats de la modélisation

Une récente étude de modélisation rétrospective sur une période de 20 ans (1985-2005) a été entreprise par Steyn et al. (2011) pour examiner la formation de l’ozone dans les parties canadiennes et américaines de la vallée du bas Fraser. Cette étude a analysé des simulations modélisées de quatre épisodes d’ozone (chacun durant quatre jours), à l’aide d’un système de modélisation qui était constitué de trois composantes principales : la version avec le modèle (WRF) (Weather Research and Forecasting v3.1) du système numérique de prévisions météorologiques à méso-échelle; le système de modélisation d’émissions Sparse Matrix Operator Kernel Emissions (SMOKEv2,5); et le système de modélisation de la qualité de l’air multi-échelle de la communauté (CMAQv4.7.1). Les quatre épisodes ont été sélectionnés pour saisir les données locales (à méso-échelle) de variabilité météorologique généralement observées pendant des dépassements des concentrations d’ozone estivales dans la vallée du bas Fraser.

Sur de nombreux jours de simulation, le modèle a indiqué que les concentrations d’ozone les plus élevées apparaissaient en dehors de la zone d’échantillonnage prévue par le réseau de surveillance fixe et à proximité des nombreuses vallées tributaires de la vallée du bas Fraser. Les données tirées du modèle ont été comparées pour chacun des quatre sites, d’abord selon les émissions du niveau de 1985, puis selon les émissions du niveau de 2005. Les résultats indiquent qu’au cours de ces épisodes, la limite de la concentration d’ozone, qui sépare les zones sensibles au NOx des zones sensibles aux composés organiques volatils, s’est déplacée vers l’ouest et le sud pendant la période de 1985 à 2005 (figure 7.9). L’étude a également démontré que pendant les pics d’ozone, la partie est de la vallée du bas Fraser, autour de Chilliwack, était généralement passée d’un statut limité par les composés organiques volatils à un statut limité par le NOxau cours de ces 20 dernières années, tel qu’il est indiqué dans la figure 7.9. Cependant, la limite de la concentration d’ozone s’est avérée influencée par le climat et a présenté une variabilité considérable dans et entre les épisodes d’ozone, indiquant une sensibilité mixte aux COV/NOx autour de la région centrale de la vallée du bas Fraser. En outre, l’étude a révélé que l’efficacité de la production d’ozone en termes de NO a probablement augmenté dans la partie est de la vallée, ce qui a pu surpasser certaines, voire toutes, les réductions d’émissions de NOx apparues dans la zone atmosphérique. Le changement en matière de sensibilité à l’ozone, ainsi que l’efficacité supérieure de la production d’ozone, semblent avoir modifié le type de profil d’ozone diurne observé avec des valeurs de pointe moins nombreuses autour des maximales quotidiennes, plus d’étendue et moins de titrage nocturne, comme le montre la figure 7.10. Ces facteurs peuvent contribuer à des concentrations d’ozone moyennes supérieures sur 8 heures, même si les concentrations moyennes sur 1 heure n’ont pas augmenté. En outre, une modélisation de trajectoire a suggéré que ces émissions et que l’ozone de la région de Puget Sound n’avaient pas un impact direct sur la qualité de l’air de la vallée du bas Fraser pendant les épisodes d’ozone estivaux. L’étude a également estimé que pour chaque hausse par incrément de 10 ppb dans la concentration d’ozone de fond, une augmentation approximative de 3,0 ppb serait observée sur les concentrations d’ozone sur 8 heures.

Figure 7.9 Courbes d’exposition à l’ozone moyenne maximale modélisée sur huit heures (par incréments de 5 ppb) sur les émissions de 1985 et les émissions de 2005.

Figure 7.8 Total des rapports COV, NOX et COV/NOx dans la vallée du bas Fraser. (Voir la description ci-dessous)

Remarques : La limite prévue de rapport COV/NOx, basée sur le rapport [O3]/[NOy] (ligne verte) et les emplacements des stations du réseau de surveillance (points verts), est également illustrée. Les régions ayant des valeurs supérieures à 60 ppbsont définies dans les courbes (orange). La simulation est basée sur le troisième jour des simulations du Groupe I, qui utilise les données de météorologie de juin 2006. (Steyn et al., 2011).

Description de la figure 7.9

La figure 7.9 a deux graphiques, chacun se composant d'une image satellite de la vallée du bas Fraser superimposée des résultats modélisés pour l'exposition à l'ozone moyenne sur huit heures et la limite prévue de rapport COV/NOx (basée sur le rapport [O3]/[NOy]). Les emplacements des stations du réseau de surveillance fixes sont également indiqués. Une note indique que la simulation est basée sur le troisième jour des simulations du Groupe I, qui utilise les données de météorologie de juin 2006 (Steyn et al., 2011).

Le graphique de gauche montre les résultats liés aux émissions de 1985. Dans ce cas, la zone sensible aux COV comprend la plus grande partie de la vallée du bas Fraser. La limite prévue de rapport COV/NOx part du détroit de Georgie, remonte la côte est de la baie Howe aussi loin au nord que l'île Anvil et le long de la côte nord. La zone sensible aux COV comprend la partie sud du bras Indian et le lac Pitt, et s'étend aussi loin à l'est que Agassiz. La limite prévue de rapport COV/NOx s'étend ensuite vers le sud-ouest jusqu'à la baie Bellingham. Le sud des Îles Gulf est inclus dans la région sensible au NOx alors que le reste de l'île de Vancouver est inclus dans la région sensible aux COV. On voit également les courbes d'exposition à l'ozone à 60, 65, 70, 75 et 80 ppb. La courbe à 60 ppb s'étend au nord de Burlington jusqu'au lac des Esclaves, et tourne ensuite à l'est et comprend les vallées tributaires de la vallée du bas Fraser au nord. Elle s'étend vers l'est jusqu'à la région Coquihalla et vers le sud-est jusqu'à l'ouest du Mont Baker. La courbe à 80 ppb englobe l'extrémité est de la vallée du bas Fraser, au sud du lac Harrison. Les courbes sont régulièrement espacées, mais sont plus rapprochées à l'est, et moins abruptes à l'ouest.

Le panneau de droite montre les résultats du modèle liés aux émissions de 2005. Dans ce cas, la limite COV/NOx a évolué vers l'ouest de Chilliwack et maintenant ne fait que longer l'extrémité nord de la vallée du bas Fraser sans inclure aucune des zones montagneuses au nord. La zone est de la vallée du bas Fraser le long du 49e parallèle est également passée d'un régime sensible aux COV à un régime sensible au NOx. Dans le cas des émissions de 2005, il y a seulement la courbe d'exposition à l'ozone à 60 ppb. La région délimitée par la courbe se trouve dans la zone sensible au NOx à l'extrémité est de la vallée du bas Fraser et comprend la région au sud et à l'est du lac Harrison, mais ne s'étend pas jusqu'à Hope.

 

Figure 7.10 Modification du cycle d’ozone diurne modélisé à Chilliwack (C.-B.), de 1984-1990 à 2000-2006.

Figure 7.10 Modification du cycle d’ozone diurne modélisé à Chilliwack (C.-B.), de 1984-1990 à 2000-2006. (Voir la description ci-dessous)

Description de la figure 7.10

La figure 7.10 est un diagramme d'ozone normalisé (de 0 à 1) selon l'heure de la journée en HNP. Deux traces sont illustrées, les deux pour Chilliwack, en Colombie-Britannique. La première correspond aux années 1984 à 1990, et la deuxième, aux années 2000 à 2006. La première trace demeure inférieure à 0,05 jusqu'à 7 h et augmente ensuite de façon constante pour atteindre 1,0 à 16 h. Elle commence à diminuer à 17 h, et atteint 0,1 avant 24 h. La deuxième trace demeure entre 0,05 et 0,1 jusqu'à 7 h et augmente ensuite de façon constante pour atteindre 1,0 à 16 h. Elle demeure à 1,0 jusqu'à 17 h, et diminue ensuite jusqu'à un peu plus de 0,15 avant 24 h. Les valeurs d'ozone normalisé sont les mêmes pour les deux traces de 9 h à 16 h, mais la trace 2000-2006 indique une concentration d'ozone normalisé invariablement plus élevée de 16 h à 24 h, ce qui se traduit par un profil élargi.

 

Les résultats combinés de Vingarzan et Schwarzhoff (2010) et de Steyn et al. (2011), ainsi que d’une récente étude d’Environnement Canada et de l’Université de la Colombie-Britannique (non publiée) indiquent que la vallée du bas Fraser est le plus souvent une région à concentrations limitées de composés organiques volatils, à l’exception d’épisodes de fortes concentrations d’ozone (niveaux de O3 au-dessus du 95e centile; voir figure 7.7), lorsque les concentrations limitées du NOx ont lieu dans la partie est du bassin atmosphérique. Selon le modèle EKMA illustré dans la figure 7.1, dans la partie ouest de la vallée du bas Fraser à concentrations limitées de composés organiques volatils, des réductions supplémentaires de composés organiques volatils contribuent à réduire les niveaux d’ozone tous les jours, et donc à réduire l’exposition à tous les centiles de la répartition de l’ozone. En revanche, étant donné que l’est de la vallée du bas Fraser a un régime de réactivité d’O3 mixte, une approche de réduction plus adaptée serait requise dans cette région. Cette approche mettrait l’accent sur la réduction des composés organiques volatils une grande partie de l’année (pour les niveaux d’ozone allant jusqu’au 95e centile) et des réductions supplémentaires de NOx lorsque les niveaux d’ozone dépassent le 95e centile.

7.8 Tendances relatives à l’ozone dans la région de Puget Sound

Dans la région de Puget Sound, les tendances à long terme des niveaux d’ozone ambiants ont été étudiées en utilisant les pentes intégrées des régressions linéaires simples. Une décomposition saisonnière a été effectuée sur les moyennes mensuelles de concentrations moyennes quotidiennes maximales sur 8 heures, collectées sur plusieurs sites au fil de l’année. Ces tendances ajustées en fonction des saisons ont été intégrées en utilisant des modèles de régression ordinaires de carrés moindres (OLS) décrits dans l’étude de Jaffe et Ray (2007).

Figure 7.11 présente la tendance à long terme sur chaque site, suite à l’algorithme de décomposition saisonnière et à la ligne de tendance OLS. Tous les sites, à l’exception du Mont Rainier, enregistrant une forte tendance (p < 0,05), ont affiché une augmentation d’environ 0,3 ppb/année, ce qui est cohérent avec la tendance sur plusieurs sites de référence dans l’ouest des États-Unis (Jaffe et Ray, 2007). Les réductions observées d’ozone sur le Mont Rainier sont principalement motivées par un déclin juste avant 2005. Ceci coïncide approximativement avec les contrôles de niveaux de NOx mis en place dans la centrale électrique TransAlta Centralia, qui semble être la plus probable source de NOx qui pourrait influencer les concentrations d’ozone au Mont Rainier.

Figure 7.11 Tendances à long terme à partir de moyennes mensuelles désaisonnalisées des concentrations d’ozone moyennes quotidiennes maximales sur 8 heures sur plusieurs sites, au fil de l’année, dans la région de Puget Sound.

Figure 7.11 Tendances à long terme à partir de moyennes mensuelles désaisonnalisées des concentrations d’ozone moyennes quotidiennes maximales sur 8 heures sur plusieurs sites, au fil de l’année, dans la région de Puget Sound. (Voir la description ci-dessous)

Remarques : Le terme température n’a pas été inclus dans le modèle linéaire car les résultats étaient légèrement différents pour la magnitude de la tendance à long terme. Les tendances statistiquement significatives sont indiquées en gras pour p < 0,05. Cette analyse est principalement applicable aux sites de référence, mais Beacon Hill, à Seattle, est inclus à des fins de comparaison.

Description de la figure 7.11

La figure 7.11 a six diagrammes qui montrent les tendances à long terme des concentrations d'ozone dans la région de Puget Sound. Dans tous les cas, l'axe X montre l'année et l'axe Y indique la concentration d'ozone, de 10 à 50 ppb. Il y a une ligne de données ainsi qu'une ligne de tendances.

Les données pour le Mont Rainier se trouvent dans le coin supérieur gauche. Il est indiqué que le Mont Rainier se situe à une altitude de 1 782 m, et qu'il y a des données pour la période 1999-2011. Une diminution est démontrée; la concentration passe de 45 à 40 ppb, et la ligne de tendance a une pente de -0,56 ppb par année. Il s'agit d'une tendance statistiquement significative.

Les données pour Beacon Hill, à Seattle, se trouvent dans le milieu de la rangée supérieure. Il est indiqué que Beacon Hill, à Seattle, se situe à une altitude de 102 m, et qu'il y a des données pour la période 2007-2011. La concentration est stable à un peu plus de 25 ppb et la ligne de tendance a une pente de -0,02 ppb par année.

Les données pour Cheeka Peak se situent dans le coin supérieur droit. Il est indiqué que Cheeka Peak se situe à une altitude de 478 m, et qu'il y a des données pour la période 2004-2011. Le diagramme révèle une augmentation, selon laquelle les concentrations sont passées d'un peu moins de 35 ppb, à un peu plus de 35 ppb; la ligne de tendance a une pente de 0,31 ppb par année. Il s'agit d'une tendance statistiquement significative.

Les données pour Marblemount se trouvent dans le coin inférieur gauche. Il est indiqué que Marblemount se situe à une altitude de 108 m, et qu'il y a des données pour la période 1996-2008. Le diagramme révèle une augmentation, selon laquelle les concentrations sont passées d'un peu moins de 25 ppb à un peu plus de 25 ppb; la ligne de tendance a une pente de 0,3 ppb par année. Il s'agit d'une tendance statistiquement significative.

Les données pour Tahoma Woods se trouvent dans le milieu de la rangée inférieure. Il est indiqué que Tahoma Woods se situe à une altitude de 415 m, et qu'il y a des données pour la période 1994-2011. Il y a une augmentation, selon laquelle la concentration passe de 25 à 30 ppb, et la ligne de tendance a une pente de 0,22 ppb par année. Il s'agit d'une tendance statistiquement significative.

Les données pour le parc national Olympique se trouvent dans le coin inférieur droit. Il est indiqué que le parc national Olympique se situe à une altitude de 427 m et qu'il y a des données pour la période 1992-2004. La concentration est stable à un peu moins de 25 ppb et la ligne de tendance a une pente de 0,06 ppb par année.

Une note sous la figure indique que le terme température n'a pas été inclus dans le modèle linéaire car les résultats étaient légèrement différents pour la magnitude de la tendance à long terme. Les tendances statistiquement significatives sont indiquées pour p < 0,05. Cette analyse est principalement applicable aux sites de référence, mais Beacon Hill, à Seattle, est inclus à des fins de comparaison.

 

7.9 Régime de production d’ozone dans la région de Puget Sound

Bien qu’une analyse des données ambiantes ne puisse être effectuée pour la région de Puget Sound, du fait des mesures limitées de NOxet de NOy(Arnold et al., 2006), plusieurs études de modélisation ont tenté de définir les caractéristiques de la chimie de l’ozone dans cette zone atmosphérique. Une récente étude de modélisation de (Xie et al., 2011) suggère que les zones urbaines denses et les zones atmosphériques polluées associées à l’ouest des Cascades sont limitées par les COV; une enquête préliminaire, menée par le (WA DOE) (ministère de l’Environnement de l’État de Washington), du rapport COV/NOx sur l’inventaire des émissions du modèle de prévision régionale (AIRPACT) à une résolution de 12 km laisse croire également une limite liée aux composés organiques volatils plus proche de celle des zones urbaines dans l’ouest de Washington, progressant ainsi vers une limite supérieure liée au NOx, comme il est illustré sous figure 7.12. Bien que ces résultats soient cohérents avec les données ambiantes de la vallée du bas Fraser côté Canada et soient en accord avec les caractéristiques géographiques des émissions dans la région de Puget Sound, ils doivent être vérifiés avec les observations ambiantes.

 

Figure 7.12 Rapport COV/NOx à partir de l’inventaire AIRPACT, pendant une journée de concentration élevée en O3.

Figure 7.12 Rapport COV/NOx à partir de l’inventaire AIRPACT, pendant une journée de concentration élevée en O3. (Voir la description ci-dessous)

Remarques : L’inventaire des émissions de 2008 a été utilisé dans le modèle.

Description de la figure 7.12

La figure 7.12 est une carte au trait qui englobe une région qui s'étend de l'océan Pacifique à l'ouest à la frontière ouest du Wyoming à l'est, et de Campbell River, en Colombie-Britannique, au nord, à Eureka, en Californie, au sud. La carte indique la moyenne quotidienne du rapport COV/NOx par différentes couleurs, par incréments de 1,5, 2,2, 3,4, 5,1, 7,6 et 11,4.

En général, le rapport COV/NOx est très peu hétérogène sur le plan spatial. Pour la plus grande partie des rives est et sud de Puget Sound, le rapport est de 1,5; le rapport maximum de cette région, qui se trouve sur le versant ouest de la chaîne des Cascades, est de seulement 2,2. Le long de la côte ouest de l'État de Washington, la valeur est de 2,2, à l'exception de la péninsule olympique, pour laquelle les régions intérieures ont des rapports allant jusqu'à 7,6.

Au Canada, la vallée du bas Fraser a un rapport de 2,2, à l'exception de l'extrême est, où le rapport monte jusqu'à 5,1. Le détroit de Juan de Fuca a un rapport de 2,2, alors que le détroit de Georgie a un rapport de 5,1. La plus grande partie de l'île de Vancouver a un rapport se situant entre 7,6 et 11,4. L'extrême sud de l'île de Vancouver a un rapport de 5,1. La côte Sunshine et les îles au nord du détroit de Georgie ont des rapports de 7,6 à 11,4.

Dans le reste de la zone cartographiée, le rapport COV/NOx est également très peu hétérogène. Les régions avec des faibles rapports incluent la région côtière de l'Oregon, la côte nord de la Californie, le long du fleuve Columbia, et certaines parcelles au sud de l'Idaho. Des rapports plus élevés ont été observés au centre de l'Idaho, au centre de l'Oregon, et dans des parties intérieures au nord de la Californie.

 

7.10 Résumé du chapitre

L’ozone troposphérique est une source de préoccupation pour l’environnement et la santé dans le bassin atmosphérique de Georgia Basin/Puget Sound. Dans ce chapitre, la pollution de l’ozone a été décrite suite à des recherches sur les tendances temporelles et spatiales et autres comparaisons des valeurs mesurées par rapport aux niveaux de référence. Les points de concentration importante de l’ozone ont été identifiés en comparant les mesures ambiantes par rapport aux normes et objectifs relatifs à l’ozone. Enfin, une analyse des données ambiantes et des études de modélisation ont été utilisées afin de définir les caractéristiques du régime de production de l’ozone dans la zone atmosphérique.

La variation temporelle des concentrations d’ozone dans le bassin atmosphérique de la région de Georgia Basin/Puget Sound est caractérisée par des concentrations maximales au printemps dans les valeurs maximales horaires élevées et moyennes pendant l’été. L’ozone estival est produit principalement par la photochimie locale et présente un long cycle diurne avec des concentrations maximales en milieu d’après-midi et des valeurs minimales pendant les premières heures du matin. Les conditions météorologiques pendant l’été peuvent produire des niveaux d’ozone épisodiquement élevés. Les concentrations d’ozone épisodiques en été sont les valeurs les plus élevées observées au cours de l’année, mais sont de courte durée.

Les sites situés en aval des sources d’émissions ont des concentrations d’ozone élevées qui sont généralement plus élevées que celles des noyaux urbains. Les concentrations d’ozone aux endroits en haute altitude ou dans les sites éloignés sont principalement influencées par l’ozone de fond, et on a signalé que l’ozone de fond augmente sur la côte ouest de l’Amérique du Nord.

Les événements d’ozone dans la partie canadienne de la vallée du bas Fraser et dans la région de Puget Sound sont dominés par la production photochimique locale. Malgré une tendance à la baisse des émissions de polluants précurseurs, les tendances de l’ozone, depuis 1991, dans la vallée du bas Fraser augmentent jusqu’au 90 ou 95e centile (selon l’emplacement) dans l’ensemble du bassin atmosphérique. On estime que l’augmentation constante de ces tendances d’ozone est largement attribuable aux réductions de NOx (diminution du titrage d’O3) et probablement aux niveaux naturels accrus. En outre, même si les concentrations horaires de pointe d’O3 ont diminué dans la partie est de la vallée du bas Fraser, les dépassements d’ozone ont continué de se produire à Hope au cours des années 2000. Les causes de ces tendances de l’ozone observées dans la vallée du bas Fraser ont été examinées par la modélisation et l’analyse des données sur l’air ambiant. Ces études démontrent que le bassin atmosphérique est la plupart du temps à concentrations limitées de composés organiques volatils, à l’exception d’épisodes de fortes concentrations d’ozone (niveaux de O3 au-dessus du 95e centile) lorsque les concentrations limitées de NOx ont lieu dans la partie est du bassin atmosphérique. Étant donné la variabilité spatiale et temporelle dans le régime de réactivité de l’ozone dans le bassin atmosphérique, les efforts supplementaires de réduction de l’ozone auraient besoin d’une approche taillée sur mesure. Par exemple, dans la partie ouest de la vallée du bas Fraser, des réductions supplémentaires des composés organiques volatils (COV) pourraient contribuer à réduire les niveaux d'ozone tous les jours de l'année. Cependant, dans la partie est de la vallée du bas Fraser, en raison du régime de réactivité d’O3 mixte, les réductions de composés organiques volatils sont bénéfiques les jours où les concentrations d’ozone atteignent le 95ecentile, alors que des réductions supplémentaires de NOx s’imposent lorsque l’ozone dépasse le 95e centile.

La somme des résultats de diverses études menées dans la région indique que certaines zones de la région du bassin atmosphérique de Georgia-Puget Sound continuent de présenter des dépassements des concentrations d'ozone et risquent de continuer sur cette voie au cours des années à venir. La hausse des niveaux de fond, le changement des émissions et l’évolution de la chimie de l’ozone qui en découle constituent des obstacles perpétuels à la réduction de l’ozone dans le bassin atmosphérique. Des contrôles d’émission supplémentaires probablement seront nécessaires pour réduire, à terme, les niveaux d’ozone ambiants. Les impacts prévus des contrôles planifiés sont décrits dans le chapitre 10, « Modélisation de la qualité de l’air à l’échelle régionale ».

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