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Évaluation scientifique canadienne du smog faits saillants et messages clés

Concentrations de smog dans l’atmosphère

Concentrations récentes de particules fines (PM2,5)

Comme on l’a mentionné dans la section « Effets sur la santé humaine », les particules fines (PM2,5) sont particulièrement (bien que non exclusivement) néfastes pour la santé humaine, et par conséquent, l’analyse qui suit s’intéressera surtout à cette taille de particules.

La distribution spatiale des concentrations ambiantes de PM2,5 partout au pays, de 2004 à 2006 (figure 1), définies selon le paramètre du standard pancanadien, indique que le sud de l’Ontario et le sud du Québec présentent les concentrations les plus élevées (> 25 µg/m3). Cette zone fait également partie d’un bassin atmosphérique de fortes concentrations qui comprend tout l’est des États-Unis. Au Canada, les concentrations les plus élevées pour la période de 2004 à 2006 sont survenues dans la région des Grands Lacs, tout particulièrement dans le sud-ouest de l’Ontario, où les centres urbains densément peuplés ont connu des concentrations supérieures au standard pancanadien. Partout dans le sud du Québec et dans l’est de l’Ontario, les concentrations de PM2,5 se maintenaient généralement en dessous de l’objectif du standard pancanadien, à l’exception de certaines collectivités influencées par des industries locales et de grands centres urbains. Ceci montre bien à quel point les émissions peuvent entraîner des concentrations locales élevées. Il existe des incertitudes sur les concentrations exactes et les précisions locales relativement à la distribution spatiale des PM2,5 dans certaines régions du pays (figure 1), en raison de l’absence de stations de mesure des PM2,5 à ces endroits. Cependant, la figure 1 fournit un portrait d’ensemble à grande échelle de la répartition spatiale.

figure 1

Figure 1. Distribution spatiale du 98e centile des concentrations de PM2,5 (en µg/m3) sur 24 heures, au Canada et aux États-Unis, pour la période de 2004 à 2006. Les zones en noir indiquent un nombre insuffisant de sites ou des données trop incomplètes pour établir la cartographie.

Afin de suivre l’occurrence d’épisodes de fortes concentrations de PM2,5 partout au pays, on a dénombré les jours par mois au cours desquels les concentrations moyennes de PM2,5sur 24 heures dépassaient 30 µg/m3 pour la période de 2001 à 2005 à différents sites partout au Canada. Les jours où les concentrations de PM2,5 dépassent 30 µg/m3 peuvent survenir n’importe quel mois de l’année, mais c’est d’abord en été, puis en hiver que les sites du sud de l’Ontario et du Québec ont enregistré le plus grand nombre de jours où les concentrations dépassaient 30 µg/m3. Dans les sites de l’Ouest, ces jours sont plus nombreux l’été et sont associés aux incendies de forêt.

La fréquence des épisodes à l’échelle régionale, soit les jours où 33 % des stations de surveillance de la qualité de l’air d’une région ont enregistré des concentrations moyennes de PM2,5 sur 24 heures supérieures à 30 µg/m3, a également été déterminée pour la période de 2001 à 2005. Des épisodes de concentrations élevées de PM2,5 à l’échelle régionale se sont produits en été et en hiver. L’Ontario a enregistré la fréquence la plus élevée d’épisodes d’envergure régionale, suivi du Québec, alors que les fortes concentrations de PM2,5 persistaient souvent plusieurs jours. Les épisodes estivaux de PM2,5 en Ontario et au Québec sont souvent associés à des concentrations d’ozone supérieures à l’objectif de 65 ppb (parties par milliard) du standard pancanadien relatif à l’ozone, tandis que les épisodes hivernaux étaient causés uniquement par les concentrations élevées de PM2,5. Les épisodes régionaux étaient peu fréquents dans les Prairies et la vallée du bas Fraser, en Colombie-Britannique, et étaient associés à des incendies de forêt. Bien que certaines zones subissent peu ces épisodes, elles connaissent tout de même des jours où les concentrations de PM2,5 sont considérées comme élevées à l’échelle locale, et où les effets sur la santé augmentent, et la visibilité diminue par rapport aux conditions moyennes.

L’analyse des moyennes et des pics quotidiens de PM2,5 de saison en saison, mesurés aux stations de surveillance d’une même région, permet d’observer des variations importantes des concentrations de PM2,5. Dans le sud de la région de l’Atlantique, les moyennes et les pics quotidiens de PM2,5 sont plus élevés en été qu’en hiver. Cet écart saisonnier est attribuable à l’intensité accrue de la lumière du soleil, qui entraîne de plus grandes concentrations de sulfates, et à la fréquence plus élevée de vents favorables au transport de polluants provenant du sud-ouest. En hiver, les concentrations de PM2,5 sont davantage influencées par des sources locales comme le chauffage résidentiel au bois. Partout dans le sud du Québec et l’est de l’Ontario, les moyennes et les pics quotidiens sont plus élevés l’hiver que l’été. Dans le sud de la région des Grands Lacs en particulier, les moyennes quotidiennes les plus élevées surviennent l’hiver, alors que les températures froides favorisent la formation et l’accumulation de nitrate d’ammonium sur les particules (voir « Composition des PM2,5 secondaires ») et que les conditions météorologiques favorisent moins la dispersion des polluants.

En Alberta, les moyennes et les pics de PM2,5 sont plus élevés l’hiver, alors que les conditions météorologiques froides et calmes entraînent certaines des plus fortes concentrations de polluants primaires au Canada. Dans la vallée du bas Fraser, les concentrations moyennes quotidiennes les plus élevées surviennent à la fin de l’été et au début de l’automne, et les pics surviennent l’automne et l’hiver. Ces concentrations sont attribuables aux conditions météorologiques favorables de la fin de l’été et aux changements saisonniers d’activités qui comprennent le chauffage au bois et le chauffage des bâtiments l’automne et l’hiver. Les concentrations de l’intérieur de la Colombie‑Britannique atteignent également leur maximum l’automne et l’hiver en raison des émissions produites par le chauffage résidentiel au bois et de fortes inversions causées par l’accumulation de masses d’air froid dans les vallées ou par l’emprisonnement de l’air dans les montagnes. À Whitehorse, au Yukon, les moyennes quotidiennes les plus élevées surviennent en été, et la variabilité annuelle dans ces lieux semble influencée par les incendies de forêt. Les concentrations élevées de PM2,5en hiver sont causées par la fumée de bois.

La distribution spatiale de la moyenne annuelle des concentrations de PM2,5 au Canada est très semblable à la distribution spatiale de la mesure du standard pancanadien (figure 1), pour lequel les concentrations les plus élevées (> 8 µg/m3) se produisent dans le sud de l’Ontario et du Québec.

Composition des PM2,5secondaires

Bien que leur composition varie selon le lieu et la saison, d’après les mesures prises aux stations partout au pays, les principaux constituants des PM2,5 sont le sulfate d’ammonium, le nitrate d’ammonium et les matières organiques (figure 2). Les deux premiers constituants sont des produits de l’oxydation des oxydes d’azote (NOX) et du dioxyde de soufre (SO2) en présence d’ammoniac (NH3). Les matières particulaires organiques peuvent être émises de façon directe, accompagnées de carbone élémentaire (CE; ou carbone noir) provenant de sources de combustion comme les combustibles fossiles, le bois et la cuisson. Les matières organiques (MO) se forment également dans l’air (formation secondaire), par suite de réactions qui mettent en cause des composés organiques volatils (COV) anthropiques et biogènes.

À la saison chaude, les sites d’analyse de l’Ontario, du Québec et de la région de l’Atlantique relèvent des quantités relativement élevées de sulfate d’ammonium (NH4)2SO4, suivies de matières organiques (MO) dans les PM2,5 (figure 2a) les jours de concentration moyenne et pendant les épisodes de pointe. Le sulfate d’ammonium atteint un pic pendant cette saison, au moment où les processus photochimiques et le transport des émissions provenant de sources canadiennes et américaines sont les plus élevés. Les données de la saison chaude pour les sites de l’Ouest (à l’exception de Golden, en Colombie-Britannique) indiquent que l’apport de chacun des principaux constituants chimiques tend davantage à l’équilibre, bien que certains composés organiques soient des contributeurs plus importants aux épisodes de pointe.

Pendant la saison froide, le nitrate d’ammonium (NH4NO3) est un contributeur plus important (figure 2b). Dans les endroits où le chauffage au bois est répandu, comme c’est le cas à Golden, en Colombie-Britannique, les matières organiques sont dominantes, et les PM2,5 atteignent des concentrations qui sont parmi les plus élevées au pays. Les jours d’hiver de concentrations maximales aux stations de l’Ontario et du Québec on constate que le nitrate d’ammonium est le principal contributeur. Le sulfate d’ammonium demeure un contributeur important aux stations de l’Est et le principal contributeur aux stations de la région de l’Atlantique. Aux sites de la Colombie-Britannique, les jours d’hiver de concentrations les plus élevées de PM2,5 sont dominés par les matières organiques.

figure 2a

figure 2b

Figure 2. Fractions massiques des constituants des PM2,5 pendant la saison chaude (a) et la saison froide (b) prélevées de 2003 à 2006 aux sites du Réseau national de surveillance de la pollution atmosphérique (RNSPA)

Concentrations de référence des PM2,5

Dans le cadre de cette évaluation, les concentrations de fond des PM2,5 sont définies comme les concentrations ambiantes découlant des émissions de sources naturelles en Amérique du Nord et du transport à grande distance des émissions naturelles et anthropiques provenant de l’extérieur de l’Amérique du Nord. Les concentrations naturelles jouent un rôle important dans la gestion de la pollution atmosphérique, puisque les sources responsables de ces émissions ne relèvent pas de stratégies de réduction des émissions nationales et continentales, même si des négociations internationales sur la réduction des émissions anthropiques donnent parfois de bons résultats. Les concentrations naturelles expliquent en partie les variations spatiales des concentrations ambiantes, bien qu’elles soient influencées par les conditions atmosphériques et marquées par de fortes variations spatiales et temporelles qui rendent leur quantification particulièrement difficile.

Toutefois, parce que les concentrations de fond de PM2,5 ne sont pas directement observables, des données de mesure ont servi à établir des concentrations de référence pour les PM2,5 sur un site donné en l’absence d’une forte influence locale. Des estimations des médianes annuelles des concentrations de référence des PM2,5 sont disponibles seulement dans quelques régions du pays et vont de 1 à 4 µg/m3. En raison du nombre insuffisant de stations représentatives au niveau régional et du manque de données à long terme, il est actuellement impossible d’évaluer les tendances temporelles des concentrations de référence des PM2,5. Ces concentrations de référence reflètent les concentrations atmosphériques moyennes auxquelles s’ajoutent les PM2,5 associées aux activités anthropiques en Amérique du Nord. Ainsi, ni les concentrations de fond, ni les concentrations de référence ne sont associées aux pics de concentration dans le temps et l’espace, qui revêtent une importance capitale pour l’exposition humaine. Cette différence conceptuelle rend difficile la prise en compte des concentrations naturelles ou des concentrations de référence dans les analyses portant sur les objectifs du standard pancanadien, car ces derniers sont des indicateurs visant uniquement les concentrations élevées.

Tendances des PM2,5dans l’air ambiant

De façon générale, la moyenne annuelle et les valeurs du 98e centile des concentrations de PM2,5 dans l’air ambiant, mesurées aux stations urbaines partout au Canada, ont diminué d’environ 40 % de 1985 à 2006 (figure 3). Les reculs les plus marqués sont survenus avant 1996 en raison de la réduction des émissions de SO2 dans l’est du Canada et des États-Unis. Peu de changements sont survenus depuis. Dans certaines zones urbaines, les concentrations ambiantes élevées de SO2 perdurent en raison d’importantes sources ponctuelles, un phénomène également observé pour les PM2,5.

L’absence de données à long terme pour les stations en régions rurales et isolées exclut toute analyse des tendances à long terme des concentrations ambiantes de PM2,5. Néanmoins, de 1999 à 2006, la réduction des émissions de SO2 et de NOXdans l’est du Canada et des États-Unis a entraîné une diminution globale des concentrations ambiantes des précurseurs (c.‑à‑d., du SO2 et de l’acide nitrique – HNO3) et des constituants des PM2,5(c.‑à‑d., des particules de sulfates, de nitrates et d’ammonium dans l’air ambiant).

Compte tenu de la diminution des émissions de SO2 et de NOx dans l’est de l’Amérique du Nord, les émissions et les concentrations ambiantes de NH3 devraient devenir de plus en plus importantes pour déterminer les concentrations et les tendances des PM2,5 (voir la section « Facteurs influant sur les niveaux de smog partout au Canada »). Les concentrations de PM2,5 dans diverses régions du pays présentent une sensibilité différente aux concentrations ambiantes de NH3 selon la saison et le régime chimique local11, ce qui rend plus complexe la réduction des PM2,5 ambiantes.

figure 3

Figure 3. Tendances de la moyenne et du 98e centile annuels des concentrations des PM2,5 relevées aux stations dotées d’échantillonneurs dichotomiques

Concentrations récentes d’ozone

La répartition spatiale des concentrations d’ozone au pays pour la période de 2004 à 2006, exprimée selon la mesure du standard pancanadien (figure 4), indique que les concentrations les plus élevées au Canada continuent de survenir dans le sud de l’Ontario et du Québec. Cette zone s’inscrit dans une grande région de forte concentration (> 65 ppb) qui comprend également tout le nord-est des États-Unis. Au Canada, les plus fortes concentrations sont survenues dans la région des Grands Lacs, particulièrement dans le sud-ouest de l’Ontario, où ont également été enregistrées les concentrations les plus fortes de PM2,5. Presque tous les sites du sud de la région des Grands Lacs ont enregistré des concentrations supérieures au standard pancanadien pour l’ozone. Dans le sud de la région de l’Atlantique, les concentrations d’ozone étaient nettement plus faibles que celles du sud de l’Ontario et de l’extrême sud du Québec, mais présentaient une variabilité spatiale marquée, et certaines zones dépassaient de peu le standard pancanadien. De même, les concentrations observées dans la plus grande partie de l’Ouest canadien étaient inférieures (entre 40 et 60 ppb), sauf dans la région d’Edmonton, en Alberta, et à la limite est de la vallée du bas Fraser, en Colombie-Britannique. La qualité de l’air au Yukon et dans les Territoires du Nord-Ouest (non représentés dans la figure 4 en raison du nombre limité de stations) est généralement supérieure à celle des villes canadiennes du sud, puisque les sources industrielles sont moins nombreuses, et les populations, plus petites et dispersées. Bien que la couverture spatiale et temporelle des stations de surveillance de l’ozone soit supérieure à la couverture pour les PM2,5, il demeure des incertitudes quant aux concentrations exactes et aux précisions locales de la distribution spatiale de l’ozone. Néanmoins, à grande échelle, cette carte fournit un portrait d’ensemble de la répartition spatiale de l’ozone partout au Canada.

Afin de donner quelques indications sur la fréquence des épisodes de forte concentration au pays, on a dénombré les jours où la concentration moyenne quotidienne d’ozone sur huit heures aux stations de surveillance du pays a dépassé 65 ppb au cours de la période de 2004 à 2006. Le plus grand nombre de jours a été enregistré dans le sud de l’Ontario le long de la côte nord du lac Érié (de 30 à 50 jours), suivi du reste du sud de l’Ontario et du sud du Québec (de cinq à 30 jours). En revanche, presque tous les sites de l’Ouest canadien et de la région de l’Atlantique comptaient des périodes de zéro à cinq jours où les concentrations quotidiennes maximales d’ozone sur huit heures étaient de 65 ppb ou plus.

figure 4

Figure 4. Distribution spatiale de la moyenne sur trois ans (2004-2006) de la quatrième concentration quotidienne maximale la plus élevée d’ozone sur huit heures (en ppb), au Canada et aux Etats-Unis. Les zones en noir indiquent un nombre insuffisant de stations ou des données trop incomplètes pour établir la cartographie.

La fréquence la plus élevée d’épisodes à l’échelle régionale pour la période de 2000 à 2005 -- ces épisodes étant définis comme les jours où 33 % des stations de surveillance d’une région géographique donnée enregistrent des concentrations maximales moyennes d’ozone supérieures à 65 ppb sur huit heures -- est survenu en Ontario et au Québec, où les concentrations élevées ont duré plusieurs jours et sont souvent associées à des concentrations de PM2,5 supérieures à l’objectif de 30 µg/m3 du standard pancanadien. Il n’y a presque pas eu d’épisodes d’ozone à l’échelle régionale dans les Prairies et la vallée du bas Fraser, sauf quelques exceptions notables associées à des incendies de forêt.

Variations temporelles des concentrations ambiantes d’ozone

Les concentrations ambiantes d’ozone connaissent des variations saisonnières marquées à l’échelle régionale et à des stations particulières partout au Canada. De nombreuses stations au Canada, et surtout à l’extérieur de l’Ontario et du Québec, enregistrent les moyennes les plus élevées des moyennes et des maximums quotidiens d’ozone au printemps (figure 5). Dans les stations isolées, la plupart des concentrations maximales d’ozone surviennent au printemps en raison de plusieurs mécanismes, dont l’accélération des processus photochimiques dans la troposphère, les échanges d’ozone, qui descend de la stratosphère, et l’intensification du transport dans l’hémisphère. Certaines de ces stations, dont les maximums sont au printemps, connaissent également des maximums secondaires moins importants l’été.

Dans le sud de l’Ontario et du Québec ainsi que dans l’est de la vallée du bas Fraser, les concentrations ambiantes quotidiennes moyennes et maximales d’ozone les plus élevées surviennent à la fin du printemps et/ou à l’été, ce qui est généralement révélateur de l’impact des émissions anthropiques et de la production photochimique à l’échelle locale et régionale qui en découle. Dans certaines régions situées près de la frontière, le transport à grande distance de polluants en provenance des États-Unis joue également un rôle important dans les épisodes de pointe de l’ozone.

En moyenne, les concentrations ambiantes d’ozone sont faibles en hiver en raison de l’intensité réduite de la lumière du soleil, qui diminue la production photochimique d’ozone, et de régimes météorologiques différents, qui comprennent une fréquence accrue de forts vents du nord.

Figure 5. Variations saisonnières des moyennes mensuelles de la concentration moyenne (o) et maximale (●) quotidienne d’ozone (en parties par milliard) à des stations choisies (urbaines et rurales) partout au Canada, calculées sur la période de 2001 à 2005

Concentrations de référence de l’ozone

De la même façon que les définitions précédentes dans la section « Concentrations de référence des PM2,5 », la concentration de fond est la concentration ambiante d’ozone découlant des émissions naturelles en Amérique du Nord et des émissions anthropiques et naturelles transportées à grande distance de l’extérieur de l’Amérique du Nord. Par contre, la concentration de référence de l’ozone est la concentration d’ozone mesurée sur un site donné en l’absence d’une forte influence locale. Au Canada, les concentrations de référence saisonnières moyennes d’ozone s’élèvent à 19 ± 10 ppb dans la région du Pacifique, 28 ± 10 ppb dans la région continentale de l’Ouest, 30 ± 9 ppb dans la région continentale de l’Est, et 27 ± 9 ppb dans la région de l’Atlantique. Aux seules fins de comparaisons générales, puisqu’il est impossible de comparer directement différentes mesures, la quatrième concentration maximale quotidienne la plus élevée sur huit heures dans les stations les plus isolées au Canada, varie entre 44 et 53 ppb pour 2006.

Les concentrations de référence de l’ozone augmentent dans diverses régions du Canada : le bassin de Georgia (sur la côte de la Colombie-Britannique), la côte de l’Atlantique et la région continentale de l’Ouest. La tendance à la hausse dans l’Ouest canadien correspond à une hausse du transport de l’ozone en Amérique du Nord en provenance de l’Asie et à la hausse générale de l’ozone dans l’hémisphère. En revanche, les données indiquent que les concentrations de référence reculent en Ontario et au Québec; cependant, les concentrations de référence de ces régions revêtent une importance moindre pour la gestion de la qualité de l’air, puisque les sources anthropiques de cette zone et le transport transfrontalier en provenance des États-Unis continuent d’être les principaux contributeurs d’ozone. Compte tenu de la baisse continue des émissions de précurseurs d’ozone en Amérique du Nord, toute augmentation des concentrations de référence de l’ozone pourrait jouer un rôle de plus en plus important pour l’atteinte des objectifs relatifs à la qualité de l’air ambiant.

Tendances des concentrations d’ozone

Bien qu’on ait observé une tendance à la baisse des concentrations nationales d’ozone de 2003 à 2006 selon le standard pancanadien, aucune tendance générale significative ne s’est dessinée pour la période de 1990 à 2006. Néanmoins, les tendances varient de façon marquée selon l’emplacement de la station (urbaine, rurale, de référence), la période d’enregistrement analysée et le paramètre examiné.

Les répercussions de la réduction des émissions de NOX au Canada et aux États-Unis12 sur l’ozone apparaissent à l’examen des tendances ajustées aux conditions météorologiques aux stations non urbaines. La comparaison des périodes de 1997 à 2000 et de 2003 à 2006 (figure 6) fait émerger un recul de 3,2 % des moyennes sur quatre ans des concentrations quotidiennes maximales d’ozone sur huit heures aux stations du Québec, et un recul de 4,1 % aux stations à l’intérieur du bassin atmosphérique international, comprenant des emplacements en Ontario et aux États-Unis de la région des Grands Lacs et de l’Ohio supérieur. En revanche, les concentrations ambiantes ont augmenté de 2,1 % aux stations de la région de l’Atlantique, sont demeurées constantes en Alberta, et ont augmenté de 5,2 % sur les sites de la région du bassin de Georgia sur la côte du Pacifique.

Figure 6. Écarts entre les concentrations moyennes d’ozone sur quatre ans en été, ajustés aux conditions météorologiques, pour les périodes de 1997 à 2000 et de 2003 à 2006, calculés à partir des maximums quotidiens sur huit heures

Aux stations urbaines partout au Canada, la tendance (non ajustée aux conditions météorologiques) est à la hausse pour les concentrations ambiantes médianes et les centiles inférieurs de l’ozone sur huit heures, entre 1990 et 2006. Cette tendance à la hausse de la médiane annuelle et des centiles inférieurs des concentrations ambiantes d’ozone observée aux stations urbaines s’explique par la réduction du piégeage de l’ozone (la suppression de l’ozone qui réagit avec le NO pour former du NO2) résultant de la diminution des émissions de NOX. Au cours de cette période, les concentrations ambiantes moyennes annuelles de NO, de NO2 et de COV aux stations urbaines ont respectivement connu des baisses de 55 %, de 34 % et de 46 %, de façon comparable à toutes les stations. Les concentrations d’ozone en milieu urbain sont généralement inférieures à celles des régions rurales environnantes en raison du piégeage de l’ozone. Ainsi, la réduction du NO permet l’augmentation de l’ozone en milieu urbain en fonction d’autres facteurs, comme le rapport entre les concentrations de NOx et de COV dans l’air ambiant.

Conformément à l’analyse ajustée aux conditions météorologiques, les stations rurales de l’Ontario et du Québec ont connu, entre 1990 et 2006, une tendance à la baisse pour les concentrations d’ozone à tous les centiles. Cette baisse a été particulièrement significative pour les centiles supérieurs en raison de la réduction des émissions de précurseurs à l’échelle régionale. Cette diminution pourrait également indiquer une réduction accélérée dans l’est du Canada de 2004 à 2007, en raison de la réduction des émissions de NOX dans l’est du Canada ainsi que dans le nord-est et le centre-ouest des États-Unis.

Projections des concentrations futures des PM2,5 et d’ozone

Les modèles de transport chimique font partie des modèles scientifiques actuels de pointe pouvant simuler les conditions chimiques de l’atmosphère qui découlent des changements prévus dans les émissions en fonction d’une année de référence. Un de ces modèles, le système régional unifié de modélisation de la qualité de l’air (AURAMS), a servi à estimer les concentrations de PM2,5 et d’ozone partout au Canada et aux États-Unis pour l’année 2015, par rapport à l’année de référence 2002. La comparaison des prévisions du modèle avec les observations des concentrations annuelles d’ozone et de PM2,5 pour l’année 2002 indique une bonne corrélation géographique, signe du bon fonctionnement du modèle.

Les émissions prévues ayant servi aux projections de PM2,5 et d’ozone du modèle AURAMS (tableau 1) s’appuient sur l’application des règlements actuels au Canada et aux États‑Unis, c’est‑à-dire sur un scénario de maintien du statu quo, comprenant le NOX State Implementation Plan (SIP) Call et la Clean Air Interstate Rule (CAIR), comme proposée avant 2008 et aujourd’hui remplacée par la Transport Rule.

Tableau 1 Évolution des émissions de 2002 à 2015 au Canada et aux États-Unis comprise dans le scénario de maintien du statu quo du modèle AURAMS pour 2015. Les émissions des incendies de forêt sont exclues, et un facteur de correction de 0,75 s’applique pour tenir compte des sources à ciel ouvert d’émissions de PM2,5 primaires.
SubstancesCanada*Est des É.‑U.Ouest des É.‑U.
NOX−24,5 %−26,0 %−6,3 %
SOx−22,0 %−24,8 %−0,4 %
COV−14,0 %−18,0 %−17,9 %
PM2,5 primaires+19,6 %−21,1 %−23,7 %

*Le scénario de maintien du statu quo pour 2015 s’appuie sur une version antérieure de l’inventaire combiné des émissions au Canada et aux États-Unis pour 2015 et ne tient pas compte des dernières actualisations des projections d’émissions présentées au chapitre 4 de l’évaluation. Il s’ensuit que les changements prévus dans les émissions de PM2,5, de NOx et de SO2 au Canada, fondés sur les dernières informations et présentés à la figure 9 du présent document, sont moins importants que les projections du tableau 1, et que la tendance des émissions de COV au Canada est en fait renversée (passant de +12 % à −14 %). Les résultats de modélisation aux figures 7 et 8, qui correspondent aux changements dans les émissions du tableau ci‑dessus, sont néanmoins des indications de la direction de la réponse des PM2,5 et de l’ozone à laquelle on peut s’attendre au Canada à la suite de ces changements dans les émissions.

Selon les projections, les concentrations annuelles de PM2,5 en 2015 (figure 7) seraient de 0,2 à 3 µg/m3 (10 à 30 %) inférieures aux concentrations de 2002 dans la plus grande partie du sud de l’Ontario, principalement en réponse à la réduction des émissions aux États‑Unis. Néanmoins, les projections ne présentent que des améliorations mineures à l’est de Toronto, ce qui comprend le Québec et la plus grande part des provinces de l’Atlantique. Des hausses de 0,2 à 3 µg/m3(15‑30 %) sont prévues pour des endroits le long du corridor Québec‑Windsor, notamment dans les grandes villes. Ces estimations sont causées par la hausse des émissions de PM2,5 primaires dans le corridor Québec‑Windsor et d’autres régions en amont. Les centres urbains du Manitoba, de la Saskatchewan et de la Colombie‑Britannique devraient également connaître une augmentation des PM2,5  de 1 à 3 µg/m3 (20-50 %), alors qu’il n’y aurait pas de changements dans les régions environnantes. Ces résultats indiquent que les concentrations de PM2,5 prévues seraient sensibles à l’évolution des émissions de PM2,5 primaires; fait qui rend nécessaire la réévaluation régulière de l’ampleur des changements dans les concentrations ambiantes des PM2,5 en fonction des dernières projections des émissions de PM2,5 primaires au Canada.

Des hausses générales de PM2,5 sont anticipées dans de nombreuses régions des Prairies, les plus fortes augmentations dépassant 3,0 µg/m3 (20-40 %) dans la région d’Edmonton, en Alberta, et dans le sud de la Saskatchewan. Bien qu’elles soient les plus fortes hausses prévues des concentrations ambiantes annuelles de PM2,5 au Canada, elles ne donnent pas lieu à des concentrations moyennes annuelles supérieures à 10 µg/m3 dans les Prairies, sauf dans les principaux centres urbains. Comme dans le cas du corridor Québec‑Windsor, ces changements sont attribuables à une augmentation des émissions de PM2,5 primaires. Cependant, les changements dans le régime chimique local semblent également avoir de l’importance, puisque des hausses de la concentration ambiante des constituants inorganiques secondaires des PM (sulfates, nitrates et ammoniac) sont prévues, malgré la baisse générale des émissions de NOX, de SO2 et de COV dans la région.

La simulation du modèle AURAMS selon le scénario de maintien du statu quo pour 2015 ne prévoit pas de nouveaux dépassements du standard pancanadien relatif aux PM2,5 à de nouveaux endroits par rapport à l’année de référence 2002. Elle présente plutôt une augmentation de la fréquence des dépassements dans les lieux où les concentrations sont déjà supérieures à l’objectif numérique de 30 µg/m3 du standard pancanadien relatif aux PM2,5.

figure 7

Les zones en bleu correspondent aux régions de baisses prévues des concentrations de PM2,5, tandis que les zones en jaune et en rouge correspondent aux régions de hausses prévues des concentrations de PM2,5.

Figure 7. Écart absolu entre la moyenne annuelle des PM2,5 sur 24 heures du scénario de maintien du statu quo pour 2015 et celle de l’année de référence 2002.

Par rapport à 2002, la moyenne des concentrations maximales quotidiennes d’ozone sur huit heures pendant la saison estivale dans les régions rurales ou isolées du sud de l’Ontario et du Québec ainsi que dans les provinces de l’Atlantique devrait diminuer de 3 à 10 ppb (ou 10-30 %) environ d’ici 2015 (figure 8). Ces changements surviendraient en réponse à la baisse pronostiquée des émissions de NOX et de COV (tableau 1), particulièrement le long du corridor Québec‑Windsor. En outre, ces régions sont fortement influencées par le transport transfrontalier de l’ozone et de ses précurseurs en provenance des États-Unis, où les émissions de NOX et de COV devraient également diminuer.

figure 8

Les zones en bleu correspondent aux régions de baisses projetées des concentrations d’ozone, tandis que les zones en jaune et en rouge correspondent aux régions de hausses prévues des concentrations d’ozone. À noter que la hausse à Fort McMurray est déplacée vers l’ouest en raison d’une erreur de compte rendu géographique des projections dans l’inventaire des émissions pour 2015.

Figure 8. Écart absolu entre la moyenne des maximums quotidiens d’ozone sur huit heures pendant l’été (juin-août) du scénario du maintien du statu quo pour 2015 et celle de l’année de référence 2002.

On prévoit que les concentrations ambiantes d’ozone dans les centres urbains de l’est du Canada augmenteront de 5 à 10 ppb entre 2002 et 2015, particulièrement à Toronto et à Montréal, en raison d’une diminution de la titration par NO associée à des baisses des émissions locales de NOX. Cette situation est associée à la complexité de la chimie de l’ozone, qui fait que la réduction des émissions de précurseurs ne se traduit pas toujours par une réduction des concentrations d’ozone comme prévu. Néanmoins, les zones urbaines tireront des avantages directs de la réduction des émissions de NOX à l’échelle locale ainsi que des réductions des concentrations d’ozone et des émissions de NOX en provenance des villes voisines.

On s’attend à ce que les concentrations d’ozone dans le sud-ouest de la Colombie‑Britannique, le sud de l’Alberta et la région d’Edmonton diminuent de façon aussi importante que dans les provinces de l’Est (de 3 à 10 ppb). En Saskatchewan et au Manitoba, les améliorations devraient être plus modérées, se situant plutôt entre 1 et 3 ppb. En revanche, il est prévu que les concentrations d’ozone dans la région de Fort McMurray augmentent de 1 à 15 ppb en raison de l’exploitation des sables bitumineux et des hausses des émissions locales de NOXet de COVqui en découlent.

Les changements prévus dans les concentrations ambiantes d’ozone correspondent de près aux projections de changement du nombre de jours de dépassement par rapport à la valeur de 65 ppb du standard pancanadien qui s’applique à l’ozone. Malgré une baisse générale du nombre de jours de dépassement, la région de Vancouver, la plus grande partie de l’Alberta, le sud de l’Ontario et du Québec ainsi qu’une partie de la région de l’Atlantique connaîtraient encore des jours de dépassement dans le cadre du scénario de maintien du statu quo du modèle AURAMS pour 2015.

Les prédictions du modèle AURAMS soulignent le fait que les changements dans les PM2,5 et l’ozone d’ici 2015 ne sont pas uniformes partout au pays, au moins en partie en raison des écarts géographiques concernant les changements dans les émissions. Il convient de noter que les hausses des émissions de PM2,5 primaires anticipées au Canada pourraient annuler certaines des améliorations associées à une baisse du transport transfrontalier. En outre, une augmentation des concentrations de PM2,5 est prévue dans les grandes régions urbanisées, particulièrement en hiver, alors que la formation de particules de nitrates est prédominante. D’autres analyses s’imposent afin de confirmer ces résultats en fonction des dernières projections sur les émissions au Canada.

Outre le scénario de maintien du statu quo, le modèle AURAMS a également servi à simuler d’autres réductions d’émissions en vue d’examiner comment les concentrations de PM2,5 et d’ozone pourraient répondre à la mise en œuvre d’autres mesures de réduction des émissions au Canada. Dans ce scénario, les émissions de SO2, de NOX, de COV et de PM2,5 secondaires de 15 secteurs industriels ont été réduites de façon importante par rapport au scénario de maintien du statu quo pour 2015, soit respectivement de 41 %, de 23 %, de 16 % et de 6 %. Selon les niveaux d’émissions en termes absolus, les principaux secteurs responsables de la réduction des émissions étaient la fusion des métaux et la production d’électricité pour ce qui est du SO2, le secteur amont de l’industrie pétrolière et gazière, les sables bitumineux et la production d’électricité pour les NOX, le secteur amont de l’industrie pétrolière et gazière et les sables bitumineux pour les COV et le chauffage au bois et la production d’électricité pour les PM2,5 primaires.

En comptant ces nouvelles réductions des émissions, la plus forte baisse des concentrations de PM2,5 surviendrait dans les Prairies et dans le corridor Québec‑Windsor, mais on ne parviendrait qu’à des améliorations mineures dans la région de l’Atlantique et de Vancouver. La baisse annuelle des concentrations de PM2,5 au pays correspond en grande partie à une baisse de la formation de PM2,5 secondaires, principalement attribuables à la réduction des concentrations de sulfates, particulièrement l’été. L’hiver, on observerait des réductions plus modérées des concentrations des PM2,5, car elles seraient uniquement causées par la diminution prévue des nitrates, qui est faible par rapport à la baisse prévue des sulfates.

Des diminutions généralisées des concentrations quotidiennes d’ozone l’été dans les Prairies ont été prévues, particulièrement dans une grande partie de l’Alberta (> 5 ppb) où le modèle AURAMS a pris en compte les plus fortes réductions d’émissions de NOx et de COV. Toutefois, la baisse prévue d’ozone serait mineure dans les régions densément peuplées comme Vancouver, le corridor Québec‑Windsor et les provinces de l’Atlantique.

Pour ce qui est des standards pancanadiens, les nouvelles réductions d’émissions examinées ci‑dessus aideraient à réduire les concentrations ambiantes de PM2,5 et d’ozone et, possiblement, le nombre de jours de dépassement dans les régions densément peuplées. Néanmoins, les réductions examinées ne suffiraient pas à ramener l’ensemble du Canada sous le seuil du standard pancanadien pour ces deux polluants.

Dans l’ensemble, ces modélisations indiquent que la saisonnalité de la formation chimique des particules fait en sorte qu’il faut analyser de près le potentiel des processus chimiques hivernaux d’atténuer ou même d’annuler les améliorations estivales découlant de la réduction des émissions. De plus, avec la diminution prolongée des émissions de SO2 et de NOX, les particules primaires (c’est‑à-dire émises directement) deviennent de plus en plus importantes. Par conséquent, il faut explorer une approche différente qui met davantage l’accent sur les émissions de PMprimaires pour continuer de réduire les concentrations ambiantes de PM2,5.

Influence relative de secteurs économiques clés

Les analyses des scénarios de modélisation de la qualité de l’air ont été réalisées au moyen d’un ensemble de modèles de transport chimique, dont le modèle AURAMS et d’autres modèles semblables, afin d’examiner les effets des changements apportés aux émissions produites par six grands secteurs économiques canadiens sur les concentrations ambiantes de PM2,5 et d’ozone. Les secteurs étudiés sont l’agriculture, le transport maritime, le secteur pétrolier et gazier (comprenant les sables bitumineux), le raffinage et les produits chimiques, la production d’électricité et le chauffage résidentiel au bois.

On estime que la réduction des émissions de NH3 provenant du secteur agricole à la fois à l’échelle continentale et régionale (c.‑à‑d. dans la vallée du bas Fraser) aurait peu ou pas d’effets sur les concentrations d’ozone, mais un effet modéré sur les concentrations moyennes et médianes de PM2,5. À l’échelle locale, il semble également que la réduction des émissions de NH3 aurait une forte influence sur les épisodes à court terme de PM2,5. Les premières études sur l’influence relative du secteur du transport maritime sur les concentrations ambiantes de PM2,5 et d’ozone dans les régions côtières et le long des routes maritimes indiquent que des effets importants sont possibles. D’autres études, publiées après la période d’examen de l’Évaluation scientifique canadienne du smog, ont porté sur le rôle des émissions maritimes en Amérique du Nord13 et appuyaient l’établissement d’une zone de contrôle des émissions canado-américaine approuvée par l’Organisation maritime internationale.

Il a été démontré que le secteur amont de l’industrie pétrolière et gazière est le principal secteur qui influe sur les concentrations ambiantes d’ozone en Alberta, où les activités de ce secteur sont prédominantes. Ce secteur comprend les activités liées aux sables bitumineux, dont une simulation de l’augmentation des émissions de NOX et de COV semble augmenter de façon considérable les concentrations d’ozone dans la région environnante. En s’appuyant sur les données limitées sur les PM2,5, il semble que le secteur amont de l’industrie pétrolière et gazière joue également un rôle majeur dans les concentrations ambiantes de PM2,5en Alberta. Dans cette province, l’ozone est moins sensible aux émissions de NOX et de COV produites par le secteur du raffinage et des produits chimiques qu’à celles du secteur pétrolier et gazier, dont l’influence est circonscrite aux environs de la source. Le secteur de la production d’électricité exerce également une influence majeure sur les concentrations de PM2,5 et d’ozone en Alberta et dans le sud de l’Ontario.

Le secteur du chauffage résidentiel au bois, qui a été étudié dans tout l’est du Canada, semble n’avoir aucune influence sur les concentrations d’ozone, puisque, d’une part, ses émissions se limitent aux périodes hivernales, et que, d’autre part, le scénario examiné ne comprend aucun changement dans les émissions de NOX et de COV. L’influence de la réduction des émissions de PM2,5 primaires provenant de ce secteur source sur les concentrations ambiantes de PM2,5 dans l’est du Canada a également été évaluée. Les premiers résultats semblent indiquer qu’il existe une influence importante, bien que l’ampleur de la réponse atmosphérique doive être examinée plus avant.

Bien que le rôle d’autres sources de transport n’ait pas été examiné dans le cadre de ces scénarios de modélisation pour l’Évaluation scientifique canadienne du smog, des études de modélisation ont été réalisées pour le Programme de recherche et de développement énergétiques (PRDE)14. Les résultats ont indiqué qu’en 2002, les émissions liées au transport sur route représentaient environ 7 % des PM2,5 dans l’air ambiant au Canada. Les résultats ont également indiqué que l’influence des sources mobiles sur les concentrations ambiantes de PM2,5 est la plus forte dans les provinces de l’Ouest, tandis que la contribution estimée des sources mobiles combinées du Canada et des États‑Unis serait la plus forte dans l’est du Canada. Les résultats soulignent l’importance du transport transfrontalier en provenance des États-Unis pour caractériser la pollution atmosphérique dans l’est du Canada.


11 Pour plus de précisions sur les répercussions de l’ammoniac d’origine agricole sur les PM2,5 à l’échelle régionale, voir S.‑M. Li, R. Vet, J. Liggio, P. Makar, K. Hayden, R. Staebler, E. Chan et M. Shaw, 2010. « Chapitre 7 : Sensibilité des particules au NH3 dans les principales régions agricoles du Canada », Évaluation canadienne 2008 de l’ammoniac atmosphérique d’origine agricole. Ottawa, Environnement Canada.

12 Au Canada, on a réussi à réduire les émissions de NOX grâce au Règlement sur les émissions des véhicules routiers et de leurs moteurs et à l’imposition d’un plafond d’émissions annuelles aux centrales de combustibles fossiles dans les régions du centre et du sud de l’Ontario et dans le sud du Québec. Aux États-Unis, on a réussi à réduire les émissions de NOX grâce au programme NOXState Implementation Plan (SIP) Call, dans le cadre du NOX Budget Trading Program, et à la mesure du titre IV de la Clean Air Act, qui exige une réduction des NOX émis par certaines centrales thermiques au charbon.

13 La proposition pour la zone de contrôle des émissions (http://www.epa.gov/otaq/regs/nonroad/marine/ci/mepc-59-eca-proposal.pdfhttp://www.epa.gov/otaq/regs/nonroad/marine/ci/mepc-59-eca-proposal.pdf) est accessible sur le site sur la réglementation pour les navires océaniques de l’Environmental Protection Agency des États-Unis (http://www.epa.gov/otaq/oceanvessels.htm), ou en français à l’adresse suivante : www.afcan.org/dossiers_reglementation/mepc59/MEPC%2059-6-5.pdf.