Les blocages de l'année dernière en réponse à COVID-19 ont entraîné des réductions drastiques des émissions, notamment des sorties d'échappement des véhicules, et pourtant, certaines zones urbaines ont connu une augmentation paradoxale de la pollution atmosphérique à l'ozone. Une nouvelle étude menée par le National Center for Atmospheric Research (NCAR) a utilisé un modèle informatique sophistiqué pour démêler le réseau complexe de la chimie atmosphérique et de la météorologie afin de déterminer les causes de la mauvaise qualité de l'air.

La recherche, publié dans le Journal of Geophysical Research :Atmosphères , constate que pour certaines régions du monde, y compris le nord de la Chine, l'augmentation de la pollution à l'ozone était directement liée à la diminution des émissions, tandis que dans d'autres régions, y compris l'Europe, les conditions météorologiques inhabituelles ont joué un rôle plus important.

La recherche met en évidence les interactions complexes qui déterminent la qualité de l'air et offre un aperçu de ce qui pourrait arriver si des réglementations plus strictes sur la qualité de l'air étaient mises en place dans certaines des villes les plus polluées du monde.

« La pandémie de COVID-19 nous a fourni une expérience mondiale imprévue sur la qualité de l'air, " a déclaré Benjamin Gaubert, scientifique du NCAR, qui a dirigé l'étude. "Avec notre modèle du système Terre, nous avons pu étudier comment l'atmosphère réagissait à un changement dans les types de produits chimiques émis dans l'air, en particulier les changements de polluants secondaires, comme l'ozone, qui se forment dans l'atmosphère et non directement émis par les activités humaines.

La recherche a été financée par la National Science Foundation, qui est le sponsor de NCAR, la Commission européenne, l'Agence spatiale européenne, et le Hong Kong Research Grants Council.

La pollution de l'air a augmenté dans certaines villes

Début 2020, les villes du monde entier ont commencé à se fermer, d'abord en Chine puis en Europe et ailleurs, alors que les décideurs luttaient pour endiguer la propagation du COVID-19. Un effet secondaire des fermetures d'écoles, entreprises, et d'autres lieux de rassemblement était une forte baisse des émissions, tels que les oxydes d'azote et les composés organiques volatils, à mesure que les gens réduisent leur conduite et d'autres types de déplacements.

Dans de nombreuses régions du monde, cette diminution a contribué à un ciel plus clair, et les horizons souvent brumeux de certaines grandes villes, dont Los Angeles et Delhi, est devenu croustillant. Cependant, les scientifiques ont également remarqué que dans certains domaines spécifiques, la pollution de l'air s'est en fait aggravée. Par exemple, dans certaines villes du nord de la Chine, dont Pékin, la pollution par l'ozone a augmenté de manière significative, doublant dans certains cas.

"Nous avons été surpris au début, mais réellement, cela n'aurait pas dû être inattendu, " dit Guy Brasseur, un universitaire distingué du NCAR et co-auteur de l'étude. "Cela a en fait confirmé ce que nous savons de la complexité du système chimique."

La qualité de l'air est déterminée non seulement par les polluants qui sont directement émis dans l'air, mais aussi par la chimie qui transforme ces polluants une fois entrés dans l'atmosphère. La qualité de l'air varie également avec la période de l'année et avec les conditions météorologiques, ce qui rend difficile d'attribuer les changements de la qualité de l'air pendant les blocages - pour le meilleur ou pour le pire - entièrement aux blocages eux-mêmes.

Démêler la chimie atmosphérique de la météo

Déterminer les causes des changements de la qualité de l'air observés pendant la pandémie, l'équipe de recherche a utilisé la dernière version du modèle de système terrestre communautaire basé sur le NCAR (CESM2.2). Ils ont d'abord simulé à quoi aurait ressemblé la qualité de l'air en 2020 si les émissions avaient été conformes aux années précédentes, puis ont répété l'expérience avec les diminutions réelles des émissions dues au COVID-19. En comparant les deux, ils pourraient démêler les impacts du temps et de la chimie atmosphérique sur la pollution, en particulier l'ozone troposphérique.

L'ozone se forme dans l'atmosphère lorsque les oxydes d'azote (en grande partie émis par la combustion de combustibles fossiles dans les véhicules et les centrales électriques) et les composés organiques volatils (émis par diverses sources, y compris les peintures, solvants, pesticides, et matériaux de construction, ainsi que des véhicules) réagissent en présence du soleil et de la chaleur. Alors que les oxydes d'azote sont un ingrédient nécessaire à la fabrication de l'ozone, ils peuvent également agir pour détruire l'ozone lorsque leur concentration est trop élevée.

Pendant les confinements pandémiques, cela signifiait que les réductions d'émissions dans certaines villes qui ont généralement des concentrations très élevées d'oxydes d'azote - y compris Pékin et d'autres villes du nord de la Chine - ont en fait limité la destruction de l'ozone qui avait lieu par des oxydes d'azote supplémentaires, permettant finalement à la pollution locale par l'ozone d'augmenter.

Dans les villes généralement moins polluées, y compris les régions métropolitaines des États-Unis, la nouvelle étude constate que la réduction des émissions a privé l'atmosphère d'un composant essentiel à la production d'ozone, et donc abaissé les niveaux de pollution locale à l'ozone.

Des augmentations de la pollution à l'ozone se sont également produites dans le nord de l'Europe pendant les fermetures, mais l'équipe de recherche a découvert que la raison dominante était la météo. En mars et avril, le nord de l'Europe était plus ensoleillé que la moyenne et le sud de l'Europe était plus nuageux. L'ensoleillement supplémentaire dans le nord a permis à l'ozone de se former plus facilement, provoquant un pic de pollution malgré la réduction des émissions.

"Il est extrêmement important d'utiliser des modèles qui simulent à la fois les conditions météorologiques et la chimie atmosphérique pour bien comprendre ce que nous voyons dans les observations, " dit Brasseur.

L'étude offre également un aperçu des politiques qui pourraient être les plus efficaces pour lutter contre la pollution de l'air. Par exemple, dans les villes avec des niveaux extrêmement élevés d'oxydes d'azote, il pourrait être plus efficace de limiter les composés organiques volatils plutôt que les oxydes d'azote si l'objectif est de réduire la pollution par l'ozone.

"Cette étude offre un aperçu des mesures qui pourraient être prises pour réduire les émissions et améliorer la qualité de l'air, " a déclaré Brasseur. "Nous avons appris qu'une approche unique peut ne pas être efficace. Les mesures qui peuvent devoir être prises varient selon la saison et elles varient selon l'emplacement."