Lorsque le volcan Kīlauea est entré en éruption en 2018, parties couvertes de lave de l'île d'Hawaï, mais un smog volcanique, connu sous le nom de "vog, " l'a inondé. Le vog contenait des niveaux dangereux de particules fines et de dioxyde de soufre gazeux, qui menaçait la santé de la population sous le vent sur l'île.

Dans une nouvelle étude, une équipe de scientifiques a utilisé un réseau de capteurs de qualité de l'air à faible coût pour cartographier l'exposition à la pollution des résidents en temps réel, pour la première fois. La nouvelle solution de mesure de la qualité de l'air pourrait à l'avenir éviter aux populations de tomber malades, puisque la pollution de l'air est le plus grand facteur de risque environnemental de mortalité prématurée dans le monde.

« Nous avons pu estimer à petite échelle les expositions de la population à de multiples polluants, mesurer la transformation chimique des émissions volcaniques, et fournir des observations en temps réel dans le cadre des efforts de gestion des urgences, " a déclaré Benjamin Crawford, Doctorat., auteur principal et professeur adjoint au Département de géographie et des sciences de l'environnement de l'Université du Colorado à Denver. Crawford a collaboré avec des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology et de l'Université d'Hawai'i.

L'étude a été publiée dans la revue PNAS .

Surveillance en temps réel lors d'un événement catastrophique

Avant 2018, Le volcan Kīlauea était en éruption continue à une échelle beaucoup plus petite au cours des 35 dernières années. Fin 2017, L'équipe de Crawford a lancé un projet pour mesurer la qualité de l'air sous le vent du volcan fumant, partenariat avec des écoles locales pour héberger des capteurs.

"Nous pensions qu'il n'y avait pas de précipitation, ", a déclaré Crawford. L'équipe disposait d'une poignée de prototypes de capteurs à faible coût (LCS) et avait commencé à jeter les bases de l'île lorsque le volcan a commencé à entrer en éruption en mai 2018. Le groupe est entré en action. Ils se sont envolés vers le l'île et construit le réseau en 10 jours.

L'équipe a utilisé 30 nœuds conçus et déployés spécifiquement pour surveiller un mélange de dioxyde de soufre volcanique primaire (SO 2 ) le gaz et les particules secondaires (PM2,5) qui composent le vog. Leur étude est devenue la première à utiliser un réseau de capteurs à faible coût en temps réel lors d'un événement de qualité de l'air extrême.

Suivi de la transformation chimique du panache

Sous le vent de l'éruption, l'équipe a découvert que les stations du réseau mesuraient les heures de pointe PM2,5 et SO 2 concentrations pouvant dépasser 75 microgrammes par m-3 et 1200 ppb, respectivement. La densité du réseau LCS a permis des estimations très granulaires de l'exposition humaine aux deux polluants pendant l'éruption, ce qui était impossible avec des mesures de qualité de l'air préexistantes.

La dynamique du panache a exposé une proportion beaucoup plus importante (46,7%) de la population de l'île à des niveaux élevés de PM2,5 fines par rapport au SO 2 (2%). En outre, le réseau a pu suivre l'évolution chimique du panache volcanique sous le vent de l'éruption. Les mesures ont trouvé un SO moyen 2 temps de conversion d'environ 36 heures, démontrant pour la première fois la capacité des réseaux LCS distribués à observer la cinétique des réactions et à quantifier les transformations chimiques des polluants atmosphériques dans un environnement réel.

"On avait une bonne idée d'où allait la pollution, nous avons donc pu suivre et mesurer la transformation chimique du panache, " a déclaré Crawford. "C'était la première fois que nous pouvions observer à la fois la chimie du panache et la façon dont il se déplaçait sous le vent. C'était gratifiant de voir notre approche fonctionner."

Donner aux autres les moyens de mesurer la qualité de l'air

La surveillance de la qualité de l'air (QA) est essentielle pour comprendre et finalement minimiser l'exposition des personnes aux polluants atmosphériques nocifs ; cependant, les mesures basées sur la surface restent relativement rares dans une grande partie du monde. C'est parce que la plupart des mesures de la qualité de l'air proviennent de réseaux gérés par les gouvernements, comme les États ou l'Environmental Protection Agency (EPA) aux États-Unis. Ces instruments extrêmement précis sont coûteux, ce qui limite le nombre de capteurs déployés. Sur la grande île d'Hawaï, il y avait six stations de surveillance permanentes en service avant l'éruption, dont la lave détruite au début de l'éruption.

En revanche, les capteurs à faible coût de cette étude sont alimentés à l'énergie solaire, des unités autonomes qui peuvent communiquer via des réseaux cellulaires et fonctionner dans des endroits éloignés. L'abordabilité des unités permet également à l'équipe de les remettre aux membres de la communauté pour mesurer eux-mêmes la qualité de l'air. Que ce soit lors d'une éruption volcanique, feux de forêt, ou la pollution urbaine et le smog quotidiens, Il est important de donner aux communautés le pouvoir de mesurer elles-mêmes les données.

"Il y a une demande pour ce genre d'information, " a déclaré Crawford. "C'est un excellent moyen de démocratiser les données et de permettre aux communautés de surveiller les violations de la qualité de l'air indépendamment de quiconque. Vous pouvez donner aux gens les connaissances nécessaires pour prendre leurs propres décisions. »