Faire respirer la ville à pleins poumons
La rédaction C21
Vitale en milieux ruraux comme urbains, la réduction des particules fines encourage une meilleure santé et une meilleure qualité de vie des habitants. Sujet de santé publique majeur, il donne lieu à des outils innovants pour permettre de mesurer les zones à forte concentration, dites points chauds, et d'améliorer de façon durable la qualité de l’air par des procédés spécifiques.
Plus de 90 % de la population mondiale vit dans des régions où les valeurs recommandées par l'OMS concernant les particules fines sont dépassées. Cette exposition engendre de graves problèmes sanitaires, notamment vis-à-vis des enfants, personnes âgées ou souffrant de problèmes de santé sous-jacents. Pour autant, l’amélioration de la qualité de l'air dans les zones urbaines est une tâche complexe. Les politiques se limitent souvent à des mesures locales, alors que la pollution de l'air ne s’arrête pas à la frontière des villes et des campagnes. On sait qu'une grande partie des concentrations de particules, souvent supérieures à 50 %, provient de l'extérieur de la ville et n'est donc pas réduite par l'atténuation des émissions locales.
Nombre de mesures politiques visant à améliorer la qualité de l'air se concentrent sur la mobilité durable, à la réorganisation des routes et à l'encouragement de comportements sains. L'efficacité de ces mesures en termes de réduction des risques pour la santé est liée au degré d'exposition, qui dépend de la présence de personnes et de la concentration locale de particules. La purification active de l'air peut jouer un rôle important dans la réduction de l'exposition aux particules de fond et des concentrations de particules des sources locales. Ainsi est née l'idée d'une intégration ciblée de la technologie de purification de l'air dans le domaine public urbain : les poumons de la ville.
Lungs of the City : une solution à la pollution de l'air
ENS Clean Air, entreprise spécialisée dans les technologies et stratégies innovantes de traitement de l'air, a développé l'approche Poumons de la ville en complément des mesures locales de la qualité de l'air. Cette stratégie transforme les infrastructures urbaines et les bâtiments publics (tels que les parkings, les terminaux de transports publics) et le mobilier urbain (rues commerçantes, etc.) en « poumons » purificateurs d'air dans la ville. Une technologie sans filtre et économe en énergie est utilisée pour l'élimination des particules, à l'aide de l'ionisation positive. Chaque intervention locale vise à atténuer les endroits où des concentrations élevées de particules coïncident avec un degré élevé d'exposition du public – également connu sous le nom de points chauds. L'air purifié à l'intérieur de ces bâtiments/espaces publics sera rejeté dans l'environnement par une ventilation naturelle ou mécanique. Étant donné que l'air purifié est plus propre que l'air ambiant, la qualité de l'air dans l'environnement direct s'améliorera également.
Les poumons de la ville peuvent être intégrés dans l'environnement urbain de nombreuses façons. Depuis 2014, l'approche Poumons de la ville a été validée académiquement dans des projets pratiques aux échelles urbaine et du bâtiment. Chaque application individuelle a un certain effet local : en augmentant le nombre d'applications, on obtient un effet d'accumulation et des améliorations peuvent être réalisées dans des zones plus larges.
Études de cas en milieu urbain
Dans le cadre de la solution, plusieurs projets de recherche et d’études d'impact connexes ont été réalisés, notamment dans un centre-ville, une station de métro, une gare routière, une sortie de tunnel autoroutier, des « canyons de rue », plusieurs parkings ou encore une cour d'école. Quelques-uns de ces cas sont illustrés ci-dessous.
Prenons l’exemple de la ville Eindhoven aux Pays-Bas, un espace urbain dynamique et densifiant, où le contexte était complexes, tout comme les politiques de qualité de l'air appliquées visant un gain de santé d'au moins 50 %. Pour évaluer la solution Poumons de la ville, le centre d'Eindhoven a servi de « laboratoire vivant » pour la recherche sur la mise en œuvre à grande échelle de la technologie de purification de l'air dans l'environnement public. La question clé était la suivante : Quelle est la valeur ajoutée d'une intégration ciblée de la purification de l'air pour l'amélioration de la qualité de l'air urbain ?
Ce projet s'est déroulé en trois phases :
- Étude de faisabilité (2015-2016)
La capacité de purification de l'air a été pratiquement intégrée dans 16 parkings répartis dans le centre-ville (capacité totale de purification de l'air de 5 454 000 m3/h). À l'aide de simulations CFD, il a été démontré que l'approche Poumons de la ville a un grand potentiel pour l'amélioration de la qualité de l'air à échelle locale. Les concentrations de particules ont été réduites de 30 à 50 % à proximité directe des garages de stationnement et de 10 % jusqu'à une distance d'un kilomètre (figure 3).
- Études d'effet (2017-2018)
Un dispositif d'intervention temporaire a été mis en place sur la place de l'Hôtel de ville (Stadhuisplein) à Eindhoven. Une installation de purification de l'air a éliminé les particules de l'air évacué (de ventilation) du parking situé sous la place, puis a libéré l'air purifié sur la place. Des mesures ont été effectuées sur et à proximité immédiate de la place, à l'aide d'un équipement de surveillance haut de gamme des concentrations de particules et des conditions météorologiques. Les mesures ont montré non seulement de grandes différences dans les concentrations locales de particules en raison des variations de la densité des bâtiments et des phénomènes d'écoulement locaux, mais aussi de grandes différences d'exposition dues aux variations de l'intensité du trafic. De plus, il a été prouvé que le traitement actif de l'air évacué du parking contribue à réduire l'exposition aux particules au niveau de la rue.
- Modèles informatiques haute résolution (2015-2021)
Tout au long du projet, des modèles informatiques à haute résolution ont été développés avec lesquels les effets des interventions de purification de l'air peuvent être déterminés (virtuellement). La mise en œuvre des résultats (mesure) des études d'effet à Eindhoven et dans d'autres projets (pilotes) a conduit à l'affinement et au recalibrage de l'étude de faisabilité. La capacité d'épuration de l'air requise, telle qu'appliquée dans l'étude de faisabilité, semble avoir été surestimée : l'amélioration de la qualité de l'air ambiant, au moyen de la purification de l'air dans les parkings, est réalisable avec environ la moitié (capacité totale d'épuration de l'air de 2 565 000 m3/h) de la capacité d'épuration calculée à l'origine.
Zoom sur les centres de transports en commun
Bien que les modes de transports publics soient de plus en plus propres, leurs stations peuvent être considérées comme des points chauds : les concentrations peuvent être élevées en raison des polluants émis en espace confiné. Les salles d'attente sont souvent (semi-)fermées, ou souterraines, ce qui limite, voire empêche, la circulation naturelle de l'air et oblige à utiliser des systèmes de ventilation mécanique pour rafraîchir l'air. Malheureusement, les systèmes de ventilation ne sont pas toujours en mesure de garantir une bonne qualité de l'air.
Les concentrations dans le métro peuvent fluctuer considérablement en raison de l'entrée et de la sortie de grands volumes d'air induits par les trains. Des moyennes supérieures à 200 μg/m3 sont enregistrées dans divers systèmes de métro (européens). Par conséquent, les risques d'exposition aux particules peuvent être élevés pour les navetteurs, notamment plus élevés qu'en surface. De plus, la composition chimique des particules en suspension dans l'air peut être particulièrement nocive (ex. : particules métalliques).
La technologie d'ENS s'est avérée très efficace sur le quai d'une station de métro à Paris pour protéger les navetteurs de l'exposition aux particules. Des mesures ont été effectuées pour analyser l'efficacité du système de purification de l'air situé à proximité de la voie ferrée. Les résultats ont montré des performances constantes pendant les heures de fonctionnement du métro.
Immersion dans les parkings
Depuis 2017, une vaste expérience a été réalisée dans le domaine des applications au sein des parkings souterrains. Les effets provenant des garages et ses environs ont ainsi été mesurés et simulés, les parkings étant soumis aux concentrations de particules dans l'air, plus faiblement évacués au niveau de la rue. Cette application a été optimisée par l'ENS, via des recherches scientifiques supplémentaires dans lesquelles les influences des sources locales de particules et les caractéristiques de ventilation (y compris la ventilation de poussée) ont été prises en compte. Dans un parking moyen, plusieurs kilogrammes de particules peuvent être capturés par an, révélant les preuves tangibles d'un problème invisible.
Un outil qui fait ses preuves
Il a été prouvé que Lungs of the City est une stratégie techniquement réalisable qui permet de réduire l'exposition aux particules. Le rapport coût-efficacité et la réduction des risques pour la santé ont été évalués quantitativement positivement. Selon les résultats observés, la purification active intégrée de l'air réduit la contribution des sources locales et des sources de fond aux concentrations locales de particules. Poumons de la ville est donc un ajout significatif aux politiques existantes visant à améliorer la qualité de l'air urbain. La prise en considération d'une urbanisation saine s'est traduite par des actions et des politiques. Avec l'émergence d'une mise en œuvre ciblée de l'approche Poumons de la ville, un instrument important a été ajouté à la boîte à outils pour accroître pour améliorer le cadre de vie.
Un article signé Simone Isphording, ENS Clean Air
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