Interpolation des mesures de

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Description

• exposé
• rapport de stage - matière potentielle : interpolation des mesures de no2 par capteurs passifs

Certificat de géomatique Rapport de stage Interpolation des mesures de NO2 par capteurs passifs Présenté par Pierre-Olivier Maradan Experts Prof. Charles Hussy M. Alain Dubois Dr. Benoît Lazzarotto Genève Février 2005 République et Canton de Genève Département de l'intérieur, de l'agriculture et de l'environnement Service cantonal de protection de l'air

• variable auxiliaire dans le calcul
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• Calcul

Informations

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Extrait

Certificat de géomatique
Rapport de stage
Interpolation des mesures de
NO par capteurs passifs2
Présenté par
Pierre-Olivier Maradan
Experts
Prof. Charles Hussy
M. Alain Dubois
Dr. Benoît Lazzarotto
République et Canton de Genève
Département de l'intérieur, de l'agriculture
et de l'environnement
Service cantonal de protection de l'air
Genève
Février 2005Table des Matières
1 Introduction ............................................................................................................................6
2 Généralités ..............................................................................................................................7
2.1 Description d’un capteur passif .................................................................................................... 7
2.2 Description du réseau de capteurs passifs....................................................................................8
2.3 Problématique................................................................................................................................. 9
3 Interpolation .........................................................................................................................11
3.1 IDW (interpolation déterministe) ............................................................................................... 11
3.2 Krigeage (interpolation géostatistique) ......................................................................................12
3.3 Co-Krigeage (interpolation géostatistique avec intégration d’informations indirectes)........ 15
4 Typologie des emplacements des capteurs passifs : ..........................................................18
4.1 Carte d’identité............................................................................................................................. 18
4.2 Champs typiques d’émissions de NO ........................................................................................ 18x
4.3 Définition des types de site........................................................................................................... 19
5 Discussion et conclusion.......................................................................................................22
5.1 Discussion...................................................................................................................................... 22
5.2 Conclusion................... 25
Littérature consultée, Bibliographie...........................................................................................26
2Liste des figures
Fig. 1: Principe de montage des capteurs passifs de NO ................................................................82
Fig. 2: Concentration moyenne de NO en 2003 (interpolation par IDW)....................................102
Fig. 3: Vue 3D d’une surface, interpolée par IDW ........................................................................11
Fig. 4: Vue 3D d’une surface, interpolée par Krigeage .................................................................12
Fig. 5: Semi-variogramme..............................................................................................................13
Fig. 6: Essai de Krigeage (avec tous les capteurs, et en enlevant certains capteurs) .....................14
Fig. 7: Calcul de prédiction d’erreur par la méthode du Co-Krigeage...........................................15
Fig. 8: Les étapes de calcul du Co-Krigeage..................................................................................16
Fig. 9: Essai de Co-Krigeage..........................................................................................................17
Fig. 10: Quantité d’émission totale de NO [kg/an] catégorisée en sept champs typiques............19x
Fig. 11: Vue des champs typiques avec les valeurs d’immissions (extrudées)..............................20
Fig. 12: Graphique de la concentration de NO par rapport aux sites............................................212
Fig. 13: Interpolation par Krigeage, calculée sans les capteurs des sites trafics............................21
Fig. 14: Comparaison entre IDW, Krigeage et Co-Krigeage.........................................................24
3Remerciements
Mes remerciements vont en premier lieu à Benoît Lazzarotto, du service de la protection de l’air
de Genève (SCPA), pour avoir rendu possible ce stage et l’avoir dirigé. Pour son encadrement,
ses conseils, sa disponibilité, sa confiance, sa mise en confiance, ses lectures, ses relectures, ses
corrections et aussi pour son chocolat. Je remercie également Françoise Dubas, directrice du
SCPA, pour son engagement, ses précieux conseils et la correction de ce rapport.
Je remercie le Professeur Charles Hussy de l’Université de Genève pour m’avoir admis dans la
formation de géomatique et pour la correction finale de ce rapport. Je remercie aussi Alain
Dubois, du Centre Universitaire d’Ecologie Humaine, pour sa disponibilité et ses conseils avisés.
Un grand merci à toute l’équipe du SCPA, particulièrement Philippe Butty, pour m’avoir accepté
dans son bureau ainsi que pour sa compagnie, mais aussi Arlette Jetzer, Giulia Genini, Pierre
Kunz, Edouard Piguet, Yves Lutzelschwab pour avoir partagé avec moi leurs expériences et pour
les moments passés ensemble.
J’aimerais finalement remercier ma famille, mes amis et surtout Corinne, qui m’ont suivi et
soutenu tout au long du chemin qui m’a amené vers ce certificat.
4Résumé
Le sujet de ce travail est d’explorer les méthodes d’interpolations afin d’améliorer la
représentation cartographique de la concentration du dioxyde d’azote (NO ), à partir du réseau de2
capteurs passifs installé dans l’agglomération genevoise.
Le rapport débute par une explication de la méthode de mesure par capteur passif, on trouve
ensuite la description du réseau. La méthode d’interpolation utilisée actuellement, pondération
par l’inverse de la distance (IDW), est décrite et est comparée aux deux nouvelles méthodes
géostatistiques proposées, le Krigeage et le Co-Krigeage. Cette dernière permet d’intégrer une
variable auxiliaire dans le calcul. Nous avons utilisé le cadastre des émissions de NO dans lex
calcul d’interpolation, ce qui a amélioré manifestement le résultat.
L’utilisation de ces méthodes nous a amenée à définir la typologie des capteurs passifs, nous
avons décris chaque emplacement de mesures et ainsi établi des cartes d’identités. Nous avons
aussi fait l’inventaire des sources d’émissions de la pollution, ce qui a engendré sept catégories
de champs typiques pour la zone étudiée. Finalement chaque emplacement de capteur passif a été
classé selon un type de site (rural, urbain, périurbain, trafic).
Le résultat de cette étude donne une carte de concentration de NO sensiblement plus précise que2
la méthode utilisée actuellement.
51 Introduction
Dans le cadre de la gestion de l’environnement et du développement durable, des moyens ont été
mis en place pour améliorer la qualité de l’air. En 1985, l’ordonnance fédérale sur la protection
de l’air (OPair) a été introduite, et charge les cantons de son application. La législation prévoit
qu’en cas de dépassements répétés des valeurs limites d’immission (VLI) de polluants, par
exemple le dioxyde d’azote (NO ) ou l’ozone (O ), un plan de mesures d’assainissement de l’air2 3
doit être mis en place. Le service cantonal de la protection de l’air du canton de Genève (SCPA)
est chargé de faire les relevés nécessaires et d’informer les autorités ainsi que la population de ses
résultats.
3En ce qui concerne le NO , il y a deux VLI : la première de 30 µg/m en moyenne annuelle2
3(arithmétique) et la seconde de 80 µg/m en valeur journalière à ne pas dépasser plus d’une fois
par année.
En complément d’un réseau de stations de mesures, un réseau de 88 emplacements de capteurs
passifs est opérationnel sur une partie de l’agglomération genevoise et permet d’obtenir les
valeurs moyennes d’immissions de NO avec une fréquence bimensuelle. C’est sur la base de ces2
mesures que la moyenne annuelle est calculée. Le SCPA réalise chaque année des cartes des
immissions qui sont publiées dans le rapport « Qualité de l’air ». Ces cartes sont des
interpolations géographiques des valeurs issues des capteurs passifs, c'est-à-dire qu’un calcul
détermine en tout lieu une valeur à partir des 88 points de mesures. L’objectif de ce travail est
d’apporter des voies et des solutions pour améliorer la qualité de ces cartes. En effet la méthode
utilisée actuellement fait apparaître certains points de mesure comme des puits ou des pics
d’émissions, alors que les véritables sources ne sont pas représentées.<