Spatio-temporal assessment of PM2.5 and PM10 pollution in core and peripheral municipalities of the Kathmandu valley using regulatory and low-cost sensor data

L'air que nous respirons est un mélange complexe de gaz invisibles et de minuscules particules solides. Parmi ceux-ci, les plus dangereux sont les fines poussières et les suies, assez petits pour s'infiltrer profondément dans nos poumons et même pénétrer dans notre circulation sanguine. Les scientifiques les appellent la matière particulaire. Lorsque ces particules mesurent moins de 2,5 micromètres de large, elles sont étiquetées PM2,5 ; lorsqu'elles sont légèrement plus grandes, jusqu'à 10 micromètres, elles sont classées PM10. Bien que ces mesures puissent sembler techniques, la réalité est simple : plus il y a de ces particules flottant dans l'air, plus le risque pour la santé humaine est grand, provoquant tout, de la toux et de l'asthme aux maladies cardiaques et pulmonaires graves. Dans de nombreuses parties du monde, en particulier dans les villes en pleine croissance nichées dans des vallées, l'air devient épais de ces polluants. Le défi pour les scientifiques n'est pas seulement de mesurer l'air en un point donné, mais de comprendre comment la pollution se déplace et change à travers une ville entière, du centre animé aux périphéries plus calmes, et comment la forme du terrain et la météo piègent ou dégagent ces minuscules particules nocives.

Dans la vallée de Katmandou au Népal, un bassin en forme de bol entouré de montagnes, la qualité de l'air est devenue une grave crise de santé publique. La forme même de cette vallée, avec ses parois abruptes et son fond plat, agit comme le couvercle d'une casserole, emprisonnant l'air et l'empêchant de s'écouler. Ce piège naturel est particulièrement efficace pendant l'hiver, lorsque l'air froid s'installe près du sol et empêche le vent de mélanger l'atmosphère. Depuis des années, les chercheurs savent que le centre de la ville est pollué, mais ils manquaient d'une image claire de la manière dont la qualité de l'air diffère dans les villes environnantes et comment la pollution varie selon les saisons. Les stations de surveillance traditionnelles sont coûteuses et nécessitent un entretien important, elles sont donc souvent rares, laissant de grands vides dans nos connaissances. Pour combler ces lacunes, une équipe de chercheurs de l'Université de Tribhuvan a combiné les données des moniteurs officiels du gouvernement avec un nouveau réseau de capteurs abordables à faible coût. En plaçant ces capteurs à la fois dans le noyau urbain dense et dans les municipalités périphériques en développement rapide, ils ont créé une carte détaillée et à haute résolution de l'air de la vallée.

L'étude, qui a analysé les données quotidiennes de la qualité de l'air de 2023 à 2024, a révélé un problème flagrant et persistant. L'air dans le centre de la ville est systématiquement pire que dans les zones environnantes. En moyenne, le noyau urbain présentait des concentrations de PM2,5 de 40,71 microgrammes par mètre cube, tandis que les zones périphériques mesuraient 27,22 microgrammes par mètre cube. Cette différence n'est pas qu'une petite fluctuation ; elle représente une inégalité significative d'exposition. Pendant les saisons sèches, spécifiquement l'hiver et la période précédant les pluies de la mousson, la pollution dans le centre de la ville peut être jusqu'à 1,6 fois plus élevée que dans la périphérie. Les chercheurs ont découvert que le centre de la ville est un point chaud où les sources locales, telles que le trafic intense, la poussière de construction et les émissions industrielles, s'accumulent sur la pollution de fond qui affecte l'ensemble de la vallée. En revanche, les zones extérieures, bien que polluées, bénéficient d'un meilleur mélange de l'air et de moins de sources locales concentrées.

Le moment de la pollution raconte une histoire tout aussi importante. L'air est le plus propre pendant la saison de la mousson, lorsque les fortes pluies lavent la poussière et la suie du ciel. Cependant, même durant cette période la plus humide, le centre de la ville peine encore à respecter les directives de sécurité. Lorsque les pluies s'arrêtent et que la saison sèche commence, la qualité de l'air se détériore rapidement. Les mois les plus critiques sont janvier et avril, lorsque la combinaison d'un air froid, stagnant et de conditions sèches permet aux polluants de s'accumuler à des niveaux dangereux. Durant ces périodes sèches, le centre de la ville dépasse les limites de sécurité de l'Organisation mondiale de la santé presque chaque jour. L'étude a montré que durant l'hiver et la saison de pré-mousson, le centre de la ville n'a connu aucun jour où l'air respectait les normes de sécurité internationales strictes. C'est loin d'être un jour de l'occasion où l'air est pur ; c'est un état d'exposition chronique et quotidienne à des substances dangereuses.

L'une des découvertes les plus révélatrices fut la façon dont le type de pollution change selon l'endroit où l'on se trouve. Dans le centre de la ville, l'air est rempli d'un mélange de particules fines et de poussières plus grossières, probablement soulevées par les véhicules et les travaux de construction. Dans les zones périphériques, la pollution est dominée par des particules plus fines, qui proviennent souvent de la combustion de biomasse pour la cuisine ou le chauffage. Les chercheurs ont également examiné si les modèles de pollution changeaient entre les jours de semaine et les week-ends. Ils ont trouvé presque aucune différence. L'air restait tout aussi pollué les samedis et dimanches qu'il ne l'était les lundis. Cela suggère que les principaux moteurs de la pollution dans la vallée ne sont pas seulement le trafic quotidien des navetteurs, qui pourrait diminuer les week-ends, mais des sources continues comme les fours à briques et les opérations industrielles qui fonctionnent sept jours sur sept. Ces installations maintiennent le niveau de fond de la pollution élevé, quel que soit le jour.

L'étude a également examiné l'origine de la pollution lors des épisodes les plus graves. En suivant la trajectoire des masses d'air, les chercheurs ont découvert que lors des événements de pollution extrême, les vents soufflent souvent de l'ouest, transportant la poussière et la fumée des vastes plaines de l'Inde à travers la frontière vers la vallée de Katmandou. Cela signifie que la qualité de l'air de la ville n'est pas seulement un problème local, mais qu'elle est fortement influencée par les modèles météorologiques régionaux et les émissions des pays voisins. Lorsque le vent souffle de l'ouest, il apporte une nouvelle charge de polluants qui se retrouve piégée dans le bol de la vallée, aggravant les émissions locales. Ce transport transfrontalier explique pourquoi des pics de pollution peuvent survenir même lorsque les conditions locales semblent gérables.

Les chercheurs ont conclu que s'appuyer sur quelques stations de surveillance officielles ne suffit pas pour comprendre la véritable nature de la pollution de l'air dans une ville complexe comme Katmandou. L'utilisation de capteurs à faible coût s'est avérée essentielle pour capturer les différences marquées de qualité de l'air entre le centre de la ville et la périphérie, révélant un niveau de détail qui manquait auparavant. Les données montrent que bien que toute la vallée souffre d'une mauvaise qualité de l'air, le fardeau n'est pas partagé équitablement. Les personnes vivant dans le noyau urbain font face à un risque beaucoup plus élevé, respirant un air nettement plus toxique que leurs voisins des municipalités périphériques. L'étude souligne que la gestion de cette crise nécessite de comprendre ces différences locales et les forces régionales qui les dirigent. Sans traiter à la fois les sources locales, telles que le trafic et les fours à briques, et le transport régional des polluants, l'air de Katmandou restera probablement dangereux dans un avenir prévisible. Les conclusions fournissent une base claire et fondée sur des preuves pour créer des stratégies ciblées afin de protéger la santé publique, garantissant que la gestion de la qualité de l'air atteigne non seulement le centre de la ville, mais l'ensemble de la vallée.