Rapport sur la caractérisation du bassin atmosphérique de Georgia Basin-Puget Sound 2014 : chapitre 9

9. Visibilité

Rita So (Environnement Canada), Roxanne Vingarzan (Environnement Canada), Robert Kotchenruther (Environmental Protection Agency des États-Unis, région 10), Bill Taylor (Environnement Canada), Rebecca Saari (Environnement Canada), Sarah Hanna (Environnement Canada).

Les résidents comme les visiteurs s’émerveillent des vues panoramiques de la région de Georgia Basin/Puget Sound. Cependant, la brume sèche régionale et la dégradation de la visibilité peuvent nuire à cette image parfaite et avoir une incidence sur le tourisme et diminuer la qualité de vie des résidents. La visibilité est souvent considérée comme secondaire par rapport aux effets des matières particulaires (MP) atmosphériques sur la santé humaine, mais il s’agit de l’un des indicateurs les plus évidents d’une mauvaise qualité de l’air pour le public. Tout changement de la visibilité observé est interprété comme un changement de la pollution atmosphérique de nos milieux urbains, parcs nationaux et aires de nature sauvage. Ce chapitre porte sur les mesures, les tendances et les variations de la visibilité dans la région de Georgia Basin/Puget Sound. L’attribution de la perte de visibilité est appliquée pour déterminer la contribution relative de diverses espèces particulaires à la dégradation de la visibilité, et la modélisation de la visibilité est utilisée pour estimer les effets des futures émissions sur les conditions de visibilité de la région.

9.1 Définition de la visibilité

Même si le concept de « visibilité » est bien compris, la définition varie en fonction de l’application. Ici, la visibilité est définie comme la distance à laquelle le contraste de la cible est égal au seuil de contraste de l’observateur. Bon nombre de gaz et de particules atmosphériques peuvent amoindrir la capacité d’une personne à voir un objet clairement. La lumière illuminant un objet ou un paysage fait l’objet de différentes propriétés atmosphériques lorsqu’elle se déplace vers l’observateur. Les propriétés de l’atmosphère peuvent être décrites par l’équation suivante :

b_ext = b_dp + b_ap + b_dg + b_ag

où : bext = coefficient d’extinction de la lumière

b_dp, b_dg = coefficients de diffusion de la lumière pour les particules et les molécules gazeuses

b_ap, b_ag = coefficients d’absorption de la lumière pour les particules et les molécules gazeuses

La capacité à distinguer ou à identifier un objet dépend de la quantité de lumière atténuée par les particules et les gaz atmosphériques qui diffusent et absorbent des parties de cette lumière. Dans une atmosphère très propre, la diffusion par gaz (ou « Rayleigh ») prédomine, et l’extinction totale de la lumière peut être évaluée de manière approximative par la diffusion attribuable aux gaz uniquement : b_exts ~ b_diff ~ b_dg. Cette valeur se situe entre 8 et 12 Mm^-1 (mégamètres inversés) à la surface de la Terre, en fonction de l’altitude et de la pression atmosphérique (McDonald, 2011). Dans les atmosphères polluées, les processus de diffusion dominent l’extinction globale. Dans le cadre d’une étude sur la visibilité menée dans la partie canadienne de la vallée du bas Fraser, Pryor (1999) a découvert que le coefficient de diffusion représentait les deux tiers du coefficient d’extinction. Des valeurs théoriques du coefficient d’absorption peuvent alors être estimées, faisant du coefficient de diffusion la véritable « variable mesurée » dans de nombreuses études sur la variabilité.

Les réseaux de mesure ainsi que les études spéciales sur la visibilité menées dans le bassin de Georgia et de Puget Sound fournissent des valeurs pour les coefficients d’extinction ou bien de diffusion et d’absorption. La visibilité peut également être « reconstituée » à partir des mesures des matières particulaires en utilisant l’équation IMPROVE, qui a récemment fait l’objet d’un examen critique (Lowenthal et Kumar, 2003; Ryan et al, 2005; Hand and Malm, 2007), menant ainsi à l’introduction d’un nouvel algorithme à appliquer aux données du réseau IMPROVEpour le calcul de l’extinction (Pitchford et al., 2007).

La portée visuelle (PV) est la mesure de la visibilité atmosphérique utilisée par les météorologues pour déterminer les préoccupations liées à la visibilité dans le cadre de la sécurité des aéronefs. La portée visuelle est liée à l’extinction visuelle représentée par l’équation de Koschmeider, qui établit un lien entre la capacité à voir un objet à une distance avec son contraste par rapport au fond (McDonald, 2011). Cette équation suppose une extinction uniforme le long de la trajectoire.

PV (km) = 3910 / b_ext(Mm^-1)

En plus de la portée visuelle, l’indice de brume sèche, calculé en unités de deciviews (dv), a été élaboré aux États-Unis où il est utilisé pour établir un lien entre les changements de l’extinction de la lumière et la perception humaine de la visibilité (Pitchford et Malm, 1994). Chaque changement d’unité de deciview correspond à un changement de 10 % de l’extinction de la lumière et équivaut approximativement au changement perceptible de la visibilité du point de vue d’un observateur humain, bien que cela n’ait pas été validé par des études de la perception humaine (Watson, 2002).

dv = 10 ln (b_ext(Mm^-1) / 10)

Il est important de noter que le deciview ne varie pas directement en fonction du changement de la concentration de matières particulaires. Par exemple, des différences similaires relatives aux unités de deciview correspondront à un changement moins important de la concentration de la masse particulaire dans une atmosphère propre que dans une atmosphère polluée.

L’humidité atmosphérique, ou l’humidité relative, joue un rôle important dans la détermination de la taille des aérosols (une particule ou une gouttelette en suspension dans un gaz). Bon nombre de ces composés sont hygroscopiques, c’est-à-dire que leur taille augmente lorsqu’ils absorbent l’humidité, ce qui entraîne une diffusion de la lumière plus importante. Lorsque l’atmosphère sèche ou se réchauffe, l’humidité relative diminue, ce qui entraîne la diminution du diamètre des aérosols. Les particules d’un diamètre de 0,3 à 1,0 μm diffusent la lumière le plus efficacement. La discussion sur la visibilité est donc axée sur la fraction de MP_2,5.

9.2 Surveillance de la visibilité

Quatre sites du réseau de la qualité de l’air de la partie canadienne de la vallée du bas Fraser ont été équipés de caméras, de néphélomètres, d’aethalomètres et d’analyseurs de NO₂ qui enregistrent régulièrement des mesuresoptiques pour faire un suivi de la visibilité. De plus, deux sites d’échantillonnage de spéciation du Réseau national de surveillance de la pollution atmosphérique (RNSPA) situés dans le bassin de Georgia, au sud de Burnaby et à l’aéroport d’Abbotsford, ont été utilisés pour déterminer la visibilité par la reconstitution chimique de l’extinction. Les archives de ces sites de surveillance de la visibilité contiennent une combinaison d’images de paysage, de propriétés optiques (b_diff, b_ap, b_ag) et, dans certains cas, des données sur la spéciation chimique. Pour ces données, les intervalles de mesure sont deux fois par heure pour les images, plusieurs fois par minute pour les évaluations de la propriété optique ainsi que toutes les heures et un jour sur trois pour les données de spéciation.

Aux États-Unis, le programme de surveillance IMPROVE(Interagency Monitoring of Protected Visual Environments) a été mis en place pour déterminer le degré de dégradation visuelle dans 156 zones fédérales obligatoires de catégorie I (parcs nationaux de plus de 6 000 acres, aires de nature sauvage nationales et parcs commémoratifs nationaux de plus de 5 000 acres, et parcs internationaux), ainsi que pour aider les États à élaborer des plans de mise en œuvre, appelés « State Implementation Plans (SIP) », pour la protection de la visibilité de ces zones de catégorie I. Le programme de surveillance IMPROVEmesure la masse volumique de MP_2,5, les particules grossières (différence entre les MP₁₀ et les MP_2,5) et les composantes chimiques des MP_2,5, y compris le sulfate, le nitrate, le carbone organique, le carbone élémentaire, les éléments du sol et d’autres éléments traces. Ce réseau de sites mesure la qualité de l’air ambiant pour établir les conditions actuelles de la visibilité et des aérosols dans les zones de catégorie I obligatoires, déterminer les espèces chimiques et les sources d’émissions responsables des problèmes actuels de visibilité d’origine anthropique, documenter les tendances à long terme pour évaluer les progrès vers l’accomplissement de l’objectif national en matière de visibilité, et surveiller la brume sèche régionale dans toutes les zones fédérales de catégorie I dont la visibilité est protégée, dans la mesure du possible. Le bassin atmosphérique de Puget Sound possède quatre échantillonneurs du programme IMPROVEdans des zones de catégorie I (parc national Olympic, parc national des North Cascades, aire de nature sauvage Alpine Lakes et parc national Mount Rainier), ainsi qu’un cinquième échantillonneur installé au site de Beacon Hill à Seattle, dans le cadre du Speciation Trends Network ((STN)) de l’Environmental Protection Agency des États-Unis.

9.2.1 Tendances moyennes, saisonnières et diurnes de la visibilité

Mesures sur 24 heures de l’extinction de la lumière reconstituée

La version révisée de la formule IMPROVEa été utilisée pour reconstituer l’extinction de la lumière à partir de mesures sur 24 heures des matières particulaires par espèces et des gaz mesurés aux deux sites de spéciation du Réseau national de surveillance de la pollution atmosphérique de la station de surveillance situés dans la vallée du bas Fraser, au sud de Burnaby et à Abbotsford. L’extinction reconstituée médiane sur 24 heures au sud de Burnaby et à Abbotsford s’élevait respectivement à 53 et 55 Mm^-1 pour la période de 2003 à 2010, ce qui correspond à une portée visuelle médiane de 74 km et de 71 km (So et al., 2013). Il convient de noter que cette portée visuelle représente seulement un tiers de la portée de la visibilité naturelle, qui est de l’ordre de 185 à 210 km pour l’ouest du Canada, selon les estimations de Hoff et al. (1997). La portée visuelle dans la vallée du bas Fraser est inférieure au seuil visuel accepté publiquement de 40 km (Pryor and Barthelmie, 1999) 5 % du temps (Vingarzan, 2010). Dans la zone de catégorie I du site Mount Rainier, l’extinction moyenne sur une période de douze ans (2000 - 2011) était de 30 Mm^-1, ce qui correspond à une portée visuelle de 130 km. En revanche, l’extinction moyenne dans le site urbain Beacon Hill était deux fois plus de celui de Mount Rainier (á 60Mm^-1) sur une période de dix ans (juillet 2001 à décembre 2011).

Les variations saisonnières de la visibilité dans les sites urbains touchés de la vallée du bas Fraser ont été analysées par So et al. (2013). La figure 9.1a montre l'extinction mesurée (observée) au sud de Burnaby et à Abbotsford. Sur les deux sites, l'extinction médiane observée est statistiquement plus élevée (p < 0,1) pendant l'automne qu'au printemps et en été durant la période de six ans (2003-2010). Une augmentation de la fréquence des jours de mauvaise visibilité, tel qu'il est indiqué par la partie supérieure non aberrante et par les valeurs aberrantes, a été observée de septembre à février sur les deux sites. L'extinction observée, cependant, est influencée par l'humidité relative et la hauteur de la couche limite, parmi d'autres facteurs météorologiques. Pour supprimer l'influence de l'humidité relative et de la hauteur de la couche limite, les données ont été filtrées pour un taux d'humidité relative élevé (> 80 %) et, selon les saisons, elles ont été ajustées par rapport à la hauteur de la couche limite, comme le montre la figure 9.1b. En fonction de l'extinction ajustée, la visibilité dans la vallée du bas Fraser a été la plus mauvaise de mai à septembre et la meilleure pendant les mois d'hiver. Bien que les valeurs ajustées ne reflètent pas les conditions de visibilité réelles, elles donnent une indication de l'incidence des polluants anthropiques sur la visibilité. McKendry (2000) a également conclu que les épisodes de mauvaise visibilité dans la vallée du bas Fraser surviennent souvent pendant l'été, à la suite d'une période où les concentrations d'ozone sont élevées.

 

(a) Extinction observée

(b) Extinction ajustée météorologiquement

Remarques : L’extinction observée a été reconstituée à l’aide de la version révisée de la formule IMPROVE(Pitchford, 2007). Données sur la spéciation moyenne des MP_2,5 sur 24 heures, échantillonnage un jour sur trois pour les années 2003 à 2010 (stations du RNSPA 100119, 101004). (So et al., 2013)

Sur le site urbain Beacon Hill de Seattle (Figure 9.2 a), l'extinction médiane observée (non corrigée) était statistiquement plus élevée (p < 0,05) pendant les mois d'automne qu'au printemps et en été pour la période allant de 2001 à 2011. Les épisodes de mauvaise visibilité, tel qu'il est indiqué par la partie supérieure non aberrante et par les valeurs aberrantes, ont été plus fréquents de septembre à février. Sur ce site, la fumée provenant de la combustion du bois peut jouer un rôle pendant les mois les plus froids; cela peut être attribuable à l'augmentation de l'humidité et à la condensation de composés semi-volatils en raison des températures plus fraîches et d'une hauteur de la couche limite plus basse. Les observations sur le site plus rural de Mount Rainier montrent la tendance opposée (Figure 9.2 b), avec une extinction médiane statistiquement plus élevée (p < 0,05) au cours de l'été par rapport à toutes les autres saisons. Au site de Mount Rainier, la tendance saisonnière peut être liée à la fumée des incendies de forêt associée à la formation de particules organiques secondaires biosynthétiques. En outre, étant donné que le site de Mount Rainier se situe à une altitude de 439 m, les effets de la hauteur de la couche limite sur l'extinction durant l'hiver peuvent ne pas être aussi importants que les effets observés sur les sites dont l'altitude est inférieure.

 

(a) Beacon Hill (2001-2011)

(b) Mount Rainier (2000-2011)

Remarques : Données sur la spéciation moyenne sur 24 heures, échantillonnage un jour sur trois (site IMPROVE53-033-0080 pour Beacon Hill) (site IMPROVE53-053-0014 pour Mount Rainier).

Mesures horaires de l’extinction de la lumière reconstituée

En plus de reconstituer l’extinction à l’aide de mesures des matières particulaires, l’extinction de la lumière peut être reconstituée à partir de mesures optiques d’un néphélomètre ambiant (B_diff), d’un analyseur de NO₂(B_ag) et d’un aethalomètre (B_ap). À l’aide de cette méthode, l’extinction horaire médiane était de 51 Mm^-1 (portée visuelle de 77 km) pour Chilliwack en 2011 (So et al., 2013). Comme pour le sud de Burnaby et Abbotsford, la plus forte extinction médiane est survenue en automne et en hiver, à Chilliwack et à l’aéroport de Vancouver (figure 9.3). La meilleure visibilité (extinction médiane la plus faible) a été enregistrée de janvier à mars à Chilliwack et de février à avril à l’aéroport de Vancouver (So et al., 2013).

Remarques : L’extinction a été estimée à l’aide de mesures optiques recueillies à partir d’un néphélomètre ambiant (B_diff), d’un aethalomètre (B_ap) et d’un analyseur de NO₂ (B_ag) à Chilliwack (T12) de janvier à décembre 2011 et à l’aéroport de Vancouver (T31) du 11 février au 31 décembre 2011.

Remarques : L’extinction a été estimée à l’aide de mesures recueillies à partir d’un néphélomètre ambiant (B_diff), d’un aethalomètre (B_ap) et d’un analyseur de NO₂ Bag) à Abbotsford (T34) de mai 2009 à avril 2010.

La tendance diurne de la visibilité, déterminée à partir de l’extinction reconstituée pour la période de mai 2009 à avril 2010 à Abbotsford (figure 9.4a), indique que l’extinction est la plus faible entre 14 et 15 h, heure locale, et la plus élevée pendant la nuit, entre 21 h et 4 h du matin. Pendant les heures de jour, l’extinction diminue à mesure que la journée progresse, puis augmente de nouveau après 16 h. Après ajustement météorologique pour l'humidité relative et la hauteur de la couche limite (figure 9.4b), la tendance diurne de l'extinction montre un maximum durant les heures du jour et un minimum au cours de la nuit.

9.2.2 Perception de la visibilité

Même s’il n’existe aucune norme de visibilité à l’heure actuelle, les problèmes de visibilité peuvent être évalués par rapport aux conditions de visibilité naturelle et par rapport à l’acceptabilité perçue. Le terme « conditions de visibilité naturelle » représente l’objectif final du programme de réduction de la brume sèche régionale des États-Unis, dans le cadre duquel on estime qu’il y a une visibilité à long terme dans une zone fédérale obligatoire de catégorie I en l’absence de problèmes de visibilité d’origine anthropique ((WA DOE), 2002). En vertu du Regional Haze Rule des États-Unis, on estime que le site Mount Rainier a une portée visuelle naturelle de 180 km (les jours les plus défavorables) à 300 km (les jours les plus favorables) ((WA DOE), 2002). D’après les mesures ambiantes, la portée visuelle moyenne observée en 2008 était d’environ 150 km. Pour toutes les observations menées un jour sur trois depuis 2001, la portée visuelle de Mount Rainier dépassait 180 km 31 % du temps, et 300 km 2,5 % du temps.

D’après une évaluation des images de visibilité prises à plusieurs endroits de la vallée du bas Fraser, les problèmes de visibilité dans la vallée du bas Fraser se remarquent à des concentrations horaires de MP_2,5 de seulement 8 à 10 μg/m³. À des concentrations entre 10 et 20 μg/m³, la visibilité est sensiblement touchée, alors qu’au-delà de 20 μg/m³, elle est gravement touchée et la vue des étendues montagneuses environnantes est complètement cachée (Vingarzan, 2010).

L’établissement d’un objectif de visibilité est en cours dans le bassin de Georgia. Cet effort est dirigé par le Comité de coordination de la visibilité de la Colombie-Britannique (2013). Dans le cadre de cet effort, une étude récente menée dans la vallée du bas Fraser a quantifié les niveaux de visibilité acceptables à l’aide d’un ensemble de cotes de qualité visuelle de l’air et a élaboré un indice de visibilité correspondant pour évaluer les problèmes de visibilité pour un panorama de Chilliwack avec des cibles visuelles allant de 15 à 45 km de l’observateur (Sakiyama et Kellerhals, 2010). Selon l’indice de visibilité basé sur la qualité visuelle de l’air, en 2011, le site de Chilliwack (figure 9.5) a connu une visibilité très mauvaise à mauvaise 0 à 4 % du temps, une visibilité passable 24 % du temps, une bonne visibilité 46 % du temps et une excellente visibilité 26 % du temps. À Chilliwack, le plus grand nombre d’observations horaires d’une visibilité mauvaise et très mauvaise a été relevé en automne (Vingarzan, 2010). Des travaux supplémentaires sont en cours en vue de peaufiner et de valider l’indice de visibilité proposé en établissant trois sites d’indice de visibilité dans la vallée du bas Fraser.

Remarques : Les observations horaires de l’extinction ont été estimées à l’aide de mesures recueillies à partir d’un néphélomètre ambiant (B_diff), d’un aethalomètre (B_ap) et d’un analyseur de NO₂(B_ag) à Chilliwack en 2011. Les pourcentages indiquent la répartition de la visibilité dans chacune des catégories de l’indice de visibilité (So et al., 2013). Il convient de noter que l’indice de visibilité proposé ne s’applique qu’aux heures de jour (lever du soleil + 2 heures ≤ heures ≤ coucher du soleil - 2 heures) lorsque l’humidité relative est inférieure ou égale à 75 %. Le panorama observé comprenait des cibles visuelles situées de 15 à 45 km de l’observateur.

Une autre étude réalisée à l’échelle locale par Environnement Canada évaluait les cotes de visibilité perçue par des résidents de la vallée du bas Fraser par rapport à la fréquence des jours de mauvaise visibilité (en plus de la visibilité d’un seul jour). On a présenté à des groupes de discussion composés de résidents locaux une série d’images photographiques illustrant des scénarios de visibilité de panoramas régionaux de dix jours. L’étude a été entreprise afin de mieux comprendre de quelle manière les répondants réagissent à des scénarios de visibilité de plusieurs jours et de déterminer si les répercussions sur les politiques seraient similaires à celles obtenues à partir des études précédentes portant sur une journée. Les résultats ont indiqué que les gens réagissent plus favorablement aux améliorations de la visibilité qui ont donné lieu à l’augmentation du nombre de jours dans la meilleure catégorie. Une politique permettant simplement de supprimer les jours les plus défavorables, sans faire augmenter en parallèle les jours les plus favorables aurait peu d’effet. Dans le cadre de l’étude, il a été recommandé qu’une norme de visibilité précise un nombre minimal de jours de bonne visibilité (meilleur quintile) au cours de l’année (McNeil et Roberge, 2007).

9.2.3 Tendances relatives à la visibilité

Étant donné les tendances à la baisse des concentrations de MP_2,5 dans le bassin atmosphérique de Georgia Basin/Puget Sound, il est raisonnable de s’attendre à ce que la visibilité moyenne s’améliore. Un examen des observations de la visibilité à long terme semble confirmer cela.

Tendances relatives à la visibilité dans la région de Puget Sound

La portée visuelle quotidienne de Mount Rainier s’est améliorée au cours des 20 dernières années selon la tendance présentée dans la figure 9.6. La moyenne mobile de la portée visuelle sur 12 mois a augmenté, passant d’environ 100 km à la fin des années 1980 à plus de 150 km en 2008. La majeure partie de la variabilité d’une année sur l’autre enregistrée à Mount Rainier s’explique par les conditions météorologiques, tandis que la tendance sous-jacente est sans doute le résultat des réductions des émissions.

Remarques : Les données représentent la visibilité quotidienne moyenne observée à Mount Rainier et mesurée sur un cycle d’un jour sur trois, à partir du site MORA du réseau IMPROVE.

Une analyse du ministère de l’Environnement de l’État de Washington ((WA DOE), 2002) portant sur les données relatives à l’extinction relevées à Mount Rainier de 1988 à 1999 a révélé des tendances à la baisse statistiquement significatives relativement à l’extinction pendant les jours les plus favorables, les moins favorables et tous les autres. Une analyse de l’attribution de la perte de visibilité a révélé que toutes les composantes étaient à la baisse sur le plan statistique, à l’exception du sol, les plus importantes améliorations étant enregistrées pour le carbone organique et le carbone élémentaire. L’attribution de la perte de visibilité est traitée de façon plus approfondie dans la section suivante.

L’amélioration observée à Mount Rainier correspond à l’amélioration de la portée visuelle moyenne dans le bassin atmosphérique de Puget Sound. La moyenne mobile de la portée visuelle sur 12 mois mesurée dans des sites avec néphélomètre du réseau de surveillance de la région du Puget Sound a augmenté de façon constante, passant d’environ 80 km en 1990 à près de 130 km en 2009 (PSCAA, 2009).

Tendances relatives à la visibilité dans le bassin de Georgia

Comme pour les MP_2,5, la période d’enregistrement des mesures d’extinction dans le bassin de Georgia (qui a commencé en 2003) est trop courte pour déterminer des tendances fiables. Toutefois, une analyse de la tendance à long terme des enregistrements de la visibilité perçue par l’observateur aux aéroports internationaux de Vancouver et d’Abbotsford pour la période 1953-2006 (So et Vingarzan, 2010) indique que la visibilité supérieure ou égale à 24,1 km a brusquement augmenté après 1970, tandis que la tendance relative à la fumée et à la brume sèche a diminué de façon constante depuis 1960. Ces améliorations sont liées à l’introduction de règlements sur la qualité de l’air, au déplacement de l’industrie lourde et aux changements relatifs au mazout de chauffage domestique.

9.3 Attribution de la perte de visibilité

Pour comprendre les causes sous-jacentes de la mauvaise visibilité, il faut mener une analyse de l’attribution de la perte de visibilité, qui est similaire à une analyse de la composition des matières particulaires. Les récentes analyses de l’attribution de l’extinction ont été réalisées pour les sites Burnaby et Abbotsford de Georgia Basin et pour le site Mount Rainier de la région de Puget Sound.

9.3.1 Attribution de la perte de visibilité dans le bassin de Georgia

Figure 9.7 résume l’analyse de l’attribution de l’extinction menée pour le sud de Burnaby et Abbotsford dans la vallée du bas Fraser (So et al., 2013). Au sud de Burnaby, la matière organique et le nitrate représentent la plus grande partie de la perte de visibilité (21 % chacun), suivis par le carbone élémentaire (20 %), le sulfate (17 %) et le NO₂(11 %). À Abbotsford, le nitrate représente une partie légèrement plus importante de la perte de visibilité (30 %), suivi par la matière organique (22 %), le carbone élémentaire (17 %), le sulfate (15 %) et les particules grossières (7 %).

 

Remarques : La diffusion de Rayleigh (qui représente environ 20 % de l’extinction totale) n’est pas comprise;
SO₄ = sulfate; NO₃ = nitrate; MO = matière organique; CÉ = carbone élémentaire; Sol = sol à grains fins; SM = sel de mer; NO₂ = dioxyde d’azote; PG = particules grossières

So et al. (2013) ont également déterminé la variabilité saisonnière de l’attribution de l’extinction pour la vallée du bas Fraser (non illustrée), le nitrate représentant un plus grand pourcentage de l’extinction pendant l’automne et l’hiver et le sulfate représentant un plus grand pourcentage pendant l’été. Une analyse des 20 % de conditions de visibilité les plus défavorables ajustées météorologiquement (Figure 9.8) a révélé d’importantes contributions du carbone au sud de Burnaby et à Abbotsford. respectivement, suivis par le sulfate au sud de Burnaby et la matière organique à Abbotsford. À Abbotsford, les jours durant lesquels la visibilité a été la plus mauvaise ont également été significativement altérés par les nitrates.

 

Remarques : La diffusion de Rayleigh (qui représente environ 20 % de l’extinction totale) n’est pas comprise. SO₄ = sulfate; NO₃ = nitrate; MO = matière organique; CÉ = carbone élémentaire; Sol = sol à grains fins; SM = sel de mer; NO₂ = dioxyde d’azote; PG = particules grossières

9.3.2 Attribution de la perte de visibilité dans la région de Puget Sound

Dans la Figure 9.9, les données sur l’attribution de l’extinction provenant de Mount Rainier indiquent clairement la prédominance du sulfate pendant les jours où la visibilité est mauvaise ou la plus défavorable. Il est suivi par la matière organique. Cela indique que la majeure partie de l’amélioration de la visibilité indiquée dans la Figure 9.6 résulte de réductions du sulfate d’ammonium et des aérosols organiques.

 

Remarques : Les données représentent l’extinction moyenne annuelle pour les 20 % des jours les plus défavorables.
Il manque les données de 1990 et de 2003, car les normes relatives à l’exhaustivité des données n’ont pas été respectées pour ce site ces années-là.
SO₄ = sulfate d’ammoniac; MO = matière organique; CÉ = carbone élémentaire; NO₃ = nitrate d’ammoniac; PG = particules grossières; Sel de mer = NaCl

9.4 Réductions des émissions et brume sèche régionale

Comprendre les effets des réductions des émissions sur la visibilité peut permettre d’élaborer des politiques. Les réductions des émissions de la plupart des polluants primaires entraînent une réduction de la brume sèche régionale; toutefois, en raison de la nature non linéaire de la chimie de l'atmosphère, la réalisation de ces réductions peut ne pas être simple. Le Tableau 9.1 résume les effets que les réductions de divers précurseurs de l’ozone et des matières particulaires ont sur la visibilité.

Remarques : L’orientation de la flèche indique une augmentation ou une diminution; en bleu figurent les changements souhaitables et en rouge les changements non souhaitables; la taille de la flèche indique l’ampleur du changement. Les petites flèches indiquent un changement possible ou faible.

¹ En raison de l’effet du NO_x sur les niveaux d’oxydants (OH, H₂O₂ et O₃) entraînant une hausse du sulfate.

² En raison de la diminution de la formation de composés d’azote organique et de l’augmentation d’OH disponible pour former de l’acide nitrique.

9.5 Modélisation des problèmes de visibilité pour la Regional Haze Rule des États-Unis

Les modifications apportées en 1977 à la Clean Air Act des États-Unis prévoient un programme de protection de la visibilité dans les parcs nationaux et les aires de nature sauvage du pays (appelés ci-après les zones de catégorie I). Cette section de la Loi établit comme objectif national la prévention de tout problème de visibilité futur et la résolution de tout problème de visibilité existant dans les zones fédérales obligatoires de catégorie I dans lesquelles les problèmes de visibilité résultent de la pollution atmosphérique d’origine anthropique. En 1999, l’Environemental Protection Agency a adopté le Regional Haze Rule pour traiter les problèmes liés à la brume sèche régionale. Le Règlement indique pour objectif d’atteindre des conditions de visibilité naturelle dans les 156 zones fédérales de catégorie I d’ici 2064 (USEPA, 1999). Les quatre zones de catégorie I situées dans le bassin atmosphérique de Georgia Basin et de Puget Sound sont, du sud au nord, le parc national Mount Rainier, l’aire de nature sauvage Alpine Lakes, le parc national Olympic et le parc national des North Cascades.

Étant donné que les polluants qui sont à l’origine de la brume sèche régionale peuvent provenir de sources situées dans de vastes zones géographiques, l’Environmental Protection Agency a encouragé les États et les tribus des États-Unis à traiter les problèmes de visibilité d’un point de vue régional. Pour aider les États et les tribus des dans cet effort, l’Environmental Protection Agency a financé cinq organisations de planification régionales pour traiter la brume sèche régionale et les problèmes connexes. L’un des principaux objectifs de ces organisations consiste à analyser les données disponibles et à procéder à la modélisation du transport des polluants pour aider les États et les tribus à élaborer leurs plans de mise en œuvre relatifs à la brume régionale (USEPA, 2011). Le Western Regional Air Partnership ((WRAP)) est l’organisation de planification régionale qui couvre les quatre zones de catégorie I de Georgia Basin/Puget Sound. À partir de la période de 2000 à 2010, le Western Regional Air Partnership a versé plus de 20 millions de dollars pour l’élaboration de la modélisation météorologique, des inventaires des émissions, de la modélisation de la qualité de l’air, ainsi que d’autres outils techniques et politiques visant à aider les États et les tribus de l’ouest dans cet effort ((WRAP), 2009).

Le Règlement n’indique pas de jalons ou de taux de progrès précis en matière de visibilité, mais demande plutôt aux États et aux tribus d’établir des objectifs sur dix ans qui prévoient des « progrès raisonnables » en vue d’atteindre des conditions de visibilité naturelle au cours de la période de 60 ans allant de 2004 à 2064. Lorsqu’ils établissement des objectifs de progrès raisonnables pour chaque période de dix ans, les états et les tribus doivent permettre une amélioration de la visibilité pendant les jours les plus problématiques au cours de la période de dix ans du State Implementation Plan (SIP) ou du Tribal Implementation Plan ((TIP)) et s’assurer de l’absence de dégradation de la visibilité pendant les jours les moins problématiques au cours de la même période (US EPA, 2007).

Selon le Règlement, les premiers SIPet (TIP) relatifs à la brume sèche régionale doivent préciser les mesures de contrôle des émissions et les progrès raisonnables qui devraient être réalisés entre la période de référence 2000-2004 et l’année 2018, pour chaque zone fédérale de catégorie I. Dans cet objectif, le Western Regional Air Partnership a élaboré des inventaires des émissions pour la période de référence 2000-2004 et pour 2018 (il en est plus amplement question dans le chapitre 5 sur les émissions), une modélisation météorologique représentative de la période de référence, et une modélisation de la qualité de l’air pour la période de référence et les scénarios de planification de 2018, et ce, pour l’ouest des États-Unis. Les scénarios de planification de 2018 comprenaient toutes les améliorations des émissions consignées à partir des programmes de réduction des émissions existants et prévus par site, mobiles et par zone ainsi que la croissance prévue, par exemple les augmentations de la population ((WRAP), 2007).

La Figure 9.10 a) à d) illustre les mesures de la visibilité, les prévisions pour 2018, ainsi que les objectifs en matière de conditions naturelles pour 2018 et 2064 pour le parc national Mount Rainier, l’aire de nature sauvage Alpine Lakes, le parc national Olympic et le parc national des North Cascades, respectivement. On y indique la visibilité en utilisant l’indice deciview, qui est conçu pour changer de façon linéaire avec le changement de la perception humaine de la visibilité. Les objectifs en matière de conditions naturelles de 2064 pour les quatre zones de catégorie I sont de l’ordre de 8,4 à 8,5 deciviews.

L’étude des graphiques de la Figure 9.10 montre que, dans la région de Puget Sound, le taux de progrès de la visibilité mesuré pendant la période 2005-2009 est meilleur que le taux de progrès linéaire consigné, d’après les objectifs en matière de conditions naturelles pour 2064. Toutefois, les prévisions modélisées par le Western Regional Air Partnership pour 2018 sont dans tous les cas pires que le taux de progrès linéaire consigné. Pour le moment, on ne sait pas si les tendances mesurées relativement à la visibilité se poursuivront et seront meilleures que les taux de progrès linéaires ou si les prévisions de 2018 modélisées par le Western Regional Air Partnership sont plus précises. Le SIPrelatif à la brume sèche régionale de l’État de Washington, qui décrit la stratégie visant à atteindre les objectifs de progrès raisonnables pour 2018, est étudié par l’Environmental Protection Agency au moment de la rédaction du présent document.

 

a)

b)

c)

d)

Remarques : Moyenne des 20 % de jours de visibilité les plus défavorables mesurée pendant la période 2000-2004 (barre horizontale mauve), progrès moyen des 20 % de jours de visibilité les plus défavorables mesuré pendant la période 2005-2009 (barre horizontale rouge), 20 % des jours de visibilité les plus défavorables en 2018, d’après les projections du modèle de la qualité de l’air (carré vert), objectifs en matière de conditions naturelles pour 2064 (losange bleu), et taux de progrès linéaire consigné de 2004 à 2064 (ligne descendante bleue).

9.6 Modélisation de la visibilité dans le bassin de Georgia et la région de Puget Sound

9.6.1 Modélisation photochimique à haute résolution

Les scénarios d’effets des réductions des émissions sur la visibilité ont été examinés par RWDI (2006) à l’aide du système de modélisation de MC2-SMOKE-CMAQà une résolution de 4 km. Dans le premier scénario, les effets d’une réduction de 60 % des émissions d’ammoniac ont été examinés par rapport au scénario de maintien du statu quo. La Figure 9.11 présente un exemple de résultats horaires du modèle pour ce scénario dans des conditions météorologiques stagnantes. En moyenne, on a enregistré une amélioration de la visibilité modélisée de 11 % sur l’ensemble de la vallée du bas Fraser dans les conditions estivales mixtes et stagnantes par rapport au scénario de référence (RWDI, 2006, Meyn et Vingarzan, 2008). On a prévu de petites améliorations (<5 %) dans les conditions hivernales.

 

Remarques : L’échelle est en unités de pourcentage d’amélioration de l’extinction de la lumière (Bext). Les valeurs inférieures à zéro indiquent des améliorations de la visibilité. L’image est une carte de dissimilarité montrant les changements relatifs à l’extinction de la lumière par rapport au scénario de base de 2000 et représente les résultats horaires du 13 août 2001.

Les résultats du modèle indiquent une amélioration de la visibilité dans le centre et l’ouest du Canada dans le cadre du scénario relatif au Programme de réglementation de la qualité de l’air de 2015, par rapport au scénario de maintien du statu quo de 2015. Cette amélioration est en grande partie attribuable à des réductions des émissions des secteurs de la production d’électricité et de la fusion des métaux communs (Bouchet et Buset, 2012). Pour le bassin atmosphérique de Georgia Basin et de Puget Sound, on s’attend à ce que la visibilité reste relativement similaire (une différence modélisée de -0,2 à 0,2 deciview), à l’exception de la région du Grand Vancouver, où la visibilité moyenne annuelle augmenterait de 0,2 à 0,5 deciview.

9.7 Résumé du chapitre

La dégradation de la visibilité et la brume sèche régionale ont une incidence sur le tourisme et diminuent la qualité de vie des résidents. La visibilité est souvent exprimée en unités d’extinction de la lumière, en deciviews ou par la portée visuelle. La dégradation de la visibilité varie selon les saisons et les endroits et dépend des émissions et de la météorologie, les jours les plus défavorables étant enregistrés en été sur le site rural Mount Rainier ((WA DOE), 2002) et en automne et en hiver dans les sites urbains de la vallée du bas Fraser. Les tendances saisonnière et diurne de la visibilité sont fortement influencées par les conditions météorologiques telles que l'humidité relative et la hauteur de la couche limite. Après l'ajustement de ces deux facteurs, la tendance saisonnière de la visibilité dans la vallée du bas Fraser indique que les impacts attribuables aux polluants anthropiques sont plus élevés au cours de l'été et moins élevés au cours de l'hiver. Dans les zones de catégorie I des États-Unis (parcs nationaux et aires de nature sauvage d’une certaine taille), la visibilité est réglementée en vertu du Regional Haze Rule des États-Unis, qui exige l’amélioration continue des jours les plus défavorables et la protection des jours clairs, jusqu’à ce que la dégradation d’origine humaine soit éliminée, soit en 2064 ((WA DOE), 2003). Les niveaux de visibilité naturelle au site Mount Rainier sont estimés à 180 km les jours les plus défavorables et à plus de 300 km les jours les plus favorables ((WA DOE), 2002).

Dans le bassin de Georgia, la réglementation n’impose pas de contrôler la visibilité, même si un objectif de visibilité et un cadre de gestion sont en cours d’élaboration dans le cadre des efforts du Comité de coordination de la visibilité de la Colombie-Britannique. D’après le projet d’indice de la qualité visuelle de l’air de la vallée du bas Fraser, une analyse des données de visibilité de Chilliwack, dans l’est de la vallée du bas Fraser, a indiqué qu’en 2011, la visibilité a été classée dans la catégorie « bonne » environ la moitié du temps, et dans les catégories passable et excellente un quart du temps, respectivement.

Les tendances à long terme indiquent des améliorations statistiquement significatives de la visibilité dans le bassin de Georgia et la région de Puget Sound. À Mount Rainier, l’amélioration de la visibilité est associée à des diminutions statistiquement significatives des concentrations de sulfate d’ammonium et de carbone organique.

Les mesures de la visibilité ambiante pour les quatre zones de catégorie I de la région de Puget Sound indiquent une amélioration meilleure que prévu, d’après les prévisions des modèles effectuées pour l’année 2018 par le Western Region Air Partnership ((WRAP)). Pour le moment, on ne sait pas si les tendances mesurées relativement à la visibilité se poursuivront et seront meilleures que les taux de progrès linéaires ou si les prévisions modélisées de 2018 qui indiquent des améliorations à un taux inférieur au taux de progrès linéaire consigné sont plus précises.

La modélisation CMAQ présentant une réduction hypothétique de 60 % des émissions d’ammoniac a révélé une légère amélioration de la visibilité dans les conditions estivales stagnantes et mixtes (11 %), par rapport au scénario de référence (RWDI, 2006; Meyn et Vingarzan, 2008). Avec la mise en œuvre d’un certain nombre de réductions d’émissions en vertu du Plan de gestion de la qualité de l’air 2015 du Grand Vancouver, la visibilité devrait légèrement s’améliorer (< 5 % par rapport au scénario de référence) pour les conditions estivales et hivernales. Il convient toutefois de noter que la moyenne spatiale des changements de la visibilité résultant de la mise en œuvre du Plan de gestion de la qualité de l’air du Grand Vancouver devrait être inférieure à 1 deciview et que les changements ne seraient donc probablement pas perceptibles pour un observateur humain.

Le modèle AURAMS a été appliqué à l’échelle continentale pour estimer les effets du Programme canadien de réglementation de la qualité de l’air sur la visibilité future. Alors que les résultats du modèle révélaient des améliorations dans le centre et dans certaines parties de l’ouest du Canada, ils indiquaient également que les conditions de visibilité resteraient relativement constantes dans la majeure partie de la région de Georgia Basin et de Puget Sound, à l’exception de la région du Grand Vancouver, où la visibilité devrait légèrement s’améliorer. Le travail de modélisation en cours sera principalement intégré aux efforts de gestion de la visibilité dans la partie canadienne de la vallée du bas Fraser.

La nécessité d'améliorer davantage et de protéger la visibilité est reconnue par des organismes régionaux et fédéraux dans la région du bassin de Georgia et de Puget Sound. Dans l’État de Washington, des progrès sont réalisés en matière d’amélioration de la visibilité dans les zones protégées en vertu du Regional Haze Rule. En Colombie-Britannique, des organismes gouvernementaux mènent des études détaillées sur la visibilité pour faire progresser la science en matière de visibilité et déterminer la meilleure approche de gestion de la visibilité dans la région de la vallée du bas Fraser de la Colombie-Britannique.

9.8 Références

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