Calcul de l’Indice de Qualité de l’Air (IQA)
Comprendre l'Indice de Qualité de l'Air
L'Indice de Qualité de l'Air (IQA) est un outil utilisé par les agences gouvernementales pour communiquer au public le niveau de pollution de l'air. Un IQA croissant indique une proportion croissante de la population susceptible de subir des effets néfastes sur la santé. Pour calculer l'IQA, on mesure les concentrations de plusieurs polluants atmosphériques clés (comme les particules fines PM2.5, l'ozone O₃, le dioxyde d'azote NO₂, etc.). Pour chaque polluant, un sous-indice est calculé en fonction de sa concentration mesurée et d'une échelle de référence. L'IQA global est généralement le sous-indice le plus élevé parmi tous les polluants considérés, et le polluant responsable de cet indice maximal est identifié comme le polluant principal.
Données de l'étude
- Particules fines PM2.5 (moyenne sur 24h) : \(C_{PM2.5} = 25 \, \mu\text{g/m}^3\)
- Ozone (O₃) (moyenne maximale sur 8h) : \(C_{O3} = 140 \, \mu\text{g/m}^3\)
- Dioxyde d'azote (NO₂) (moyenne sur 1h) : \(C_{NO2} = 150 \, \mu\text{g/m}^3\)
| Catégorie IQA | \(C_{low}\) (\(\mu\text{g/m}^3\)) | \(C_{high}\) (\(\mu\text{g/m}^3\)) | \(I_{low}\) | \(I_{high}\) |
|---|---|---|---|---|
| Bon (0-50) | 0.0 | 12.0 | 0 | 50 |
| Modéré (51-100) | 12.1 | 35.4 | 51 | 100 |
| Dégradé (101-150) | 35.5 | 55.4 | 101 | 150 |
| Mauvais (151-200) | 55.5 | 150.4 | 151 | 200 |
| Catégorie IQA | \(C_{low}\) (\(\mu\text{g/m}^3\)) | \(C_{high}\) (\(\mu\text{g/m}^3\)) | \(I_{low}\) | \(I_{high}\) |
|---|---|---|---|---|
| Bon (0-50) | 0 | 100 | 0 | 50 |
| Modéré (51-100) | 101 | 160 | 51 | 100 |
| Dégradé (101-150) | 161 | 210 | 101 | 150 |
| Mauvais (151-200) | 211 | 265 | 151 | 200 |
| Catégorie IQA | \(C_{low}\) (\(\mu\text{g/m}^3\)) | \(C_{high}\) (\(\mu\text{g/m}^3\)) | \(I_{low}\) | \(I_{high}\) |
|---|---|---|---|---|
| Bon (0-50) | 0 | 100 | 0 | 50 |
| Modéré (51-100) | 101 | 200 | 51 | 100 |
| Dégradé (101-150) | 201 | 400 | 101 | 150 |
| Mauvais (151-200) | 401 | 600 | 151 | 200 |
Schéma : Concept de l'Indice de Qualité de l'Air
L'IQA global est déterminé par le polluant ayant le sous-indice le plus élevé.
Questions à traiter
- Pour chaque polluant (PM2.5, O₃, NO₂), identifier dans quelle plage de concentration (et donc quelle catégorie IQA) se situe la mesure fournie, en utilisant les tableaux de référence.
- En utilisant la formule d'interpolation linéaire, calculer le sous-indice IQA pour les PM2.5.
Formule : \( I_p = \frac{I_{high} - I_{low}}{C_{high} - C_{low}} (C_p - C_{low}) + I_{low} \)
où \(C_p\) est la concentration du polluant, \(C_{low}\) et \(C_{high}\) sont les bornes de concentration de la plage identifiée, et \(I_{low}\) et \(I_{high}\) sont les valeurs d'indice correspondantes. - Calculer le sous-indice IQA pour l'O₃.
- Calculer le sous-indice IQA pour le NO₂.
- Déterminer l'IQA global pour cette journée et identifier le polluant principal responsable de cet indice.
Correction : Calcul de l’Indice de Qualité de l’Air
Question 1 : Identification des plages de concentration
Principe :
Pour chaque polluant, on compare sa concentration mesurée (\(C_p\)) aux bornes de concentration (\(C_{low}\) et \(C_{high}\)) des tableaux de référence pour déterminer la catégorie IQA et les valeurs \(I_{low}\) et \(I_{high}\) associées.
Analyse :
- PM2.5 (\(C_{PM2.5} = 25 \, \mu\text{g/m}^3\)) :
En regardant le Tableau 1 : \(12.1 \le 25 \le 35.4\).
Donc, \(C_{low} = 12.1 \, \mu\text{g/m}^3\), \(C_{high} = 35.4 \, \mu\text{g/m}^3\), \(I_{low} = 51\), \(I_{high} = 100\). (Catégorie Modéré) - O₃ (\(C_{O3} = 140 \, \mu\text{g/m}^3\)) :
En regardant le Tableau 2 : \(101 \le 140 \le 160\).
Donc, \(C_{low} = 101 \, \mu\text{g/m}^3\), \(C_{high} = 160 \, \mu\text{g/m}^3\), \(I_{low} = 51\), \(I_{high} = 100\). (Catégorie Modéré) - NO₂ (\(C_{NO2} = 150 \, \mu\text{g/m}^3\)) :
En regardant le Tableau 3 : \(101 \le 150 \le 200\).
Donc, \(C_{low} = 101 \, \mu\text{g/m}^3\), \(C_{high} = 200 \, \mu\text{g/m}^3\), \(I_{low} = 51\), \(I_{high} = 100\). (Catégorie Modéré)
- PM2.5 : Plage [12.1 - 35.4] \(\mu\text{g/m}^3\), Indices [51 - 100]
- O₃ : Plage [101 - 160] \(\mu\text{g/m}^3\), Indices [51 - 100]
- NO₂ : Plage [101 - 200] \(\mu\text{g/m}^3\), Indices [51 - 100]
Question 2 : Sous-indice IQA pour PM2.5
Principe :
On applique la formule d'interpolation linéaire avec les valeurs identifiées pour PM2.5.
Formule :
Données spécifiques pour PM2.5 :
- \(C_{PM2.5} = 25 \, \mu\text{g/m}^3\)
- \(C_{low} = 12.1 \, \mu\text{g/m}^3\), \(C_{high} = 35.4 \, \mu\text{g/m}^3\)
- \(I_{low} = 51\), \(I_{high} = 100\)
Calcul :
Arrondi à l'entier le plus proche : \(78\).
Question 3 : Sous-indice IQA pour O₃
Principe :
On applique la formule d'interpolation linéaire avec les valeurs identifiées pour O₃.
Formule :
Données spécifiques pour O₃ :
- \(C_{O3} = 140 \, \mu\text{g/m}^3\)
- \(C_{low} = 101 \, \mu\text{g/m}^3\), \(C_{high} = 160 \, \mu\text{g/m}^3\)
- \(I_{low} = 51\), \(I_{high} = 100\)
Calcul :
Arrondi à l'entier le plus proche : \(83\).
Question 4 : Sous-indice IQA pour NO₂
Principe :
On applique la formule d'interpolation linéaire avec les valeurs identifiées pour NO₂.
Formule :
Données spécifiques pour NO₂ :
- \(C_{NO2} = 150 \, \mu\text{g/m}^3\)
- \(C_{low} = 101 \, \mu\text{g/m}^3\), \(C_{high} = 200 \, \mu\text{g/m}^3\)
- \(I_{low} = 51\), \(I_{high} = 100\)
Calcul :
Arrondi à l'entier le plus proche : \(75\).
Quiz Intermédiaire 1 : Si la concentration mesurée d'un polluant est égale à \(C_{high}\) d'une plage, son sous-indice sera :
Question 5 : IQA global et polluant principal
Principe :
L'IQA global est le maximum des sous-indices calculés pour chaque polluant. Le polluant principal est celui qui correspond à ce sous-indice maximal.
Sous-indices calculés :
- \(I_{PM2.5} \approx 78\)
- \(I_{O3} \approx 83\)
- \(I_{NO2} \approx 75\)
Détermination de l'IQA global :
Le polluant principal est celui qui a donné le sous-indice de 83, c'est-à-dire l'Ozone (O₃).
- L'IQA global pour cette journée est de \(83\).
- Le polluant principal est l'Ozone (O₃).
- Selon les catégories simplifiées, un IQA de 83 se situe dans la catégorie "Modéré".
Quiz Intermédiaire 2 : Si les sous-indices étaient PM10=60, SO2=75, CO=40, quel serait l'IQA global ?
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. L'Indice de Qualité de l'Air (IQA) est principalement utilisé pour :
2. La formule d'interpolation linéaire pour un sous-indice IQA est utilisée lorsque :
3. Quel est le polluant principal si les sous-indices sont : PM2.5=90, O₃=75, NO₂=110 ?
Glossaire
- Indice de Qualité de l’Air (IQA)
- Valeur numérique utilisée pour caractériser la qualité de l'air en un lieu donné. Il est calculé à partir des concentrations de plusieurs polluants atmosphériques.
- Sous-indice IQA
- Valeur d'indice calculée pour un polluant atmosphérique spécifique, basée sur sa concentration mesurée et une échelle de référence.
- Polluant Atmosphérique
- Substance présente dans l'atmosphère à des concentrations supérieures à la normale, susceptible d'avoir des effets nocifs sur la santé humaine, l'environnement ou les matériaux.
- PM2.5
- Particules fines en suspension dans l'air dont le diamètre aérodynamique est inférieur ou égal à 2.5 micromètres. Elles peuvent pénétrer profondément dans les voies respiratoires.
- Ozone (O₃)
- Gaz formé dans la basse atmosphère (troposphère) par des réactions photochimiques impliquant des polluants précurseurs (comme les oxydes d'azote et les composés organiques volatils). C'est un polluant irritant.
- Dioxyde d'azote (NO₂)
- Gaz rougeâtre-brun provenant principalement de la combustion à haute température (moteurs de véhicules, centrales thermiques). Il contribue à la formation de smog et de pluies acides.
- µg/m³ (microgramme par mètre cube)
- Unité de mesure de la concentration massique d'un polluant dans l'air.
- Interpolation Linéaire
- Méthode mathématique permettant d'estimer une valeur inconnue située entre deux valeurs connues, en supposant une relation linéaire entre elles.
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