Résumé de l'étude
La pollution de l'air urbain constitue un enjeu majeur de santé publique dans les mégapoles du monde entier. Cependant, les réseaux de surveillance reposent généralement sur des capteurs chimiques qui mesurent chaque espèce polluante de manière indépendante. Cette étude explore une approche complémentaire : l'utilisation du champ électrique atmosphérique, mesuré comme le gradient de potentiel (PG), en tant qu'indicateur électrique de la pollution anthropique de l'air à São Paulo, Brésil, l'une des mégapoles les plus grandes et les plus polluées de l'hémisphère sud.
La recherche s'appuie sur un jeu de données à long terme couvrant la période de février 2018 à décembre 2024, combinant des mesures continues de PG sur le toit de l'Université presbytérienne Mackenzie avec les concentrations horaires de six polluants majeurs (CO, NO, NO₂, NOx, SO₂ et PM₁₀) provenant d'une station de qualité de l'air exploitée par la CETESB. Les périodes de beau temps ont été soigneusement identifiées par une procédure en deux étapes combinant un filtrage météorologique de surface avec un filtrage des nuages basé sur l'imagerie satellitaire de GOES-16 et GOES-19, garantissant que le signal de PG reflète les effets des aérosols et de la pollution plutôt que des perturbations météorologiques.
L'analyse révèle une hiérarchie de sensibilité reproductible dans le couplage entre le champ électrique et les polluants atmosphériques. Les gaz primaires liés à la combustion (oxydes d'azote NOx, NO et monoxyde de carbone CO) présentent les associations les plus fortes avec le PG, avec des corrélations de Pearson journalières médianes de l'ordre de r ≈ 0,6. Les particules en suspension (PM₁₀) montrent un couplage plus faible et plus variable. De manière cruciale, cette relation est fortement dépendante du régime : le couplage PG-polluant se renforce sous des conditions atmosphériques stables et une ventilation faible (typiquement la nuit), et s'affaiblit nettement lors du mélange convectif diurne, lorsque la couche limite est bien ventilée.
L'étude examine également l'impact de perturbations d'émissions à grande échelle. Pendant le confinement COVID-19 de 2020, lorsque le trafic automobile et l'activité industrielle ont chuté brutalement, le PG de beau temps a présenté une réduction persistante par rapport à la ligne de base pluriannuelle, fournissant une preuve électrique indépendante de la diminution des émissions anthropiques. Un cadre d'apprentissage automatique basé sur la régression Random Forest a également été utilisé pour tester la capacité prédictive du PG pour les niveaux de pollution de l'air urbain, confirmant la nature dépendante du régime du couplage. Ces résultats positionnent le champ électrique atmosphérique non pas comme un indicateur universel de pollution, mais comme un indicateur physiquement fondé et dépendant du régime de la qualité de l'air en surface dans les environnements urbains.
Comment citer ce travail :
Rubén M. Romero, J.C. Tacza, Angel Vara-Vela, S. Szpigel, J.-P. Raulin, Regime-dependent sensitivity of the atmospheric potential gradient to anthropogenic air pollution in São Paulo, Brazil, Atmospheric Research, 2026, 109002, ISSN 0169-8095, https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2026.109002