Pollution atmosphérique en dioxyde d'azote dans la ville de Kinshasa vue depuis l'espace par satellite Sentinel 5SP

CHAPITRE 3. MATERIELS ET MÉTHODES

Dans ce chapitre, nous présentons les matériels ainsi que la méthode utilisée pour aboutir au résultat de ce travail.

3.1. Matériels et méthodes

Comme tout travail de recherche scientifique, pour parvenir aux résultats escomptés, nous avons eu à utiliser des matériels et des méthodes bien spécifiques.

3.1.1. Matériels 3.1.1.1. Matériels

Pour la localisation des industries susceptibles d'être une des sources de pollution atmosphériques, nous avons utilisé le GPS de type Garmin GPSMAP 64s.

Image 9. GARMIN GPSMAP 64S

Cet appareil nous a servi à prélever les coordonnées géographiques des industries ainsi qu'à géolocaliser les différents points chauds à travers la ville.

3.1.1.2. Matériels de laboratoire

Au laboratoire, nous avons utilisé un certain nombre de matériel et programmes informatiques pour l'analyse des données collectées :

a) Un Ordinateur qui nous a servi comme outil où nous y avons installé des logiciels ;

b) Le traitement et analyse des données sont menées à l'aide de programmes statistiques tels que Microsoft Excel ;

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c) Le traitement de texte est réalisé à l'aide des logiciels tels que Microsoft Word ; tandis
que le tableur Microsoft EXCEL est utilisé pour la réalisation des tableaux et graphiques ;

d) La cartographie est le fruit de l'application des logiciels de Système d'Information
Géographique, de télédétection à savoir : Quantum GIS 3.16.4 et ArcGIS 10.8.2.

Quantum GIS, est un logiciel libre (Opensource) puissant qui nous a facilité l'importation et la transformation des données satellitaire en polygone d'environ 7x3.5 km², mais aussi de générer le centroïde de notre polygone qui sont les 63 points géographiques de notre échantillonnage ou couverture spatiale.

Image 10. Quantum GIS

ArcGIS est un logiciel SIG développé par la firme américaine ESRI en 1999 pour générer des connaissances géographiques et pour analyser des données géospatiales. Ce logiciel permet de collecter, organiser, gérer, analyser, et diffuser des informations spatialement référencées. Dans le cadre de cette étude, le logiciel ArcGIS a été d'une utilité indéniable. Il a permis la réalisation de toutes les tâches cartographiques, allant des plus simples aux plus sophistiquées. Ces cartographies portent principalement sur l'analyse spatiale de la pollution de l'air par le dioxyde d'azote (NO2) dans la ville de Kinshasa.

Image 11. Logiciel ArcMap

3.1.2. Approche méthodologique

Pour bien mener notre étude, nous avons recouru à la recherche documentaire, Collecte de données Satellitaire et enfin la collecte de données sur terrain.

A. Recherche documentaire

Elle a consisté à la consultation des documents de bibliothèques, des sites web pour enrichir les recherches grâce aux différentes publications ayant trait au même sujet. À cet effet, des livres, des articles scientifiques, des travaux de fin d'étude, des mémoires des Masters, des thèses de Doctorat, des notes des cours ont été consultés et permis à mieux cerner cette question de recherche.

Le satellite capture de données sous la forme de pixels rectangulaires comme illustré dans les figures ci-dessous.

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B. Collecte de données sur terrain

Nous avons recueilli des données supplémentaires, telles que des informations sur le trafic routier en identifiant les points chauds et à l'aide de GPS nous avons prélevé les Coordonnées géographique à travers la ville. Nous avons aussi géolocalisé les sources industrielles susceptibles d'être aussi à l'origine de pollution de l'aire, nous avons recouru aux données météorologiques et les activités humaines, afin de compléter l'analyse.

C. Collecte de données satellitaires et météorologiques

La collecte de données satellitaire pour cette étude repose sur 7 étapes à savoir :

1. Collecte de données satellitaires

Nos données ont été collectées à partir du Satellite Sentinel-5 Precursor (5P) à travers son capteur TROPOMI qui nous a permis d'acquérir les données satellitaires disponibles pour la région de Kinshasa, comprenant les mesures de polluants atmosphériques tels que le dioxyde d'azote (NO2) et les aérosols. Ci-dessous l'image qui illustrant le satellite Sentinel 5P.

Image 12. Image du Satellite Sentinel-5P sur une orbite située à 824 km d'altitude. A son
bord, le capteur TROPOMI

Ce satellite a été développé par l'Agence spatiale européenne dans le cadre du programme Copernicus lancé le 13 octobre 2017. Les données provenant de l'instrument TROPOMI ont fourni les quantités de dioxyde d'azote (NO2) dans l'atmosphère de la ville de Kinshasa sur une durée de six mois soit, de Janvier 2020 à Juin 2020. Ce satellite est de type héliosynchrone avec une durée de vie minimale de 7,25 ans. Au total, le satellite a fourni les quantités de NO2 sur 63 sites géographiques. Il est essentiel de noter que le satellite effectue une seule passe au-dessus de Kinshasa par jour, enregistrant des données pendant une courte période aux alentours de 12h30 UTC. Dans le cadre de notre analyse, les données collectées par le satellite sont aux alentours de 12h heure local.

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Image 13. Image illustrant comment le satellite Sentinelle-5P effectuant la capture d'image

sur la terre.

Chaque pixel enregistré sur les données représente une zone d'environ 7x3.5 km², mais aussi chaque pixel contient une valeur unique qui représente la moyenne des données pour cette zone. Et c'est grâce à ces données que nous avons identifiées les communes fortement touchées, ainsi que ceux qui ne sont pas pollués.

2. Collecte de données météorologiques

Le recours aux données météorologiques est dû au fait que le dioxyde d'azote (NO2) a non seulement des conséquences fait partie des puissants et dangereux gaz à effet de serre (GES) avec un pouvoir de réchauffement global 25 fois plus que le méthane (CH4) et 300 fois plus que le gaz carbonique (CO2) (Ntombi, 2019). Mais aussi elles vont nous servir d'interprétation de résultat.

3. Prétraitement des données

Avant de débuter avec les analyses, nous avons effectué un nettoyage des données pour éliminer les valeurs aberrantes et les erreurs potentielles.

Ensuite nous avons intégré les différentes sources de données pour les aligner spatialement et temporellement, en utilisant des techniques de géoréférencement et de synchronisation des horaires.

4. Analyse spatiale et temporelle

Nous avons utilisé des techniques d'analyse spatiale pour identifier les zones spécifiques de Kinshasa qui présentent des niveaux élevés de pollution de l'air, en se basant sur les données satellitaires pour une période de six mois. Dans la figure 17, 18 et 19 ; nous illustrons brièvement comment nous avons procédé :

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Image 14. Processus d'importation des données dans QGis

Nous avons ajouté la couche de données au format texte à l'aide de menu « Ajouter une couche de texte délimité...

Image 15. Géoréférencement (Détection) de la géométrie des données dans Qgis

Ensuite nous avons parcouru l'ordinateur pour retrouver le fichier texte contenant les données (DATA_use.exe) comme l'illustre l'image ci-dessus, puis nous avons cocher l'option well known texte... puis nous avons cliqué sur ajouter et le résultat est visible sur la figure qui suit :

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Image 16. Visualisation des données sous forme des pixels dans l'interface Qgis

5. Cartographie et visualisation

A l'aide de logiciel SIG à l'occurrence ArcGIS avec son extension ArcMap, nous a aidé à générer des cartes et des visualisations basées sur les données satellitaires traitées, afin de représenter spatialement les niveaux de pollution de l'air à Kinshasa et d'interpréter les résultats.

En utilisant l'outil de ArcMap comme Jointure de table pour relier la table attributaire du centroïde avec le polygone correspondant à la résolution spatiale du satellite Sentinelle-5P.

6. Analyse des sources de pollution

Nous avons utilisé des techniques d'analyse des sources pour tenter d'identifier les principales sources de pollution de l'air à Kinshasa, en combinant les données satellitaires avec d'autres informations disponibles sur les activités industrielles, le trafic routier, etc.

7. Comparaison avec les normes et recommandations

Pour bien affirmer ou infirmer nos hypothèses, nous avons comparé les résultats de l'analyse avec les normes et recommandations de qualité de l'air établies par des organisations telles que l'OMS, afin d'évaluer la conformité de Kinshasa par rapport à ces normes.

8. Formulation de recommandations

En se basant sur les résultats de l'analyse, nous avons formulé des recommandations spécifiques pour améliorer la qualité de l'air à Kinshasa, en mettant l'accent sur des mesures de réglementation, de contrôle et de sensibilisation appropriées.

Il est important de noter que cette approche méthodologique est indicative et a été adaptée en fonction des ressources et des données disponibles.

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