ASSOCIATION POUR LA MESURE DE LA POLLUTION ATMOSPHÉRIQUE DE L’AUVERGNE
Atmo Auvergne
MEMBRE AGRÉÉ DE LA FÉDÉRATION ATMO
Campagne de mesure de l’ozone dans le département de la Haute-Loire
Arlempdes surplombant la Loire Arlempdes la Loire surplombant
Château d'
De mai à septembre 2010
Atmo Auvergne 25, rue des Ribes 63170 AUBIERE Tél. : 04 73 34 76 34 Fax : 04 73 34 33 56 Mél : [email protected] Site Internet : http://www.atmoauvergne.asso.fr
1 Introduction et contexte
La présente étude a pour but de caractériser les niveaux d’ozone dans le sud-est du département de la Haute- Loire et d’étudier le transport de ce polluant en provenance des départements limitrophes et de la vallée du Rhône. Les mesures se sont déroulées de début mai à fin septembre 2010.
1.1 Effets de l’ozone sur la santé et sur l’environnement
Dans la stratosphère (entre 10 et 50 km d‘altitude environ), l’ozone, gaz de formule chimique O 3, joue un rôle d’écran naturel et bénéfique vis-à-vis des ultraviolets solaires dangereux pour la matière vivante (c’est le « bon ozone »).
Dans la troposphère (entre 0 et 10 km d'altitude), l'ozone est un polluant dit secondaire car produit principalement par la transformation, sous l’effet du rayonnement solaire, des oxydes d’azote (NO X) et des composés organiques volatils (COV) émis majoritairement par les activités humaines. On l’appelle le « mauvais ozone » : l’ozone est un gaz très oxydant, qui à certaines concentrations est connu pour avoir des effets dommageables pour la santé des hommes et des écosystèmes.
Sur l’être humain, l’ozone provoque des irritations des voies respiratoires et des yeux, ainsi que l’affaiblissement du système immunitaire. Certaines personnes sont plus particulièrement sensibles : il s’agit des personnes atteintes de maladies cardiovasculaires et/ou des voies respiratoires comme l’asthme, des enfants âgés de moins de 15 ans (pour lesquels le développement pulmonaire n’est pas encore achevé), et des personnes âgées.
L'ozone a également un effet néfaste sur la végétation. Il pénètre dans les feuilles par les stomates (minuscules orifices situés au niveau de l'épiderme des végétaux et servant aux échanges gazeux) et se dégrade instantanément au contact des cellules, entraînant des réactions en chaîne et aboutissant à la mort de celles-ci. Sur les plantes les plus sensibles, les symptômes sont identifiables dans un premier temps par la présence de nécroses foliaires et ensuite par la chute prématurée des feuilles. Ces pertes foliaires entraînent des diminutions de croissance et un affaiblissement des plantes, les rendant plus sensibles aux attaques parasitaires (insectes, champignons) et aux aléas climatiques (sécheresse).
Enfin, l’ozone contribue à l’effet de serre.
1.2 Sites de mesure
Cinq sites temporaires de mesure ont été implantés en Haute-Loire de mai à septembre 2010 sur les communes – d’ouest en est – d’Arlempdes, des Estables, de Fay-sur-Lignon, de Mazet-Saint-Voy et de Montfaucon.
La carte d’implantation des sites de la campagne est indiquée ci-après (en rouge), avec en complément la situation des stations fixes de comparaison mesurant l’ozone en Haute-Loire et dans les départements limitrophes (en vert).
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Les coordonnées géographiques des sites de la campagne de mesure sont indiquées ci-dessous.
Typologie de la Sites de campagne Emplacement du capteur Latitude Longitude Altitude station Local jouxtant la mairie près Arlempdes (43) Rurale régionale 44,865 3,923 830 m de l’église Local de la mairie sur la place Les Estables (43) Rurale régionale 44,903 4,156 1 332 m principale
Remorque sur la butte, près Fay-sur-Lignon (43) Rurale régionale 44,985 4,226 1 195 m de la place de la mairie
Mazet-St-Voy (43) Rurale régionale Grenier de l’école primaire 45,048 4,245 1 045 m
Montfaucon (43) Rurale régionale Station d’épuration 45,181 4,312 898 m
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Les photos des sites de la campagne de mesure sont présentées ci-après.
Arlempdes Les Estables
Fay-sur-Lignon Mazet-St-Voy
Montfaucon
Les coordonnées géographiques des sites de comparaison sont indiquées ci-dessous.
Nom du site de Typologie de Emplacement du Sites de comparaison Latitude Longitude Altitude comparaison la station capteur Rurale Sembadel (43) Sembadel Mairie 45,275 3,688 1 040 m régionale
Vals-près-le Puy (43) Vals près le Puy Péri-urbaine Mairie 45,030 3,876 650 m
Le Puy Centre (43) Le Puy Centre Urbaine Ecole Jules Ferry 45,045 3,883 644 m
Local des archives Ardèche Rurale Grospierres (07) de la mairie, 1er 44,400 4,289 130 m méridionale régionale étage Monts Rurale Gluiras (07) Cabine Grolleau 44,835 4,528 1 300 m d'Ardèche régionale Cabine fixe Annonay (07) Annonay centre Urbaine 45,247 4,669 200 m standard
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Ouest Cabine fixe Firminy (42) stéphanois / Urbaine 45,388 4,282 467 m standard Firminy
Saint-Etienne sud Saint-Etienne Cabine fixe Urbaine 45,396 4,420 552 m (42) sud standard
Est stéphanois / Cabine fixe Saint-Chamond (42) Urbaine 45,475 4,515 366 m Saint-Chamond standard
Les photos des sites de la campagne de comparaison sont présentées ci-après.
Sembadel (43) Le Puy Centre (43) Vals-près-le Puy (43)
Grospierres (07) Gluiras (07) Annonay (07)
Firminy (42) Saint-Etienne sud (42) Saint-Chamond (42)
2 Résultats
A titre comparatif, les paramètres statistiques sont aussi présentés pour les stations fixes : - de Haute-Loire : Sembadel près de la Chaise Dieu, le Puy Centre et Vals-près-le Puy. - d’Ardèche : Grospierres, Gluiras et Annonay. - de la Loire : Firminy, Saint-Etienne sud et Saint-Chamond.
Toutes les concentrations indiquées dans les tableaux et graphiques ci-après sont en µg/m 3.
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Paramètres Gluiras (07)Gluiras Firminy (42)Firminy Annonay (07)Annonay Sembadel (43) Sembadel Arlempdes (43)Arlempdes Grospierres (07)Grospierres Les Estables (43) St-Chamond (42)St-Chamond Montfaucon (43)Montfaucon Le Puy centre (43) Le Puy centre St-Etienne sud (42)sud St-Etienne Fay-sur-Lignon (43) Vals-près-le Puy (43)Vals-près-le Mazet-Saint-Voy (43)Mazet-Saint-Voy
Moyenne 79 61 59 64 85 94 79 70 79 96 71 62 70 59 Médiane horaire 78 61 59 66 81 91 77 70 80 93 68 60 68 56 Maximum journalier 122 104 102 109 140 149 124 116 124 149 123 106 123 107 Maximum 8-horaire * 133 133 132 140 155 163 144 147 170 168 181 156 169 171 Percentile 99.9 horaire ** 136 139 136 149 166 169 154 158 179 174 188 167 180 181 Maximum horaire 141 147 141 159 168 181 161 163 199 183 205 178 185 192 Paramètres statistiques (mesures du 01/05/2010 au 30/09/2010) Nota bene : * Maximum 8-horaire : maximum des moyennes glissantes sur 8 heures. ** Percentile 99.9 horaire : valeur au-dessus de laquelle se situent 0,1 % des concentrations les plus élevées.
Dans les histogrammes ci-dessous sont représentés deux de ces paramètres, avec en clair les sites de comparaison.
100 200
90 180
80 160
70 140
60 120 3 3 50 100 µg/m 40 µg/m 80
30 60
20 40
10 20
0 0
Concentrations moyennes durant la campagne (du Percentiles 99.9 horaires durant la campagne (du 01/05/2010 au 30/09/2010) 01/05/2010 au 30/09/2010)
Niveaux horaires durant la campagne (01/05/2010 au 30/09/2010).
Nota bene : Percentile 25 : borne au-dessous de laquelle se situent 25 % des valeurs les plus faibles. Percentile 75 : borne au-dessus de laquelle se situent 25 % des valeurs les plus élevées.
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2.1 Niveaux moyens et maxima
En termes de valeurs moyennes, les stations de Fay-sur-Lignon et des Estables présentent les teneurs en ozone les plus élevées (supérieures à 80 µg/m 3). Les trois autres sites affichent des concentrations moyennes inférieures à 80 µg/m 3. Arlempdes se démarque avec une concentration moyenne égale à 64 µg/m 3.
En termes de valeurs maximales journalières , la même analyse est conduite. Les stations de Fay-sur-Lignon et des Estables présentent des maximums journaliers supérieurs à 140 µg/m 3, tandis que les trois autres stations ne dépassent pas 125 µg/m 3. Sur ce paramètre, Arlempdes se distingue à nouveau avec un maximum journalier nettement inférieur aux autres sites (109 µg/m 3).
En termes de valeurs maximales horaires, l’ensemble des sites (sauf Arlempdes) a connu un maximum horaire supérieur à 160 µg/m 3. Le site de Fay-sur-Lignon a dépassé une fois le seuil d’information et de recommandation de 180 µg/m 3.
Globalement, on observe une détérioration des concentrations en ozone à l’approche de Fay-sur-Lignon , un site d’altitude qui semble donc particulièrement exposé aux masses d’air chargées en ozone en provenance de l’Ardèche et de la vallée du Rhône.
2.2 Evolution des concentrations journalières
Sur un site donné, les concentrations d’ozone sont fortement dépendantes des conditions météorologiques, et notamment de l’ensoleillement. L’évolution des concentrations journalières sur les cinq sites temporaires de mesure est indiquée dans le graphique ci-après.
160
140
120
100
80 µg/m3
60
40 Arlempdes D'ouest Les Estables 20 en est Fay -sur -Lignon Mazet-Saint-Voy 0 Montfaucon
Evolution des concentrations journalières d’ozone sur les sites temporaires (01/05/2010 au 30/09/2010)
Sur l’ensemble des sites, les valeurs moyennes journalières varient de 25 µg/m 3 à 149 µg/m 3.
Le graphique montre des variations journalières assez proches pour l’ensemble des sites de mesure. Comme signalé auparavant, le site de Fay-sur-Lignon présente les concentrations en ozone les plus élevées de tous les sites, tandis que la station d’Arlempdes affiche les teneurs en ozone les plus faibles.
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On observe durant la période estivale 2010 plusieurs épisodes notables de pollution photochimique durant lesquels les valeurs journalières d’une ou plusieurs stations de mesure de la campagne ont dépassé 120 µg/m 3 : - Le 25 mai 2010, - Du 24 juin au 3 juillet 2010, - Le 9 juillet 2010, - Le 20 juillet 2010, - Le 2 septembre 2010. Les caractéristiques des deux épisodes « en gras » sont données en §2.4.
2.3 Evolution des concentrations horaires (étude des profils journaliers)
Le profil journalier des concentrations enregistrées entre le 1er mai et le 30 septembre 2010 est indiqué sur le graphique ci-après.
120
100
80 Sembadel
Arlempdes
Les Estables 60
µg/m3 Fay -sur -Lignon
Mazet -Saint -Voy
40 Montfaucon Le Puy centre
Vals-près-le Puy
20
0
Profil journalier des concentrations d’ozone durant la campagne (01/05/2010 au 30/09/2010). Les curseurs sont affichés pour les courbes des sites de la campagne de mesure
Nous distinguons deux groupes de sites , pour lesquels les cycles diurnes (jour/nuit) des concentrations en ozone sont proches : - Fay-sur-Lignon, les Estables et Mazet-Saint-Voy d’une part (les sites de plus haute altitude), qui présentent des amplitudes jour/nuit assez faibles, de valeurs maximales respectives : 14 µg/m 3, 18 µg/m 3 et 32 µg/m 3, proches à titre comparatif du site de Sembadel (19 µg/m 3), un site d’altitude équivalente qui est éloigné de toutes sources de pollution anthropique. - Arlempdes et Montfaucon d’autre part (les sites de plus basse altitude), qui affichent des amplitudes jour/nuit élevées, de valeurs maximales respectives : 58 µg/m 3 et 57 µg/m 3, proches à titre comparatif des amplitudes des sites urbains de Haute-Loire (59 µg/m 3 pour le Puy Centre, 57 µg/m 3 pour Vals près le Puy) et des départements limitrophes (62 µg/m 3 pour Annonay, 54 µg/m 3 pour Saint-Etienne sud). Nota bene : pour des raisons de lisibilité, les profils journaliers ne sont pas représentés pour les sites de comparaison des départements de l’Ardèche et de la Loire. Ce graphique permet de conclure que l’amplitude des cycles diurnes de concentration en ozone s’atténue avec l’altitude et à proximité des sources de pollution.
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2.4 Focus sur quelques épisodes de pollution photochimique
Les éléments ci-après caractérisent les deux principaux épisodes de pollution à l’ozone, identifiés au cours de la période estivale 2010.
2.4.1 Episode du 24 juin au 3 juillet 2010 Les illustrations ci-dessous présentent quelques cartographies d’observation des maximas horaires en ozone du 24 juin au 3 juillet 2010.
Cartographie du 30 juin 2010 Cartographie du 1er juillet 2010 Cartographie du 2 juillet 2010 Cartographie du 3 juillet 2010
Les valeurs moyennes journalières 160 durant l’épisode sont présentées 140 dans le graphique ci-contre. 120 Evolution des concentrations Sembadel 100 horaires : Le 23 juin, les Vals-près-le Puy concentrations horaires d’ozone sont 80 Le Puy centre supérieures à 120 µg/m 3 sur trois µg/m3 Arlempdes sites (Fay-sur-Lignon, Mazet-Saint- 60 Les Estables Fay-sur-Lignon Voy et Montfaucon). Le 24 juin, c’est 40 3 Mazet-Saint-Voy le seuil des 140 µg/m qui est Montfaucon dépassé. L’épisode se poursuit les 20 er jours suivants, puis le 1 juillet la 0 barre des 160 µg/m 3 horaire est dépassée. Le site de Fay-sur-Lignon atteindra son maximum estival le 2 Evolution des concentrations journalières d’ozone sur les sites de la juillet 2010 avec 181 µg/m 3. campagne et de comparaison (20/06/2010 au 06/07/2010)
1 à 3 m/s 0 Les conditions climatiques étaient propices à la 350 10 340 18% 20 3 à 5 m/s 16% formation de l’ozone troposphérique localement : 330 30 > 5 m/s 14% absence de précipitations depuis le 21 juin, durée 320 40 12% d’insolation supérieure à 8 heures par jour avec des 310 10% 50 pointes à 12 et 14 heures certains jours, température 8% 300 6% 60 maximale variant entre 20°C et 29°C. 4% 290 70 2% 0% Le vent dominant en revanche, d’origine nord - nord- 280 80 ouest durant l’épisode, comme l’indique la rose des 260 90 vents ci-contre, a contribué à limiter l’apport supplémentaire d’ozone depuis la vallée du Rhône. 250 120 Autrement, le phénomène d’entrée du pollant depuis 230 130 la région Rhône-Alpes aurait pu - aux vues des cartes 220 140 210 150 d’observation - être nettement plus marqué. 200 160 190 170
Rose des vents du 24 juin au 3 juillet 2010, calculée à partir des relevés météo de la station de Mazet-Volamont (43)
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2.4.2 Episode du 20 juillet 2010
Les illustrations ci-dessous présentent quelques cartographies d’observation des maximas horaires en ozone autour du 21 juillet 2010.
Cartographie du 18 juillet 2010 Cartographie du 19 juillet 2010 Cartographie du 20 juillet 2010 Cartographie du 21 juillet 2010
Les valeurs moyennes journalières durant 140 l’épisode sont présentées dans le graphique 120 ci-contre.
100 Evolution des concentrations horaires : Le 19 Sembadel Vals-près-le Puy juillet, les concentrations horaires d’ozone 80 3 Le Puy centre sont supérieures à 120 µg/m sur tous les Arlempdes µg/m3 60 sites sauf Arlempdes. Le 20 juillet, l’ensemble Les Estables des sites franchira la barre des 140 µg/m 3, Fay-sur-Lignon 40 dont trois le seuil des 160 µg/m 3. En Mazet-Saint-Voy Montfaucon parallèle, les sites fixes limitrophes atteignent 20 des niveaux également élevés. Au cours de cet épisode, le site de Mazet-Saint-Voy 0 17-juil.-10 18-juil.-10 19-juil.-10 20-juil.-10 21-juil.-10 22-juil.-10 23-juil.-10 atteindra son maximum horaire estival avec 3 168 µg/m , de même pour Montfaucon avec Evolution des concentrations journalières d’ozone sur les sites de la 3 161 µg/m . Nota bene : les données du site campagne et de comparaison (17/07/2010 au 23/07/2010) de Fay-sur-Lignon sont invalidées durant l’épisode.
1 à 3 m/s Les conditions climatiques étaient favorables à la 0 350 12.0% 10 3 à 5 m/s formation de l’ozone troposphérique localement : 340 50 10.0% > 5 m/s absence de précipitations depuis le 15 juillet, durée 330 80 d’insolation dépassant 14 heures par jour depuis le 18 8.0% 320 90 juillet, température maximale comprises entre 25°C et 6.0% 310 110 30°C. 4.0%
300 2.0% 120 Par ailleurs, le vent dominant , d’origine sud-est en 0.0% amont de l’épisode, a contribué à un apport 290 130 supplémentaire d’ozone depuis la vallée du Rhône. Les concentrations en ozone des sites ardéchois 280 140 enregistrées durant cet épisode affichaient 270 150 effectivement des valeurs nettement supérieures aux 260 160 valeurs relevées en Haute-Loire, et ce dès le 19 juillet. 230 170 Comme l’indique la rose des vents ci-contre, le vent 200 180 190 était également orienté nord-ouest (à partir du 20 juillet), ce qui a permis de limiter l’épisode de Rose des vents du 18 au 22 juillet 2010, calculée à partir des pollution photochimique – déjà bien avancé – à une relevés météo de la station de Mazet-Volamont (43) seule journée.
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3 Comparaison avec les normes
Les valeurs applicables en 2010 (en µg/m³) des différents critères nationaux de la qualité de l’air concernant l’ozone sont présentées dans le tableau suivant :
Valeur Critère Paramètre statistique Remarque applicable maximum journalier de la Objectif de qualité pour la protection de la santé humaine 120 en µg/m 3.h moyenne sur 8 heures
Objectif de qualité pour la protection de la végétation AOT 40 (mai - juillet) 6 000 en µg/m 3.h
maximum journalier de la moyenne sur 8 heures (valeur à ne pas dépasser plus de 25 Valeur cible pour la protection de la santé humaine 120 en µg/m 3 jours par année civile, la moyenne étant calculée sur 3 ans)
AOT 40 (de mai à juillet, en µg/m 3.h Valeur cible pour la protection de la végétation 18 000 moyenne sur 5 ans) applicable en 2010
Seuil d’information et de recommandation moyenne horaire 180 en µg/m 3 Seuils d’alerte : en µg/m 3 - 1er seuil 240 moyenne horaire (sur 3 h - ème 2 seuil 300 consécutives) - 3ème seuil 360
Le tableau ci-après indique le nombre de jours dépassant la valeur cible pour la protection de la santé humaine, le nombre de dépassements du seuil d’information et de recommandation à la population, ainsi que l’AOT 40 (Accumulated Over Threshold of 40 ppb).
L’AOT 40, exprimé en µg/m 3.h, correspond à la somme des différences entre les concentrations horaires supérieures à 80 µg/m 3 (soit 40 ppb) et 80 µg/m 3 durant une période donnée en utilisant uniquement les valeurs horaires mesurées quotidiennement entre 8 heures et 20 heures (heure de l’Europe centrale).
Nb de jours avec moy. 8- Nb. de moy. horaires ≥ 180 AOT 40 corrigé en µg/m 3.h Sites horaires ≥ 120 µg/m 3 µg/m 3 mai – juillet Sembadel (43) 19 soit 13 % du temps 0 14 004 Vals-près-le Puy (43) 12 soit 8 % du temps 0 11 973 Le Puy Centre (43) 6 soit 4 % du temps 0 10 948 Arlempdes (43) 13 soit 10 % du temps 0 16 489 Les Estables (43) 24 soit 17 % du temps 0 19 877 Fay-sur-Lignon (43) 32 soit 30 % du temps 1 29 794 Mazet-Saint-Voy (43) 24 soit 16 % du temps 0 20 694 Montfaucon (43) 26 soit 19 % du temps 0 22 148 Grospierres (07) 47 soit 32 % du temps 4 25 879 Gluiras (07) 53 soit 38 % du temps 1 29 304 Annonay (07) 37 soit 25 % du temps 9 22 725 Firminy (42) 25 soit 16 % du temps 0 16 452 Saint-Etienne sud (42) 29 soit 19 % du temps 5 19 352 Saint-Chamond (42) 22 soit 14 % du temps 5 15 755
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La valeur cible pour la protection de la santé humaine autorise 25 jours de dépassement par an, en moyenne sur 3 ans, durant lesquels le maximum journalier de la concentration 8-horaire peut dépasser 120 µg/m 3. Ce critère normatif est difficilement comparable aux données présentes vu la durée limitée de la campagne, mais les résultats obtenus font apparaître une année 2010 relativement affectée par la pollution photochimique, avec 2 stations sur 5 qui dépassent - sur la période estivale - le nombre de jours autorisé annuellement (Fay- sur-Lignon avec 32 jours et Montfaucon avec 26 jours). On note que les sites de Mazet-Saint-Voy et des Estables sont proches de la limite autorisée avec 24 jours de dépassement, ainsi, il est possible que le nombre total de jours de dépassement dans l’année 2010 ait pu dépasser 25 jours pour ces deux stations rurales. A titre comparatif, on s’aperçoit qu’aucun site fixe de la Haute-Loire n’a dépassé la valeur cible plus de 25 jours par an, en revanche l’ensemble des sites ardéchois l’ont dépassé. Un seul dépassement du seuil horaire d’information et de recommandation de 180 µg/m 3 a été enregistré, à Fay-sur-Lignon (181 µg/m 3 le 2 juillet 2010), néanmoins, aucune alerte n’a été déclenchée. En effet, le déclenchement de l’alerte ne s’effectue que lorsque le dépassement du seuil de 180 µg/m 3 se produit à moins de 3 heures d’intervalles pour deux stations d’un même département, ce qui n’a pas été le cas. L’AOT 40 est un indicateur d’exposition des végétaux à l’ozone . L’objectif de qualité correspondant (fixé à 6 000 µg/m 3) est largement dépassé sur tous les sites de mesure.
4 Conclusions Les mesures d’ozone conduites sur cinq sites mobiles ruraux installés de mai à septembre 2010 dans le sud-est de la Haute-Loire ont permis de mieux connaître le comportement de ce polluant dans ce département. Plusieurs enseignements à partir de cette campagne peuvent être retenus : - L’été 2010 n’a pas été particulièrement propice à la formation d’ozone localement en Haute-Loire. En revanche la pollution photochimique en provenance de la vallée du Rhône a ponctuellement affecté le sud-est de ce département, en raison notamment de la configuration du territoire (zone d’altitude exposée aux masses d’air chargées en ozone en provenance du sud-est de la France).
- Cinq épisodes de pollution à l’ozone ont été détectés durant la période estivale 2010 : le 25 mai, du 24 juin au 3 juillet, le 9 juillet, le 20 juillet et le 2 septembre. - On observe une moindre concentration en ozone dans les zones de faible altitude et vers l’ouest. A contrario, les niveaux d’ozone tendent à se détériorer en altitude et plus particulièrement à l’extrême sud-est de la Haute-Loire. - Il serait intéressant de disposer d’une station fixe de mesure de l’ozone dans le sud-est de la Haute- Loire pour évaluer sur le long terme le transfert de la pollution photochimique depuis le sud de la région Rhône-Alpes. - Concernant les valeurs réglementaires : o Le seuil horaire d’information et de recommandation de 180 µg/m 3 a été dépassé une seule fois (à Fay-sur-Lignon). o La valeur cible pour la protection de la santé humaine applicable en 2010 n’est pas respectée durant la période estivale pour deux sites sur cinq (Fay-sur-Lignon et Montfaucon). o L’objectif de qualité pour la protection des écosystèmes (AOT 40) est dépassé pour tous les sites mobiles, mais il l’est régulièrement sur l’ensemble des sites ruraux auvergnats.
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