L’objectif de cette étude est de poursuivre les travaux relatifs à l’évaluation des instruments de mesure de polluants atmosphériques, afin de permettre aux utilisateurs d’analyseurs automatiques de disposer des éléments nécessaires pour assurer et optimiser la qualité des mesures, et de s’assurer que les appareils répondent aux exigences des Directives en matière d’incertitude au niveau de la valeur limite.
Ceci implique de connaître, en plus des caractéristiques de performances des appareils :
- l’influence du niveau de concentration ou du niveau d’interférents sur la valeur de ces caractéristiques
- l’éventuelle dérive dans le temps de ces caractéristiques.
1. Variation des caractéristiques de performance des analyseurs en fonction de la concentration
Les procédures normatives d’évaluation des analyseurs prévoient d’effectuer les tests à deux niveaux de concentration en mesurande (excepté le test de linéarité) : à zéro et en un point en sensibilité, et dans le cas de la détermination de l’influence des interférents, à une concentration en interférent.
Or les budgets d’incertitude doivent être établis pour des niveaux de concentration en mesurande et en interférents qui ne sont pas forcément ceux appliqués lors de l’évaluation.
L’objectif de l’étude est donc de vérifier si les tests de performance des analyseurs à 2 niveaux de concentration en mesurande sont suffisants pour l’établissement des budgets d’incertitude, et si les facteurs de sensibilité peuvent être utilisés à des concentrations différentes en mesurande et en interférents, et dans quelles limites (en termes de valeur de la caractéristique de performance et de ratio concentration de test/concentration d’extrapolation).
La question se pose notamment pour l’incertitude au niveau de la valeur limite annuelle, qui risque d’être majorée en utilisant les valeurs de caractéristiques de performance obtenues à partir de tests qui sont effectués sur la valeur limite horaire (le test d’influence des interférents, par exemple).
2. Evolution dans le temps des performances des analyseurs
Les évaluations d’analyseurs effectuées dans le cadre des travaux du LCSQA ont montré que certaines caractéristiques de performance des analyseurs ont un impact significatif sur la justesse de la mesure et sur l’incertitude associée aux résultats de mesurage. C’est le cas de la sensibilité aux paramètres d’influence (en particulier température ambiante et interférents). Or, comme présenté lors du séminaire du 13 octobre 2005 dans le cadre de l’étude "harmonisation des contrôles des analyseurs", compte tenu des moyens nécessaires pour mettre en œuvre ces tests, ceux-ci ne sont pas réalisables à un coût acceptable, par les AASQA (ou pas de façon régulière).
Ils sont déterminés lors de la mise en œuvre d’essais d’approbation de type, mais il conviendrait de vérifier que ces caractéristiques ne se dégradent pas dans le temps, risquant de conduire à des erreurs de mesurage et à une augmentation de l’incertitude au-delà du seuil admissible.
Pour cela, un suivi dans le temps de ces caractéristiques est à effectuer sur des analyseurs fonctionnant en station (étude à mener en collaboration avec des AASQA), afin d’évaluer les dérives des coefficients de sensibilité et leur impact sur les écarts et sur l’incertitude de mesure. Ces résultats permettront, également, de définir si ces paramètres peuvent constituer des indicateurs de renouvellement des appareils.
3. Correction des mesures de concentration de NO2 et O3
Les normes de référence EN 14211 et EN 14625 pour la mesure des concentrations en NO/NOx et O3 prévoient une correction des mesures pour tenir compte de la réaction entre le NO et l'O3 dans la ligne d'échantillonnage. Cette correction est basée sur l'application d'une formule de calcul, dont l’origine et la validité sont inconnues.
Il a donc été proposé en 2005, de vérifier la formule de calcul et d’étudier les paramètres influents sur les pertes d'O3 et l'augmentation de la teneur en NO2, afin d’évaluer l’impact des réactions O3/NO sur les résultats de mesure en terme de dépassement des valeurs limites horaires.
Des essais complémentaires se sont avérés nécessaires pour consolider les premiers résultats. Ils ont permis en 2006 de donner des préconisations sur la conception des lignes d'échantillonnage et sur les corrections à appliquer aux résultats de mesurage. En particulier, les résultats montrent que l'application du calcul correctif est nécessaire aux fortes teneurs en polluants.
4. Etudes des facteurs de conversion pour les mesures d'altitudes
Les mesures de gaz sont généralement exprimées en unité de rapport de mélange volumique. D'après la réglementation européenne, ces mesures doivent être exprimées en unité de masse par unité de volume. Cette conversion nécessite de choisir des conditions de température et pression de référence. Il a donc été de fixer ces paramètres en prenant la pression et la température au niveau de la mer, à savoir 293 K et 101,3 KPa.
Ces paramètres varient avec l'altitude, et le facteur de conversion peut être beaucoup plus faible (jusqu'à 50 % pour certains sites) en région montagneuse. Il en résulte une surestimation des concentrations en altitude. Ce traitement des données est différent de la conversion réalisée notamment en Suisse, qui utilise un facteur ajusté au delà de 1500 m d'altitude.
Cette réglementation implique des difficultés pour le réseau de surveillance de la qualité de l'air AIR APS, notamment en termes de communication et de comparaison de concentrations d'ozone entre sites d'altitudes limitrophes de la Suisse.
1. Variation des caractéristiques de performance des analyseurs en fonction de la concentration
Les travaux proposés en 2007, pour une durée de deux ans (2007/2008), consistent à déterminer si les caractéristiques de performance d'analyseurs peuvent être extrapolées lors de l’établissement d’un budget d’incertitudes à des niveaux de concentration en mesurande et en interférents différents de ceux appliqués lors de l’évaluation de l’appareil, et de proposer des règles d’extrapolation. Les caractéristiques de performance prises en compte dans les budgets d’incertitude à différentes concentrations sont la répétabilité, la dérive, la sensibilité aux paramètres d’influence et la sensibilité aux interférents. Deux modèles d’analyseurs et deux analyseurs par modèle seront testés.
Les essais pour les analyseurs d'O3 ont été réalisés en 2007. Les essais pour les analyseurs de NO2 seront réalisés en 2008.
2. Evolution dans le temps des performances des analyseurs
Pour ce faire il est proposé de réaliser des tests sur une durée de 3 ans, sur plusieurs modèles d’analyseurs d’âges différents (de plus de 5 ans), mesurant l’ozone et les oxydes d’azote :
Le programme a commencé en 2007 avec des analyseurs d'ozone.
Le travail a consisté à :
- Sélectionner des analyseurs pour l’étude : les analyseurs testés doivent être des appareils qui sont utilisés en stations, et pour lesquels on dispose du suivi des réparations et contrôles métrologiques effectués périodiquement. Le travail sera donc réalisé en collaboration avec plusieurs AASQA.
- Evaluer les performances de 2 modèles d’analyseurs d’ozone, avec pour chaque modèle, deux analyseurs de plus de 5 ans, soit 4 appareils au total.
- Les caractéristiques de performance qui font l’objet d’un suivi dans le temps sont les suivantes : la sensibilité à la température ambiante, à la tension électrique d’alimentation, à l’humidité et à 2 autres interférents.
En 2008, le même travail est prévu sur 4 analyseurs de NOx à sélectionner,
En résumé, le suivi de l’évolution dans le temps des performances des analyseurs étant prévu sur une durée de 3 ans, le planning de l’étude est le suivant :
2007 : analyseurs d’O3 année 1 (réalisé)
2008 : analyseurs de NOx année 1
2009 : analyseurs d’O3 année 3,
2010 : analyseurs de NOx année 3.
3. Correction des mesures de concentration de NO2 et O3
La dernière étape de l'étude consistera en 2008 à appliquer les résultats obtenus précédemment à des cas réels. L'objectif final est d'étudier l'amplitude du biais de mesurage pour les différentes configurations des couples de concentrations en O3 et NOx réellement mesurées par les AASQA sur différents sites, afin de définir dans quel(s) cas réel(s) la correction, ou a minima une réduction du temps de résidence, est nécessaire.
4. Etudes des facteurs de conversion pour les mesures d'altitudes
Le LCSQA propose d'examiner le problème en réalisant :
- un bilan de l'impact réel de cette réglementation en France,
- une étude des solutions possibles et des différents impacts de ces solutions.
Le cas échéant, une ou des propositions d'aménagement de la méthode de conversion d'unité dans ce cas spécifique seront proposées.
Thème 2 : Métrologie – travaux sur les appareils
Matériel nécessaire pour les études 1, 2 et 3 :
Transport analyseurs, commandes de gaz, PC acquisition, et consommables diverses pour l'enceinte
Pluri annuels pour certaines actions