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1. Présentation des travaux La Directive européenne n°2008/50/CE de 2008 concernant la qualité de l’air ambiant et un air pur pour l’Europe a donné de nouvelles règles pour la surveillance de la qualité de l’air. Outre le fait d’ajouter les particules PM2.5 sur la liste des polluants à mesurer (à savoir SO2, NO/NOx/NO2, CO, O3, C6H6, les PM10 et le plomb), avec une valeur limite et un objectif de qualité des données à respecter, elle a fixé un échéancier de mise à conformité du parc d’appareils impliqués dans ce cadre régalien européen selon un timing spécifique.Cette conformité se réfère aux référentiels normatifs en vigueur depuis 2005, qui intègrent la notion d’approbation de type (donc d’homologation de matériel par l’Etat Membre). Le timing est le suivant : « Tous les nouveaux appareils achetés pour la mise en oeuvre de la présente directive doivent être conformes à la méthode de référence ou une méthode équivalente, au plus tard le 11 juin 2010. Tous les appareils utilisés aux fins des mesures fixes doivent être conformes à la méthode de référence ou à une méthode équivalente, au plus tard le 11 juin 2013. » La France est actuellement un des Etats Membres les plus équipés (avec plus de 3000 instruments répartis sur plus de 800 stations de mesures). Une telle configuration rend nécessaire un suivi permanent du parc instrumental, du comportement effectif des appareils sur le terrain et de la qualité de fabrication des appareils. Cela implique une connaissance exhaustive du parc et un échange d’informations, notamment : entre les utilisateurs sur le plan technique avec les constructeurs pour le retour d’expérience sur leurs produits avec les pouvoirs publics (MEEDDM, ADEME) pour l’élaboration du budget pour la mise en conformité du parc d’appareils selon les exigences réglementaires En réponse à ces besoins, le LCSQA - EMD suit l’état du parc d’appareils des AASQA au travers de son expertise dans le cadre de la base de données INVEST de suivi des équipements analytiques des AASQA (partie « inventaire national des équipements ») et joue depuis 2006 le rôle de point focal de centralisation des problèmes rencontrés sur les appareils au travers de l’animation de l’atelier sur la thématique «Appareils» qui est organisé chaque année lors des Journées Techniques des AASQA (en 2010 à Orléans, du 12 au 14 octobre). Le LCSQA-EMD sert également d’expert technique auprès des pouvoirs publics au travers de la connaissance du fonctionnement des équipements analytiques des AASQA et de la veille technologique, afin d’être une source d’informations dans le cadre de la gestion des demandes d’investissement de la part des AASQA.L’objectif du suivi des appareils est également de maintenir les échanges d’informations entre les utilisateurs et de pouvoir le cas échéant identifier les principaux défauts constatés sur une marque et un type d’appareillage. Un tel travail permet d’assurer la validité de la liste des appareils homologués en France, au travers d’une mise à jour régulière et argumentée.2. Principaux résultats obtenus Le questionnaire pour l’atelier «Forum Analyseurs » des Journées Techniques des AASQA du 12 au 14/10/2010 ainsi que les échanges qui s’y sont tenus ont mis en évidence le besoin pour les utilisateurs de négocier les prix d’achat des appareils, sur la base de la liste d’appareils « homologués par les pouvoirs publics » pour leur stratégie de renouvellement de parc en vue de répondre à l’exigence réglementaire européenne (mise en conformité des appareils vis à vis des méthodes de référence à l’horizon 2013).Compte tenu du contexte budgétaire de plus en plus contraint et du retour d’expérience (impliquant une hausse de l’exigence en terme de qualité de la part des usagers), les AASQA adoptent une démarche « pas à pas » vis à vis des constructeurs. Si Environnement SA reste le seul constructeur français présent dans le parc d’appareils des AASQA, il confirme (voire renforce) sa position au détriment des produits étrangers, que ce soit au niveau des analyseurs automatiques de particules avec sa jauge radiométrique ou des analyseurs de polluants gazeux inorganiques.L’explication a plusieurs origines : outre la simplification de la gestion des sources radioactives (cf. travaux du LCSQA sur la mesure des particules en suspension par absorption de rayonnement bêta), les problèmes techniques observés sur les microbalances à variation de fréquence du constructeur américain Thermo (TEOM-FDMS et 1405 F) ont contribué à ce « retour en grâce » d’Environnement SA. De plus, le distributeur français ECOMESURE a dû faire face à des difficultés de gestion de ces soucis techniques (sous-estimation de la part de Thermo du temps de résolution technique, retard de livraison des pièces nécessaires aux interventions, personnel en nombre limité), en y incluant les fluctuations de prix dues aux variations du dollar.S’agissant des polluants inorganiques gazeux, Environnement SA bénéficie de sa position de constructeur, contrairement aux marques américaines Thermo et API (qui ne sont que distribuées sur le territoire français) ou à la marque japonaise HORIBA (dont la branche « qualité de l’air ambiant » est assurée par le secteur « mesure à l’émission »). Combinée à l’aspect financier (concernant notamment le prix des pièces détachées), la compétence technique est alors un élément prépondérant : les distributeurs français de marques étrangères semblent avoir atteint leur « seuil critique » en matière de SAV et la marque japonaise est pénalisée par un manque de maîtrise technique du SAV (a priori provisoire).Enfin, il est à noter qu’une démarche de négociation de tarif des appareils a été faite par les AASQA auprès des constructeurs. Outre un besoin d’homogénéité des prix, ce processus a permis d’obtenir des remises substantielles sur les appareils dont il faudra tenir compte dans le processus de demandes d’investissement.Concernant le benzène, les dispositifs commerciaux (tel que le préleveur Sypac de la société TERA Environnement) ne suscitent pas un engouement de la part des AASQA.Une journée d’échanges entre les utilisateurs de préleveurs actifs pour le benzène et TERA Environnement a été organisée le 02/03/2010 (cf. travaux LCSQA sur la surveillance du benzène), montrant que si ce type d’instrument peut être utilisé dans le cadre de la surveillance du benzène en site fixe, il est indispensable de suivre les préconisations du guide national de recommandations techniques ainsi que lesspécifications techniques du constructeur (notamment en ce qui concerne les opérations de maintenance). Il semble cependant que plusieurs AASQA s’orientent vers la conception de leurs propres préleveurs (sur la base du cahier des charges technique élaboré par Airparif). Cela nécessitera une homogénéisation des pratiques (principalement sur le choix des composants) afin de garantir des caractéristiques de performance comparables entre les produits « faits maison » et de contribuer à une validation de conformité vis à vis de la méthode de référence, aboutissant à une identification du produit en tant qu’ « appareil homologué ». Le processus français d’homologation des appareils se base actuellement sur une liste élaborée par le LCSQA. Cette liste est basée sur les exigences européennes fixées par la Directive unifiée (cf. annexe VI point E), sur l’expertise technique du LCSQA et sur le retour d’expériences des utilisateurs. Pour permettre une mise à jour régulière de la liste, il est donc primordial que la communication fonctionne, non seulement entre les différents partenaires du dispositif national de surveillance, mais aussi au niveau international avec les interlocuteurs techniques tels que les constructeurs et les représentants des autres Etats Membres. Ce fonctionnement en « réseau » rentre dans la mission de coordination technique que le LCSQA devra assurer à partir de 2011.

Le dispositif national de surveillance de la qualité de l’air s’est équipé depuis 2022 d’analyseurs automatiques de métaux. Dans ce contexte, le LCSQA accompagne le déploiement de ces instruments, en travaillant à la mise en place de méthodes de validation des données et à une harmonisation au niveau national des mesures et des pratiques des Associations agréées de surveillance de la qualité de l’air (AASQA). Dans ce cadre, une campagne de mesures comparatives d’un mois a été réalisée entre deux analyseurs d’éléments-traces métalliques dans les aérosols par fluorescence X (Xact625i Cooper) et un prélèvement sur filtre selon la méthode de référence. Cette campagne a été réalisée à Strasbourg par l’IMT Nord Europe, Atmo Grand Est et l’Ineris et avait pour but d’évaluer la performance de l’Xact625i dans des conditions de faibles concentrations en éléments-traces métalliques. Les résultats montrent que pour les éléments Ag, Bi, Cd, Co, Cs, Hg, La, Mo, Ni, Pd, Sb, Sn et Tl, les concentrations étaient trop basses pour être détectées convenablement. Les mesures des éléments Cu, Mn, Pb, Rb, Se, Sr et V concordent avec la méthode de référence, tandis que celles d'Al, As, Ba, Ca, Cr, Fe, K, Si, Ti et Zn demandent plus de précautions lors de l’interprétation. En outre, les éléments Br et Cl montrent une bonne répétabilité entre les Xact625i, mais n’ont pas été comparés aux filtres car ils ne sont pas quantifiables par spectrométrie de masse par plasma à couplage inductif (ICP-MS). Les écarts observés pour As et Zn pourraient indiquer une contamination de la bande de prélèvement, ce qui nécessiterait des analyses ICP-MS complémentaires. La poursuite des échanges dans le groupe utilisateurs (GU « Fluo X ») et la rédaction d’un guide technique, déjà amorcée à l’échelle européenne, dans le cadre du projet européen RI URBANS, sont recommandées pour harmoniser les pratiques.      

Depuis 2014, le réseau national pour la surveillance de la qualité de l’air s’est équipé d’ACSM (Aerosol Chemical Speciation Monitor)[1],[2]. Ces instruments permettent de mesurer en continu la composition chimique des particules non-réfractaires (nitrate, ammonium, sulfate, chlore et matière organique) contenues dans la fraction PM1. En 2021, dix ACSM sont répartis dans sept AASQA sur l’ensemble de la métropole. Deux autres sites de mesures (SIRTA et Lille), opérés par des laboratoires de recherche (respectivement LSCE-Ineris et IMT Nord Europe), complètent ce dispositif dans le cadre du programme CARA (https://www.lcsqa.org/fr/le-dispositif-cara). L’ensemble de ce parc d’instrument est constitué de neuf Q-ACSM équipés d’un spectromètre de masse de type « quadrupôle », et d’un TOF-ACSM équipé d’un spectromètre de masse de type temps de vol ». Le LCSQA est en charge du suivi et de l’optimisation de l’utilisation des analyseurs automatiques de la composition chimique des particules. Dans ce contexte, depuis la mise en œuvre des premiers ACSM, il s’attache à définition des procédures de contrôle et d’assurance qualité, il assure la réalisation des étalonnages des ACSM et réalise des campagnes de comparaisons inter laboratoires (CIL). Jusqu’ici, les étalonnages ont été réalisés, en accord avec les recommandations du LCSQA, une fois par an sur chaque instrument. Ceux-ci pouvaient être réalisés en station, ou bien lors des CIL. A partir de 2022, les étalonnages seront pris en charge par les AASQA. Des étalonnages seront cependant toujours réalisés par le LCSQA dans le cadre des CILs (tous les 2 ans) qu’il continuera d’organiser. Dans ce contexte, les AASQA pourront choisir de réaliser les étalonnages en interne ou par un tiers, dans le cadre par exemple d’une prestation commerciale. Afin d’assurer la qualité des étalonnages et donc des données produites par les ACSM, le LCSQA propose dans ce document de définir les protocoles expérimentaux à appliquer, les exigences de performances relatives au banc d’étalonnage utilisé ainsi que les critères à considérer pour valider l’étalonnage réalisé. Dans le cadre d’une prestation commerciale, ce document pourra servir de cahier des charges, permettant à l’AASQA d’organiser et de réceptionner la prestation. Ce document est dédié à l’étalonnage des Q-ACSM, une mise à jour de ce document pourra être effectuée à destination du TOF-ACSM   [1] Rapport LCSQA 2011 : Méthodologies de détermination de la composition chimique des particules submicroniques en temps réel , O. Favez. [2] Rapport LCSQA 2014 : Description du Programme CARA, O.Favez et E.Leoz-Garziandia .     Specifications for the calibration of ACSM Since 2014, the national air quality monitoring network has been equipped with ACSM (Aerosol Chemical Speciation Monitor)1,2. These instruments allow continuous measurement of the chemical composition of non-refractory particles (nitrate, ammonium, sulphate, chlorine and organic matter) contained in the PM1 fraction. Currently, in 2021, ten ACSMs are distributed in seven AASQAs throughout metropolitan France. Two other sites (SIRTA and Lille), operated by research laboratories (LSCE-Ineris and IMT Nord Europe respectively), complete this system within the framework of the CARA programme (https://www.lcsqa.org/fr/le-dispositif-cara). The entire instrument fleet consists of nine Q-ACSMs equipped with a "quadrupole" mass spectrometer, and one TOF-ACSM equipped with a "time-of-flight" mass spectrometer. The LCSQA is in charge of monitoring and optimising the use of automatic analysers of the chemical composition of particles. In this context, since the implementation of the first ACSMs, LCSQA has been working on defining quality control and assurance procedures, ensuring that the ACSMs are calibrated and carrying out inter-laboratory comparison (ILC) campaigns. Until now, calibrations have been carried out, in accordance with LCSQA recommendations, once a year on each instrument. This could be done at the station or during the CIL. From 2022 onwards, calibrations will be carried out by the AASQA. However, calibrations will still be carried out by the LCSQA within the framework of CIL (every 2 years). In this new context, the AASQAs will be able to choose to carry out the calibrations internally or by a third party, for example within the framework of a commercial service. In order to ensure the quality of the calibrations and therefore of the data produced by the MSCAs, the LCSQA proposes in this document to define the experimental protocols to be applied, the performance requirements relating to the calibration bench used as well as the criteria to be considered for validating the calibration. Within the framework of a commercial service, this document can be used as specifications, allowing the AASQA to organise and accept the service. This document is dedicated to the calibration of the Q-ACSM, an update of this document could be made for the TOF-ACSM.

En 1996, sous l’impulsion du Ministère chargé de l'Environnement, un dispositif appelé « chaîne nationale d’étalonnage » a été conçu et mis en place afin de garantir, sur le long terme, la cohérence des mesures réalisées dans le cadre de la surveillance de la qualité de l’air pour les principaux polluants atmosphériques gazeux réglementés. Ce dispositif a pour objectif d’assurer la traçabilité des mesures de la pollution atmosphérique en raccordant les mesures effectuées dans les stations de surveillance à des étalons de référence spécifiques par le biais d’une chaîne ininterrompue de comparaisons appelée « chaîne d’étalonnage ».   Compte tenu du nombre élevé d’Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l'Air (AASQA), il était peu raisonnable d’envisager un raccordement direct de l'ensemble des analyseurs de gaz des stations de mesure aux étalons de référence nationaux, malgré les avantages métrologiques évidents de cette procédure. Pour pallier cette difficulté, il a été décidé de mettre en place des procédures de raccordement intermédiaires gérées par un nombre restreint de laboratoires d’étalonnage régionaux ou pluri-régionaux (appelés également niveaux 2) choisis parmi les acteurs du dispositif de surveillance de la qualité de l'air (AASQA et LCSQA-EMD). Par conséquent, ces chaînes nationales d’étalonnage sont constituées de 3 niveaux : le LCSQA-LNE en tant que Niveau 1, des laboratoires d’étalonnage inter-régionaux (au nombre de 8) en tant que Niveau 2 et les stations de mesures en tant que Niveau 3.   Dans le cadre de ces chaînes nationales d’étalonnage, le LCSQA-LNE raccorde tous les 3 mois les étalons de dioxyde de soufre (SO2), d’oxydes d'azote (NO/NOx), d'ozone (O3), de monoxyde de carbone (CO) et de dioxyde d’azote (NO2) de chaque laboratoire d’étalonnage. De plus, depuis plusieurs années, le LCSQA-LNE raccorde directement les étalons debenzène, toluène et o-xylène (BTX) de l’ensemble des AASQA, car au vu dunombre relativement faible de bouteilles de BTX utilisées par les AASQA, il a été décidé en concertation avec le MEDDTL qu’il n’était pas nécessaire de créer une chaîne d’étalonnage à 3 niveaux. Depuis août 2011, le LNE certifie également les concentrations d’éthylbenzène, de m-xylène et de p-xylène en plus du benzène, du toluène et de l’o-xylène pour les mélanges gazeux de BTEX des AASQA. Le tableau ci-après résume les étalonnages effectués depuis 2006 par le LCSQA-LNE pour les différents acteurs du dispositif de surveillance de la qualité de l’air (AASQA, LCSQA- INERIS et LCSQA-EMD), tous polluants confondus (NO/NOx, NO2, SO2, O3, CO, BTEX et Air zéro).       Nombre   2006 2007 2008 2009 2010 2011 Raccordements Niveau 1/ Niveaux 2 146 180 180 180 180 180 Raccordements BTEX 38 42 37 40 38 33 Raccordements LCSQA-INERIS 12 21 18 20 36 39 Raccordements ORA 0 8 6 6 5 7 Raccordements Madininair 16 24 13 25 19 13 Vérification « Air zéro » (Airparif, Oramip, APL, ORA) 4 4 4 7 6 12   Somme totale des raccordements 216 279 258 278 284 284   Ce rapport fait également la synthèse des problèmes techniques rencontrés en 2011 par le LCSQA-LNE lors des raccordements, à savoir : - Les problèmes rencontrés sur les matériels du LCSQA-LNE, -  Les problèmes rencontrés au niveau des raccordements, -  Les problèmes rencontrés au niveau du transport des matériels. Concernant la mesure des particules, le bilan sur les mises à disposition de moyens de contrôle d’étalonnage d’appareils effectués par le LCSQA-EMD dans le cas des particules est donné dans le présent rapport. Il convient de rappeler que la chaîne d’étalonnage nationale ne concernant que les polluants atmosphériques gazeux (SO2, NO, NO2, CO, O3 et BTX), une mise à disposition de moyens de contrôle de l'étalonnage des analyseurs PM10 et PM2.5 sur site est assurée dans l’attente de l’intégration de ces polluants dans la chaîne. Ces dispositifs de transfert consistent en des cales étalon pour les analyseurs automatiques de particules (microbalances à variation de fréquence et jauges radiométriques) permettant aux AASQA de vérifier l’étalonnage et la linéarité de leurs appareils directement en station de mesure, en y associant le débit de prélèvement. Pour l’année 2011, 14 mises à disposition ont été effectuées. Le respect de la consigne pour le débit de prélèvement est globalement constaté pour 29 appareils vérifiés dont 10 FDMS (soit environ 6% du parc d’analyseurs automatiques actuellement en station de mesure) et les essais montrent un comportement correct de l’ensemble des appareils contrôlés. Concernant le contrôle de la constante d’étalonnage de la microbalance, la moyenne de la valeur absolue de l’écart observée en AASQA varie entre 0,64 et 1,54% (soit pour l’ensemble des AASQA contrôlées une moyenne ± écart-type de 0,97 ± 0,34%). L’étendue de l’écart réel constaté sur le terrain est restreinte car comprise entre -4,1 et +2,7 % pour 62 appareils contrôlés dont 20 FDMS (soit environ 12% du parc de microbalances TEOM actuellement en station de mesure). Le contrôle de la linéarité montre l’excellent comportement des appareils sur ce paramètre sachant que 26 appareils (dont 6 FDMS) ont été contrôlés soit environ 5% du parc de microbalances TEOM actuellement en station de mesure. Concernant les jauges radiométriques MP101M de marque Environnement SA, un contrôle de cale étalon d’AASQA (vérification par le LCSQA-EMD des valeurs de cales étalon fournies par le constructeur) ainsi qu’une mise à disposition de cales étalon permettant le contrôle sur site de l’étalonnage de jauges ainsi que leur linéarité ont été assurés. Comme pour la microbalance, le contrôle du moyen d’étalonnage et la linéarité montre l’excellent comportement des jauges sur ces paramètres sachant qu’a minima 4 appareils ont été contrôlés soit environ 8% du parc de jauges actuellement en station de mesure. Le comportement de cette « chaîne de contrôle pour la mesure des particules » assurée par le LCSQA-EMD peut être qualifié de satisfaisant. Les résultats obtenus pour les microbalances TEOM (concernant les paramètres débit de prélèvement, étalonnage et linéarité) et pour les radiomètres bêta MP101M (concernant le contrôle de moyens d’étalonnage) sont des éléments probants de l’Assurance Qualité / Contrôle Qualité (QA/QC) appliquée aux analyseurs automatiques de particules en suspension et sont des sources d’information nécessaires dans le cadre du calcul de l’incertitude de mesure sur ce type d’appareil. Le maintien et l’extension du programme QA/QC pour les analyseurs automatiques de particules rentrent dans les missions pérennes du LCSQA. L’extension à des modèles de jauges radiométriques autres que la MP101M d’Environnement SA est à envisager, sous réserve de leur homologation par le Dispositif National de Surveillance de la Qualité de l’Air. Par ailleurs, en 2010, le LNE a rédigé un document de synthèse dont l’objectif était de réaliser un bilan du dispositif d'assurance qualité actuellement mis en œuvre sur le territoire français (fonctionnement des chaînes d'étalonnage, bilan des exercices d'intercomparaison…) pour garantir la qualité des mesures effectuées par les AASQA dans l’air ambiant. En 2011, le LNE a rédigé un projet de plaquette de 4 pages résumant le document de synthèse. Le but de cette plaquette est de rendre plus visibles les actions entreprises par la France pour garantir la qualité des mesures effectuées par les AASQA dans l'air ambiant et pourra être distribué lors de réunions, de congrès, de séminaires…

La microbalance à variation de fréquence et la jauge radiométrique sont des appareils de mesure très répandus au sein des Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l’Air (AASQA). Ces instruments permettent de mesurer en continu la concentration massique des particules en suspension dans l’air (en µg.m-3) alors que la méthode gravimétrique nécessite des pesées postérieures au prélèvement. A l’heure actuelle, ces appareils sont contrôlés à l’aide de cales étalons au niveau d’un paramètre intermédiaire (fréquence, densité surfacique) mais sans tenir compte de la phase particulaire prélevée. C’est pourquoi le LCSQA-LNE a développé une méthode de contrôle en masse des microbalances à variation de fréquence et des jauges radiométriques. La méthode consiste à générer des particules à des concentrations connues et stables et à les faire prélever par les appareils dans des conditions proches de leur fonctionnement « normal ». Un système de génération d’aérosols, nommé GARP pour « Générateur d’Aérosol de Référence Portable », a ainsi été développé puis caractérisé (Gaie-Levrel et al., 2017). Son protocole d’utilisation a été optimisé par des expériences menées sur le terrain entre 2013 et 2017 (LCSQA, 2013-2017). A la suite de ces travaux, le LCSQA-LNE propose dans ce rapport un cahier des charges technique (CDC) permettant aux AASQA de fabriquer leur propre système GARP afin de vérifier le bon fonctionnement des appareils mesurant les concentrations massiques particulaires en temps réel.   Abstract Technical specification for the development of a Portable Reference Aerosol Generator The frequency-varying microbalance and radiometric gauge are widely used measuring devices within Approved Air Quality Monitoring Associations (AASQA). These instruments make it possible to continuously measure the mass concentration of particles suspended in the air (in µg.m-3) while the gravimetric method requires weighing after sampling. It is important to note that these devices are checked using calibration filter but without taking into account the particulate phase sampled. This is why the LCSQA-LNE has developed a method for mass control of frequency-varying microbalances and radiometric gauges. The method consists of generating particles at known and stable concentrations and sampling them by the instrument under conditions close to their “normal” operation. An aerosol generation system, named GARP for "Portable Reference Aerosol Generator", was thus developed and then characterized (Gaie-Levrel et al., 2017). Its protocol for use was optimized by experiments carried out in the field between 2013 and 2017 (LCSQA, 2013-2017). The LCSQA-LNE proposes in this report a technical specification allowing the AASQA to manufacture their own GARP system in order to verify the correct operation of instruments dedicated to the particulate mass concentrations measurements in real time.