Recherche pour Air ambiant

Ce rapport présente les performances des prévisions nationales opérées dans le cadre de la plateforme Prev’Air (www.prevair.org). L’objectif est de montrer en toute transparence des éléments d’appréciation de la qualité de la production Prev’air. Ce rapport traite successivement de l’évaluation des prévisions des concentrations des quatre polluants O3, NO2, PM10 et PM2.5, fournis quotidiennement par le système Prev’Air, du jour courant J jusqu’au J+3. L’estimation du comportement des outils est réalisée grâce à des indicateurs statistiques qui permettent de comparer les résultats de modélisation avec les observations validées de la base de données nationale GEOD’air, elle-même alimentée par les AASQA (associations de surveillance de la qualité de l’air) et développée par le LCSQA. Une attention particulière est portée à l’évaluation des performances de Prev’Air concernant la détection des seuils réglementaires. Cet exercice a pour objectif d’estimer l’aptitude des modèles à prévoir spécifiquement les épisodes de pollution. L’ozone est évalué sur les mois de l’été 2020 (avril à septembre). Les autres polluants (PM10, PM2.5, NO2) sont évalués sur l’ensemble de l’année 2020. L’année 2020 a été marquée par la crise Covid-19 et par les confinements que celle-ci a entraînés au sein des pays de l’Europe, perturbant ainsi les activités humaines habituelles et les émissions de polluants associées. Le système Prev’Air a cependant continué de produire des prévisions sur la base de ses émissions standard, donc sans modulation vis-à-vis de ces perturbations. Notons toutefois que le système Prev’Air bénéficie d’une approche de correction automatique statistique et géostatistique qui repose sur les observations en temps réel, permettant ainsi de prendre en compte indirectement l’effet des confinements. Une prévision opérationnelle complémentaire a été produite à partir de mars 2020, intégrant une estimation de baisse des émissions liée aux mesures de lutte contre la pandémie Covid[1], mais elle ne fait pas l’objet d’une évaluation dans le cadre de ce rapport. Peu d’épisodes persistants d’ampleur nationale ont été relevés sur les périodes étudiées : un pour l’ozone, du 6 au 12 août, et trois pour les PM10, du 21 au 26 janvier (avec dépassement du seuil d’alerte), du 27 au 28 mars, et du 22 au 27 novembre. L’évaluation de ces épisodes est effectuée à la fois sur les prévisions brutes de Prev’Air et sur les calculs de l’adaptation statistique, qui visent à corriger les biais systématiques du modèle brut par un processus d’apprentissage historique. Les gains obtenus par le modèle statistique résident dans sa capacité à corriger les biais de représentativité du modèle brut. Cette prévision corrigée statistiquement sert généralement de référence à l’expertise de l’équipe Prev’air pour la communication en cas d’épisode de pollution de l’air, et sert également de base aux calculs du module AMU, qui vérifie les critères de l’arrêté mesure d’urgence[2]. Les prévisions Prev’Air pour les DROM des caraïbes ont également été évaluées et montrent des performances satisfaisantes. Dans l’ensemble, le comportement de Prev’Air est satisfaisant avec une bonne aptitude à respecter les objectifs de qualité définis dans le référentiel technique national[3] qui a établi ces valeurs cibles pour les différents scores ainsi que le contenu à faire figurer dans les rapports annuels d’évaluation des plateformes de prévisions constituant le dispositif national de surveillance de la qualité de l’air. Les prévisions avec adaptation statistique disponibles sur la métropole respectent les objectifs de performance et ont permis la plupart du temps d’anticiper l’occurrence des épisodes de pollution et d’identifier les principales zones affectées. Les prévisions brutes rencontrent plus de difficultés à satisfaire les objectifs de qualité notamment dans les DROM. La composition des PM1 prévue par Prev’air a été évaluée pour la première fois avec l’aide des données CARA[4].  L’ammonium, les nitrates et les sulfates sont relativement bien prévus par le modèle CHIMERE. La partie organique est fortement sous-estimée. Quant au chlore, une nette amélioration devrait être constatée à partir de fin 2021 avec la mise en place de la nouvelle version de CHIMERE (v2020)   Performances of Prev’air in 2019   This report presents the performance of the national forecasts carried out within the Prev'Air platform (www.prevair.org). The objective is to assess the quality of Prev'air production. This report deals successively with the evaluation of the O3, NO2, PM10 and PM2.5 concentrations forecasts, daily provided by the Prev'Air system, from day D to D+3. The behavior of this system is estimated using conventional statistical indicators, which allow the modelling results to be compared with validated observations from the national GEOD'air database, itself fed by the AASQA (air quality monitoring associations) and developed by the LCSQA. Particular attention is paid to the evaluation of Prev'Air's forecasts regarding the detection of regulatory thresholds. The objective of this exercise is to estimate the capacity of the models to specifically anticipate pollution episodes. Ozone is evaluated over the summer months of 2020 (April to September). The other pollutants (PM10, PM2.5, NO2) are assessed over the whole year 2020. The year 2020 was affected by the Covid-19 crisis and by the lockdowns that occurred in European countries, thus disrupting the usual human activities and associated emissions of pollutants. However, the Prev'Air system continued to produce forecasts based on its standard emissions, without modulation regarding these disturbances. However, it should be noted that the Prev’Air system benefits from an automatic statistical and geostatistical correction approach based on real-time observations, thus making it possible to indirectly consider the effect of confinements. An additional operational forecast was produced starting from March 2020, implementing an estimation of the reduction in emissions due to measures taken against the Covid pandemic[1], but its assessment is not included in this report. Few persistent episodes of national scope were noted over the studied periods: one for ozone, from August 6 to 12, and three for PM10, from January 21 to 26 (with exceedances of the alert threshold), from March 27 to 28, and from November 22 to 27. The evaluation of these episodes is carried out both on Prev'Air's raw forecasts and on the statistical adaptation of the Chimere which aims at correcting the systematic biases of the raw model through a historical learning process. The gains obtained by the statistical model lie in its ability to correct the representativeness bias of the raw model. This statistically corrected forecast generally serves as a reference to the expertise of the Prev'air team for communication in the event of an air pollution episode. It is also a base for the calculations of the AMU module, which checks the criteria of the emergency measure decree[2]. The Prev'air forecasts for the Caribbean DROMs have been assessed as well and show satisfactory performances. On the whole, the performance of Prev'Air is satisfactory with a good ability to meet the quality objectives defined in the national technical reference document[3] which established these target values for the different scores as well as the content to be included in the annual evaluation reports of the forecasting platforms involved in the national air quality monitoring system. The forecasts with statistical adaptation match the performance objectives and have mostly allowed to anticipate the occurrence of pollution episodes and to identify the main affected areas. Raw forecasts are less satisfactory to comply with the quality objective, particularly in the DROM. The composition of PM1 predicted by Prev’air was assessed for the first-time using CARA[4] data. Ammonium, nitrates and sulphates are predicted relatively well by the CHIMERE model. The organic part is greatly underestimated. Concerning chlorine, an improvement should be noted from the end of 2021 with the implementation of the new version of CHIMERE (v2020).       [1]https://www.ineris.fr/fr/ineris/actualites/confinement-environnement-no… [2] Arrêté du 7 avril 2016 relatif au déclenchement des procédures préfectorales en cas d'épisodes de pollution de l'air ambiant [3] https://www.lcsqa.org/fr/referentiel-technique-national [4] Favez et al. (Atmosphere, 2021) CARA program   .

Les travaux du LCSQA présentés dans cette note technique permettent de faire un état des lieux exhaustif des méthodologies de mesure applicables au 1,3-butadiène pour la surveillance de la qualité de l’air ambiant. Les méthodes identifiées comprennent des mesures en différé (phase de prélèvement suivie d’une phase d’analyse en différée au laboratoire) ou en temps réel avec des limites de quantification allant de quelques ng.m-3 à une centaine de ng.m-3. Ces dix dernières années, les niveaux mesurés dans l’air ambiant hors influence industrielle couvrent des gammes allant de quelques dizaines de ng.m-3 dans les zones rurales (Sauvage et al., 2009) jusqu’à quelques centaines de ng.m-3 dans les zones urbaines (entre 0,12 à 0,19 μg.m-3). Les teneurs sont beaucoup plus variables dans les zones sous influence industrielle et peuvent aller de plusieurs µg.m-3 jusqu’à une centaine de μg.m-3 (Detournay, 2011, Gallego et al., 2018), mais ces concentrations connaissent une nette tendance à la baisse depuis quelques années dans plusieurs pays (Grande-Bretagne, Etats-Unis/Texas, Suède, Espagne/Catalogne). La valeur toxicologique de référence (VTR) chronique à seuil pour l’inhalation qui a été proposée par l’Anses dans son rapport de janvier 2021[1] est de 2 µg.m-3. Ce qui compte-tenu des niveaux mesurés en France, positionne l’enjeu de la surveillance en proximité de sites industriels. Il est à noter en complément qu’aucune VTR cancérogène pour la voie inhalation n’a été retenue par l’Anses qui recommande de construire une nouvelle VTR sans seuil sur la base de la dernière mise à jour d’une étude portant sur une cohorte qui devrait être publiée prochainement.      This document presents a review of methodologies adapted to the measurement of 1,3-butadiene in ambient air. The methods identified include offline measurements (sampling phase followed by an analytical phase in laboratory) or in real time. The quantification limits are between a few ng.m-3 to around one hundred ng.m-3. Over the past ten years, the levels measured in the ambient air excluding industrial sites cover ranges ranging from a few tens of ng.m-3 in rural areas (Sauvage et al., 2009) to a few hundred ng.m-3 in urban areas (between 0.12 to 0.19 μg.m-3). The levels are more variable in areas under industrial influence and can range from several µg.m-3 up to a hundred µg.m-3 (Detournay, 2011, Gallego et al., 2018). Neverless, overall concentrations deacrese during the last years in several countries (Great Britain, United States/Texas, Sweden, Spain/Catalonia). A chronic threshold toxicity reference value (TRV) by the respiratory route for 1,3-butadiene of 2 µg.m-3 was decided in January 2021 by The French Agency for Food, Environmental and Occupational Health & Safety (ANSES). This places the monitoring issue in France in the surrounding of industrial plants. No carcinogenic TRV by the respiratory route was decided and ANSES recommends to build a new non-threshold TRV based on the most recent update of the cohort study that should be soon published. [1] https://www.anses.fr/fr/system/files/VSR2019SA0073Ra.pdf

Depuis plus de 10 ans, le LCSQA accompagne les AASQA dans leurs choix de méthode et d’équipement pour la surveillance du benzène dans l’air ambiant. En 2009, un « guide technique de recommandations concernant la mesure du benzène dans l’air ambiant » a été édité. Depuis 2012, des difficultés techniques de mise en pratique de ce guide ainsi que des évolutions dans le matériel dédié à la surveillance, ont amené le LCSQA à revoir ce guide. Ainsi, ce rapport constitue une version provisoire (soumise à validation de la CS « HAP – Métaux Lourds - Benzène » et du CPS) du guide méthodologique pour la surveillance du benzène dans l’air ambiant.  Ce guide doit fournir une aide aux utilisateurs en leurs fournissant une première liste de procédures à mettre en œuvre ainsi qu’un échéancier à respecter pour permettre la bonne utilisation des différents outils disponibles pour la surveillance réglementaire du benzène que sont : -       Les analyseurs automatiques par chromatographie en phase gazeuse ; -       Les préleveurs actifs sur cartouches d’adsorbant commerciaux ou conçus par les AASQA ; -       Les tubes à diffusion passive. Il a été rédigé sur la base des documents et échanges avec les constructeurs, fournisseurs ainsi qu’à partir du retour d’expérience du personnel des AASQA (journées techniques des AASQA, CS, etc.). Il comprend pour chacune des techniques citées ci-dessus des éléments permettant d’effectuer une installation sur site conforme aux recommandations données dans les normes NF EN 14662-1, NF EN 14662-3, NF EN 14662-4 ainsi qu’à la Directive 2008/50/CE, de mettre en place les procédures de maintenances et de vérifications périodiques nécessaires au bon fonctionnement et de réaliser les contrôles QA/QC adéquats. Par ailleurs il comprend en dernier lieu, une partie relative au rendu des résultats (validation et agrégation des données, calcul des incertitudes).

  L’article 27 de l’arrêté du 16 avril 2021 relatif au dispositif national de surveillance de la qualité de l’air ambiant dispose que le LCSQA effectue le suivi du coût total du dispositif national de surveillance de la qualité de l’air. Tel est l’objet de ce rapport qui analyse les évolutions budgétaires du dispositif depuis 2015. Le financement total du dispositif national de surveillance de la qualité de l’air s’élève en 2019 à 73,1 M€ (Tableau 1). Le financement du dispositif présente une hausse de 2,8% sur la période 2015-2019. En 2019, l’Etat finance le dispositif national de surveillance de la qualité de l’air par des subventions à hauteur de 33,9% et par des moindres recettes fiscales via la taxe générale sur les activités polluantes (TGAP) à hauteur de 34,1%. Le financement des AASQA représente 92,3% du financement total de la surveillance de la qualité de l’air en moyenne sur la période 2015-2019 et est en augmentation depuis 2015 (4,6%). Le financement du LCSQA représente 7,2% du total en moyenne sur la période 2015-2019 et est en baisse depuis 2015 (-14,1%) Le financement de la mise en œuvre opérationnelle du système Prev’Air est de 349 k€ en moyenne sur la période 2015-2019 et représente 0,5% du financement total de la surveillance de la qualité de l’air entre 2015 et 2019.     2015 (€) 2016 (€) 2017 (€) 2018 (€) 2019 (€)   Total Etat 25 200 455 23 566 875 24 162 990 23 870 740 24 714 520   Total dons TGAP 27 373 493 25 612 490 26 815 066 25 753 175 24 946 522   Total collectivités 14 421 871 13 747 972 15 053 252 15 519 739 15 496 878   Contribution entreprises 2 307 966 3 014 662 2 166 038 1 623 188 3 452 094   Total autres 1 367 130 2 001 262 15 372 530 3 349 905 3 482 426   Etudes et activités annexes 369 329 919 365 980 575 862 017 958 337   Total financement de la qualité de l'air 71 040 244 68 862 626 84 550 451 70 978 764 73 050 777 Financement total du dispositif national de surveillance de la qualité de l’air pour les 5 derniers exercices clos.

  Référentiel technique national Ce guide fait partie du référentiel technique national, conformément à l'arrêté du 16 avril 2021 relatif au dispositif national de surveillance de la qualité de l'air ambiant. Il a été approuvé en CPS (comité de pilotage de la surveillance) du 15 décembre 2020. Mise en application : 1er janvier 2021     Ce guide a été élaboré conformément à l'arrêté du 10 juillet 2020 relatif à l'indice de la qualité de l'air ambiant et fixant les modalités de calcul.

La compréhension de la pollution atmosphérique et l’amélioration de la qualité de l’air nécessitent l’identification et la quantification des contributions des principales sources d’émission. Pour ce faire, deux grands types de méthodologies sont principalement utilisées : (i) celles se basant sur l’utilisation de modèles numériques permettant de simuler le devenir des polluants dans l’atmosphère à partir de cadastres d’émission et de la paramétrisation des conditions météorologiques et des processus physico-chimiques de (trans-)formation des PM ; (ii) celles se basant sur la mesure de la composition chimique (et/ou de la granulométrie) des particules sur un site récepteur et l’utilisation de traceurs spécifiques aux différentes sources étudiées. Si les modèles numériques doivent permettre d’apporter des informations en tout point du territoire et selon des échelles temporelles aussi larges que souhaité, leur validation nécessite des comparaisons avec les résultats obtenus par la mise en œuvre de méthodologies expérimentales. En raison de leur coût, ces dernières ne peuvent être que ponctuelles (dans l’espace et/ou dans le temps). Néanmoins, basées sur l’observation, elles rendent compte de situations réelles et constituent une étape importante pour une meilleure maîtrise de ces outils. Le rapport "Programmes de recherche expérimentaux pour l'étude des sources de PM en air ambiant" constitue une mise à jour du rapport de veille bibliographique sur les études scientifiques visant l’identification et la quantification des sources de particules fines dans l’air ambiant (PM10 et PM2,5) en France. Plus spécifiquement, il traite des travaux de recherche impliquant des AASQA et/ou le LCSQA, et met l’accent sur la mise en œuvre de méthodologies de traitement de données expérimentales pour l’amélioration des connaissances sur les sources anthropiques en milieu urbain au cours des dix dernières années. Ce travail est également intégré au projet SOURCES, co-financé par l’ADEME (2014-2017) et mis en œuvre par les auteurs du présent rapport. Parmi les points marquants de ce travail de veille, et d’un point de vue méthodologique, on notera que : l’ensemble des projets décrits ici mettent en œuvre des méthodologies de traitement de données relativement élaborées, dépassant l’utilisation des approches mono-traceurs ; les différents programmes et projets de recherche mis en œuvre ces dernières années ont permis à la France de combler son retard dans l’utilisation de l’outil PMF (Positive Matrix Factorization) par rapport à ses voisins européens ; les approches basées sur la mesure des isotopes stables de différents constituants de la phase particulaire restent encore trop peu utilisées, en raison des coûts élevés d’analyse et de la faible disponibilité des quelques chaînes analytiques dédiées à ce type de mesures ; les méthodologies basées sur la mesure automatique de la composition chimique des PM se développent rapidement. Les principales conclusions concernant les contributions des sources majeures de PM sont également mises en exergue pour chacune des études répertoriées dans ce rapport.

La mesure de l'ammoniac (NH3) dans l'air ambiant est un sujet sensible et prioritaire en raison de ses effets nuisibles sur la santé humaine et sur les écosystèmes. La Directive européenne sur les plafonds d'émissions nationaux (NEC) 2001/81/EC, définit des plafonds d'émission individuels notamment pour l’ammoniac pour chaque État membre, basés sur le Protocole de Göteborg. Cependant, cette directive ne donne aucune recommandation permettant de réaliser des mesures fiables d'ammoniac dans l’air ambiant notamment en termes d’étalonnage des appareils (procédures, fréquences…), d’incertitude maximale tolérée, de procédures d’assurance qualité et de contrôle qualité (QA/QC) aussi bien que d'infrastructure pour assurer la traçabilité métrologique des mesures. Pour pallier ce manque de traçabilité métrologique, le LCSQA-LNE a développé un étalon de référence d’ammoniac dans l’azote basé sur la méthode de génération dynamique par perméation en phase gazeuse sur une gamme de fractions molaires allant de 1 à 400 nmol/mol, en collaboration étroite avec la société 2MProcess selon le cahier des charges établi par le LCSQA-LNE. L’étalon de référence développé pour assurer la traçabilité des mesures de NH3 consiste en un banc à perméation avec des mesures de débit très précises (débitmètres massiques) et une maitrise de la pesée du tube à perméation. Ce système permet de garantir des incertitudes élargies relatives sur la fraction molaire d’ammoniac dans le gaz étalon généré inférieures à 2 % (k=2). Ce résultat est très satisfaisant au regard des difficultés engendrées par le niveau très faible des fractions molaires d’intérêt et les problèmes d’adsorption de l’ammoniac sur les surfaces en contact. Le développement du banc de référence d’ammoniac a déjà suscité un grand intérêt au sein du dispositif de surveillance de la qualité de l’air, puisqu’en fin d’année 2020, le LCSQA-LNE a réalisé l’étalonnage de 4 analyseurs pour les Associations Agréées de la Surveillance de la Qualité de l’Air (AASQA). Ces demandes pré-augurent de l’intérêt porté par les AASQA au développement de ce nouvel étalon de référence gazeux permettant de garantir la traçabilité et la qualité des mesures de NH3 réalisées sur le territoire français. De plus en 2021, le LCSQA en collaboration avec les AASQA définira une stratégie de surveillance nationale pour ce polluant.   Development of reference standard for ammonia (NH3) The measurement of ammonia (NH3) in ambient air is a sensitive and priority subject because of its harmful effects on human health and ecosystems. The European Directive on National Emissions Ceilings (NEC) 2001/81/EC sets individual emission ceilings, particularly for ammonia for each Member State, based on the Gothenburg Protocol. However, this directive does not give any recommendations for reliable ammonia measurements in ambient air, particularly in terms of calibration of devices (procedures, frequencies, etc.), maximum allowable uncertainty, quality assurance and quality control (QA/QC) procedures as well as infrastructure to ensure the metrological traceability of the measurements. To remedy the lack of metrological traceability, the LCSQA-LNE has developed a reference standard for ammonia in nitrogen based on the dynamic gas phase permeation generation method over a range of amount fractions ranging from 1 to 400 nmol/mol, in close collaboration with 2MProcess according to the specifications established by the LCSQA-LNE. The reference bench developed to ensure the traceability of NH3 measurements consists of a permeation bench with very precise flow measurements (mass flow meters) and with very precise control of the weighing of the permeation tube. This system ensures that the expanded uncertainties (k=2) on the amount fraction of ammonia in the standard gas generated are lower than 2%. This result is very satisfactory given the difficulties caused by the very low level of amount fractions of interest and by the problems of ammonia adsorption on contact surfaces. The development of the ammonia reference bench has already generated a great deal of interest in the air quality monitoring system, since at the end of 2020, the LCSQA-LNE carried out the calibration of 4 analyzers for the Air Quality Monitoring Associations (AASQA). These requests pre-augur the interest of the AASQA in the development of this new gas reference standard to guarantee the traceability and the quality of the NH3 measurements carried out on French territory. In addition, in 2021, the LCSQA, in collaboration with the AASQA, will define a national monitoring strategy for this pollutant. .

Créé et coordonné depuis 2008 par le LCSQA/Ineris, le programme CARA a pour objectif de mieux connaître (au niveau national) la composition chimique des particules en suspension dans l'air ambiant (PM) et leurs diverses origines en milieu urbain. Il fonctionne en étroite collaboration avec les Associations de surveillance de la qualité de l’air (ASQAA) et des laboratoires académiques, permettant de mettre en œuvre des méthodologies novatrices, simples et robustes pour les acteurs de la surveillance de la qualité de l'air, dans une optique d’aide à la décision. Quelques-uns des principaux résultats produits par ce programme au cours des dix dernières années sont présentés dans ce rapport, notamment en ce qui concerne les techniques de mesure et procédures de traitement des données, ainsi que les connaissances acquises sur les principales sources de PM. Des méthodes off-line et on-line sont utilisées en respectant des procédures d'assurance et de contrôle qualité appropriées, comprenant notamment des exercices de comparaison inter-laboratoires (CIL). Des études de sources sont menées à l'aide de divers outils statistiques de type modèle récepteur. Les résultats présentés soulignent globalement le rôle prépondérant du chauffage au bois résidentiel (pendant la saison froide) et du transport routier (émissions à l’échappement et hors échappement, toute l'année), ainsi que la part importante des poussières minérales et des particules biogéniques primaires (principalement pendant la saison chaude). Les phénomènes de transport à longue distance, par exemple l'advection d’aérosols inorganiques secondaires du secteur continental européen et des poussières sahariennes dans les Antilles françaises, sont également présentés dans ce document. L'utilisation des mesures d'isotopes stables (δ15N) et de divers marqueurs moléculaires organiques, permettant de mieux comprendre respectivement les origines de l'ammonium et des différentes fractions d'aérosols organiques, est également abordée. NB : Le présent rapport correspond à la traduction française d’un article scientifique publié en janvier 2021 dans la revue Atmosphere et disponible au lien ci-dessous : https://www.mdpi.com/2073-4433/12/2/207     The CARA program has been developed since 2008 by the French reference laboratory for air quality monitoring (LCSQA) and the regional monitoring networks to gain a better knowledge at the national level on the particulate matter (PM) chemistry and its diverse origins in urban environments. It results of strong collaborations with international-level academic partners, allowing to bring state-of-the-art, straightforward and robust results and methodologies within operational air quality stakeholders (and subsequently, decision makers). Here, we illustrate some of the main outputs obtained over the last decade thanks to this program, regarding methodological aspects (both in terms of measurement techniques and data treatment procedures) as well as acquired knowledge on the predominant PM sources. Offline and online methods are used following well-suited quality assurance and quality control procedures, notably including inter-laboratory comparison exercises. Source apportionment studies are conducted using various receptor modeling approaches. Overall, the results presented herewith underline the major influences of residential wood burning (during the cold period) and road transport emissions (exhaust and non-exhaust ones, all along the year), as well as substantial contributions of mineral dust and primary biogenic particles (mostly during the warm period). Long-range transport phenomena, e.g., advection of secondary inorganic aerosols from the European continental sector and of Saharan dust into the French West Indies, are also discussed in this paper. Finally, we briefly address the use of stable isotope measurements (δ15N) and of various organic molecular markers for a better understanding of the origins of ammonium and of the different organic aerosol fractions, respectively.