Recherche pour Air ambiant

  Ce document 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.   Cette note propose une description synthétique du programme CARA (CARActérisation chimique des particules) mis en place en 2008, à l’initiative du LCSQA, pour répondre à une forte demande du ministère et des AASQA : ·         de documenter la nature des principaux épisodes de pollution particulaire d’ampleur nationale ·         d’identifier et quantifier les principales sources de PM à l’échelle (pluri-)annuelle, sur différents points du dispositif national ·         de servir de référence pour l’optimisation des modèles ·         d’assurer un transfert de compétences et de connaissances de la recherche vers l’opérationnel Ce programme est basé sur la spéciation chimique des particules selon deux approches complémentaires :   1) A partir de prélèvements sur filtres PM10 sur une quinzaine de stations (urbaines, majoritairement) du dispositif national.     Points forts : taille du dispositif, implication des AASQA, diversité des paramètres mesurés     Points faibles : lourdeur et coût des analyses, délais de réponse (2-3 jours à plusieurs mois)   2) A l’aide d’analyseurs automatiques (en cours de mise en place). Points forts : rapidité de réponse (« quasi temps réel »), variations temporelles fines des polluants, en lien avec l’évolution de leurs sources « anthropiques » Points faibles : coûts d’investissement, sélectivité des mesures Les principaux points d’amélioration de ce programme portent sur le renforcement du dispositif automatique en complément du dispositif manuel, la structuration du partage des informations dans le cadre d’un accord national collectif volontaire, et la valorisation des résultats obtenus.

  Attention : Ce guide 2016 est obsolète ; il a fait l'objet d'une révision en 2020 applicable au 15 décembre 2020. Lire le guide révisé "Guide méthodologique pour la mesure du « Black Carbon » par Aethalomètre multi longueur d’onde AE33 dans l’air ambiant " (2020)   Ce document constitue la première version du guide méthodologique LCSQA pour la mesure des concentrations de carbone suie (ou Black Carbon, BC), émis par les sources de combustion. Il concerne l’utilisation de l’aethalomètre multi-longueur d’onde AE33 fabriqué par « Magee scientific ». Ce guide méthodologique ne constitue pas un mode opératoire ou un manuel d’utilisation. Le lecteur est invité à se reporter au manuel fourni par le distributeur pour les informations relatives au fonctionnement de l’instrument lui-même. Ce document s’attache à recenser les bonnes pratiques, les fréquences de maintenance, les différentes étapes inhérentes à la validation des données ainsi que les méthodes d’exploitation des données à travers notamment l’utilisation d’un modèle d’estimation des sources reliées aux combustion de biomasse ou de carburant fossile. Il a été rédigé sur la base des documents des constructeurs, des échanges avec le distributeur, de l’état de l’art scientifique ainsi que des retours d’expériences des utilisateurs des AASQA émis notamment lors des réunions LCSQA du « Groupe Utilisateur AE33 » et du « Groupe de travail du programme CARA ». Ce guide pour l’utilisation des AE33 pourra être remis à jour en fonction des retours d’expériences des utilisateurs, des préconisations du constructeur ou des avancées de l’état de l’art scientifique. Approuvé en CPS du 15 mars 2018.

Mise en ligne du rapport intitulé : "Validation du protocole de détermination des caractéristiques de performance métrologique des micro-capteurs pour la mesure indicative des polluants gazeux réglementaires – étude comparative des performances en laboratoire de micro-capteurs de NO2" L'objectif de ce travail est est de faire évoluer le protocole proposé dans sa première version en mars 2016 et qui permet d'évaluer la capacité de micro-capteurs de gaz "low cost" à mesurer la concentration des polluants gazeux réglementés de manière "indicative". La démarche proposée est de réviser pas à pas le processus simplifié du rapport d'étude de 2016 en tenant compte des contraintes spécifiques au contexte de ce travail. Ce rapport rend compte de l’évolution des réflexions menées sur les différentes étapes de la première version du protocole éditée en Mars 2016  : la définition des types de capteurs entrant dans le périmètre de la caractérisation y est révisée, tout comme la liste des paramètres métrologiques de caractérisation. Des précisions ont été apportées quant à la configuration optimale de la chambre d’exposition nécessaire à cette démarche. La pertinence, ainsi que la robustesse du protocole proposé ont été testées par des essais de validation de capteurs de dioxyde d’azote (NO2). Ce protocole pour l’évaluation métrologique de micro-capteurs pour la mesure indicative des polluants gazeux réglementaires, évoluera et sera remis à jour régulièrement en fonction des remarques et propositions des utilisateurs. Les modalités d'évolution de ce document sont à définir collectivement. Les micro-capteurs de gaz « low cost » constituent, depuis quelques années, des outils émergents qui permettraient par exemple d’obtenir des mesures indicatives de la qualité de l’air. Ces données sont particulièrement intéressantes pour les AASQA car, en complément des méthodes de référence, ces instruments permettraient une surveillance continue et spatialisée à coût modéré. En fonction des niveaux de concentrations relevés durant la phase d’évaluation préliminaire, la Directive européenne 2008/50/CE sur la qualité de l’air définit le nombre de points de mesure et le type de méthode à mettre en œuvre pour la détermination des teneurs en polluants gazeux et particulaires et leurs adéquation vis-à-vis des valeurs cibles et limites définis. Par exemple pour le dioxyde d’azote et les particules, si ces niveaux sont inférieurs au seuil d’évaluation supérieur (SES), des mesures indicatives ou par estimation objective peuvent être mises en place. Pour ce type de mesure, il doit être démontré que l’objectif de qualité des mesures ou l’incertitude relative élargie est inférieur à deux fois ce qui est permis pour les méthodes de référence. Le guide de démonstration d’équivalence (2010) [2] apporte des précisions sur la méthode à utiliser pour effectuer cette démonstration mais n’indique pas de protocole particulier destiné aux capteurs utilisés pour les mesures de qualité de l’air. Devant ces manques en matière de protocole de qualification, un groupe de travail au niveau du Comité Européen de Normalisation (CEN, WG 42 « Gas sensors ») s’est constitué pour travailler sur l’élaboration d’une spécification technique sur l’évaluation des performances des capteurs pour la détermination de la concentration des polluants réglementés dans l’air ambiant (gaz dans un premier temps). Les réflexions de ce groupe de travail s’inspirent des études menées par le JRC  depuis 2013, et seront également alimentées par la démarche simplifiée d’évaluation et du calibrage des capteurs de gaz low cost adaptée aux gaz réglementés pour le suivi de la pollution de l’air, sur laquelle le LCSQA travaille depuis 2015. Toutes les remarques peuvent être adressées directement par email à Nathalie Redon (nathalie.redon@imt-lille-douai.fr), ou Sabine Crunaire (sabine.crunaire@imt-lille-douai.fr).    

Dans l’objectif de vérifier le respect des exigences de la directive européenne 2008/50/CE, le LCSQA propose annuellement aux AASQA une inter-comparaison de moyens mobiles pour les polluants SO2, O3, NO, NO2 et CO à différents niveaux de concentration et tout particulièrement au voisinage des seuils horaires d’information ou d’alerte pour les polluants NOx, O3, SO2, et de la valeur limite sur 8h pour le CO. Un exercice d’inter-comparaison de moyens de mesures mobiles a été réalisé en mars 2016 en collaboration avec ATMO PICARDIE. Il a réuni 5 participants (3 AASQA, l’ISSEP (Belgique) et le LCSQA/INERIS) et moyens mobiles, constituant un parc de 33 analyseurs. Vu le faible nombre de participants à cet exercice, l’estimation des incertitudes de mesure peut être sensiblement impactée en cas d’écart de l’un des participants. Durant cette inter-comparaison, le système de dopage du LCSQA/INERIS permettant une distribution homogène des gaz sur 4 axes a été mis en œuvre. Le temps de résidence inférieur à 3 secondes (pour les NOx et l’ozone) dans les lignes d’échantillonnage n’a pas totalement été respecté malgré la mise en place de lignes fluidiques courtes et d’un boitier de distribution de gaz individuel pour les participants ayant les analyseurs de plus faibles débits. Le non-respect de ce critère n’a toutefois pas eu d’influence significative sur la dispersion des mesures des participants concernés. Le déroulement de l’exercice a comporté une phase préliminaire à la réalisation de paliers de dopages pour l’ensemble des polluants, consistant en une circulation de gaz étalon en aveugle visant à évaluer la cohérence des raccordements entre les niveaux 2 et 3 de la chaîne nationale d’étalonnage et les éventuels défauts de linéarité des appareils.  Peu de dysfonctionnements d’appareils ont été observés en cours d’exercice sur les différents analyseurs, sans conséquences sur le déroulement de l’exercice. Lors de la circulation de gaz pour étalonnage en aveugle, les écarts par rapport à la tolérance de 4 % (5% dans le cas du NO2) sur la lecture de concentrations étalons sont peu nombreux et dans quelques cas limités, assez élevés.  Pour chaque polluant, on relève des écarts de mesure de l’ordre de -12 à +8 % sur au plus un des appareils du parc. Les causes ont été identifiées (dérive, temps de chauffe insuffisant, analyseur de référence non modifiable). On rappellera que cette phase est désormais réalisée en une seule étape, sans étape de rattrapage/correction en cas d’écart excessif, afin d’accéder à des incertitudes de mesures plus proches des conditions réelles de terrain. Ces écarts ont été observés immédiatement après le calibrage des analyseurs par les AASQA avec leurs propres gaz d’étalonnages de niveau 2 ou 3. On note également que les analyseurs de SO2 présentent depuis l’exercice 2014 un nombre d’écarts réduits par rapport aux années antérieures, avec cette année la particularité d’être du même ordre que ceux des autres polluants. Cette nette amélioration s’explique par les précautions particulières appliquées aux bouteilles étalons et sans doute au soin pris par les participants lors de la phase de lecture de ces bouteilles compte tenu de l’évolution des consignes de la circulation de gaz étalons en aveugle. Pour l’exercice d’inter-comparaison en propre, les intervalles de confiance de répétabilité et de reproductibilité ont été déterminés pour chaque polluant et les différents paliers de dopage, en application de la norme NF ISO 5725-2. On signalera que le nombre de valeurs aberrantes détectées lors de l’application des tests de Cochran et Grubbs reste faible avec moins de 2% de données éliminées et ces dernières reposent en général sur un seul participant. L’élimination de données sur avis d’expert n’a pas été nécessaire. L’examen des intervalles de confiance de reproductibilité, déterminés expérimentalement, a conduit à des résultats satisfaisants en termes de respect des recommandations des Directives Européennes (15% d’incertitude de mesures aux valeurs limites réglementaires) : •           pour le polluant CO, l’intervalle de confiance de reproductibilité est de 4,5% à la valeur limite horaire ; •           pour le polluant SO2, cet intervalle est de 8,9% à la valeur limite horaire ; •           pour le polluant O3, l’intervalle de confiance de reproductibilité est de 5,6% à la valeur limite horaire de 180 ppb. On notera que les incertitudes estimées aux autres seuils de concentration disponibles pour l’ozone, à savoir 90 ppb (seuil d’information) et 120 ppb (seuil d’alerte horaire sur 3 heures), respectent également les exigences de la Directive Européenne ; •           l’intervalle de confiance de reproductibilité est de 9,9% à pour le NO et de 6,6% pour le NO2 aux valeurs limites horaires correspondantes. D’une manière générale, les résultats du traitement statistique suivant la norme NF ISO 13 528 et permettant la détermination des z-scores sont homogènes et très satisfaisants pour une majorité de participants. Une très large majorité des z-scores est comprise entre ±1. Les z-scores plus élevés, imposant des actions préventives et correctives, sont anecdotiques et concentrés sur peu de participants. Ainsi on relève des z-scores supérieurs à 4 pour le laboratoire n°1 sur 2 paliers de CO,  un z-score supérieur à 2 pour le laboratoire n°4 sur 1 palier de CO, et un z-score supérieur à 2 pour le laboratoire n°2 sur 1 palier dans le cas de l’ozone. Les résultats de cette inter-comparaison permettent d’évaluer la qualité de mise en œuvre des méthodes de mesures par les AASQA en conditions réelles. On notera que depuis 2008, les résultats obtenus en termes d’incertitudes de mesure sont conformes aux exigences de la Directive Européenne et confirment dans la durée la fiabilité du système de mesure national.  Ceci est à rapprocher du fait que le parc d’analyseurs dispose d’un temps de chauffe et de stabilisation important (>2 jours), ce qui tend à réduire les écarts entre appareils en début de campagne et conditionne l’obtention d’intervalles de confiance réduits. Cet exercice a permis de renouveler pour la quatrième année le test in situ du dispositif de dopage au niveau des têtes de prélèvement, permettant d’intégrer celles-ci au calcul d’incertitude expérimental. Ce dispositif reprend le système de génération basé sur la dilution de gaz concentrés, dilués dans un flux d’air ambiant puis distribués par coiffage de la tête de prélèvement par un sac en Tedlar, inerte aux polluants classiques. Ce dispositif peut autoriser le coiffage et la distribution simultanée de gaz sur un maximum de 12 têtes de prélèvements. On aura pu constater pour l’ensemble des polluants, la bonne cohérence des mesures faites simultanément dans les sacs Tedlar soit via les têtes de prélèvements soit via des lignes individuelles, indiquant à une exception près l’influence négligeable des têtes de prélèvement dans la chaîne de mesure. Le traitement statistique des données, identique à celui de l’exercice classique présenté ci-dessus, a isolé de nombreuses données ciblées sur le participant n°2, confirmant les observations faites au travers des données brutes du comportement douteux de certains appareils qui s’est avéré lié à l’influence de grilles de filtration à l’entrée des lignes fluidiques des appareils. Dans ce cas de figure, les analyseurs concernés ont fait l’objet d’une élimination du jeu de données sur avis d’expert. Les intervalles de confiance expérimentaux calculés sont : •           pour le polluant CO : 5,4% à la valeur limite 8 heures ; •           purement indicatif, pour le polluant SO2 : 23% (repose sur 3 participants uniquement) à la valeur limite horaire ; •           pour le polluant O3 : 1,8% à la valeur limite horaire ; •           pour le polluant NO : 5,5% à la pseudo-valeur limite horaire ; •           pour le polluant NO2 : 6,2% à la valeur limite horaire. On note une bonne cohérence des valeurs d’incertitude entre les exercices avec et sans coiffage des têtes de prélèvement pour l’ensemble des polluants (hors SO2). Ces résultats confirment les observations faites lors des tests précédents de ce dispositif de dopage sur 4 années consécutives et conduisent le LCSQA à valider définitivement le dispositif de dopage des têtes de prélèvement qui englobe toutes les incertitudes de mesures en conditions réelles. Ainsi, dès 2017, ce dispositif se substituera au dispositif classique en boitiers. Ceci permettra de respecter de manière plus systématique le critère de temps de résidence inférieur à 3 secondes pour les polluants O3 et NOx, et de procéder à quelques tests approfondis sur l’influence de la ligne de prélèvement (injection en tête de ligne par exemple). La réalisation d’exercices réguliers d’inter-comparaison permet au dispositif de surveillance national d’enrichir les procédures de maintenance périodique et le transfert des bonnes pratiques de mesure (cas du laboratoire 2 par ex.). Elle permet également aux AASQA accréditées qui y participent d’alimenter la démonstration du maintien de leurs compétences auprès du COFRAC. Dans cet objectif, le maintien de cet exercice annuel reposera sur une nouvelle planification ne retenant alternativement que les sites d’Atmo-Rhône/Alpes et de l’INERIS.

Cette note technique porte sur l’optimisation du système de génération d’air ambiant dit « pieuvre » dopé en benzène. Ce système est utilisé lors des comparaisons moyens mobiles organisées par le LCSQA/INERIS[1] depuis plusieurs années et permet la génération d’une matrice réelle comportant des interférents potentiels tout en contrôlant les niveaux de concentrations du ou des polluants considérés. Ce système est constitué de 24 piquages permettant le prélèvement simultané de 24 participants et avait fait l’objet d’une première caractérisation en 2014[2].   [1] /fr/rapport/2014/ineris/intercomparaison-moyens-mobiles-mesures-rochelle-2014 [2]/fr/rapport/2014/ineris/etude-faisabilite-systeme-dopage-pieuvre-generation-benzene-cadre-comparaison-in

Le LCSQA-INERIS a rédigé ce guide afin de fournir une aide aux utilisateurs des TEOM-FDMS dans les AASQA. Il a principalement été rédigé à partir des retours d'expérience de chacune des AASQA lors de réunions techniques. Il est rappelé l’importance de suivre les préconisations de la dernière version en vigueur du guide d’utilisation des TEOM-FDMS « Guide méthodologique pour la surveillance des PM10 et PM2,5 par TEOM-FDMS dans l’air ambiant » disponible sur le site du LCSQA, www.lcsqa.org. (rubrique Guides méthodologiques). L’utilisation conjointe des deux guides doit permettre l’identification et résolution des problèmes rencontrés lors de l’utilisation des TEOM-FDMS.

Différentes AASQA sont aujourd’hui équipées de granulomètres UFP 3031, avec lesquels elles réalisent des études sur les particules ultrafines en air ambiant. Ces AASQA et le LCSQA/INERIS sont désormais fédérés au sein d’un groupe de travail spécifique, le GT « PUF », rattaché à la CS PM du dispositif national de surveillance de la qualité de l’air. Un exercice d’intercomparaison a été réalisé en juillet 2014, rassemblant l’ensemble des UFP 3031 français. L’objectif a été d’une part d’évaluer les performances de cette technologie dans sa dernière configuration en date, et d’autre part de disposer d’un retour d’expérience sur les pratiques de mise en oeuvre par les différents acteurs français. Cet exercice a permis d’identifier différents points techniques sur lesquels progresser, désormais intégrés dans le programme de travail du GT, et pris en compte dans les discussions avec le constructeur. Les données produites ont permis d’effectuer une évaluation quantitative des performances de l’UFP 3031. Le canal de mesure dédié à la gamme 200 – 800 nm présente des performances limitées : il est par conséquent recommandé de limiter son utilisation à un usage « informatif ». Le reste de la gamme de mesure (5 canaux allant de 20 à 200 nm) présente des performances jugées satisfaisantes.

La surveillance du nombre, de la granulométrie et de la composition chimique desparticules fines dans l’air ambiant apparaît comme un enjeu majeur pour unemeilleure compréhension de l’impact sanitaire des aérosols. Il en va de même pour l’étude de leurs impacts climatiques. Ainsi, la communauté scientifiqueeuropéenne s’est-elle engagée depuis quelques années dans des actionsprospectives consacrées aux particules submicroniques.C’est dans ce contexte que la présente action du LCSQA a été proposée dès 2003, avec pour objectif principal de documenter la situation française par la mise en oeuvre in situ de techniques de comptage et de caractérisation de la distribution en taille. Un axe majeur de cette action a consisté, en collaboration avec AIRPARIF, àassurer un suivi des particules submicroniques sur le site de fond urbain deGennevilliers, lors de campagnes de mesure hivernales reconduitesannuellement. Des campagnes estivales ont également été réaliséesponctuellement sur ce site afin d’étudier la variabilité saisonnière des sources et des processus de formation. Ces travaux mettent en évidence les rôles majeursjoués par le trafic automobile et, en été, par les processus photochimiques, sur lesniveaux de concentrations de particules ultrafines (PUF) en région parisienne.Dès 2003, cette action a été menée sous la forme d’une campagne hivernale de 5semaines, effectuée à l’aide de granulomètres de laboratoire de type SMPS (10 – 500 nm) et APS (0,5 μm – 20 μm). A partir de 2009, nous avons cherché àallonger le temps de mesurage, afin de bénéficier d’une meilleure assisestatistique : pour ce faire, nous avons porté nos efforts sur l’étude d’un nouveaugranulomètre développé spécifiquement pour la surveillance en air ambiant, le 3031 (société TSI). A ce stade, et étant donné les difficultés posées par l’utilisation de sourcesradioactives sur le territoire national, le 3031 semble être l’instrument le plusindiqué pour les activités de surveillance. La réflexion n’est cependant pas close,avec notamment l’émergence de nouvelles pistes instrumentales (compteur à eau), mais aussi le besoin de poursuivre les exercices de comparaison avec unSMPS et de recueillir de nouveaux retours d’expérience.Différentes AASQA développent désormais des actions régionales sur lesparticules ultrafines. A leur demande, le LCSQA/INERIS fait évoluer son activitésur les particules submicroniques en développant une activité de support. Il s’agira tout particulièrement pour 2012, d’organiser des exercices d’intercomparaisonvisant à mieux connaître les performances du granulomètre 3031 ainsi qu’à veillerà l’homogénéité des mesures réalisées au sein du dispositif national (en particulier en Ile de France, Rhône-Alpes, Aquitaine et PACA).