Recherche pour Air ambiant

1. Présentation des travaux L’objectif de cette étude est d’assurer le maintien de la méthode par absorption de rayonnement bêta en tant que technique usuelle en AASQA de mesure desparticules en suspension dans l’air ambiant. En 2011, seule la jauge bêta MP101MRST du fabricant français Environnement SA a bénéficié du statut de méthodeéquivalente en PM10 et est donc utilisée en AASQA. Le système de gestion centralisée des sources radioactives autorisé par l’Autorité de Sûreté Nucléaire en 2010 n’a donc concerné que cet appareil en 2011. Un accompagnement dans la mise en oeuvre de cet appareil au sein du dispositif français de surveillance de la qualité de l’air est proposé, au travers de la mise en place du système centralisée de gestion des sources radioactives (en lien avec l’ASN) ainsi que d’un programme d’Assurance Qualité/Contrôle Qualité (QA/QC)spécifique. Les améliorations technologiques apportées à cet appareil par le constructeur nécessitent d’être également étudiées. Les travaux effectués en 2011 ont porté sur 4 axes : Une veille technologique sur les nouveaux radiomètres Bêta arrivant sur le marché ; L’étude des modifications techniques apportées par Environnement SA sur le radiomètre MP101M-RST ; Le suivi du programme d’Assurance Qualité/Contrôle Qualité (QA/QC) via une assistance à l’utilisation en AASQA des radiomètres Bêta et la participation à une intercomparaison nationale ; Le suivi du système centralisé de gestion des sources radioactives pour les radiomètres bêta utilisés par les AASQA. 2. Principaux résultats obtenus Plusieurs modèles de jauges radiométriques sont apparues sur le marché européen ces dernières années. Une description du principe de fonctionnement etune analyse technique du modèle 5014i/5030i de la société américaine Thermo Scientific et des modèles Swam 5A Dual Channel et PBL Mixing de la sociétéitalienne FAI Instruements sont présentées dans ce rapport et montrent que ces appareils sont prometteurs. Notamment l’appareil italien, Swam 5A Dual Channel,permet dans sa version la plus sophistiquée d’effectuer une mesure automatique de la concentration et du nombre de particules de 2 fractions granulométriques différentesassociables à une mesure gravimétrique manuelle. L’appareil américain, 50140i, permet quant à lui d’effectuer une mesure automatique quasi-instantanée avec une couverture temporelle d’échantillonnage proche de 100%.Ces appareils sont reconnus comme « conforme » aux réglementations nationales (américaine, canadienne ou italienne) en vigueur pour le contrôle automatique des particules dans l’air ambiant (PM10 et/ou PM2.5). Cependant, pour que ces appareils puissent être utilisés par les AASQA, il reste aux constructeurs ou distributeurs respectifsà accomplir la démarche auprès de l’ASN de demande d’autorisation de commercialisation sur le sol français. Les études d’intercomparaison menées chez le constructeur Environnement SA ou par le LCSQA-EMD sur le site de Douai-Dorignies ont montré que pour la mesure des PM10,l’utilisation d’une source 14C à 1,84 MBq au lieu de la source traditionnelleà 3,66 MBq ne modifie pas de manière flagrante les caractéristiques de mesure de l’appareil par absorption de rayonnements Bêta MP101M-RST. Pour les deux études, une légère minoration est à noter mais elle reste dans le domaine de l’incertitude de mesure : ainsi, une concentration de 50 μg/m3mesurée sur une jauge MP101M équipée de l’ancienne source équivaudrait à une concentration de 48 μg/m3 sur une jauge équipée de la nouvelle source. Le présent rapport inclut un chapitre destiné à fournir une aide aux utilisateurs des différentes générations de radiomètres Bêta MP101M d’Environnement SA se trouvantdans les AASQA. Ce guide a été construit sous la forme d’un protocole d’assurance et de contrôle qualité des mesures en routine, à partir des expériences de chacune des AASQA, rencontrées au cours de la journée d'échange organisée en 2010 ou des journées techniques des AASQA qui ont lieu chaque année et à partir des échanges réalisés par le LCSQA avec le constructeur. Ce guide devra être remis à jour régulièrement et toutes les remarques et propositions de corrections sont lesbienvenues et peuvent être adressées directement au LCSQA-EMD. Depuis avril 2010, le LCSQA-EMD est autorisé par l’Autorité de Sûreté Nucléaire à gérer de manière centralisée les sources radioactives 14C utilisées en AASQA dans les jauges radiométriques. En 2011, l’ASN a réalisé un audit de ce système centralisé dont les conclusions ont été satisfaisantes. Les axes d’amélioration qui seront à traiter en 2012 concernent la formation en radioprotection du personnel AASQA, les échanges d’informations entre la PCR nationale et les référents techniques AASQA et l’étude de l’augmentation du volume d’activité maximale.

Depuis 2011, l’INERIS est partenaire associé du réseau européen ACTRIS (Aerosols, Clouds, and Trace gases Research InfraStructure Network) du programme de recherche « FP7-Infrastructures ». Ce projet vise notamment l’harmonisation des techniques d’observation des particules atmosphériques, des espèces gazeuses à courte durée de vie et des nuages à l’échelle européenne. Dans ce cadre et à travers le pilotage du programme CARA (Caractérisation chimique des particules) pour le LCSQA (Laboratoire central de surveillance de la qualité de l’air), l’INERIS a organisé une comparaison inter laboratoires analytique  (CIL) au premier semestre 2013. Cet essai portait sur l’analyse du lévoglucosan et de ses isomères (mannosan et galactosan) reconnus pour être des composés organiques majeurs dans l’étude des sources de particules, notamment pour identifier la source combustion de biomasse (chauffage au bois). La comparaison inter laboratoire a été ouverte prioritairement aux membres du réseau ACTRIS puis à tous les laboratoires européens. Sur 15 inscrits, dont 3 français (tous sont impliqués dans l’analyse du levoglucosan pour les AASQA), 13 laboratoires ont rendus des résultats. Les participants ont reçu les matériaux d’essais suivants à analyser: ‐ un matériau de référence commercialisé par le NIST (National Institut of   Standards and Technology) (SRM 1649b, urban dust). ‐ trois matériaux solides (poinçons de filtre) préparés par l’INERIS et issus de   prélèvements d’air ambiant pour deux d’entre eux, le troisième étant un   blanc de terrain. Les prélèvements ont été effectués sur filtre en quartz à l'aide d'un préleveur grand volume de type ANDERSEN, équipé d'une tête PM10, à un débit de 70 m3/h. Chaque filtre était découpé avec un emporte-pièce en 16 poinçons de 47 mm de diamètre. Aucune norme n’encadre actuellement l’analyse du lévoglucosan et de ses isomères. Les laboratoires ont mis en oeuvre leurs propres méthodes analytiques. Ceci a permis d’obtenir des informations sur les performances analytiques des laboratoires ainsi que sur la comparabilité des données au niveau européen. La plupart des laboratoires ont obtenu des Z-scores (indicateur statistique de performance) satisfaisants. Seuls deux laboratoires présentent des valeurs aberrantes (13320 et 13373) sur le lévoglucosan et un seul (13312) sur le mannosan et/ou le galactosan. De plus, trois laboratoires (13320, 13373 et 13337) présentent des écart-types de répétabilité supérieurs à 10 %. Les écart-types de reproductibilité sont de l’ordre de 20-25% pour le lévoglucosan et le mannosan mais de 30 à 60 % pour le galactosan. Un laboratoire (13358) a obtenu un résultat d’analyse sur le filtre blanc très élevé. Les limites de quantification évaluées par les participants semblent globalement être plus faibles pour les utilisateurs de chaînes analytiques de type GC/MS que ceux utilisant la HPLC. Aucun impact de la procédure analytique mise en oeuvre n’a été détecté lors des traitements statistiques dans les résultats obtenus dans le cadre de cette CIL. Les incertitudes élargies calculées dans le cadre de cette CIL pour le lévoglucosan et le mannosan sont satisfaisantes et par exemple, cohérentes avec celles requises pour l’analyse du benzo[a]pyrene dans l’air ambiant (Directive européenne 2004/107/CE) ( Les AASQA collaborant avec des laboratoires français impliqués dans l’analyse du levoglucosan et ses isomères sont invités à se rapprocher de ces derniers afin de prendre connaissance de leurs résultats.

Attention : ce guide est obsolète - Une version révisée en 2014 est disponible dans l'espace documentaire (rubrique Guides méthodologiques) Lire le guide pour la surveillance du benzène dans l'air ambiant (version 2014)

La directive européenne 2008/50/CE [1] concernant la qualité de l’air ambiant et un air pur pour l’Europe impose aux Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l’Air (AASQA) la mise en place d’une stratégie de surveillance du benzène. Certaines d’entre elles ont choisi depuis 2009, de s’équiper de préleveurs afin de réaliser des prélèvements par pompage sur tube selon la norme NF EN 14662-1. Le LCSQA a accompagné les AASQA pour la mise en oeuvre des préleveurs actifs sur le terrain et le guide méthodologique (2014) [2] pour la surveillance du benzène a été mis à jour dans ce sens. Dans ce contexte certaines AASQA ont fait le choix de fabriquer leurs propres préleveurs. Ainsi, lors des discussions menées en 2010 dans le cadre de rencontres techniques avec les membres des AASQA il a été décidé de limiter le nombre de modèles de préleveurs développés par les AASQA, à un maximum de trois en respectant les exigences de la directive, du guide méthodologique et de la norme NF EN 14662-1. Depuis 2011, des préleveurs commerciaux et « fait maison » ont fait l’objet d’évaluations de leurs performances métrologiques lors des essais en atmosphère simulée (chambre d’exposition) [3] et en atmosphère réel (site urbain à porte d’Auteuil et site industriel à Feyzin) [4][5]. En 2013, quatre préleveurs ont fait l’objet des essais de comparaison sur le site de Feyzin d‘Air Rhône-Alpes. Lors de cette campagne, les résultats n’ont pas été satisfaisants contrairement aux campagnes précédents [5]. En 2014, trois nouveaux préleveurs conçus par AirAQ, AIRPARIF et Air Normand, ainsi que le préleveur commercial SYPAC d’ORAMIP ont été soumis à des tests de réception métrologique avant leur installation sur le terrain afin d’évaluer leurs caractéristiques de performance dans des conditions équitables. Les résultats des essais nous ont permis de comparer non seulement la performance des appareils mais aussi d’identifier dans certains cas la source responsable de la dispersion de mesure observée. Les résultats de la campagne de validation sur le terrain de 2014 sont plus satisfaisants que ceux obtenus pendant la campagne menée en 2013. En général les critères imposés par la directive européenne et ceux fixés dans le guide méthodologique ont été respectés, en particulier la dérive du débit et l’écart relatif entre deux tubes d’un même préleveur. Ainsi, les résultats d’incertitude de mesure pour le benzène n’ont pas été totalement satisfaisants. Cependant, des écarts ont été relevés entre les deux méthodes de référence citées par la directive, celle par pompage sur tubes actifs et celle par pompage et mesure automatique.

Un essai d’intercomparaison monopolluant portant sur la mesure de particules en continu à l’aide de TEOM 50 °C a été réalisé en septembre/octobre 2008 sur la station fixe de Creil. Il a réuni 6 participants : Air Normand Atmo Picardie Atmo Nord/Pas-de-Calais Lig’air Qualit’air Corse LCSQA/INERIS Cet exercice a mis en œuvre un système de dopage de particule développé au préalable par l’INERIS en collaboration avec LNIndustries et permettant une distribution homogène. La génération de particules est assurée par une combustion incomplète de propane. S’agissant d’une première expérience, cet exercice relevait également de l’étude de faisabilité. Sa durée exceptionnellement longue (2 mois) a permis de tester le dispositif et les analyseurs selon différentes configurations. Les différentes configurations d’essais ont conduit aux résultats suivants en terme d’intervalle de confiance relatif (ICR) à la valeur limite journalière de 50 µg/m3 : Intercomparaison des analyseurs TEOM dans l’air ambiant, en conditions de fonctionnement standard (données de mesures moyennées sur 1800s) : ICR = 10.5%. Intercomparaison des mêmes analyseurs (données de mesures moyennées sur 1800s), têtes PM10 coiffées d’éléments cylindriques alimentées, via un ventilateur, par de l‘air ambiant, afin d’apprécier l’influence du dispositif d’alimentation et de distribution : ICR = 7.6%. Intercomparaison des analyseurs TEOM avec dopage, têtes PM10 coiffées, données de mesures moyennées sur 300s : ICR = 11%. Intercomparaison des analyseurs TEOM avec dopage, têtes PM10 coiffées, données de mesures moyennées sur 1800s : ICR = 19%. Il en ressort que la qualité des mesures respecte les exigences de la Directive européenne en terme d’intervalle de confiance (25%) à la valeur limite journalière, quelle que soit la configuration d’essai considérée. Cette première expérience a permis de vérifier les performances du système de dopage mis en œuvre. Ce dernier devra néanmoins subir quelques modifications, notamment l’amélioration des conditions de fonctionnement du brûleur et l’optimisation du circuit de distribution, et autoriser la réalisation de niveaux de concentrations répétables, stables et plus nombreux.

L’ensemble des AASQA effectuent à présent de façon continue ou ponctuelle, l’évaluation et la surveillance du Pb, As, Cd et Ni dans les particules atmosphériques PM10 dans le cadre de l'application des 1ère et 4ième directives filles européennes. Au sein du LCSQA, les objectifs de l'Ecole des Mines de Douai sont d'assurer un rôle de conseil et de transfert de connaissances auprès des AASQA, de procéder à des opérations pour garantir la qualité des résultats, de participer activement aux travaux de normalisation européens et de réaliser une veille technologique sur les nouvelles méthodes de prélèvement et d’analyse susceptibles d’optimiser les coûts. Au cours de l'année 2010, les travaux réalisés ont porté sur les actions suivantes : Fourniture de filtres vierges en fibre de quartz. Des filtres sont achetés par lots, et leurs caractéristiques chimiques sont contrôlées, avant d’être redistribués aux AASQA sur simple demande de leur part. En 2010, 3400 filtres en quartz (Pall et Whatman) ont été distribués auprès de 16 AASQA différentes. Participation au comité de suivi « Benzène, métaux, HAP » faisant suite au GT « 4ième directive européenne » : nouveaux polluants » sur la stratégie de mesure de As, Cd, Ni, Pb dans l’air ambiant. Mise en place et essais comparatif de prélèvements de PM10 à proximité d’un émetteur industriel de Pb selon deux méthodes. La méthode issue de la norme NF EN 14902 pour le prélèvement de PM10 dans l’air ambiant sur filtre en quartz, minéralisation au four micro-onde et analyses par ICP-MS et la méthode issue de la norme XP X 43051 pour la détermination des métaux lourds à l’émission par barbotage dans une solution acide. Des prélèvements par impacteur en cascade Dekati ont également eu lieu afin de déterminer la distribution granulométrique du Pb sur cette zone sous l’influence d’un émetteur industriel.

A la mi avril 2010, l’Europe a été perturbée par l’éruption du volcan islandais Eyjafjallajokull dont les émissions du nuage de cendre ont entrainé la fermeture de la grande majorité de l’espace aérien d’Europe du Nord pendant plusieurs jours. La modélisation du panache a permis de prévoir l’arrivée du panache de cendre dans le nord de la France avec un impact maximal potentiel, dans l’air ambiant, sur le Nord-est, coïncidant avec les épisodes de particules secondaires de nitrate d’ammonium communément observés au printemps. Dans ce contexte, le dispositif CARA a été activé afin de répondre à la demande du Ministère de l’Ecologie, de l’Energie, du Développement Durable et de la Mer (MEEDDM) d’évaluer le plus rapidement possible la contribution locale potentielle du nuage de cendres sur la qualité de l’air en France. L’INERIS s’est, pour ce faire, basé sur une approche combinant trois aspects : des modèles chimie-transport à partir de CHIMERE, des mesures Lidar réalisées sur le plateau de Saclay (Essonne, Institut Pierre Simon Laplace) afin de suivre le passage du nuage dans la couche limite à la verticale de ce point, et des mesures au sol en différents sites. Ce rapport intermédiaire se focalise sur la mise en œuvre de ce troisième aspect, reposant sur le dispositif CARA, dispositif de surveillance des PM en France géré par le LCSQA avec l’appui local des AASQA, ainsi que les résultats et conclusions qui ont pu en être tirés. Le fonctionnement en routine sur l’ensemble de l’année du dispositif CARA, la réactivité et l’efficacité des AASQA a permis une récupération rapide de filtres d’intérêt et par conséquent d’apporter quasiment en temps réel et efficacement les réponses attendues par les pouvoirs publics afin de mettre en place les mesures appropriées. Les analyses réalisées dans le cadre de la présente étude ont révélé un impact des émissions particulaires volcaniques sur la qualité de l’air relativement limité dans l’espace (essentiellement nord-est de la France) et dans le temps (surtout les 18 et 19 avril). Bien que non-négligeable localement, l’apport de cendres volcaniques n’a pas été à l’origine d’une augmentation exceptionnelle des niveaux de PM10 dans l’air ambiant, restés globalement en deçà de 70 µg.m-3 en moyenne journalière sur les stations de fond, alors même qu’un épisode de pollution particulaire, lié notamment aux conditions climatiques et à la formation d’aérosols secondaires, était prévu. Il est à noter que la présence de cendres volcaniques dans la couche limite semble avoir eu pour conséquence de limiter localement la formation d’aérosols secondaires par le biais d’interactions avec la phase gazeuse (résultats non présentés ici). Cette dernière hypothèse reste néanmoins à vérifier au travers d’analyses complémentaires. Au-delà de l’évaluation de l’apport du nuage de cendres sur la qualité de l’air, cet évènement a démontré la capacité du dispositif CARA à jouer son rôle d’outil de compréhension des épisodes de pollution en apportant rapidement des éléments d’information y compris lors de situations exceptionnelles.

Dans le cadre de l’assistance aux Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l’Air (AASQA), un essai de comparaison inter laboratoires analytique a été organisé par le LCSQA (l’INERIS en collaboration avec le LNE) au second semestre 2012. Cet essai portait sur l’analyse du Benzo[a]pyrène ([B[a]P) et des autres HAP concernés par la directive 2004/107/CE du 15 décembre 2004 ainsi que sur le phénanthrène et le fluoranthène. La norme NF EN 155491Chaque participant a reçu les matériaux suivants : étant seulement applicable pour le B[a]P, les laboratoires ont mis en oeuvre leurs propres méthodes analytiques pour les autres HAP, ce qui a permis d’obtenir des informations sur les performances analytiques des laboratoires et sur les améliorations possibles, et au final, de compléter les éléments de comparabilité des données au niveau national. − Trois matériaux de référence certifiés (MRC) préparés par le LNE, constitués de trois solutions étalons notées : Etalon 1, Etalon 2 et Etalon 3, présentant des concentrations différentes ; − Un matériau de référence préparé par le LNE qui consistait en un filtre synthétique dopé par des particules noté Filtre 3 ; − Deux matériaux préparés par l’INERIS à partir d'un prélèvement réel sur membrane en quartz notés : Extrait 1 et Extrait 2 ; − Trois matériaux solides (poinçons de filtre) contenus dans des boîtes de Pétri préparés par l’INERIS et issus de prélèvements réels pour deux d’entre eux, le troisième étant un blanc de terrain. Les prélèvements ont été effectués sur filtre en quartz à l'aide d'un préleveur grand volume de type ANDERSEN, équipé d'une tête PM10, à un débit de 70 m3/h. Chaque filtre était découpé avec un emporte-pièce en 16 morceaux de 47 mm de diamètre. Trois filtres notés : Filtre 1, Filtre 2 et Filtre 4 ont ainsi été envoyés aux participants. Cet exercice comprenait des matrices de concentrations très différentes afin de prendre en compte les gammes de travail habituelles des laboratoires réalisant l’analyse de filtres issus de prélèvements haut débit ou bas débit. Le traitement statistique robuste des résultats a permis d’identifier une constance des performances des laboratoires dans l’analyse des filtres et des extraits, et toujours un problème pour l’analyse des étalons faiblement concentrés. Par ailleurs, peu de laboratoires participants (5/13) sont aptes à respecter les recommandations du guide national2pour les analyses de HAP concernant le respect des limites de quantification pour le prélèvement bas débit. Les AASQA réalisant de tels prélèvements sont invitées à porter une attention particulière aux performances de leur laboratoire d’analyse. 1 NF EN 15549. Qualité de l’air. Méthode normalisée pour le mesurage de la concentration du benzo[a]pyrène dans l’air ambiant. Juillet 2008. pour les analyses de HAP concernant le respect des limites de quantification pour le prélèvement bas débit. Les AASQA réalisant de tels prélèvements sont invitées à porter une attention particulière aux performances de leur laboratoire d’analyse. 2 LCSQA, Guide méthodologique pour la surveillance des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) dans l’air ambiant et dans les dépôts, A.Albinet, 2011.

Dans le cadre de l’assistance aux Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l’Air (AASQA), un essai de comparaison interlaboratoires analytique a été organisé par l’INERIS en collaboration avec le LNE en avril 2010. Cet essai portait sur l’analyse du Benzo[a]Pyrène ([B[a]P) et des autres HAP concernés par la directive 2004/107/CE du 15 décembre 2004. L’objectif de cet essai était d’une part, d’estimer l’incertitude élargie pour l’analyse du B[a]P dans l’air ambiant selon la norme NF EN 15549[1] afin de savoir comment les différents laboratoires se situent par rapport aux exigences de la directive et de la norme, et d’autre part, de fournir aux AASQA des éléments comparatifs vis-à-vis des résultats obtenus lors des essais interlaboratoires précédents. De plus, la norme NF EN 15549 étant seulement applicable pour le B[a]P, les laboratoires ont mis en œuvre leurs propres méthodes analytiques pour les autres HAP de la directive, ce qui permettra d’obtenir des informations sur les performances analytiques des laboratoires et sur les améliorations possibles, et au final, de compléter les éléments de comparabilité des données au niveau national. Chaque participant a reçu les matériaux suivants : -        Quatre matériaux de référence certifiés (MRC) préparés par le LNE, constitués de quatre solutions étalons notées : Etalon 1, Etalon 2, Etalon 3 et Etalon 4, présentant des concentrations différentes ; -        Trois matériaux liquides (deux dans du dichlorométhane, un dans du toluène) préparés par l’INERIS à partir d'un prélèvement réel sur membrane en quartz, à analyser sans autre traitement, notés : Extrait 1, Extrait 2 et Extrait 3 ; Quatre matériaux solides (morceaux de filtre) contenus dans des boîtes de Pétri préparés par l’INERIS et issus de prélèvements réels effectués sur filtre en quartz à l'aide d'un préleveur grand volume de type ANDERSEN, équipé d'une tête PM10, à un débit de 60 m3/h. Chaque filtre était découpé avec un emporte-pièce en 16 morceaux de 47 mm de diamètre. Quatre filtres notés Filtre 1, Filtre 2, Filtre 3 et Filtre 4 ont ainsi été envoyés aux laboratoires. Comme lors de l’essai réalisé en 20082, cet exercice comprenait des matrices des concentrations très différentes afin de prendre en compte les gammes de travail habituelles des laboratoires travaillant sur des filtres issus des prélèvements haut débit ou bas débit. Suite aux conclusions de l’essai de 2008, l’analyse robuste des résultats selon les normes NF ISO 13528 et NF ISO 5725-5 a été mise en œuvre pour cet essai. Dans ce rapport intermédiaire sont présentés uniquement les résultats bruts ainsi que les résultats issus des tests statistiques en vue d’une diffusion rapide aux laboratoires afin que chacun examine ses propres résultats et puisse rapidement mettre en œuvre d’éventuelles mesures correctives. L’interprétation ainsi que la mise en perspective des résultats obtenus sera effectuée dans un rapport final qui sera publié fin 2010. [1]NF EN 15549. Qualité de l’air. Méthode normalisée pour le mesurage de la concentration du benzo[a]pyrène dans l’air ambiant. Juillet 2008. 2Rapport LCSQA 2009. Essais de comparaison interlaboratoires sur les Hydrocarbures Aromatiques polycycliques. Rapport final. Disponible sur www.lcsqa.org