Recherche pour Air ambiant

Conformément aux recommandations des directives européennes 2008/50/CE et 2004/107/CE, les Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l'Air (AASQA) effectuent régulièrement desprélèvements de métaux dans l'air ambiant sur des filtres qui sont ensuite analysés par des laboratoires d’analyse. Le LCSQA organise tous les 2 ans des campagnes d'inter comparaison en France avec ces laboratoires d’analyse.Lors de ces campagnes, les laboratoires analysent les quatre métaux : D'une part, dans des solutions étalons issues d’une minéralisation de filtres impactés : cette étape a pour but de vérifier la partie "analytique" de l'analyse ; D'autre part, directement sur des filtres impactés par des poussières atmosphériques : cette étape permet de vérifier l'ensemble du processus de mesure, à savoir la partie "prélèvement", la partie "minéralisation" et la partie "analytique" de l'analyse. Dans le cas de l'analyse des solutions étalons, les résultats montrent que certains laboratoires déterminent des masses qui ne sont pas cohérentes avec la masse certifiée fournie par le laboratoire de référence.Ceci montre donc l'importance d'assurer une traçabilité des analyses, par exemple via l’utilisation de matériaux de référence certifiés (MRC) qui présentent l’avantage de pouvoir valider la méthode d’analyse, d’assurer la justesse, la fidélité et d’établir la traçabilité métrologique des résultats obtenus aux unités internationales, pour pouvoir ensuite comparer les évolutions des concentrations de métaux dans le temps et dans l'espace.Une étude bibliographique a permis de mettre en évidence un manque de MRC pour les métaux sur le marché. C'est pourquoi, le LCSQA-LNE s’est proposé de développer des MRC pour les métauxréglementés. L'objectif final de cette étude est de mettre à disposition des laboratoires d'analyses, des matériaux de référence certifiés (MRC) pour les métaux (Arsenic, Cadmium, Plomb et Nickel) afin qu'ils puissent améliorer la qualité des analyses de métaux dans les particules effectuées pour les AASQA en garantissant leur traçabilité aux étalons de référence.Ces MRC se présenteront sous la forme de particules dopées avec des métaux déposées sur des filtres. Les essais préliminaires menés sur un lot candidat de cendres d’incinération de déchets domestiques sont très encourageants tant au niveau de la granulométrie des particules que de l’homogénéité chimique des quatre métaux réglementés (Arsenic, Cadmium, Nickel et Plomb). Les teneurs de ces métaux coïncident pour la plupart aux valeurs cibles de la directive cadre sur l’air, ce qui correspond à des sites industriels pollués. La matrice chimique des cendres est proche de celle des particules atmosphériques à l’exception du carbone. On peut donc considérer qu’avec la quantité de matériau disponible, le lot de cendre collectée convient pour le développement d’un MR de particules sur filtres.Cette étude préliminaire a permis de développer une technique innovante pour déposer les particules sur les filtres et a montré qu’elle était reproductible et relativement simple à mettre en oeuvre. On peut donc raisonnablement penser que l’on va pouvoir passer au stade de fabrication de ce type de Matériau de Référence.

En tant que Laboratoire de Référence dans le domaine de la Qualité de l’Air notifié par le Ministère en charge de l’environnement, le LCSQA joue un rôle actif dans les instances  normatives  et  réglementaires  nationales  et  européennes,  lui  permettant d’assurer  son  action  d’expertise  au  niveau  national  concernant  l’application  des directives. Sur le plan normatif, dans le cadre du processus de révision de normes EN  existantes  ou  lors  de  l’élaboration  de  nouvelles normes par le CEN, l’action du LCSQA  s’effectue  à  deux  niveaux  (en  Commission  AFNOR  X43D  « Air  ambiant » dont le LCSQA assure la présidence et dans les Comités de Suivi concernés tels que la Commission de Suivi « Particules en Suspension »). Une valorisation des travaux du LCSQA est effectuée au travers de la participation aux  divers  workshops  et  groupes  de  travail  européens  et  nationaux  en  vue  de l’application de la réglementation européenne sur le territoire.L’objectif est d’assurer une présence active de la France lors de la préparation des normes,  la  participation  d’experts  français  aux  groupes  de  travail  européens  et internationaux est donc indispensable. Par ailleurs, l’association des laboratoires de référence AQUILA ainsi que le comité d’experts sur les modèles (FAIRMODE -Forum for AIR quality MODElling), se révèle un bon moyen de défendre la position française auprès de la DG Environnement, et le LCSQA doit y être actif.

Depuis le 1erjanvier 2007, les TEOM-FDMS sont très largement utilisés en routine par l’ensemble des AASQA pour la surveillance des PM10 et des PM2.5.  Dans le cadre du déploiement et de la mise en œuvre de ces instruments, le LCSQA/INERIS est notamment chargé du suivi et de l’optimisation de leur utilisation au sein du dispositif national de surveillance de la qualité de l’air, ainsi que d'assurer la qualité des données produites en construisant une approche QC/QA basée sur celle décrite dans les normes utilisées pour la mesure des polluants gazeux inorganiques (O3, NOx, SO2, CO). Ce travail se concrétise notamment par la rédaction d’un guide pour l’utilisation du TEOM-FDMS, dont une nouvelle version a été élaborée en 2010, en partenariat avec les AASQA. En 2010, le LCSQA/INERIS a également poursuivi son travail d’évaluation sur le terrain des TEOM-FDMS « ancienne génération » (modules TEOM 1400ab + FDMS 8500c), ainsi que de nouvelles versions instrumentales (1405f et 1405df), par le biais d’exercices de comparaison à la méthode de référence (mesure manuelle selon les normes NF EN 12341 pour les PM10 et NF EN 14907 pour les PM2.5). Le présent rapport décrit et commente les résultats obtenus lors de ces essais d’inter-comparaison. Les résultats obtenus tendent à confirmer l’équivalence des anciennes générations de TEOM-FDMS aux méthodes de référence, et suggèrent que les nouvelles générations (1405f et 1405df), dont les premiers modèles présentaient d’importants défauts de conception, satisfont également à ces exigences normatives.   Il convient de souligner que ces exercices d’intercomparaison ne sauraient constituer des campagnes de démonstration d’équivalence, notamment en raison de l’utilisation d’un seul instrument candidat (i.e. TEOM-FDMS) et du nombre relativement limité de données disponibles pour chacun d'eux. En outre, il est également à noter que certains de ces tests ont été réalisés en marge d’études poursuivant un autre objectif que la vérification du bon fonctionnement du TEOM-FDMS. Ainsi, il n’a pas toujours été possible d’assurer l’installation des préleveurs (utilisés pour la mesure manuelle) dans des conditions optimales. Les résultats obtenus lors de ces derniers tests indiquent un écart significatif des concentrations de PM obtenues par méthodes automatique et manuelle, en raison notamment d’une perte de matière semi-volatile lors du stockage sur site des filtres prélevés pour la mesure gravimétrique. Ces résultats confortent la position du groupe de normalisation Européen pour la détermination des concentrations de PM dans l’air ambiant (GT 15 du CEN/TC 264) sur la nécessité de fixer une valeur limite de température de stockage des filtres sur site (vraisemblablement 23°C), dans le cadre de la révision de la norme EN 12341, à l’image de ce qu’il est déjà préconisé pour les PM2.5. Enfin, il est à souligner que ce groupe de normalisation Européen travaille également à la rédaction d’une norme sur la mise en œuvre des analyseurs automatiques de PM. Outre l’identification de critères techniques à respecter en vue d’une approbation par type et lors d’une utilisation en routine, cette norme préconisera la vérification régulière de l’équivalence des instruments utilisés, sur des sites représentatifs de l’ensemble du dispositif de surveillance. Ainsi, des exercices d’intercomparaison, sur le même principe que ceux présentés dans le présent rapport mais couvrant des périodes plus longues, devront vraisemblablement être mis en œuvre dès la publication de la révision de la Directive 2008/50/CE (prévue pour 2013). Dans un souci d’anticipation, le LCSQA propose de pérenniser la réalisation d’exercices de vérification d’équivalence à partir de 2011, en partenariat avec des AASQA volontaires.

En  2010,  les  travaux  ont  été  poursuivis  à  la  fois  pour  ce  qui  concerne l’échantillonnage actif mais aussi l’échantillonnage passif.   Concernant  la  mesure  du  benzène  sur  le  terrain  en  présence  de  taux  d’humidité et de température élevés, plusieurs actions ont été conduites mettant en parallèle plusieurs techniques d’échantillonnage actif du benzène.Neuf  échantillonnages  ont  été  réalisés  sur  le  site  de  Madininair.  La mise en place de la membrane Nafion dans le circuit d’échantillonnage affecte de manière significative la mesure du benzène et du para+méta-xylènes avec des   teneurs   mesurées   via   le   préleveur   avec   membrane   Nafion   très sensiblement   supérieures   aux   teneurs mesurées  via  le préleveur sans membrane  Nafion.  Une  des  hypothèses  pour  expliquer  cette  différence  pour  le benzène  serait  un  phénomène  de  claquage  lorsque  l’échantillonnage  a  lieu  sur  le préleveur  non  équipé  d’une  membrane  Nafion  et  l’ajout  de  la  membrane  Nafion entrainerait  la  disparition  de  ce  phénomène.    En  effet,  pour  le  toluène,  les  écarts entre  les  teneurs  évaluées  par  chacun  des  préleveurs  ne  dépassent  pas  27% indiquant  donc  l’absence  d’un  phénomène  de  claquage  significatif  pour  le  toluène même sur le préleveur non équipé d’une membrane Nafion. Afin  d’expliquer  ces résultats,  les  préleveurs  ont  été  rapatriés  à  l’EMD,  leurs circuits fluidiques vérifiés, une pompe d’échantillonnage échangée et des essais ont été repris en parallèle sur le site de Douai. Il apparaît, au travers de quatre semaines successives  d’échantillonnage  d’air  ambiant,  une  relativement  bonne  cohérence entre  les  teneurs  en  benzène,  toluène  et  para+méta-xylènes    mesurées  via échantillonnage  actif  que  le  préleveur  permettant  soit  équipé  ou  non  d’une membrane  Nafion et  donc  que  l’utilisation  de  la  membrane  Nafion  dans  le circuit d’échantillonnage  n’a  pas  d’influence  significative  sur  la  mesure  de  ces  composés  dans les conditions environnementales   rencontrées   sur   le   site   de   Douai.Néanmoins, à la différence de ce qui avait été mesuré lors de l’échantillonnage sur le site de MADININAIR,  les  teneurs  mesurées  via  le  préleveur  avec utilisation   de la  membrane   Nafion   sont   systématiquement   légèrement inférieures  aux  teneurs  mesurées  via  le  préleveur  sans  membrane  Nafion  et les  écarts  semblent  plus importants  pour  les  xylènes  (composés  mesurés présentant  une  masse  molaire  plus  importante)  que  pour  le  benzène  et  le toluène.    Afin  d’expliquer  les  écarts  antérieurement  mis  en  évidence  sur  le  site  de Madininair  et  de  Douai,  des  tests  de  comparaison  des  résultats  d’échantillonnage actif  (avec  et  sans  membrane  Nafion)  d’une  matrice  synthétique  alliant  taux d’humidité et de température élevés ont été conduits.  Il est apparu une forte sous-estimation des teneurs mesurées via le préleveur équipé d’une membrane Nafion et ce quel que soit le composé et une bonne cohérence entre teneurs mesurées via le préleveur  sans  membrane  Nafion  et  analyseur  automatique.  Une  analyse  fine  du circuit  fluidique  a  permis  de  mettre  en  évidence  un  tube  « polymère »  transparent dans  le  préleveur  équipé  d’une  membrane  Nafion.  Le  remplacement  de  ce  tube « polymère » par un tube téflon a donc été réalisé et les essais conduits ensuite ont mis en évidence une très bonne cohérence entre les teneurs mesurées via les deux préleveurs et à l’aide d’un analyseur automatique.  Une  seconde  étude  a  porté  sur  l’évaluation  de  la  contamination  des  tubes d’échantillonnage  lors  de  leur  installation  sur  le  préleveur  sans  prélèvement.  Ces essais  avaient  pour  but  d’évaluer  si  une  éventuelle  contamination  des  tubes d’échantillonnage lors de leur positionnement sur les préleveurs pouvait apparaître. Les résultats ont indiqué qu’une contamination en benzène est possible lorsque le tube d’échantillonnage est laissé en place pendant une durée de 7 jours sur le  préleveur,  que  ce  dernier  soit  en  fonctionnement  ou  à  l’arrêt.  Cette contamination  est  variable  selon  les  positions  du  tube  sur  le  préleveur  et  peut atteindre  une  masse  de  l’ordre  de  50ng  mais  cette  contamination  est  liée  à  un élément constitutif du préleveur et non pas à un dysfonctionnement de ce dernier (tel qu’un débit résiduel – via une électrovanne non totalement étanche par exemple –sur une voie non utilisée).  Une  troisième  étude   portant   sur   la   conservation   des   cartouches  avant échantillonnage a été conduite au travers de tests de conservation des cartouches remplies de 500mg de Carbopack X pendant une durée de stockage de 30, 60 et 90 jours.  Ainsi  les  cartouches  peuvent  être  conservées  après  conditionnement sans contamination notable pendant une durée de 90 jours.  Compte  tenu  des  résultats  antérieurement  obtenus  lors  de  l’utilisation  de tubes   Radiello   exposés   à   des   conditions   météorologiques   particulières (faibles températures combinées à des humidités élevées > 80%), une étude a été menée afin de permettre l’optimisation des conditions analytiques (splits) les  mieux  adaptées  à  l’analyse  de  tubes  Radiello  en  chambre  d’exposition.    Les principaux enseignements des séries d’essais sont les suivants : Les  problèmes  de  mesures  des  tubes  Radiello  rencontrés  pour  des  périodes hivernales spécifiques (faibles températures combinées à des humidités élevées > 80%) sont essentiellement liés aux conditions analytiques utilisées, Les  méthodes  utilisant  une  colonne  à  gros  diamètre  donnent  des  résultats  en accord  avec  les  valeurs des analyseurs automatiques (biais max avec une  répétabilité  des  mesures  satisfaisante  de  l’ordre  de  6  %  conforme  à celle habituellement obtenue pour une méthode d’échantillonnage passif.    Les  préconisations  pour  l’analyse  des  tubes  Radiello  exposés  à  ces  conditions hivernales spécifiques qui peuvent être déduites de ces essais sont les suivantes :   Dans le cas où l’analyse est effectuée sur une colonne de faible diamètre (0,25mm),  deux  splits  (outlet  split  et  inlet  split)  sont  nécessaires  pour  abaisser  la teneur en eau arrivant au détecteur, Dans le cas où l’analyse est effectuée sur une colonne de gros diamètre (0,53mm), 1 ou 2 splits (outlet split ou outlet split et inlet split) peuvent être utilisés. En  conclusion,  le  tube  Radiello  reste  utilisable  en  période  hivernale  pour  la mesure   du   benzène   à   condition   d’adopter   les   conditions   analytiques appropriées précitées.