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La présente étude a été menée conjointement par l’INERIS et l’Observatoire Réunionnais de l’Air (ORA) dans le cadre du programme CARA du LCSQA (cf. Annexe A). Dans la ville de Saint-Pierre, l’Observatoire Réunionnais de l’Air (ORA) dispose de deux stations urbaines de surveillance de la qualité de l’air situées respectivement dans l’enceinte de la crèche de « Bons Enfants » (désignée BON ci-après) et de l’école élémentaire « Luther King » (désignée LUT ci-après). Chacune de ces stations a été équipée d’un analyseur automatique de PM10 de type TEOM-FDMS en cours d’année 2007. Depuis cette date, l’ORA observe des dépassements systématiques des valeurs limites de PM10 fixées par la Directive européenne 2008/50/CE sur la station BON, à l’inverse de la station LUT (alors que ces deux stations de fond urbain ne sont distantes que d’environ 1km). Après avoir vérifié les aspects métrologiques en fin d’année 2007, l’ORA a recherché les facteurs environnementaux susceptibles d’influencer de manière distincte ces deux stations. Il s’avère que la station BON est située plus près du littoral que la station LUT, et en aval d’une barrière de corail. Sur la base d’observations in situ et d’analyses chimiques ponctuelles, l’ORA a mis en avant dès 2008 le rôle probablement majeur joué par les embruns marins dans la survenue des dépassements de valeurs limites à BON. Ces arguments ont été fournis à la Commission Européenne, mais cette dernière les a jugés insuffisants. C’est dans ce contexte que le ministère en charge de l’environnement a sollicité le LCSQA/INERIS en 2011. Le présent rapport rend compte des résultats de spéciation chimique réalisée sur des échantillons journaliers de PM10 prélevés sur filtres en 2011 et 2012. Les dépassements du seuil journalier de 50µg/m3 en PM10 ayant pu être étudiés entre fin juillet 2011 et début juin 2012 sur la station BON (soit 32 dépassements sur 45 durant cette période) sont attribuables, sans ambigüité, aux embruns marins. Par ailleurs, les résultats obtenus mettent en évidence une bonne homogénéité des niveaux de particules d’origine anthropique entre les stations BON et LUT, ainsi que  le rôle majeur joué par les sels de mer sur la différence des concentrations de PM10 enregistrés sur ces deux stations. Sur cette base, une méthode empirique simple de « rétro-estimation » de la contribution des embruns marins à BON a pu être proposée. L’application de cette méthodologie à l’ensemble de la période 2008-2011 suggère la conformité de la station BON vis-à-vis des valeurs limites définies par la Directive 2008/50/CE au cours de ces quatre dernières années, après retranchement d’une contribution minimale de la source marine lors des dépassements du seuil journalier.

La pollution particulaire constitue un véritable enjeu à la fois politique  sanitaire et règlementaire. Ainsi, un besoin fort est exprimé par les pouvoirs publics de se doter d’outils de compréhension des phénomènes et d’aide à la décision en accord avec la Directive 2008/50/CE et mettre en œuvre des plans de réduction des sources de matière particulaire (PM) en France. C’est pourquoi le programme CARA a été crée au sein du Laboratoire Central de Surveillance de la Qualité de l’Air (LCSQA) et que des campagnes de mesures sont menées sur le territoire pour suivre des traceurs spécifiques de certaines sources, caractériser la pollution particulaire dans des zones spécifiques telles les zones rurales, mettre au point des méthodes d’analyse et de traitement des données pour attribuer les sources et comprendre les phénomènes. En 2009, un premier rapport s’était attaché à faire l’état des lieux des différentes approches existantes pour l’attribution des sources de particules ainsi que des différentes études de source de PM menées en France au niveau national, régional et dans le domaine de la recherche. La poursuite de ce travail, entrepris chaque année, révèle la multiplicité et la diversité de ces études. En 2012, ce travail de veille s’est poursuivi et a permis de mettre en évidence les principaux éléments suivants : .Quatre études nouvelles ont été recensées : « signature PM », CHAMPROBOIS, INACS, Lanslebourg II. Il est néanmoins important de noter que cette veille ne prétend aucunement à l’exhaustivité, La plupart des études visant à caractériser les sources de PM localement se sont terminées en 2012 (Particul’Air, Particules en IDF, Vallée des Peillons, Chaudières bois en Alsace, Brumes de sable en Martinique, Lanslebourg...) ; En 2010, deux projets se destinaient à des applications épidémiologiques (« Brumes de sable » en Martinique et le site d’observation de la Meuse) et un à des études de toxicologie (PACTES en région PACA). En 2012, aucun nouveau projet ne vient renforcer les rangs des études épidémiologiques ; Alors que les études de caractérisation des sources de PM en région initiées entre 2009 et 2010 touchent à leur fin, peu sont initiées en 2012. L’on assiste plutôt à une augmentation depuis 2011 des études focalisées sur la caractérisation d’un polluant et de ses sources par le biais de campagne de terrain comme PREQUALIF qui s’intéresse au « black carbon », de mesures à la source comme NanoFluegas, projet tourné vers les nanomatériaux manufacturés, ou de la caractérisation d’une source comme PM-DRIVE, également intéressé par l’impact de la source trafic ; Plusieurs sites français (Revins, SIRTA..) ont participé à la campagne européenne intensive EMEP-ACTRIS. Cette dernière action s’inscrit dans un contexte de travail européen fort comprenant entre autre : La participation au réseau EMEP-ACTRIS comme mentionné ci-dessus ; La rédaction de guides pour l’estimation de la part des sources naturelles et de resuspension sur les concentrations en PM ; La mise en place d’un réseau de sites de mesure facilitant les échanges entre pays (ACTRIS, transnational access), La rédaction d’un protocole technique pour la mise en œuvre des modèles récepteur (Receptor Model Technical Protocol, RMTP). Les travaux européens s’organisent pour donner un cadre, harmoniser et faciliter l’ensemble des études menées par les Etats Membres afin d’identifier les sources de la pollution particulaire et mieux qualifier et quantifier les épisodes de PM en particulier ceux attribuables à des phénomènes particuliers tels le transport longue distance ou les sources naturelles. L’impulsion que l’Europe est en train de donner aux travaux relatifs à la connaissance des sources des PM devrait profiter et certainement provoquer des travaux supplémentaires au niveau national. C’est la raison pour laquelle ce travail de veille sera étendu aux travaux européens en 2013. La plupart des travaux visant à caractériser des activités locales (industrie, trafic…), des habitudes de vie (transport, chauffage…) et l’organisation même des communes sont importants dans un contexte national de mise en œuvre de plans de réduction.

La pollution particulaire constitue aujourd’hui un véritable enjeu à la fois politiquesanitaire et règlementaire. Ainsi, un besoin fort est exprimé par les pouvoirs publics de se doter d’outils de compréhension des phénomènes et d’aide à la décision afind’appliquer la Directive 2008/50/CE et mettre en oeuvre des plans de réduction des sources de matière particulaire (PM) en France. C’est pourquoi le programme CARA a été crée au sein du Laboratoire Central de Surveillance de la Qualité del’Air (LCSQA) et que des campagnes de mesures sont menées sur le territoire poursuivre des traceurs spécifiques de certaines sources, caractériser la pollutionparticulaire dans des zones spécifiques telles les zones rurales, mettre au point desméthodes d’analyse et de traitement des données pour attribuer les sources etcomprendre les phénomènes. En 2009, un premier rapport s’est attaché à faire l’état des lieux des différentesapproches existantes pour l’attribution des sources de particules ainsi que desdifférentes études de source de PM menées en France au niveau national, régional et dans le domaine de la recherche, ce travail a révélé la multiplicité et la diversité deces études dont le nombre croissant avait été mis en évidence par le travail de veille de 2010.Dans la continuité de ce qui a été réalisé en 2009 et 2010, ce travail de veille s’estpoursuivi et a permis de mettre en évidence les principaux éléments suivants : - Le nombre de sites instrumentés pour l’étude des PM est passé d’une trentaine en 2009 à une cinquantaine en 2010 et a peu augmenté en 2011. - Alors qu’en 2010 la plupart des projets régionaux étaient tournés versl’attribution des sources locales et plus particulièrement le chauffage au bois, la majorité des nouvelles études et projets de recherche initiés en 2011s’intéressent plus à la caractérisation d’une source bien spécifique (trafic, marine…) qu’à la caractérisation des particules émises en zone source et cesous l’impulsion d’appels à projet bien ciblés tels CORTEA ou PRIMEQUALZAPA. - En 2010, deux projets se destinaient à des applications épidémiologiques (« Brumes de sable » en Martinique paragraphe 7.5 et le site d’observation de la Meuse 8.6) et un à des études de toxicologie (PACTES en région PACA 7.8). En 2011, aucun nouveau projet ne vient renforcer les rangs des étudesépidémiologiques dont le nombre reste faible. - De même qu’en 2009 et 2010, le nombre d’études régionales est bien plus important que le nombre d’études menées à l’échelle nationale même si laplupart d’entre elles peuvent apporter des informations extrapolables etgénéralisables à la problématique des PM sa globalité. Néanmoins, lesprogrammes de recherche nationaux sont peu nombreux. Alors que de multiples études régionales sont venues enrichir celles répertoriées en 2009,aucun nouveau programme de recherche national et interrégionale n’a étéinitié en 2011 alors que les campagnes MEGAPOLI ont eu lieu, que leprogramme FORMES est arrivé à son terme et que la campagne intensiveCHARMEX, prévue depuis 2009, peine à s’organiser. Cet état de fait semblerait mettre évidence une plus grande facilité à monter desprojets localement, qu’au niveau national en regroupant plusieurs laboratoires etainsi des compétences multiples et complémentaires, et par conséquent la nécessité de favoriser la mise en place et le financement de ce type de projets par unencadrement national par exemple.Néanmoins, qu’elles soient un outil des pouvoirs publics, aient pour objectif lacaractérisation d’une pollution locale ou la compréhension des phénomènes, toutesces études participent à la connaissance de la pollution particulaire en France et sontou seront à l’origine d’une masse importante de données. A nouveau le besoin de cohérence nationale pour la mise en oeuvre de tels projetsest clairement identifié afin que les méthodes de mesures soient harmonisées pourune meilleure exploitation des données et que les différents projets soientcoordonnés pour apporter les réponses adaptées à la problématique nationale posée par la pollution particulaire (réduction des sources, estimation de l’exposition, application de la Directive).Dans ce contexte et dans la continuité du travail de veille réalisé depuis 2009, une revue et compilation de l’ensemble de ces données est prévue pour les années àvenir par le LCSQA. La vision globale que peut offrir ce travail pourrait permettre de proposer des pistes d’orientation.

  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 19 décembre 2017. Mise en application : 1er mars 2018.   Ce document constitue la première version du guide méthodologique pour la mesure de la composition chimique des particules submicroniques non-réfractaires (NR-PM1) par ACSM (Aerosol Chemical Speciation Monitoring). Il concerne l’utilisation des ACSM de type quadripôle (Q-ACSM), fabriqués par la société « Aerodyne R.I. ». Ce guide 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 ainsi que les étapes de validation des données à respecter. Il a été rédigé sur la base des documents des constructeurs, des échanges avec le distributeur, de l’état de l’art scientifique et des bonnes pratiques mutualisées dans le cadre du réseau européen ACTRIS, ainsi que des retours d’expériences des utilisateurs des AASQA émis notamment lors des réunions du « Groupe Utilisateur ACSM ». Ce guide pour l’utilisation des ACSM pourra être remis à jour en fonction des retours d’expériences des utilisateurs, des préconisations constructeur ou des avancées de l’état de l’art scientifique international

Depuis 2007, une surveillance est effectuée par l’ensemble des AASQA de façon continue ou ponctuelle, pour le Pb, As, Cd et Ni dans les PM10 en accord avec les directiveseuropéennes (2008/50/CE et 2004/107/CE). Les objectifs de Mines Douai, au sein du LCSQA, sont :  - d'assurer un rôle de conseil et de transfert de connaissances auprès des AASQA,- de procéder à des travaux permettant de garantir la qualité des résultats, - de participer activement aux travaux de normalisation européens, - de réaliser une veille technologique sur les nouvelles méthodes de prélèvement et d’analyse susceptibles d’optimiser les coûts tout en respectant les objectifs de qualité,- de participer à la valorisation des activités de surveillance et des études menées en collaborations avec les AASQA. Au cours de l'année 2014, les travaux réalisés dans le cadre du LCSQA 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 2014, 4450 filtres en fibre de quartz (Pall et Whatman) ont été distribués auprès de 15 AASQA différentes. -  Participation au comité de suivi « Benzène, métaux, HAP » sur la stratégie de mesure de As, Cd, Ni, Pb dans l’air ambiant et au groupe de travail « Caractérisation chimique et sources des PM ».-  Essai de terrain et en laboratoire en vue d’une extension de la mise en oeuvre de la méthode de mesure des métaux réglementés dans les PM10 (EN 14902 : 2005) pour une trentaine de métaux et métalloïdes supplémentaires.-  Analyse des métaux, métalloïdes et éléments majeurs dans des échantillons de PM10 collectés dans le cadre du programme CARA à Nogent sur Oise, Lens, Rouen, Roubaix et Revin (MERA) pendant l’année 2013.     L’application de traitement statistique (ACP) et de modèles source-récepteur (PMF) doit permettre l’identification des principales sources de particules affectant la zone et leurs contributions relatives à la masse des PM10 (Aérosols   inorganiques secondaires, combustion de biomasse, trafic automobile, aérosols marins, poussières détritiques, industrie …).

Un épisode de pollution particulaire a touché toute la moitié nord de l’Europe autour du 21 février 2018. En France, il a d’abord été observé sur la pointe septentrionale, de la Normandie à la Champagne en passant par l’Ile de France et les Hauts de France, avant de s’étendre également aux régions Grand-Est, Pays-de-la-Loire, Centre-Val-de-Loire et Nouvelle-Aquitaine. Cet épisode est relativement semblable à ceux typiquement observés en fin d’hiver - début de printemps ces dernières années, dominés par les particules fines et avec une forte influence du nitrate d’ammonium. Ce composé semi-volatil est issu de la combinaison entre l’ammoniac (NH3, venant majoritairement des activités agricoles) et les produits d’oxydation des oxydes d’azote (NOx, issus principalement du transport routier). Ces résultats sont à considérer comme préliminaires. Ils pourront éventuellement être consolidés à l’aide de résultats issus de l’analyse différée de prélèvements sur filtres. Concernant les origines géographiques, elles ne peuvent être quantifiées à l’aide de ce type de mesures en temps réel. Un examen approfondi de cette problématique pourra être conduit, notamment sur la base de résultats de modélisation. A noter enfin qu’une augmentation significative des niveaux de PM10 a également touché le quart sud-est du territoire à partir des 22 et 23 février, sous l’effet de phénomènes plus régionalisés et non abordés dans la présente note.

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.

Depuis janvier 2008, le LCSQA INERIS assure en collaboration avec les AASQA le suivi d’un dispositif de prélèvement des PM10 sur quelques sites en France, appelé CARA, en vue d’effectuer une spéciation chimique des particules (anions, cations, carbone organique et élémentaire). Pour ce faire, des méthodes harmonisées tant au niveau national qu’européen ont été utilisées.   En parallèle des analyses des filtres du dispositif, une étude des blancs de filtres fournis aux AASQA pour les prélèvements a été réalisée. Les résultats obtenus ont validé le protocole de conditionnement des filtres utilisé jusqu’à présent.   De plus, les échantillons prélevés comportant une partie non négligeable d’espèces chimiques volatiles, des conditions de stockages inférieures à 0°C et de transports n’excédant pas 20°C étaient préconisées. Le LCSQA a évalué en 2009 ces préconisations.   Les essais ont portés sur l’évaluation de la conservation des filtres à -18°, 6 et 20°C durant 3 et 7 jours.   Cette étude a mis en évidence un problème de répétabilité sur l’analyse de certains anions et cations provenant probablement de la phase de minéralisation des filtres. Une étude portant sur ce sujet devra être réalisée en 2010.   Sur l’ensemble des essais réalisés, les pertes en matières inorganiques sont négligeables.   Concernant la matière carbonée, les pertes peuvent atteindre 8% lors d’une conservation à 20°C pendant 7 jours. La maîtrise de la température lors du stockage et du transport par glacière reste préconisée.   Enfin au cours de l’année 2009, l’INERIS a participé à un exercice d’intercomparaison européen sur l’analyse du carbone organique et élémentaire. Les résultats obtenus ont été satisfaisants. De plus, le LCSQA a participé aux groupes CEN 34 et CEN 35 pour la normalisation des prélèvements d’anions et cations et du carbone organique et élémentaire.

Afin de distinguer et quantifier les sources des HAP particulaires, l’apport du couplage du modèle aethalomètre (mesure du black carbon, BC) avec les données de mesures des HAP particulaires au sein d’un modèle source -récepteur du type PMF (Positive Matrix Factorization) a été évalué. particulaires. Deux sites d’études ont été investigués comprenant un site de fond urbain, Talence, et un site de fond régional, SIRTA (25 km au sud -ouest de Paris). Les mesures de BC, HAP et PM10 ont été réalisées durant une année sur ces deux sites. En complément, une caractérisation étendue de la composition chimique des PM10 a été réalisée sur le site du SIRTA. L’analyse PMF a été réalisée de façon simplifiée avec seuls BC, HAP et PM10 comme données d’entrée sur les deux sites, et sur le jeu étendu de données chimique des PM du SIRTA (PMF « étendu ») en complément et comme point de comparaison de l’approche PMF « simplifiée ». Le modèle « simplifié » permet de distinguer 3 facteurs correspondant à 3 sources de HAP particulaires. La combustion de biomasse apparait comme source majoritaire, représentant environ 85%, sur chacun de deux sites étudiés. La contribution de la source « combustion d’hydrocarbures » (trafic préférentiellement) est assez limitée notamment dans le cas du site de Talence, site très fortement impacté par la combustion de biomasse. Le modèle PMF « étendu » appliqué au SIRTA, met en avant 5 sources de HAP en lien avec les sources de PM : combustion de biomasse (50%), les poussières et remise en suspension (23%), le nitrate enrichi (15%), sels marins anthropisés (7%) et combustion d’hydrocarbures (3%). La source majoritaire de HAP au SIRTA est dans ce cas la combustion de biomasse mais avec une contribution de 50%. Une part significative des HAP particulaires semble transportée ou associée à des sources d’influence à échelle régionale avec les sources « nitrate enrichi » (probablement lié au trafic « éloigné ») et « sel marin anthropisé ». Le modèle « simplifié » ne permet donc qu’une détermination qualitative des sources des HAP. Son utilisation ne considérant que 3 facteurs, il ne permet pas de visualiser la contribution des sources autres que la combustion de biomasse et la combustion d’hydrocarbures et donc de retranscrire une influence plus régionale des sources de HAP et leur transport.

D’importants épisodes de pollution particulaire ont d’abord touchés la pointe nord de la France et le bassin méditerranéen (17-18 janvier), puis se sont généralisés à la quasi-totalité de la métropole à partir du 20 janvier. La présente note synthétise un ensemble de résultats disponibles au 23 janvier obtenus par des analyseurs automatiques de la composition chimique des PM implantés sur différentes stations du dispositif national. Cette note résulte notamment du travail et de la réactivité des équipes d’Atmo Nouvelle-Aquitaine, Atmo Auvergne-Rhône-Alpes, d’Atmo Grand-Est, d’Air Pays de la Loire, d’air PACA, d’Air Normand, d’Atmo Hauts-de-France, du SIRTA/LSCE (site de recherche de l’Institut Pierre Simon Laplace, sur le plateau de Saclay, Essonne), de l’IMT Lille Douai (sur la station AERONET de Villeneuve d’Ascq, Hauts de France) et de l’INERIS. A ce stade, ces épisodes ressemblent globalement à ceux ayant eu lieu en décembre 2016, sous l’effet de conditions météorologiques stables et froides (régime anticyclonique), et l’ensemble des résultats obtenus pour l’instant indiquent la prédominance des aérosols carbonés, en lien avec l’accumulation des émissions de combustion (chauffage résidentiel et transport routier). Toutefois, une part significative des aérosols secondaires (et en particulier de nitrate d’ammonium) témoigne également de l’influence des mécanismes de transformations physico-chimiques. Les résultats présentés ici sont issus de mesures réalisées en temps réel dont l’interprétation sera consolidée par des analyses chimiques en différé. A noter enfin que ces résultats sont représentatifs de stations de fond (péri-)urbain. Par conséquent, ils ne correspondent pas aux endroits où sont enregistrés les maxima de concentrations, en particulier sur les stations de proximité automobile.