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Après une première partie retraçant les faits marquants sur la période 2020-2021, le rapport d'activité présente l'ensemble des démarches mises en œuvre et les actions réalisées pour assurer la coordination du dispositif français de surveillance de la qualité de l'air selon les quatre principales orientations décrites dans le contrat de performance 2016-2021 signé avec le ministère de la transition écologique : Assurer la qualité des données de l’observatoire et les adéquations avec les exigences européennes et les besoins de surveillance Assurer la centralisation au niveau national, l’exploitation et la mise à disposition des données produites par le dispositif de surveillance Améliorer les connaissances scientifiques et techniques du dispositif pour accompagner la mise en œuvre des plans d’action et anticiper les enjeux futurs du dispositif Assurer la coordination, l’animation et le suivi du dispositif national de surveillance Le rapport s'achève sur la présentation de l'organisation du LCSQA ainsi que des principaux chiffres clés, des indicateurs et jalons prioritaires. Notons que 2021 constitue une étape finale dans la réalisation des objectifs fixés dans le contrat de performance du LCSQA 2016-2021 et dont le bilan est positif au regard des indicateurs retenus. Le LCSQA a pu maintenir sa capacité d’expertise scientifique et technique tout en respectant les obligations définies dans la réglementation, comme la réalisation des audits techniques des AASQA et le maintien et la mise à jour du Référentiel Technique National en produisant des notes stratégiques et des guides méthodologiques. Parmi les principaux sujets traités par le LCSQA en 2020-2021, on peut retenir : En collaboration avec le BQA et les AASQA, l'élaboration d'une stratégie harmonisée de surveillance de la concentration totale en nombre des particules (ultra)fines et la définition d'une stratégie de suivi pérenne des pesticides dans l’air. L’ensemble des travaux du LCSQA concernant les polluants d’intérêt national et émergents (Particules Ultra Fines, potentiel oxydant des particules, 1,3-butadiène, NH3, H2S, pesticides) est décrit dans un dossier technique dédié (publié prochainement) ; La poursuite des travaux sur les systèmes capteurs pour la surveillance de la qualité de l’air avec notamment leur couplage avec des drones et la mise à disposition d’algorithmes « open-source » pour réaliser des cartographies à partir de systèmes capteurs mobiles (SESAM) ; L’ouverture et la valorisation auprès du public des données de qualité de l’air avec la mise en service, en septembre 2021, du nouveau site Geod’air, système national de gestion des données de qualité de l’air ; la poursuite de la collaboration avec le Gouvernement de la Nouvelle Calédonie qui s’est traduite par la fourniture à la Direction de l'Industrie, des Mines et de l'Energie de la Nouvelle-Calédonie de plusieurs guides méthodologiques et notes techniques, en lien avec la publication en janvier 2021 de l'arrêté relatif à l'amélioration de la qualité de l'air. L'accompagnement de Scal’Air (organisme de surveillance de la qualité de l’air en Nouvelle-Calédonie) s'est traduit par la finalisation de la comparaison interlaboratoire concernant la mesure automatique des particules (PM10 et PM2.5), et l’appui technique pour la mise en œuvre de la modélisation à Nouméa.

Le plan national de réduction des émissions de polluants atmosphériques (PREPA) 2017-2021 prévoit d’évaluer et de réduire la présence des produits phytopharmaceutiques dans l’atmosphère. Dans ce contexte, la modélisation peut être un outil d’aide à la décision pour cartographier les concentrations atmosphériques des pesticides et ainsi évaluer l’exposition de la population. L’étude de la qualité de l’air passe depuis plusieurs années par le développement et l’exploitation d’outils de modélisation de la pollution atmosphérique couvrant les échelles locales, régionale et mondiale. Les modèles ainsi développés peuvent être adaptés et appliqués à la dispersion des pesticides dans l’atmosphère. Deux types de modèles peuvent être utilisés pour déterminer les concentrations dans l’air de pesticides : Les modèles de dispersion à l’échelle locale peuvent être utilisés pour déterminer l’exposition des riverains. Les modèles actuels présentent cependant des limitations dans la représentation des processus physiques intervenant dans le transport atmosphérique des pesticides. Les modèles de chimie-transport, comme le modèle CHIMERE dont une version pesticide a été récemment développée et prenant en compte l’influence des processus physico-chimiques (dégradation, partage gaz-particule, déposition) sur les concentrations, néanmoins à une résolution en général plus grossière que les modèles locaux. L’une des principales difficultés réside en l’estimation des émissions de pesticides qui exige de coupler des données spatiotemporelles d’application de pesticides à un modèle de volatilisation des pesticides depuis le sol et le couvert végétal. La distribution spatiale d’application des pesticides peut être estimée avec les données de la BNVD-S (la Banque Nationale des Ventes de produits phytopharmaceutiques par les Distributeurs agréés spatialisée). La distribution temporelle peut être obtenue à partir d’enquêtes. Du fait de l’incertitude sur certains paramètres utilisés dans les modèles de volatilisation, il peut être nécessaire de calibrer les modèles à partir de données expérimentales.   Air pollution models of pesticides in the atmosphere The 2017-2021 French National Plan for the Reduction of Air Pollutant Emissions (PREPA) expressed the need for assessing and reducing the presence of pesticides in the atmosphere. Air pollution models covering local, regional and global scales could be applied to the dispersion of pesticides in the atmosphere and thus assess population exposure. Two types of models can be used to determine air concentrations of pesticides: Local scale dispersion models can be used to determine the exposure of local residents. However, these models have limitations in the representation of the physical processes involved in the atmospheric transport of pesticides.  Regional chemistry-transport models, in particular the pesticide version of the CHIMERE model have been recently developed to take into account the influence of physicochemical processes (degradation, gas-particle partitioning, deposition) on concentrations, although at a generally lower spatial resolution. One of the main difficulties lies in the estimation of pesticide emissions, which requires coupling a model of pesticide volatilization from soil and canopy to spatiotemporal data of pesticide application. The spatial distribution of pesticides can be estimated with data from BNVD-S (the National Bank of Sales of Plant Protection Products by Spatialized Authorized Distributors). The temporal distribution can be obtained from surveys. Due to the uncertainty of some parameters used in the volatilization models, it may be necessary to calibrate the models with experimental data.

Cette note technique rend compte de l’opportunité d’établir un protocole pour la caractérisation métrologique en laboratoire de micro-capteurs pour la mesure indicative des particules. Ce travail sera complété en 2018 pour aboutir le cas échéant à un protocole opérationnel qui prendra en compte les remarques et propositions des utilisateurs et des membres du groupe de travail « Micro-capteurs pour l’évaluation de la qualité de l’air ». Les micro-capteurs constituent, depuis quelques années, des outils émergents qui pourraient par exemple être utilisés pour obtenir des mesures indicatives des polluants gazeux et particulaires réglementés au titre de la Directive européenne 2008/50/CE sur la qualité de l’air [1]. Ces données sont particulièrement intéressantes pour le dispositif national car, en complément des méthodes de référence, ces instruments permettraient une surveillance continue et spatialisée à coût modéré. La Directive 2008/50/CE définit le nombre de points de mesure et le type de méthode à mettre en œuvre par chaque Etat Membre pour la détermination des teneurs en polluants gazeux et particulaires et leur adéquation vis-à-vis des valeurs cibles et limites définies. Pour 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 présente une incertitude relative élargie inférieure à deux fois celle imposée 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 caractérisation, 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 la caractérisation 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 [3] depuis 2013, et sont également alimentées par la démarche simplifiée de caractérisation en laboratoire des capteurs de gaz adaptée pour le suivi de la pollution de l’air aux polluants gazeux et particulaires réglementés, sur laquelle le LCSQA travaille depuis 2015 [4].   [1] - Note technique LCSQA Episodes de pollution particulaire de mi-Janvier 2017  - Eléments de compréhension à partir des mesures automatiques (période du 18 au 23 janvier 2017), le 24 Janvier 2017 Olivier Favez - Tanguy Amodéo (INERIS), Ref. INERIS-DRC-17-159637-00915A [2] – Guide to the demonstration of equivalence of ambient air monitoring methods – Jan 2010 - http://ec.europa.eu/environment/air/quality/legislation/pdf/equivalence… [3] - Protocol of evaluation and calibration of low-cost gas sensors for the monitoring of air pollution – L. Spinelle, M. Aleixandre, M. Gerboles, JRC Technical Reports, 2013 [4] - LCSQA n°2200997038 / Validation du protocole métrologique micro-capteurs polluants gazeux réglementaires- N. REDON, F. DELCOURT, S. CRUNAIRE, N. LOCOGE - Mars 2017

Initiés en 2001, les premiers travaux méthodologiques de validation pour le prélèvement et l’analyse des pesticides reposaient sur une liste d’une trentaine de molécules. Depuis 2006, le LCSQA/INERIS a effectué annuellement des tests visant à valider l’efficacité de piégeage de nouvelles substances par la réalisation de dopages dynamiques selon la procédure décrite dans la norme NF XPX 43058. Les résultats de ces travaux sont compilés dans cette note.   Suite à la mise en évidence de l’inadaptation de la méthodologie de prélèvement décrite dans la norme NF XPX 43058 pour un certain nombre de substances présentant des caractéristiques de volatilité prononcées, des travaux de développement ont montré que l’utilisation de résine XAD2 permettait une nette amélioration de l’efficacité de piégeage pour la plupart de ces substances, sans toutefois se généraliser à l’ensemble. Depuis 2009, les travaux du LCSQA/INERIS se sont poursuivis dans l’optique de finaliser les tests de validation dans ces conditions de piégeage et en se focalisant principalement sur les substances présentant des résultats négatifs sur mousse PUF, non encore testées, ou particulièrement volatiles. Les résultats de ces travaux sont compilés dans cette note.   Au regard de ces résultats, il apparaît que la mise en œuvre d’un support « sandwich » constitué de mousse PUF et de résine XAD2, sans être infaillible, permet une amélioration sensible de l’efficacité de piégeage de la plupart des substances volatiles, parmi lesquelles on retrouve les plus recherchées par les AASQA (lindane, trifluraline, dichlorvos, chlorpyrifos,…), sans en dégrader celles des substances semi-volatile. Il convient donc d’envisager l’évolution de la méthode de prélèvement normalisée actuelle vers ce nouveau dispositif afin d’en élargir le champ d’application.

L’exercice d’intercomparaison 2011 visait à comparer une station fixe destinée à la mesure de divers polluants avec le moyen mobile du LCSQA/INERIS. Il a porté sur différents niveaux de concentration atteints par enrichissement de la matrice ambiante grâce au système de dopage mis au point en 2004 puis amélioré et validé en 2005. La présente étude concerne le réseau Atmo Poitou-Charentes qui a souhaité l’examen d’une station périurbaine. Les intervalles de confiance interne et externe ont été déterminés pour chaque entité de mesure par l’application des normes XPX 43 331 et ISO 5725-2. Les polluants étudiés étaient l’O3, le SO2, le NO, le NO2 et le CO. Des conditions climatiques exceptionnelles associées à une panne de la climatisation du moyen mobile ont impacté quelques analyseurs du LCSQA/INERIS, notamment le SO2 pour lequel les intervalles de reproductibilité ne sont pas satisfaisants. Les temps de résidence mesurés pour les différents analyseurs d’Atmo Poitou-Charentes sont inférieurs aux exigences des normes européennes. Le traitement des données hors artéfacts a conduit à des intervalles de reproductibilité nettement inférieurs aux 15 % exigés par la directive européenne 2008/50/CE du 21 mai 2008 pour les analyseurs d’O3, de NO, de NO2 et de CO.Cette station est donc conforme sur l’ensemble des points (temps de résidence, incertitude) pour l’O3, le NO, le NO2 et le CO.

Depuis le 1er janvier 2007, les TEOM-FDMS sont très largement utilisés en routine par l’ensemble des associations agréées de surveillance de la qualité de l’air (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 QA/QC 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 2011, le LCSQA/INERIS a poursuivi son travail d’évaluation sur le terrain des TEOM-FDMSavec notamment pour objectif de vérifier la validité des critères définis par le guide d’utilisation dans le cas d’un environnement climatique « extrême » (i.e. chaud et humide). Le présent rapport restitue les principaux résultats de ces travaux, en portant l’accent sur les enseignements tirés de tests de terrain réalisés en Martinique en collaboration avec Madininair, permettant en outre d’étudier l’influence de l’humidité relative sur les performances du sécheur dans le cas d’un aérosol atmosphérique réel très humide (pour faire suite à des travaux réalisés en laboratoire en 2009). Ces résultats renforcent les recommandations préconisées par le guide d’utilisation de 2010. En particulier : -       Les oscillations des températures de point de rosée échantillon (en sortie de sécheur) sont corrélées aux oscillations constatées sur la température de la station (pour des températures de point de rosée ambiant stables). La température de fonctionnement des sécheurs FDMS a donc un impact direct sur l’efficacité de ces derniers et doit être surveillée/contrôlée attentivement, afin d’éviter un éventuel risque de surestimation de la concentration massique. -       L’utilisation de TEOM-FDMS présentant une dépression en amont de la pompe moins importante que -20 inHg (« pouces de mercure », unité utilisée par convention pour le TEOM-FDMS) peut conduire à une baisse rapide du rendement des sécheurs. Sur ce point, il est également à noter que différents retours d’expérience ont montré que le manomètre d’origine pouvait fortement dériver et, par ailleurs, présenter des fuites. Il est donc fortement conseillé de maintenir une dépression plus importante que -20 inHg, et de procéder à une vérification régulière du manomètre d’origine, voire de remplacer ce dernier (permettant en outre la mise en place d’un suivi de la dépression en routine). -       L’utilisation d’un TEOM-FDMS présentant une température de point de rosée échantillon autour de -5°C peut conduire à une légère surestimation de la concentration massique de PM (de l’ordre de 3 µg/m3dans le cas présent d’un environnement très humide). Il semble donc opportun de maintenir un seuil limite d’intervention de -4°C pour ce paramètre. Enfin, la surveillance de l’humidité relative en sortie de sécheur (non suivie jusqu’à présent) pourrait permettre d’identifier plus facilement une dégradation partielle de ce dernier

Un essai européen d’intercomparaison monopolluant portant sur la mesure de particules en continu a été réalisé en octobre 2009 sur la station fixe de Creil. Il a réuni 5 participants : DCMR (Hollande) Atmo Picardie AEAT (Grande-Bretagne) ISSEP (Belgique) LCSQA/INERIS Constituant un parc de 5 analyseurs gravimétriques TEOM « 50°C » et un analyseur optique Grimm 180. Ce dernier n’a pas pu être retenu pour l’exercice suite aux tests préliminaires qui ont mis en évidence un principe de mesure inadapté au type de particules générées.Pour la réalisation de l’exercice, un système de dopage de particules développé au préalable par l’INERIS en collaboration avec LNIndustries et permettant une distribution homogène a été mis en oeuvre. La génération de particules est assurée par une combustion incomplète de propane.L’estimation de l’incertitude globale de mesure (ICR) du groupe d’analyseurs TEOM 50 °C équipés de tête PM10 et dont la constant e d’intégration était configurée à 1800s, a été estimée à 23,6 % dans les conditions de dopage à la valeur limite journalière, malgré une dispersion importante des données. 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.Ce résultat satisfaisant pourrait cependant être amélioré en constituant un panel de 6 participants afin de procéder à un traitement des données statistiquement plus représentatif et moins influencé par le poids des écarts de l’un des participants par rapport au groupe. Les écarts pourraient également être limités en veillant à la stabilité des analyseurs après un changement de filtres.Des tests complémentaires visant à caractériser la granulométrie des particules générées ont été réalisés à l’aide d’un granulomètre laser. Les résultats seront présentés courant 2010.En 2010, le concepteur du prototype du générateur LNIndustries procédera au contrôle de l’ensemble des éléments fluidiques et proposera leur l’intégration dans un boitier de protection ce qui devrait améliorer la stabilité et la répétabilité de la génération de particules.

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.

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.