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Ce rapport synthétise l’ensemble des actions menées dans le cadre de la plateforme PREV’AIR (www.prevair.org) pour répondre aux besoins des utilisateurs. Cela concerne les développements visant aussi bien à étendre les capacités du système de prévision qu’à rendre ses performances plus élevées. La première partie du rapport fournit une estimation du comportement général des outils via des indicateurs statistiques classiques permettant de comparer les résultats de modélisation aux observations validées de la base de données nationale GEOD’air alimentée par les AASQA (associations de surveillance de la qualité de l’air) et développée par le LCSQA. Une attention particulière est portée à l’évaluation des performances de PREV’AIR concernant la détection des épisodes de pollution. Cet exercice a pour objectif de répondre à notre souci de transparence sur les aptitudes des modèles à prévoir et à estimer la qualité de l'air. Ce rapport traite de l’ozone pour l’été 2016 et des particules pour l’ensemble de l’année 2016 et pour le début de l’hiver 2017 en France métropolitaine. Pour l’ozone, l’année 2016 a connu un unique épisode de pollution en ozone d’ampleur nationale de courte durée, entre le 24 et le 27 août 2016. Pour les particules, le mois de décembre 2016 a été marqué par un épisode extrême par son intensité et sa durée. Les concentrations ont commencé à augmenter à la fin du mois de novembre. Les conditions météorologiques stagnantes sur l’Ile de France, le Nord Est de la France et Auvergne Rhône Alpes expliquent en grande partie l’intensité des concentrations observées. Les concentrations sont restées élevées jusqu’aux environs du 22 décembre 2016, avec des variations spatiales et journalières des zones affectées par des concentrations journalières au-dessus des seuils réglementaires. Cette situation fut suivie au début de l’année 2017 d’un fort épisode hivernal couvrant tout le pays. L’évaluation de ces épisodes est effectuée dans un premier temps sur les prévisions brutes de PREV’AIR et montre une continuité avec les années passées en relation notamment à la stabilité des versions des modèles. Ensuite, elle est réalisée sur les calculs de l’adaptation statistique qui vise à corriger les biais systématiques du modèle brut par un processus d’apprentissage historique. Ainsi, les gains résident dans la capacité du modèle statistique à corriger la surestimation des concentrations lors des épisodes d’ozone et la sous-estimation des concentrations lors des épisodes de particules. Dans l’ensemble, le comportement de PREV’AIR est satisfaisant et les prévisions statistiques ont permis la plupart du temps d’anticiper l’occurrence de ces épisodes de pollution et d’identifier les zones touchées. Les performances indiquent une stabilité par rapport aux années précédentes de façon assez généralisée. A noter que cette évaluation porte sur des calculs d’ancienne génération par rapport à ceux en place sur PREV’AIR depuis avril 2017. Plusieurs évolutions du système ont été portées en 2017 pour doter PREV’AIR de nouvelles prévisions sur la France incluant haute résolution et nouveaux modèles d’adaptation statistique.

La présente note vise à recenser les travaux réalisés en 2011 par le LCSQA dans le cadre du programme CARA. Après une description du contexte de cette étude, les différentes actions du cahier des charges du programme CARA 2011 (cf. Annexe 1) sont reprises une à une. Cette note de synthèse fait suite à la rédaction de différents rapports et notes relatives aux différentes actions du programme 2011. Ces rapports et notes sont disponibles sur le site web du LCSQA (www.lcsqa.org/rapports), et sont identifiés ici par le biais de leur titre, rédacteur(s) et « numéro de référence INERIS ». Seules les thématiques n’ayant pu faire l’objet de rapports ou notes, en raison d’impondérables techniques ou de réaffectation en cours d’année des moyens initialement envisagés à de travaux non prévus mais jugés prioritaires par le ministère, sont détaillées ci-dessous. Le programme CARA, « caractérisation chimique des particules » a été mis en place depuis le début de l'année 2008, en réponse au besoin de compréhension et d'information sur l'origine des épisodes de pollution particulaire mis en évidence par les pics de PM10 du printemps 2007. Créé et géré par le LCSQA, ce dispositif aujourd’hui pérenne, fonctionne en étroite collaboration avec les Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l’Air (AASQA) mais également ponctuellement avec des laboratoires universitaires (LSCE, LGGE, LCME, LCP-IRA…). Notamment basé sur la spéciation chimique d’échantillons de particules atmosphériques prélevées sur filtre en plusieurs points du dispositif national de surveillance de la qualité de l’air, il a comme objectifs de : Déterminer les principales sources de PM, afin d’aider à l’élaboration de plans d’actions adaptés, Optimiser le système PREV’AIR via des exercices de comparaison des mesures aux sorties de modèles, afin de permettre une meilleure anticipation des épisodes de fort dépassement des valeurs limites en PM10 (et PM2,5), Apporter un appui technique et scientifique aux AASQA dans la mise en œuvre de campagnes de spéciation chimique des PM, Réaliser un retour d’expérience et assurer une veille scientifique sur les méthodologies et projets nationaux permettant une meilleure connaissance des propriétés physico-chimiques des PM, de leurs sources et mécanismes de formation.

Le programme CARA, « caractérisation chimique des particules », a été mis en place en 2008, en réponse au besoin de compréhension et d'information sur l'origine des épisodes de pollution particulaire. Ce dispositif pérenne s’appuie aujourd’hui sur des prélèvements in situ pour analyses chimiques au laboratoire ainsi que sur des mesures automatiques en différents points du dispositif national de surveillance de la qualité de l’air. L’apport des outils de caractérisation chimique en temps réel ainsi que la consolidation du dispositif MERA/EMEP en sites de fond rural permet d’envisager un redimensionnement du programme CARA, afin de répondre au besoin de rationalisation de l’ensemble du dispositif tout en maintenant une réponse adaptée aux besoins d’amélioration des connaissances. La présente note vise à synthétiser les principales pistes d’évolutions envisagées en ce sens à court-terme. Ces pistes incluent notamment la consolidation du dispositif de sites multi-instrumentés en synergie avec la stratégie de surveillance du carbone suie et des particules ultrafines, ainsi que le redéploiement de sites de prélèvements urbains vers des stations de fond rural (en particulier celles du dispositif MERA/EMEP).

Conformément aux exigences de la Directive Européenne 2008/50/CE, certaines Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l’Air (AASQA) réalisent des prélèvements de benzène par pompage sur tubes à l’aide de préleveurs depuis déjà quelques années, d’autres ont commencé à s’équiper au cours de l’année 2009. Dans ce contexte, l’INERIS accompagne les AASQA lors de l’équipement et la mise en œuvre de préleveurs actifs en les conseillant sur l’ application du guide de recommandations rédigé dans le cadre du GT benzène (mesure de débit, d’installation des tubes, précautions analytiques…), assurant le lien entre constructeurs et utilisateurs, prospectant continuellement afin d’identifier de nouvelles techniques, suivant la construction de préleveurs « faits maison » au sein de certains réseaux, de plus en plus nombreux à se lancer dans cette voie. Au cours des discussions menées en 2010 dans le cadre de rencontres techniques (journée organisée par AIRPARIF) et de la commission de suivi benzène-HAP-métaux, il a été décidé de limiter le nombre de modèles de préleveurs développé à trois maximum en respectant les exigences de la Directive, du guide technique de recommandations rédigé dans le cadre du GT benzène et de la norme NF EN 14662-1. Ainsi, en 2011, deux préleveurs « faits maison » mis au point par AIRPARIF et Air Languedoc Roussillon, deux préleveurs commerciaux (SYPAC de TERA Environnement Version 2 et MCZ commercialisé par ECOMESURE) ont fait l’objet de l’évaluation de leurs niveaux de blanc et de leur performance lors d’essais en chambre d’exposition.  A l’exception du préleveur SYPAC dont le dysfonctionnement du logiciel a perturbé l’utilisation, les autres préleveurs ont présenté des résultats satisfaisants tant du point de vue des blancs que de la régulation du débit, des valeurs de benzène (et TEX) mesurées par chaque appareil en comparaison avec une autre méthode de référence et avec la moyenne globale sur l’ensemble despréleveurs. En 2012, afin de compléter ces travaux en atmosphère simulée, des essais en atmosphère réelle ont été réalisés. Quatre préleveurs « faits maison », mis au point par Air LR, Air Breihz et AirAQ ainsi que le SYPAC V2 de TERA Environnement, ont été mis en œuvre pendant huit semaines sur le site trafic Auteuil d’AIRPARIF. Les conclusions de ces essais en atmosphère réelle sont similaires aux conclusions des essais en atmosphère simulée. Ainsi, à l’exception du SYPAC dont le logiciel a présenté des dysfonctionnements, l’ensemble des préleveurs a présenté des résultats satisfaisants en ce qui concerne la dérive de débit, la répétabilité entre deux mesures simultanées et la comparaison avec la méthode de référence alternative par analyseur en continu. Les essais en atmosphère simulée comme en atmosphère réelle confirment la possibilité de déployer les préleveurs testés pour la surveillance du benzène en air ambiant.

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 directives européennes (2008/50/CE et 2004/107/CE modifié par la 2015/1480/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 (WG14, WG20, WG44), - 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 2015, 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 2015, à ce jour, 2825 filtres en fibre de quartz (Pall et        Whatman) ont été distribués auprès de 16 AASQA différentes. Participation au comité de suivi « Benzène, métaux, HAP » sur la stratégie de mesure de As, Cd, Ni, Pb dans l’air ambiant, au groupe de travail « Caractérisation chimique et sources des PM » et au groupe de travail « Référentiel constituant ».  Organisation d'un exercice de comparaison inter-laboratoires (rapport CIL métaux 2015). Cette année, 9 laboratoires indépendants ont participé à cet exercice : Laboratoire Carso (Lyon), Ianesco Chimie (Poitiers), Laboratoire départemental de Haute-Garonne        (Launaguet), Laboratoire de Rouen (Rouen), Micropolluants Technologie (Thionville), Laboratoires des Pyrénées et des Landes (Lagor), TERA Environnement (Crolles), INERIS (Creil) et LUBW (Allemagne).  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 2014. L’application de traitement statistique (ACP) et de        modèles source-récepteur (PMF) doit permettre l’identification des principales sources de particules affectant la zone (site récepteur) et leurs contributions relatives à la masse des PM10 (Aérosols inorganiques secondaires, combustion de biomasse ou de fuel lourd, trafic        automobile, aérosols marins, poussières détritiques, industrie …).

Dans un contexte national de mise en place d'une surveillance de la qualité de l'air dans certains établissements recevant du public (ERP), conformément au décret no 2011-1728 du 2 décembre 2011 et dans la continuité des travaux menés entre 2007 et 2009 sur la chambre d’exposition de l’INERIS et en atmosphère réelle, ce travail a pour objectif premier l'évaluation des performances des tubes passifs Radiello® en atmosphère simulée, selon les modalités du protocole de surveillance du formaldéhyde dans les lieux scolaires et d’accueil de la petite enfance élaboré par le LCSQA (Rapport LCSQA, Marchand, 2008) en tenant compte de l’influence de la vitesse du vent, paramètres dont l’impact sur les débits de prélèvement a été suspecté au cours des travaux précédents (Rapport LCSQA, 2007; Rapport LCSQA, 2008, Rapport LCSQA, 2009…). Par ailleurs, la mise en œuvre des essais en atmosphère simulée a été l'occasion de mener les travaux de veille métrologique en testant deux dispositifs émergents différents. Ainsi, ce travail se décline sous deux aspects : 1) Confirmation des performances des tubes passifs Radiello® pour un temps d’exposition de 4,5 jours et évaluation de l’influence de la vitesse du vent sur les débits de prélèvements. 2) L’évaluation, dans le cadre des travaux de veille métrologique, de deux dispositifs émergents présentant des caractéristiques, des objectifs et des niveaux de performance différents, en atmosphère réelle et simulée : le premier est une balise commercialisée par la société AZIMUT Monitoring sur le principe de micro capteurs électroniques d'oxydes métalliques. Le deuxième est un analyseur en continu basé sur le piégeage du formaldéhyde gazeux en solution, avec une dérivation sélective et détection par fluorimétrie développé par le laboratoire des Matériaux Surfaces et Procédés pour la Catalyse (LMSPC) de l’Université de Strasbourg. Ces essais ont confirmé la validité de l’emploi des tubes Radiello® pour la surveillance du formaldéhyde dans les écoles et les crèches conformément audécret no 2011-1728 du 2 décembre 2011. Ils ont également corroboré l’hypothèse selon laquelle des vitesses de vent trop élevées de l’ordre de 1 m s-1 pouvaient entrainer des sur-estimations des concentrations mesurées par les tubes passifs Radiello®. Présentant un faible impact sur des mesures réalisées en air intérieur où les niveaux de vent sont supposés inférieurs, cette constatation souligne néanmoins : - l’importance de choisir le point de prélèvement au plus loin des systèmes de ventilation à proximité desquels la vitesse du vent peut atteindre des valeurs de l’ordre de 1 m s-1, - l’intérêt de disposer d’une base de données sur les niveaux de vent en air intérieur, - la nécessité d’ajuster les conditions expérimentales des essais menés en chambre pour la simulation des prélèvements en environnement intérieur. Ainsi, dans le cadre de l’organisation des exercices de comparaison interlaboratoire sur la mesure du formaldéhyde (et du benzène) par tube passif, les vitesses de vent seront fixées dans la chambre à 0,2 m s-1. En ce qui concerne la veille sur les appareils de mesure en continu, le premier, développé et commercialisé par la société AZIMUT monitoring, fournit des mesures en temps réel des niveaux de composés organiques légers dont le formaldéhyde pour lequel la mesure n’est pas spécifique. Malgré une sous-estimation des concentrations, il a démontré sa capacité à suivre les variations de concentrations générées dans la chambre et à réaliser une mesure stable tout au long des essais. Ainsi, peu encombrant, silencieux, il permet de suivre des variations de concentration au cours du temps faisant de lui un outil de diagnostic et de gestion de la qualité de l’air intérieur pertinent et efficace, complémentaire de mesures plus spécifiques comme les méthodes normalisées par exemple. Le second, développé par le LMSPC, basé sur le piégeage du formaldéhyde gazeux en solution, sa dérivation sélective et sa détection par fluorimétrie, a été évalué en atmosphère simulée mais également en atmosphère réelle, dans un bureau. L’interprétation des résultats relatifs à l’utilisation de cet appareil nécessitant des essais supplémentaires, elle fera l’objet d’un rapport ultérieur.

Suite à l’observation à de multiples reprises de comportements anormaux de quelques analyseurs de NOx lors des campagnes d’intercomparaison des moyens mobiles, l’influence du sécheur échantillon (présence ou non, efficacité de séchage variable) a été avancée comme explication. Le LCSQA/INERIS a proposé de vérifier cette hypothèse en réalisant une intercomparaison d’analyseurs de NOx sur le polluant NO. Pour ce faire, les essais ont été réalisés dans un premier temps en laboratoire sur atmosphères reconstituées (concentration et humidité variables) puis dans un second temps sur atmosphère réelle sur la station fixe de Creil. Ces travaux ont pour objectif final de cerner l’influence du système de séchage sur l’incertitude de mesure des analyseurs de NOx. Plusieurs séries d’appareils ont été testées, équipées de sécheurs « neufs », de sécheurs d’âges différents, et non équipés de sécheurs.   Des essais réalisés en laboratoire, il ressort qu’un sécheur neuf n’est pas systématiquement garant d’une qualité de séchage élevée, et qu’il peut manifestement lui arriver d’être défaillant. On observe en effet qu’un sécheur considéré comme usagé (de par sa coloration) peut présenter le même niveau d’efficacité qu’un sécheur neuf. De plus, des appareils équipés de sécheurs d’origine (non usagés) peuvent présenter des profils de séchage très linéaires ou croissant avec la progression de l’hygrométrie.   Les conditions d’essais de terrain n’ont pas permis de reproduire les écarts et le comportement atypique des certains analyseurs rencontrés lors des intercomparaisons de moyens mobiles. Il convient de reprendre ces conclusions et de les confirmer lors d’essais en laboratoire. En particulier, il apparaît nécessaire d’approfondir les observations du comportement des sécheurs de qualités différentes et d’en tirer des prescriptions pour les utilisateurs en AASQA (durée de vie, qualité de séchage, délai avant stabilité du séchage, équivalence des lots,…). Une fois ces points précisés, des générations d’atmosphère de NO pourront être envisagées afin de définir si les comportements atypiques d’analyseurs est à attribuer au seul sécheur échantillon ou s’il s’agit de comportements inhérents à certains appareils (sensibilité accrue à l’humidité par exemple).   Ces discussions seront poursuivies au second semestre 2012 au sein de la nouvelle CS dédiée aux analyseurs en continu.

Cet exercice d’intercomparaison 2010 visait à comparer le moyen mobile duLCSQA/INERIS avec une station fixe destinée à la mesure de divers polluants. Il aporté sur différents niveaux de concentration atteints par enrichissement de lamatrice ambiante grâce au système de dopage mis au point en 2004 puisamélioré et validé en 2005. La présente étude concerne le réseau Atmo Franche Comté qui a souhaitél’examen d’une station urbaine de fond. Les intervalles de confiance interne et externe ont été déterminés pour chaqueentité de mesure par l’application des normes XPX 43 331 et NF ISO 5725-2. Les polluants étudiés étaient l’O3, le SO2, le NO et le NO2. Les temps de résidence mesurés pour les différents analyseurs sont inférieurs auxexigences des normes européennes. Le traitement des données hors artéfacts a conduit à des intervalles dereproductibilité inférieurs aux 15 % exigés par la Directive Européenne 2008/50/CE pour les NOx, le NO2 et l’ozone.Cette station est donc conforme sur l’ensemble des points (temps de résidence, incertitude).

Cet exercice d’intercomparaison 2010 visait à comparer le moyen mobile du LCSQA/INERIS avec une station fixe destinée à la mesure de divers polluants. 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 Franche Comté qui a souhaité l’examen d’une station urbaine de fond. Les intervalles de confiance interne et externe ont été déterminés pour chaque entité de mesure par l’application des normes XPX 43 331 et NF ISO 5725-2. Les polluants étudiés étaient l’O3, le SO2, le NO et le NO2. Les temps de résidence mesurés pour les différents analyseurs sont inférieurs aux exigences des normes européennes. Le traitement des données hors artéfacts a conduit à des intervalles de reproductibilité inférieurs aux 15 % exigés par la Directive Européenne 2008/50/CE pour les NOx, le NO2 et l’ozone. Cette station est donc conforme sur l’ensemble des points (temps de résidence, incertitude).