Recherche pour PM10

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.

Dans la continuité des travaux 2011, le LCSQA a participé aux essais de comparaison multi-instruments de mesure PM à l’initiative d’ATMO-Nord-Pas de Calais dans la station de l’Ecole des Mines de Douai (EMD), sur le site d’observation de Dorignies. Cet exercice, réalisé de janvier à avril 2012, a permis de suivre l’équivalence des analyseurs automatiques avec la méthode de référence (gravimétrie). La présente note synthétise les résultats obtenus lors de cette campagne. Cette étude, réalisée sur la fraction PM10, confirme le respect du critère de 25% d’incertitude élargie au niveau de la valeur limite pour le TEOM-FDMS et le BAM 1020. En revanche, les résultats obtenus pour cette campagne à Dorignies indiquent une surestimation globale de l’ordre de 20% pour la jauge bêta MP101M-RST, qui présente une incertitude élargie au niveau de la valeur limite supérieure à 30% pour cette série de données.

    Depuis le 1er janvier 2007, les TEOM-FDMS sont très largement utilisés en routine par l’ensemble des AASQA pour la surveillance des PM10 et des PM2.5.  Comme démontré par les travaux du LCSQA en 2005 et 2006, ces instruments satisfont aux critères d’équivalence aux normes EN12341 et EN14907, relatives à la mesure des PM10 et des PM2.5 respectivement.   Dans le cadre du déploiement et de la mise en œuvre de ces instruments, le LCSQA/INERIS est notamment chargé de suivre et d’optimiser leur utilisation par les AASQA 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 gaz classiques (O3, NOx, SO2, CO).   Les travaux conduits par le LCSQA/INERIS en 2007 et 2008 ont permis de mieux comprendre le fonctionnement et les limites d’applicabilité des modules FDMS à l’aide de campagnes de mesures et d’intercomparaisons, et du retour d'expériences des AASQA. Ce travail a notamment mis en évidence les rôles prépondérants joués par l’efficacité du sécheur et par les performances de la pompe sur la qualité de la mesure par TEOM-FDMS. Il a également donné lieu à l’élaboration des premières versions d’un « Guide pour l'utilisation des TEOM-FDMS ». Par ailleurs, depuis la fin de l’année 2008, de nouvelles versions des TEOM-FDMS sont disponibles sur le marché, en particulier les modèles 1405f et 1405df Le premier consiste globalement en l’unification du TEOM 1400 et du module FDMS en un seul et même instrument, plus compact. Le 1405df est équipé d’un impacteur virtuel placé en aval de la tête de prélèvement, permettant la mesure simultanée des PM10 et PM2.5. Ces nouveaux outils sont amenés à remplacer les premières générations de TEOM-FDMS. Cependant, en 2008, il n’existait pas de preuves scientifiques indiquant leur adéquation avec les critères européens de mesures de PM. Une note du LCSQA envoyée à l'ensemble des AASQA en cours d'année 2008 recommandait donc de ne pas s'équiper de TEOM-FDMS 1405df dans l'immédiat, et d'attendre, si possible, avant de s'équiper en TEOM-FDMS 1405f. L'objet de ce rapport est de présenter les travaux réalisés en 2009 par le LCSQA/INERIS dans ce contexte. Une part importante du travail a consisté à finaliser la collection des retours d'expériences des AASQA, afin de faire évoluer le guide de fonctionnement du TEOM-FDMS. Les premières versions de ce document étaient centrées sur les difficultés rencontrées avec l'outil, et les solutions à mettre en œuvre pour leur résolution. La dernière version, mise en ligne, en ligne depuis mai 2009, propose également un protocole de contrôle QC/QA. Ce protocole sera notamment repris par la société Thermo (constructeur du TEOM-FDMS) dans le cadre de l’élaboration de son propre guide de contrôle QC/QA, diffusé au niveau européen. Un autre point important en 2009 est le suivi de l'évolution de la gamme commerciale des TEOM-FDMS. Dans le cadre des travaux du LCSQA/INERIS 2009, une première série de tests a été réalisée sur les nouveaux TEOM-FDMS (1405f et 1405df). Ces tests ont notamment permis de suspecter une mauvaise qualité des données horaires fournies par les nouvelles versions. Le même type de problèmes a également été mis à jour par différents utilisateurs des TEOM-FDMS aux Etats-Unis et par le constructeur. En raison de ces problèmes, liés à des défauts de conception induisant un bruit instrumental très important, les TEOM-FDMS 1405f livrés en France avant décembre 2009 nécessitent d’être reconfigurés. Ecomesure (distributeur français de ces instruments) s’engage à effectuer les mises à jour nécessaires avant fin février 2010 (sous condition de livraison par Thermo des kits de réparation dans les temps impartis). Les instruments livrés à partir de décembre 2009 ont été modifiés au préalable ou conçus selon les nouveaux procédés de fabrication. De ce fait, il a été décidé en cours d’année 2009 de suspendre l’ensemble des tests prévus sur les nouveaux TEOM-FDMS, et d’attendre la reconfiguration des instruments et/ou la livraison de nouveaux instruments. En revanche, afin de compléter la connaissance de l’outil FDMS, le LCSQA/INERIS s’est attaché à mieux connaître le fonctionnement de la membrane Nafion à travers une étude en laboratoire. Les résultats de cette étude mettent clairement en évidence l’influence de la dépression sur l’efficacité de séchage. En outre, cette influence de la dépression s’accroît à mesure que l’humidité relative est élevée.

En France comme dans les autres pays européens, la majorité des dépassements de valeurs limites en PM10 sont enregistrés sur des stations de proximité automobile, suggérant une exposition maximale des populations aux abords des axes routiers urbains. Afin de caractériser au mieux cette exposition à partir de l’information ponctuelle fournie par ces stations et d’évaluer l’impact sanitaire associé, il est donc nécessaire de déterminer la représentativité spatiale des mesures de PM10 en site trafic. Une telle information peut se révéler décisive lorsqu’il s’agit d’identifier les sites les plus appropriés pour l’implantation d’une future station de proximité. L’objectif de la présente étude était de réaliser, en collaboration avec des AASQA volontaires, des campagnes de mesure de PM10afin de pouvoir apporter des recommandations méthodologiques pour l’étude de cette représentativité spatiale et d’explorer le lien entre la notion de représentativité et celle de superficies et populations exposées aux dépassements de seuils. Pour ce faire, trois campagnes de mesure ont été réalisées, deux aux abords de l’autoroute A7 sur la commune de Saint-Romain-en-Gal (en collaboration avec Air Rhône-Alpes) et une autour de la station trafic Octroi située au centre-ville de Belfort (en collaboration avec Atmo Franche-Comté). D’un point de vue métrologique, différents indicateurs optiques ont pu être testés lors des campagnes de Saint-Romain-en-Gal, indiquant un bon comportement desinstruments asséchant l’air échantillonné, avec une préférence pour les compteurs (de type Grimm en caisson environnemental) par rapport aux néphélomètres (e.g. Osiris ou ADR 1500). Néanmoins, la forte influence du fond sur les niveaux de PM10 en sites trafic suggère la nécessité d’utilisation de techniques de mesure aussi précises que possible. En outre, le recours à des prélèvements sur filtre, selon la méthode de référence en vigueur (norme NF EN 12341), lors de la campagne de Belfort a permis une meilleure interprétation des résultats via l’analyse de traceurs chimiques de sources. Il a, par exemple, été possible de déterminer, dans le surplus de concentration observé en site trafic, la part des émissions directes (à l’échappement) et la part des émissions dues aux phénomènes de remise en suspension. Afin d’évaluer la représentativité spatiale des stations de proximité (station temporaire Mobiléo au bord de l’A7, station fixe Octroi à Belfort), on s’est intéressé aux variations de concentration autour de ces sites, le long de l’axe routier d’une part et perpendiculairement à celui-ci d’autre part. Le long de l’axe, les concentrations de PM10 sont relativement homogènes : sur les périodes étudiées, les concentrations moyennes journalières mesurées en divers points s’écartent d’au plus 8 µg/m3 de la valeur mesurée sur la station Si pour la campagne de Saint-Romain en Gal, les données recueillies ne permettent pas d’interpréter ces écarts, à Belfort, les variations relatives de concentration pourraient s’expliquer par les variations relatives de trafic avec lesquelles elles sont corrélées (corrélation de 0,85). Dans la direction transversale, les mesures réalisées à distance croissante de la route indiquent une diminution assez rapide des concentrations. Les concentrations de PM10 mesurées à 50 m de l’A7 lors de la campagne automnale de Saint-Romain-en-Gal, et à environ 150 m de la station Octroi lors de la campagne de Belfort, sont proches des niveaux de fond urbain. Une détermination précise de la zone d’impact du trafic se révèle toutefois malaisée à cause de l’influence de sources de pollution parasites telles qu’une route secondaire et des plages de variation des concentrations, souvent inférieures à l’incertitude de mesure autorisée pour les PM10.L’amplitude relativement limitée de ces variations peut s’expliquer par une contribution majoritaire de la pollution de fond, comme s’accordent à le montrer l’exploitation des données de campagnes et la comparaison des données de fond et de trafic réalisée à l’échelle nationale. D’après les données de la campagne de Belfort, une station trafic peut ainsi, dans une certaine mesure, être considérée comme représentative d’une zone bien plus large que le segment de route au bord duquel elle se trouve, voire de l’ensemble de l’agglomération. En revanche, elle ne peut renseigner correctement sur le nombre de dépassements du seuil journalier en situation de fond urbain. En effet, même s’il est modéré, le surplus de pollution lié au trafic peut suffire à multiplier les dépassements. Outre l’étude de la représentativité spatiale, il paraît donc opportun de s’intéresser directement aux superficies et populations concernées par les dépassements de valeurs limites. Pour ce faire, l’utilisation de la modélisation déterministe semble préférable à une approche géostatistique, particulièrement coûteuse et complexe à mettre en œuvre pour les PM10 du fait des contraintes métrologiques (à l’inverse par exemple du NO2). Néanmoins, l’optimisation de la modélisation des émissions directes et le développement de la modélisation des émissions indirectes sont encore à réaliser, rendant nécessaire la « calibration » de ces modèles de pollution de proximité à l’aide de campagnes de mesure.

En tant que Laboratoire National de Référence désigné par le ministère en charge de l’environnement, le LCSQA émet un avis technique sur les appareillages que les fabricants / distributeurs souhaitent voir être utilisés par les AASQA dans le cadre de la surveillance réglementaire de la qualité de l’air. Ce processus de vérification de la conformité technique des appareils s’appuie sur un dossier technique spécifique remis par le porteur de la demande (constructeur ou distributeur) que le LCSQA étudie afin d’émettre un avis technique. Cet avis, examiné par la Commission de Suivi concernée permet au Comité de Pilotage de la Surveillance (CPS) de la qualité de l’air d’octroyer ou non la conformité technique des appareillages expertisés. S’agissant de la mesure réglementaire de la concentration massique des PM10 et PM2.5, ont été déposés en 2017 les dossiers des appareils suivants : l’analyseur automatique modèle FIDAS 200/200S/200E de la société allemande PALAS représentée par la société ADDAIR (il s’agit d’une demande d’extension de conformité à toutes les typologies de site de surveillance de la qualité de l’air tels que décrits dans le référentiel technique national) ; l’analyseur automatique modèle EMD 180+ de la société allemande GRIMM Aerosol Technik ; le préleveur à moyen débit modèle DPA14 de la société suisse DIGITEL, représentée par la société MEGATEC. Ce préleveur pourrait également être utilisé pour la mesure des 4 métaux lourds réglementés et du BaP dans les PM10. Concernant la mesure réglementaire de la concentration massique en polluants gazeux, ont été déposés en 2017 les dossiers des appareils suivants : les 4 analyseurs automatiques de la société australienne Ecotech (série Serinus) couvrant les polluants gazeux inorganiques, à savoir             Ø le modèle Serinus 10 pour l’ozone (O3);             Ø le modèle Serinus 30 pour le monoxyde de carbone (CO);             Ø le modèle Serinus 40 pour les oxydes d’azote (NO, NO2, NOx);             Ø le modèle Serinus 50 pour le dioxyde de soufre (SO2); l’analyseur automatique d’oxydes d’azote (NO, NO2, NOx) modèle AC32e de la société Environnement SA.

L’obligation de déclaration auprès de la Commission Européenne nécessite d’évaluer les zones géographiques touchées par des dépassements de valeurs limites et de quantifier les populations exposées à ces dépassements. En réponse à ces exigences, et dans un contexte contraint par l’urgence de fournir de telles évaluations à la Commission Européenne sous de brefs délais, une méthode d’évaluation fondée sur des données accessibles à l’ensemble des AASQA (y compris celles qui ne disposent pas d’outils de modélisation) a été développée pour les PM10 et décrite dans une note méthodologique. Elle s’organise par échelle d’espace et par typologie de site et décrit pour chaque cas la marche à suivre en fonction des moyens et informations disponibles. Pour aider à l’évaluation des zones de dépassement en situation de fond, des données d’estimation (concentrations moyennes annuelles, nombres de dépassements de seuil) produites sur la France à partir des simulations issues de CHIMERE et des données de la BDQA ont été mises à la disposition des AASQA sur le site du LCSQA. Cette méthodologie est contrainte par la disponibilité des données d’observation de PM10 permettant de qualifier la zone de représentativité d’une station donnée : campagnes de mesure, stations voisines, données d’émission, etc. Ainsi elle reste perfectible, en particulier en situation de proximité, sous réserve d’accéder à de nouvelles informations. Les travaux du LCSQA en 2010 auront pour objet de traiter cette question, avec la mise en place et la réalisation d’une campagne de mesure ad hoc et l’adaptation et l’amélioration de la méthodologie présentée dans ce document. De plus, il était prévu de travailler sur le NO2 en 2009 mais ces travaux n’ont pu être réalisés compte tenu de l’ampleur du travail sur les PM10 et à cause d’un manque de données de campagnes. L’approche sera donc étendue au NO2 et au benzène en 2010.

La présente étude, réalisée en partenariat avec Air Normand et le Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE), a été initiée en 2010, avec pour principal objectif l’élaboration d’une base de données détaillée permettant la réalisation d’exercices de comparaisons mesures/modèles sur le long terme au niveau d’un site de fond urbain du territoire national. Elle est basée sur la caractérisation chimique d’échantillons journaliers de PM2.5 et PM10 prélevés en continu sur la station Petit Quevilly de l’agglomération Rouennaise. Un premier rapport d’étape, relatif aux résultats obtenus pour la période comprise entre avril et septembre 2010, est disponible sur le site web du LCSQA[1]. L’analyse de cette période estivale, peu propice au développement d’épisodes de pollution particulaires, a permis de confirmer la tendance des modèles prévisionnistes opérationnels (dans le cas présent : modèle CHIMERE utilisé au sein du système PREV’AIR, www.prevair.org) à la sous-estimation de la fraction organique, partiellement compensée par la surestimation globale des espèces inorganiques secondaires au sein des particules fines. Cette première analyse semblait également indiquer une surestimation de la fraction grossière par le modèle au niveau du site étudié. La présente note vise à présenter la base de données disponible à la fin de l’année 2012. En accord avec Air Normand, les prélèvements d’échantillons journaliers se poursuivront a minima jusqu’au printemps 2013. Néanmoins, en raison du coût et du caractère chronophage de l’analyse différée systématique de filtres journaliers ainsi que de la survenue de problèmes techniques sur les chaînes analytiques au dernier trimestre 2011 et premier trimestre 2012, seuls les filtres prélevés jusqu’au mois octobre 2011 ont pu être analysés à ce jour. Par ailleurs, la base de données correspondante n’ayant été validée qu’au cours de l’été 2012, il n’est pas possible de présenter ici des résultats de comparaisons mesures/modèles supplémentaires par rapport à ceux réalisés précédemment[1]. En revanche, l’analyse de quelques traceurs organiques et métalliques non-envisagés initialement a d’ores et déjà permis d’appliquer un modèle statistique (de type PMF, pour « Positive Matrix Factorization ») visant à identifier et quantifier les principales sources responsables des niveaux de concentrations de PM10 enregistrés entre octobre 2010 et octobre 2011. [1]Caractérisation chimique des particules: comparaison modèle/mesure (B. Bessagnet, F. Meleux, O. Favez et L. Chiappini). Ref. INERIS: DRC-10-111579-01718A.

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.