Recherche pour PM10

Ce bilan synthétise les résultats obtenus pour l'analyse chimique des filtres prélevés entre janvier 2008 et janvier 2009. Les épisodes de pollution par les PM10 observés en France au printemps 2007 ont montré que le besoin de compréhension et d'information sur l'origine de ces pics était très fort. Ce besoin a conduit le LCSQA à déclencher une étude, basée sur une approche couplée entre la caractérisation chimique des particules (spéciation) et la modélisation (rapport LCSQA de juillet 2007 ). Cette étude a permis de faire des hypothèses sérieuses sur les sources de PM10 lors de ces épisodes de pollution importants. Afin d'anticiper d'éventuels futurs épisodes de ce type, et d'apporter des éléments sur les niveaux moyens de concentrations mesurés, le LCSQA a mis en œuvre, depuis le début de l'année 2008, un dispositif de caractérisation chimique des PM, appelé CARA. Ce dispositif consiste, en pratique, à effectuer des prélèvements de particules sur quelques sites en France, en vue de réaliser une spéciation chimique des particules sur une sélection de ces échantillons (épisodes de forte pollution ou situations de fond d’intérêt). Par ailleurs, la réalisation de cette spéciation chimique participe à la mise au point de méthodes de mesure de la composition chimique des PM2.5, homogènes avec ce qu’il est prévu de mettre en place dans les zones rurales en France, dans le cadre de l’application de la directive européenne (Directive 2008/50/CE 2008). L'objectif de ce rapport est de réaliser un bilan focalisé sur l'interprétation des données 2008 (interprétation directe et couplée à la modélisation), et sur les informations apportées ou non par le dispositif dans sa configuration actuelle. L'objectif est de donner les éléments de base à chacun pour définir l'orientation à donner à ce dispositif à partir de 2010. Parmi les résultats obtenus en 2008, on notera notamment que les profils chimiques mesurés par analyse des 87 échantillons correspondants à des dépassements du seuil de 50 µg.m-3 montre une contribution forte de la matière carbonée (1/3 des PM10) et des espèces inorganiques secondaires (nitrate, sulfate et ammonium). Ce profil est comparable aux profils annuels moyens rencontrés dans la littérature, et indique que les dépassements ne sont pas liés (en première approximation) à une montée en puissance d'une source spécifique, mais bien à des conditions de dispersion favorisant l'accumulation d'un ensemble de sources. Enfin, l'évolution saisonnière de ce profil est relativement faible. Concernant la confrontation avec les résultats de la modélisation, on notera que la matière carbonée est très largement sous-estimée par la modélisation. La sous-estimation des émissions de particules par les combustions de biomasse est soupçonnée de contribuer largement à cette lacune. Le nitrate d'ammonium, qui représente plus de la moitié de l'écart entre TEOM-FDMS et TEOM, est bien modélisé, ce qui renforce la validité du modèle proposé pour la correction des données du passé. L'étude ultérieure de plusieurs épisodes d'intérêt, sur la base du travail réalisé pour les épisodes du printemps 2007, devrait permettre au cas par cas des interprétations diverses : mise en évidence d'une lacune dans les cadastres des émissions, étude d'une source (par exemple naturelle) ou de l'impact du transport longue distance… Par ailleurs, on  notera que 28 des 87 dépassements de seuil de 50 µg m-3 étudiés peuvent être attribués aux sources naturelles, au sens de la directive . Un travail spécifique sur la robustesse de ce résultat pourra être envisagé et faire partie des objectifs visés en cas d'évolution du format du dispositif. Enfin, le potentiel des études de sources sur la base d'une approche par profil de source type CMB, montrée dans ce rapport, permet d'envisager des études de sources précises, avec une valeur ajoutée importante sur l'origine des éléments toxiques des PM10 que sont les HAP. La commission européenne a évoqué son intérêt pour ce type de résultats (basé sur une méthodologie objective, et pouvant à terme faire l'objet de guides techniques voir de norme) couplé à une approche par modélisation pour mieux qualifier les différentes contributions lors des situations de pics (naturelles /  anthropiques, locales / transfrontières) a été évoqué, notamment dans le cadre de la future révision de la directive en 2013. 

Le TEOM (Tapered Element Oscillating Microbalance) est un appareil de mesure très répandu au sein des Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l’Air (AASQA). Il est capable de mesurer en continu la concentration massique des particules en suspension dans l’air (en µg/m3), ce qui le rend préférable à la méthode gravimétrique qui nécessite des pesées postérieures au prélèvement. A l’heure actuelle, cet appareil est étalonné à l’aide de cales étalons raccordées au système international. Ces cales, ayant des masses de l’ordre de 80-100 mg, permettent de vérifier la constante d’étalonnage de la microbalance. Le contrôle de sa linéarité est effectué grâce à trois cales étalons ayant des différences de masses de l’ordre de la dizaine de mg. En considérant un débit volumique du TEOM-FDMS de 3 L/min, la valeur limite pour les PM10 (50 µg/m3 en moyenne journalière) représente une masse particulaire d’environ 2 µg sur 15 min de prélèvement. La différence de masse des cales étalons n’est donc pas représentative des masses particulaires atmosphériques prélevées sur un quart d’heure. De plus, l’utilisation de ces cales ne permet pas de prendre en compte un éventuel dysfonctionnement du système de prélèvement en amont de la mesure de la masse et du système de filtration intrinsèque à la microbalance. Par conséquent, le LNE a proposé de développer une méthode de contrôle en masse des TEOM-FDMS qui consiste à : Générer et prélever des particules ayant des concentrations connues et stables dans le temps (prélèvement de masses particulaires inférieures à 5 mg (gamme du « mg ») et à 100 µg (gamme du « µg ») sur une demi-heure de prélèvement), d'une part sur le filtre du TEOM-FDMS en passant par le système de prélèvement (hors tête de prélèvement), et d'autre part sur un filtre externe, Puis comparer les masses mesurées par le TEOM-FDMS avec les masses « vraies » mesurées par la méthode gravimétrique sur le filtre externe. Au regard de l’ensemble des éléments précités, cette méthode a été développée pour contrôler les TEOM-FDMS (1) - pour une gamme de masse inférieure à celle des cales étalons et (2) - réalisable dans des conditions proches de leur fonctionnement « normal ». Le protocole d’utilisation du générateur de particules (GARP), optimisé par les expériences menées sur le terrain entre 2013 et 2017, est de plus adapté au contrôle des jauges radiométriques, permettant une utilisation versatile du système. En 2018, afin de déterminer ses performances métrologiques en lien avec les mesures effectuées par les jauges radiométriques, le générateur a été caractérisé au laboratoire par l’utilisation de la méthode gravimétrique à un débit de prélèvement égal à celui des jauges radiométriques, soit 1 m3/h. Les résultats liés à cette caractérisation ont conduit à des écarts-types relatifs de reproductibilité compris entre 5,9 % et 16,9 %. De plus, afin de prendre en compte le retour d’expérience des AASQA à l’issue du déploiement du GARP sur le terrain en 2017, le dispositif a été optimisé pour le rendre plus léger et compact. Cette version miniaturisée est appelée mini GARP. La caractérisation du mini GARP à un débit de prélèvement de 1 m3/h a conduit à des écarts-types relatifs de reproductibilité proches de ceux obtenus pour la caractérisation du GARP à ce même débit de prélèvement. La version miniaturisée du GARP permet donc de conserver les critères de stabilité et de reproductibilité en termes de génération d’aérosol caractéristique du GARP dans le cas d’un temps de génération de 36 minutes, utilisé pour le contrôle des jauges radiométriques. En complément des TEOM-FDMS et des jauges radiométriques, on observe une utilisation croissante par les AASQA d’instruments optiques tels que le FIDAS 200 (PALAS) pour la mesure des concentrations massiques particulaires. Ainsi, dans une volonté de rendre ce système toujours plus versatile, le mini GARP a été couplé à un FIDAS 200. Ce couplage a montré que la distribution granulométrique en nombre de l’aérosol généré par le mini GARP est principalement située dans une gamme de taille non détectée par le FIDAS, à savoir dans une gamme de diamètres inférieurs à 180 nm. Par conséquent, le mini GARP, dans son état actuel, n’est pas utilisable pour le contrôle d’instruments optiques tels que le FIDAS 200 utilisé pour mesurer les concentrations massiques particulaires.

La mise en place d’une surveillance des résidus de pesticides dans l’air au niveau national est une priorité définie dans le cadre du plan d’action gouvernemental sur les produits phytopharmaceutiques et du plan national de réduction des émissions de polluants atmosphériques (PREPA) 2017-2021. A ce titre, l’ANSES a été saisie dès septembre 2014 pour proposer une liste de substances méritant d’être prioritairement surveillées ainsi que de faire des recommandations en matière de stratégie de surveillance pour évaluer l’exposition de la population. La rédaction du protocole harmonisé de surveillance sur l’ensemble du territoire national a été confiée à l’INERIS en tant que membre du LCSQA dans le cadre d’un financement de l’Agence Française de la Biodiversité (AFB) au sein du plan Ecophyto. Dans cet objectif, des travaux préliminaires ont été menés en 2017 par l’INERIS, dans le cadre de ses travaux pour le LCSQA, pour répondre aux recommandations de l’Anses. Ils comprenaient : •           la réalisation de campagnes métrologiques in situ en lien avec deux associations agréées de surveillance de la qualité de l'air (AASQA), Atmo Grand Est et Air PACA, afin d’arrêter les prescriptions métrologiques du prélèvement des échantillons jusqu’à leur analyse, •           la définition de la stratégie d’échantillonnage spatio-temporelle du protocole harmonisé, •           la liste des métadonnées à renseigner lors des prélèvements et de l’analyse, •           la réalisation de tests de performance de piégeage des dispositifs mis en œuvre vis-à-vis de certaines substances recherchées lors des campagnes métrologiques in situ. Ces tests font l’objet d’un rapport distinct (rapport LCSQA/INERIS DRC-18-152887-07108A).   Les principaux éléments du protocole harmonisé précisent les points suivants : •           un échantillonnage hebdomadaire sur préleveur Partisol équipé d’une coupure granulométrique PM10, •           une configuration de piégeage sur filtre et mousse PUF, •           la sous-traitance analytique des échantillons confiée à un seul laboratoire, •           une fréquence d’échantillonnage répartie sur l’année, variant de 1/mois à 1/semaine en fonction des traitements et du profil agricole du site considéré, •           les critères de sélection des sites de mesures répartis sur le territoire selon la production agricole (grande culture, viticulture, arboriculture, maraîchage, élevage) et les situations d’exposition (sites urbains/péri-urbains et sites ruraux) •           la liste des métadonnées à renseigner lors des prélèvements et de l’analyse, lors de la description des sites de mesures et des paramètres météorologiques.

La plupart des AASQA effectuent depuis 2007 de façon continue ou ponctuelle, l’évaluation ou la surveillance du Pb, As, Cd et Ni dans les PM10 en réponse aux directives européennes (2008/50/CE et 2004/107/CE). Les objectifs de l'Ecole des Mines de Douai, au sein du LCSQA, sont d'assurer un rôle deconseil et de transfert de connaissances auprès des AASQA, de procéder à des travauxpermettant de garantir la qualité des résultats, de participer activement aux travaux denormalisation européens et de réaliser une veille technologique sur les nouvelles méthodes deprélèvement et d’analyse susceptibles d’optimiser les coûts. Au cours de l'année 2012, 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 leurscaractéristiques chimiques sont contrôlées, avant d’être redistribués aux AASQA sur simpledemande de leur part. En 2012, 5400 filtres en fibre de quartz (Pall et Whatman) ont étédistribués auprès de 17 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, Pbdans l’air ambiant.  Bilan des mesures de métaux dans les PM10 issues de l’évaluation ou de la surveillanceeffectué par les AASQA entre 2005 et 2011. Toutes les AASQA (sauf ORA Guyane) ont mises en oeuvre une évaluation préliminaire des teneurs en métaux réglementés sur leur territoire.Près de 162 sites ont été évalués par l’intermédiaire de mesure indicatives (14% du temps) ou fixes (50 à 100% du temps) sur sites urbains/périurbains (83 sites), industriels (61), trafics (13)ou ruraux (10). Aucun dépassement de seuil en moyenne annuelle n’a été observé surl’ensemble des stations mais certains échantillons individuels ont des valeurs en As, Cd, Ni ouPb qui excédent les SEI, SES ou valeurs cibles, notamment en proximité de sites industriels. La cartographie fait apparaitre certaines zones géographiques n’ayant pas encore étéévaluées et met en évidence celles potentiellement à risques de dépassement.  Analyse des métaux réglementés (As, Cd, Ni et Pb) et autres métaux (Co, Cr, Cu, Mn, V,Zn) sur des filtres de référence produit par le LNE en appliquant la Norme EN 14902 : 2005lors d’analyses effectuées par ICP-MS afin dévaluer les contraintes liés à ce type de MRC et la variabilité des mesures.  Analyse des métaux, métalloïdes et éléments majeurs dans des échantillons de PM10collectés dans le cadre du programme CARA à Lens pendant une année. L’application detraitement statistique (ACP) et de modèles source-récepteur a permis l’identification desprincipales sources de particules affectant la zone (Aérosols secondaires, combustion debiomasse, trafic automobile, aérosol marin, poussières détritiques, …).