Recherche pour PM10

Cette étude, conduite en collaboration avec le Centre de Géosciences (équipe de géostatistique) de Mines ParisTech, s’inscrit dans le cadre des travaux du LCSQA relatifs au système PREV’AIR. Elle a pour objet d’améliorer la réalisation des cartes analysées, qui sont produites en corrigeant les simulations du modèle CHIMERE à l’aide des données d’observation. Ce rapport présente les résultats obtenus pour la cartographie horaire d’ozone sur la France. Un travail sur la cartographie journalière des PM10 a été effectué pour les besoins de l’étude LCSQA 2009 « Evaluation des zones géographiques touchées par les dépassements de valeurs limites ». Les compléments et adaptations nécessaires à une mise en œuvre opérationnelle dans PREV’AIR seront réalisés en 2010. Rappelons que la méthode de correction utilisée à ce jour dans PREV’Air est la technique géostatistique du krigeage des innovations. Elle suppose que la concentration d’ozone est la somme du modèle CHIMERE et d’un résidu aléatoire non corrélé spatialement à CHIMERE mais structuré. Des valeurs expérimentales de ce résidu, les innovations, peuvent être calculées aux stations en faisant la différence entre les concentrations mesurées et modélisées. La méthode d’analyse consiste à ajouter à CHIMERE un champ correctif obtenu par krigeage ordinaire des innovations. En 2008, la variabilité relative des mesures et des simulations a été examinée dans le temps et l’espace. A la lumière de cette analyse, il est apparu que les hypothèses sous-jacentes au krigeage des innovations n’étaient pas toujours vérifiées. Le modèle linéaire de corégionalisation a été proposé pour décrire de façon plus satisfaisante les relations entre les observations et CHIMERE. Ce modèle, utilisable dans un cokrigeage, permet de différencier les rapports de variabilité par échelle de temps ou d’espace. En 2009, le krigeage des innovations et le cokrigeage ont été testés et comparés dans un cadre purement spatial, sur deux périodes estivales d’environ un mois. A cette occasion, le krigeage avec CHIMERE en dérive externe a été également appliqué. Il ne distingue pas les échelles de variabilité comme le cokrigeage mais, plus général que le krigeage des innovations, il permet d’ajuster localement une relation linéaire entre les observations et CHIMERE. Dans le domaine convexe défini par les stations de mesure, les trois méthodes produisent des résultats comparables. Ainsi la précision de l’estimation dépend-elle en premier lieu de la qualité des données disponibles et de la bonne répartition des stations utilisées en entrée du krigeage. Les statistiques d’erreurs donnent toutefois l’avantage au krigeage avec dérive externe qui sera mis en fonctionnement dans PREV’AIR en 2010. Pour une pleine efficacité, le cokrigeage, dont on a pu constater aussi la pertinence pour la cartographie des PM10, appelle des ajustements complémentaires.

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.

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 laconstante d’étalonnage de la microbalance. Le contrôle de sa linéarité est effectuée grâce à trois cales étalons ayant des différences de masses de l’ordre de la dizaine de mg. En considérant un débitvolumique 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. Ladifférence 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 deprendre 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 d’étalonnage 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 sur une demi-heure pour l’année 2013 pour cette phase d’optimisation avec un objectif de descendre à une masse particulaire inférieure à 500 μg sur une demi-heure en 2014), d'une part sur le filtre du TEOM-FDMS en passant par lesystème 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. En considération de l’ensemble des éléments précités, cette méthode a également été développéepour mettre en place un étalonnage des TEOM-FDMS (1) - pour une gamme de masse inférieure àcelle des cales étalons et (2) - réalisable dans des conditions proches de leur fonctionnement« normal ». Le problème rencontré en 2012 lors des essais avec le porte filtre externe a été résolu en 2013 (régulateur de débit massique (RDM) remplacé et le nouveau RDM a fait l’objet d’un étalonnage endébit). En parallèle, des travaux ont été menés afin de rendre portable le système de génération (ajout d’un compresseur d’air, portabilité, …). Des essais ont ensuite été effectués en couplant ce nouveausystème de génération portable avec le TEOM-FDMS du LCSQA/LNE, puis avec trois différents types de TEOM-FDMS sur le site du LCSQA/INERIS à Verneuil-en-Halatte. Les résultats ont globalement conduit à des écarts-types relatifs de répétabilité et de reproductibilité relativement faibles (inférieurs à 5,1%) en comparaison avec les études précédentes. Lors de cette étude, un domaine de masses de référence a été caractérisé grâce aux mesures « porte filtre externe » calculées pour 27 expériences menées sur neuf jours différents. Les masses deréférence obtenues aux temps de chargement de 12, 24 et 36 minutes, en prenant en compte les écarts-types de reproductibilité (k=2) obtenus grâce à l’application de la norme ISO5725-2, sontrespectivement égales à 1260 ± 101 μg ; 2507 ± 163 μg et 3759 ± 242 μg. Il a ainsi été effectué une comparaison globale entre ce domaine de référence et les masses moyennes pesées et lues obtenues pour chacun des quatre différents « TEOM-FDMS » impliquésdans cette étude. Il ressort de cette comparaison une validation des mesures «TEOM-FDMS », pesées et lues, avec les mesures gravimétriques.

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 français (AFNOR X43D) et 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 2016, 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 2016, 4 550 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 ». Préconisation méthodologique pour l’analyse du chrome total dans les PM10. La méthode préconisée pour les 4 métaux réglementés, issue de la norme EN 14902, n’est pas appropriée pour cet élément (cf travaux LCSQA-Mines Douai 2014). Une revue de la littérature et des essais sur divers matériaux de référence certifiés et sur filtres vierges et impactés de PM10 (Téflon et quartz) ont été réalisés afin de proposer la meilleure méthode disponible pour la mesure du Cr total dans les PM10. Analyse des métaux, métalloïdes et éléments majeurs dans des échantillons de PM10 collectés dans le cadre du programme CARA à Nogent sur Oise, Poitiers et SIRTA (Paris) pendant l’année 2015. L’application de modèles source-récepteur (PMF) permet l’identification des principales sources de particules affectant les zones (sites récepteurs) et leurs contributions relatives à la masse des PM10 (voir rapport LCSQA-CARA).

La note "synthèse sur la comparaison des chiffres d’exposition calculés par le LCSQA et les AASQA" compare des chiffres d’exposition nationaux et régionaux pour les dépassements des objectifs de long terme et des valeurs cibles O3 et de la valeur limite journalière PM10, pour l'année 2013. Elle compare en effet les valeurs de surface de dépassement et de population ou végétation exposée calculées respectivement par le LCSQA, à partir de données de cartographie à l’échelle nationale, et par les AASQA, à partir de données de cartographie à l’échelle régionale ou urbaine. Elle dresse un constat des similarités et des différences qui existent entre ces valeurs et propose des explications possibles des écarts observés. Cette note permet donc de valider la pertinence des évaluations de critères d’exposition réalisées au niveau national, comme un possible complément d’analyse des évaluations réalisées au niveau régional par les AASQA en vue du rapportage européen sur la qualité de l’air. Les mêmes approches sont utilisées à travers l’outil PREV’AIR Urgence, et sont donc évaluées positivement comme outil d’aide à la décision au service des AASQA pour la mise en œuvre de l’arrêté Mesures d’Urgence, en complément des outils implantés localement.

La note technique "Développement d’un système de dopage pour la réalisation de comparaisons interlaboratoires des analyseurs automatiques de particules fines (PM)" présente les évolutions du système de génération de particules dédié à la réalisation de campagnes de comparaison interlaboratoire des analyseurs automatiques de PM. Le dispositif expérimental utilisé dans ce travail repose directement sur celui développé lors des études précédentes.Il consiste à exposer, de façon homogène, différents analyseurs de PM à de l’air ambiant enrichi avec des particules représentatives de la pollution : on parle alors de « dopage ». Deux types de générateurs ont été utilisés : un nébuliseur permettant de produire des particules de sels inorganiques, semi volatiles et non volatiles, ainsi qu’un générateur à arc électrique permettant de produire des particules de suie (Black Carbon). Les résultats montrent que ce dispositif a été capable d’alimenter quatre analyseurs automatiques de PM de façon homogène pendant des plages de temps de plus de 12h. Des sels inorganiques de nitrate d’ammonium et de sulfate d’ammonium ont été générés jusqu’à des niveaux de concentration de 160 µg/m3. Dans le même temps, des particules de BC ont pu être générées jusqu’à des niveaux de 10 µg/m3. L’ensemble des ces expériences ont été menées dans un moyen mobile pouvant accueillir jusqu’à huit analyseurs PM. Ce qui peut laisser envisager, à l’avenir, de déporter la réalisation de ces campagnes de mesure ailleurs que sur le lieu des précédentes campagnes

La note "Poussières désertiques dans PREV’AIR" présente les données et techniques de modélisation sur lesquelles PREV’AIR s’appuie pour estimer la contribution des poussières telluriques dans les aérosols PM10 et PM2,5. La description intègre les derniers éléments à disposition, soit en provenance des services Copernicus, soit pour le modèle CHIMERE version 2016, tout en rappelant que PREV’AIR dispose d’une prévision des poussières désertiques établie sur le globe, l’Europe et la France par le modèle MOCAGE.

Dans le cadre de la mise en oeuvre des demandes qualité fixés par le ministère chargé de l’environnement, un essai de comparaison inter laboratoires (CIL) analytique a été organisé par le LCSQA (l’INERIS en collaboration avec le LNE) au premier semestre 2014 pour les laboratoires d’analyse sous-traitants des AASQA. Cet essai portait sur l’analyse du Benzo[a]pyrène (B[a]P) et des autres HAP concernés par la directive 2004/107/CE du 15 décembre 2004 ainsi que sur le phénanthrène, le fluoranthène et le benzo[g,h,i]pérylène. La norme NF EN 155491 étant seulement applicable pour le B[a]P, les laboratoires ont mis en oeuvre leurs propres méthodes analytiques pour les autres HAP. Cet exercice comprenait des matrices de concentrations très différentes afin de prendre en compte les gammes de travail habituelles des laboratoires réalisant l’analyse de filtres issus de prélèvements haut débit ou bas débit. Chaque participant a donc reçu les matériaux suivants : - trois matériaux de référence certifiés (MRC) préparés par le LNE, constitués de trois solutions étalons notées : Etalon 1, Etalon 2 et Etalon 3, présentant des concentrations différentes ; - deux matériaux préparés par l’INERIS à partir d'un prélèvement réel sur membrane en quartz notés : Extrait 1 et Extrait 2 ; - trois matériaux solides (poinçons de filtre) contenus dans des boîtes de Pétri préparés par l’INERIS et issus de prélèvements réels pour deux d’entre eux, le troisième étant un blanc de laboratoire. Les prélèvements ont été effectués sur filtre en quartz à l'aide d'un préleveur grand volume de type ANDERSEN, équipé d'une tête PM10, à un débit de 70 m3/h. Chaque filtre était découpé avec un emporte-pièce en 16 morceaux de 47 mm de diamètre. Trois filtres notés Filtre 1, Filtre 2 et Filtre 3 ont ainsi été envoyés aux participants. Le traitement statistique robuste des résultats a permis d’identifier une dégradation sévère des performances des laboratoires dans l’analyse des filtres contrairement aux extraits et étalons. Ceci induit un très large dépassement des exigences de la Directive 2004/107/CE vis-à-vis de l’incertitude élargie (de 70- 100 % contre Compte tenu de ces résultats, une nouvelle CIL sera organisée au premier semestre 2015. Par ailleurs, peu de laboratoires participants (4/11) sont aptes à respecter les recommandations du guide national2 pour les analyses de HAP concernant le respect des limites de quantification pour des prélèvements bas débit. Les AASQA réalisant de tels prélèvements sont invitées à porter une attention particulière aux performances de leur laboratoire d’analyse.

Le LCSQA assure chaque année une assistance technique et méthodologique relative à l’élaboration de plans d’échantillonnage, l’exploitation de données et la production de cartographies. La présente note synthétise les actions réalisées en 2012 dans ces différents domaines pour le compte des AASQA. Ces actions sont de natures diverses : travail de méthode, aide ponctuelle, formation. Toutes ont pour objet le développement et la mise en oeuvre d’une approche cohérente, qui va de la collecte de données à l’analyse statistique ou géostatistique de ces dernières. Parmi les tâches réalisées en 2012, on relèvera notamment: - la poursuite et la valorisation des travaux sur l’optimisation de l’échantillonnage spatial, en collaboration avec le Centre de Géosciences (géostatistique) de Mines ParisTech ; - la poursuite de la formation en statistique appliquée à la qualité de l’air, en collaboration avec l’université de Nantes, via une session complémentaire organisée sous forme de travaux pratiques ; - une aide à l’élaboration de cartes analysées avec le logiciel R sur l’agglomération de Bastia ; - des discussions avec AirParif portant sur la méthodologie d’évaluation de la population exposée aux dépassements de valeurs limite PM10.

Résumé de la note technique "Mise à jour de la méthodologie de définition des zones sensibles" Cette note rend compte des travaux effectués en 2015 par le Groupe de Travail (GT) « Zones sensibles », visant à mettre à jour la méthodologie de définition des zones sensibles. Tout d’abord, les principaux points de la méthodologie établie en 2010 sont récapitulés. Les modifications ou ajouts proposés par le GT sont présentés, ainsi que leur impact potentiel sur la définition des zones sensibles. Enfin, sont listés les travaux encore en cours, qui permettront de mener à bien l’actualisation de la méthodologie en 2016. Ces travaux ont été menés en collaboration avec des membres Atmo Champagne-Ardenne, Air Rhône-Alpes et Lig’Air. Cette collaboration avec nos experts a contribué aux premières conclusions de ce groupe de travail.