Recherche pour PM10

Le présent rapport recense les principaux résultats obtenus en 2013 dans le cadre du programme CARA du dispositif national de surveillance de la qualité de l’air.   Après une description du contexte de ce programme, les différentes actions du Programme 2013 sont reprises une à une. Ce bilan accompagne différents rapports et notes disponibles sur le site web du LCSQA (www.lcsqa.org/rapports).   Trois principaux épisodes de pollution particulaire ont pu être étudiés en 2013. Les deux premiers ont eu lieu au cours du mois de mars. Ils sont à relier majoritairement à une forte augmentation des espèces inorganiques secondaires (nitrate d’ammonium mais aussi sulfate d’ammonium). Le troisième a été observé entre le 8 et le 15 décembre 2013, et était fortement impacté par la présence de matière organique Ces résultats confirment le rôle majeur joué par l’accumulation des émissions anthropiques (en particulier la combustion de biomasse) lors de phénomènes d’inversion thermique prononcée en début et milieu d’hiver, ainsi que la formation d’aérosols secondaires (en particulier de nitrate d’ammonium) lors d’épisodes photochimiques de large échelle en fin d’hiver et début de printemps.   La comparaison des sorties de modèle (CHIMERE dans le cadre de Prev’Air) aux mesures chimiques sur filtres et en temps réel (MARGA) lors de l’épisode de fin mars 2013 indiquent une assez bonne modélisation des espèces inorganiques secondaires en moyenne journalières mais des cycles journaliers parfois mal reproduits. La prévision des concentrations de matière organique semble demeurer le principal point d’amélioration des travaux de modélisation, avec des simulations moyennes de 2 à 10 fois inférieures aux observations, en raison de la difficulté de paramétrisation des phénomènes de formation des aérosols organiques secondaires ainsi qu’à la nécessité d’une meilleure prise en compte des sources riches en composés organiques semi-volatiles (typiquement, chauffage au bois).   Les études de sources ayant pu être réalisées en 2013, notamment par application de la Positive Matrix Factorization aux mesures sur filtres, confirment les points suivant : - parmi les sources locales, la combustion de biomasse est celle qui influence le plus les niveaux de PM10 ; - la contribution directe des émissions primaires du transport routier (échappement, pneus, freins) est relativement stable (de l’ordre de 10-15%) au cours de l’année ; - les aérosols secondaires peuvent représenter jusqu’à 70% des PM10 lors des épisodes printaniers ; - en aucun cas, les aérosols naturels ainsi que le salage des routes ne peuvent être considérés comme responsables des dépassements du seuil journalier de 50μg/m3 sur les sites étudiés.   Enfin, les résultats (satisfaisants) obtenus lors de l’exploitation d’une comparaison inter-laboratoire européenne pour la mesure de traceurs organiques de combustion de biomasse ainsi que les activités de support aux AASQA et d’animation d’un nouveau groupe de travail sont également présentées ici.

Un premier exercice d’intercomparaison de modélisation a été mené en mode aveugle sur un quartier du centre ville de Reims par des AASQA volontaires. Cet exercice n’a malheureusement pas rencontré le succès escompté, ne suscitant qu’une participation limitée. Il a cependant permis d’initier les AASQA à ce type d’exercice ; il est donc attendu que les intercomparaisons futures rassemblent davantage de participants. Les conclusions de l’exercice montrent que de manière générale, peu de variabilité est constatée entre les différentes simulations, ce qui constitue le premier résultat de cette étude. Concernant le NO2, les modélisations montrent une sous-estimation systématique des concentrations mesurées. Les meilleures simulations ont été obtenues avec des données météorologiques complétées par des valeurs de nébulosité initialement manquantes ainsi qu’avec une reconstruction sur toute l’année de la pollution de fond à l’aide des stations existantes. Il y a peu de différences constatées entre les résultats fournis par ADMS URBAN et par SIRANE (version V2). Concernant les PM10, les modélisations montrent une sous-estimation moins importante que pour le NO2. Les biais constatés pour toutes les simulations sont faibles et l’indice de corrélation est élevé. La variabilité entre les modélisations est encore plus faible que pour le NO2. Les différences constatées entre les résultats fournis par ADMS URBAN et par SIRANE (version V2) sont également limitées. Les valeurs mesurées par le biais des échantillonneurs passifs en NO2 montrent des concentrations beaucoup plus fortes que celles indiquées par les résultats de modélisation. Le réajustement des valeurs mesurées aux tubes par l’erreur constatée au point du camion laboratoire ne permet pas d’expliquer des différences aussi importantes. L’intérêt d’une comparaison des résultats de modélisation aux valeurs mesurés par ce type de capteur est ici remis en question et appelle des approfondissements ultérieurs.

L'étude des performances des appareils de mesure est une mission pérenne du LCSQA/INERIS. Ce rapport 2009 est dédié au préleveur de particules de type MicroVol (distribués en France par Ecomesure). Les PM (PM10 et PM2.5) occupant aujourd'hui une place prioritaire dans le cadre de la surveillance de la qualité de l'air, la mesure indicative de ces polluants constitue un réel besoin. Parmi les outils potentiellement intéressants pour réaliser ce type de mesure, l'échantillonneur de PM de type MicroVol présente un certain nombre d'avantages: bas prix, léger et peu encombrant, pouvant être installé directement à l'extérieur, et permettant de réaliser en plus de la pesée des filtres, des analyses chimiques des particules prélevées. Ce rapport permet de réaliser un premier bilan de l'utilisation, assez limitée, de cet instrument par les Associations Agrées de Surveillance de la Qualité de l'Air (AASQA), et de présenter des tests réalisés à l'INERIS sur la tenue du débit. Outre les avantages cités plus haut, sa facilité d'utilisation et son faible bruit sont mis avant. Par ailleurs, les premiers tests réalisés par les AASQA indiquent généralement une bonne corrélation entre les mesures gravimétriques réalisées à l'aide de ce préleveur et les mesures par TEOM-FDMS. L'utilisation du MicroVol pour l'étude de variations relatives des PM en air ambiant semble donc envisageable. Néanmoins, en raison de son faible débit (3 L/min pour les PM10), l'échantillonnage par MicroVol doit être réalisé sur une période relativement longue (quelques jours), ce qui implique une alimentation sur secteur, par le biais de panneaux solaires, ou d'une autre batterie que celle proposée avec l'instrument. La durée de l'échantillonnage semble également être à l'origine d'une perte, par re-volatilisation, d'espèces semi-volatiles au cours du prélèvement. Parmi les optimisations envisageables, le montage en aval de la tête de coupure d'un collecteur d'eau permettrait de protéger le débitmètre (très sensible à l'humidité) ; et la mise en place de supports spécifiques semble nécessaire à l'installation sécurisée de l'instrument en extérieur. Un autre point important est la faible résistance de l'instrument aux basses températures, ATMO-Rhône-Alpes ayant constaté plusieurs problèmes techniques durant les prélèvements hivernaux. Enfin, en vue de la réalisation d'études de cartographie, le prélèvement simultané de PM sur filtres et de composés gazeux sur cartouches apparaît comme envisageable, l'ajout d'une cartouche en aval du porte-filtre, tel que développé à l'INERIS, n'entraînant pas de perte de charge rédhibitoire au bon fonctionnement de l'instrument (pour une utilisation aux alentours de 20°C).

Le présent rapport recense les principaux résultats obtenus en 2012, dans le cadre du programme CARA, du dispositif national de surveillance de la qualité de l’air. Après une description du contexte de ce programme, les différentes actions du cahier des charges défini avec les AASQA et le Ministère en charge de l’environnement sont reprises une à une. Ce bilan accompagne différents rapports et notes disponibles sur le site web du LCSQA (www.lcsqa.org/rapports). En outre, une synthèse de différentes études d’épisodes nationaux de pollution aux particules réalisées dans le cadre du programme CARA depuis 2008 a pu être proposée à la revue Pollution Atmosphérique et publiée au sein de son numéro spécial « Particules » de novembre 2012. Cette synthèse est reprise en Annexe A du présent rapport. Les résultats présentés ici confirment en particulier le rôle majeur joué par les conditions météorologiques hivernales et printanières sur les dépassements de valeurs limites fixées pour les PM. Ces conditions favorisent notamment l’accumulation des émissions anthropiques (en particulier la combustion de biomasse) lors de phénomènes d’inversion thermique prononcée en début et milieu d’hiver, ainsi que la formation d’aérosols secondaires (en particulier de nitrate d’ammonium) lors d’épisodes photochimiques de large échelle en fin d’hiver et début de printemps. Par ailleurs, l’étude initiée en 2011, en collaboration avec l’Observatoire Réunionnais de l’Air, a été finalisée en 2012. Le LCSQA/INERIS avait été sollicité courant 2011 pour réaliser une estimation du rôle joué par les sels de mer sur les dépassements systématiques de valeurs limites de PM10 au niveau de la station Bons Enfants. Sur la base de ces résultats, cette station a pu être sortie du contentieux Européen pour non-respect des valeurs limites. Concernant l’influence du salage-sablage sur les niveaux de PM en site de proximité automobile, une étude réalisée en 2012 avec Air Rhône-Alpes et le LGGE a notamment permis de réaliser des tests de sensibilité de différentes modalités de calcul, en vue de l’élaboration d’un guide méthodologique d’ici fin 2013. Quelque soit la méthode de calcul envisagée, le salage a un impact relativement faible sur le nombre de dépassements du seuil journalier fixé pour les PM10 sur le site trafic étudié en milieu urbain, et un impact significatif sur le site situé aux abords d’une autoroute de montagne (présentant néanmoins peu de dépassements du seuil journalier, par comparaison au premier). Le présent rapport consacre également une large place à la mise en oeuvre d’étude de type « modèles récepteurs », en particulier sur les sites urbain de fond de Lens et Rouen - Petit Quevilly. Concernant les sources primaires régionales, on retiendra l’importance de la combustion de biomasse (environ 15% en moyenne annuelle), ainsi que des activités anthropiques liées à la combustion de fioul lourd sur ces deux sites. Enfin, les activités de veille bibliographique et technique, ainsi que d’accompagnement aux travaux de recherche sont également présentées ci-dessous.