Mise en oeuvre d’un « modèle récepteur » de type PMF (« Positive Matrix Factorization ») pour l’identification et la quantification des principales sources de PM10 sur le site urbain de fond de Lens (Atmo Nord Pas de Calais)

Depuis 2011, le LCSQA s’est attaché à la mise en oeuvre d’outils statistiques, de type Positive Matrix Factorization, pour l’étude des principales sources de PM. La présente étude, réalisée en collaboration avec Atmo-Nord-Pas-de-Calais, le LCSQA/INERIS, le LCSQA/EMD, le LGGE et le LCME, revêt un double objectif.
Le premier est d’apporter une description aussi fine que possible des principales origines (par secteur d’activité, par secteur géographique, primaire vs. secondaire) des PM10 sur un site urbain de fond situé au coeur de la région Nord-Pas-de-Calais, soumise chaque année à des cas de dépassements du seuil journalier en PM10. Ce premier travail a donné lieu à la rédaction d’un article scientifique disponible en ligne. Une interprétation complémentaire, permettant de focaliser sur les épisodes de pollution, est proposée dans le présent rapport.
Le deuxième objectif est d’ordre méthodologique. Il vise à déterminer les avantages et inconvénients d’une stratégie différente, constituant à densifier le nombre de traceurs organiques (notamment HAP, alcanes et hopanes) sur une série de filtres moins dense (1 jour sur 6 pendant 1 an), pour un coût constant (environ 35k€ en ne comptant que les frais de consommables et d’analyses).
Les tests de sensibilité effectués sur ce deuxième jeu de données ne se sont pas révélés satisfaisants, la faiblesse de la série temporelle (60 jours) ne permettant pas d’obtenir une bonne stabilité des résultats.
En revanche, l’intégration de ces traceurs organiques pour l’ensemble de la série temporelle permet de consolider et d’affiner les résultats obtenus avec l’approche « PMF classique ». Les épisodes de pollution particulaire sont dominés par le nitrate d’ammonium (en fin d’hiver - début de printemps), ainsi que le sulfate d’ammonium et la combustion de biomasse (principalement entre Novembre et Février pour ces deux derniers facteurs). Si les émissions primaires du trafic automobile semblent représenter au maximum 10% des concentrations moyennes annuelles, l’influence de ce secteur sur la formation de nitrate d’ammonium est mise en exergue par la présence de traceurs métalliques caractéristiques des émissions véhiculaires au sein du facteur secondaire semi-volatile. L’impact direct du transport maritime et des activités côtières est difficilement quantifiable en raison du mélange de ses émissions avec des embruns marins, mais il peut également être estimé à 5-10% des PM10 en moyenne annuelle. L’influence de ses sources sur les niveaux relativement élevés de sulfate (en association avec l’ammonium ou avec les sels marins) reste à affiner. L’utilisation de traceurs organiques spécifiques (dont HAP soufrés), sur toute la série temporelle, permet l’identification d’une source de combustion de charbon (non identifiée avec les uniques traceurs métalliques). Cette dernière joue néanmoins un rôle mineur sur les niveaux de PM10, par comparaison aux émissions de combustion de biomasse.
Une originalité de cette étude repose sur l’estimation de la contribution des particules biogéniques (débris végétaux, mousses, lichens, …). Cette famille de sources semble contribuer à hauteur de 25% des PM10, en été. Néanmoins, la contribution de l’ensemble des particules naturelles (dont sels de mer et poussières terrigènes également) est avant tout significative pour les concentrations en PM10 les plus faibles.