Etude des dérivés nitrés et oxygénés des HAP à Grenoble

Depuis plusieurs années, le LCSQA et l’INERIS travaillent sur les dérivés nitrés et oxygénés des HAP en raison notamment des enjeux sanitaires associés. Une étude de 23 HAP, 27 dérivés oxygénés (OHAP) et 32 dérivés nitrés (NHAP) a été réalisée durant l’année 2013 sur un site urbain de Grenoble.
Les résultats obtenus ont permis d’apporter des éléments de connaissances sur les concentrations atmosphériques de ces composés toxiques incluant leur variabilité saisonnière, leur partition gaz/particule, leur impact sanitaire (évaluation du risque cancérigène) ainsi que leur sources primaires et/ou secondaires, notamment en période pic de particules.
Ils permettront à terme de mieux appréhender la contribution des HAP en tant que précurseurs d’AOS (aérosol organique secondaire) en milieu urbain.
Ce travail est le premier d’envergure aux niveaux français et européen sur l’étude des NHAP et OHAP dans l’air ambiant. Il n’existe pas à ce jour d’équivalent au niveau international.

Une étude sans précédent

L’étude des concentrations de 23 HAP, 27 HAP oxygénés (OHAP) et 32 HAP nitrés (NHAP) a été réalisée durant une année complète sur le site urbain des Frênes à Grenoble. Les concentrations ont été déterminées simultanément sur la phase gazeuse et la phase particulaire (PM₁₀) (1 prélèvement tous les 3 jours). Ce travail, réalisé en partenariat avec Air Rhône-Alpes pour la collecte des échantillons, est le premier  aux niveaux français et européen sur l’étude des NHAP et OHAP dans l’air ambiant et n’a pas d’équivalent au niveau international. Il fait également partie intégrante d’un travail de thèse sur la photo-réactivité des HAP et leur potentiel de formation d’AOS en milieu urbain (Sophie Tomaz, Université Bordeaux, EPOC-LPTC / INERIS).

Les variations saisonnières

Les résultats obtenus ont montré que les concentrations moyennes totales (phase gazeuse + particulaire) des HAP (Σ₂₃HAP) et des OHAP (Σ₂₇OHAP) étaient du même ordre de grandeur et d’environ une dizaine de ng.m^-3tandis que celles des NHAP (Σ₃₂NHAP) étaient 50 à 100 fois moins importantes et de l’ordre de la centaine de pg.m^-3. Les concentrations des HAP, OHAP et NHAP étaient de 5 à 7 plus élevées en période « froide » (octobre à mars) par rapport à la période dite « chaude » (avril à septembre). Cette variabilité peut être expliquée par l’augmentation des émissions primaires de ces composés en hiver due aux activités de chauffage. Elle est également conditionnée par les conditions climatiques avec en hiver une stagnation des polluants entrainant leur accumulation due la formation fréquente de couches d’inversion et en été, une baisse des concentrations de ces composés due à la forte activité photochimique entrainant leur dégradation dans l’atmosphère.

L’origine primaire ou secondaire des NHAP dans l’atmosphère a été appréhendée à l’aide de l’étude du rapport 2-NFlt/1-NP (2-Nitrofluoranthène/1-Nitropyrène). La ville de Grenoble semble un cas particulier, car en hiver, la stagnation des polluants (inversions thermiques) favorise les processus chimiques entrainant la formation secondaire des NHAP (et probablement OHAP) alors que les études disponibles dans la littérature ont montré que la formation secondaire des NHAP est prépondérante en été.

Evolution annuelle (2013) des concentrations atmosphériques de Σ₂₃HAP, Σ₂₇OHAP, Σ₃₂NHAP et PM₁₀ sur le site urbain Les Frênes de Grenoble

L’évaluation de l’impact sanitaire

Une évaluation du risque cancérigène associé à l’inhalation du mélange des HAP et de leurs dérivés a été réalisée. Les HAP représentent la plus grande part du risque total cancérigène mais la contribution des OHAP et NHAP peut représenter jusqu’à 24 %. A noter que le nombre de composés utilisés dans le calcul (1 OHAP et 10 NHAP) est 2 fois moins important par rapport aux HAP parents (21 composés) et les concentrations des NHAP environ 100 fois moins importantes.

L’évaluation de risque présentée ici est certainement minimisée car l’aspect mutagène n’a pas été considéré. Les dérivés oxygénés et nitrés sont des composés mutagènes beaucoup plus puissants que leurs HAP parents.

Les concentrations lors des épisodes de pollution aux particules

Les pics de particules observés lors des mois de février-mars et décembre 2013 correspondent aux concentrations maximales annuelles des HAP, OHAP (décembre) et NHAP (février-mars et décembre). Lors du pic de décembre, les concentrations de Σ₂₇OHAP étaient même supérieures à celles de Σ₂₃HAP. Durant ces évènements, l’accumulation des polluants a probablement favorisé les processus chimiques et la formation secondaire de composés tels que les OHAP et les NHAP. Enfin, les résultats obtenus ont permis de montrer que les périodes de fin d’hiver et début du printemps semblent être celles les plus propices à la formation secondaire de NHAP et OHAP et certainement de l’AOS issus des HAP en lien avec les conditions photo-oxydantes favorables (pics de PM explicités par la forte proportion de NH₄NO₃, composé secondaire inorganique), des émissions primaires de HAP parents toujours importantes (chauffage résidentiel) et une dispersion des polluants limitée.

L’étude de ce type de composés permet au dispositif national de surveillance de la qualité de l’air de porter dans les instances européennes l’expérience avant-gardiste française sur ces composés d’intérêt.

Le rapport d’étude sera prochainement disponible sur le site www.lcsqa.org« Etude des dérivés nitrés et oxygénés des HAP (NHAP et OHAP) dans l’air ambiant de Grenoble en 2013: variations saisonnières, concentrations, sources, partition gaz/particule et évaluation de risque cancérigène », Alexandre ALBINET et Sophie TOMAZ.

 

Pour plus d'information : alexandre.albinet@ineris.fr