Bilan des deux premières années de mesure des PM10 ajustées en France et évaluation des outils de modélisation

Jusqu'au 1er Janvier 2007, la surveillance opérationnelle des PM10 était réalisée en France par des systèmes de mesure automatique de type TEOM ou jauge Bêta. Cependant la sous-estimation des niveaux de PM10 mesurés par ces méthodes par rapport à la méthode de référence EN 12341 est un artefact très connu. Cette sous-estimation est liée à la perte de composés volatils par les TEOM et les jauges Bêta.
La Commission Européenne a réclamé, pour l'ensemble de l'Europe, la mise à niveau des mesures de PM10, afin de respecter les prescriptions de la directive, avec une date butoir au 1er janvier 2007. L’application d’un facteur correctif aux données des TEOM ou des jauges Bêta n’est pas apparue pertinente, étant donné la complexité de la relation entre ces types de mesures et la méthode de référence. Dans le même temps, des solutions techniques ont fait leur apparition, et une démonstration d'équivalence a pu être réalisée pour deux outils :

• le TEOM-FDMS de Thermo R&P, pour la mesure des PM10 et des PM2.5,
• la jauge radiométrique MP101M-RST d’Environnement SA pour la mesure des PM10.

La problématique a alors évolué vers la question de leurs modalités d’intégration au sein du système de surveillance français. Les réflexions et divers travaux du LCSQA ont permis d’élaborer une stratégie nationale d’intégration et de déploiement de ces nouveaux outils, tout en répondant à un impératif de mise en œuvre à partir du 1er janvier 2007.
Depuis cette date, les associations agréées de surveillance de la qualité de l’air ont équipé une partie de leurs sites de TEOM-FDMS et de jauges Bêta RST en plus des TEOM ou jauge Bêta déjà installés. Ces sites dits "de référence" fournissent la mesure de deux variables :

• la concentration en PM10 (concentration mesurée par TEOM-FDMS ou jauge Bêta RST),
• la concentration de PM10 non volatiles (concentration mesurée par TEOM ou jauge Bêta).

L’écart entre ces deux concentrations est appelé "delta". Sur les autres sites, qui ne mesurent que la concentration de PM10 non volatiles, la concentration de PM10 est estimée en ajoutant le delta d’un site de référence adéquatement choisi. On parle de concentration "ajustée". Pour les années antérieures à 2007, il n’existe pas de mesures pour réaliser un tel ajustement. Une méthode d’ajustement qui utilise la fraction volatile modélisée par le modèle CHIMERE a donc été proposée.
La présente étude dresse un bilan des deux premières années de fonctionnement de l’ajustement opérationnel de PM10.
La première partie est consacrée à l’impact quantitatif de l’ajustement sur les niveaux de PM10 mesurés. Le bilan exhaustif des dépassements des valeurs limites annuelle et journalière est établi pour les années 2007 et 2008 et comparé à celui qui aurait été obtenu sans ajustement. Cet ajustement a pour effet d’augmenter significativement le nombre de dépassements, qu’il s’agisse du dépassement de la valeur limite annuelle (de 2 à 11 sites sur un total de 291 en 2007 ; de 1 à 7 sites sur un total de 283 sites en 2008*) ou de la valeur limite journalière qui se révèle la plus contraignante (de 7 à 75 sites sur 291 en 2007 ; de 4 à 24 sites sur 283 en 2008*).
* chiffres non réglementaires établis sur les périodes pour lesquelles les données de PM10 non volatiles et de PM10 sont simultanément disponibles.

La cohérence spatiale des deltas utilisés pour l'ajustement des mesures de PM10 non volatiles est examinée dans la seconde partie. Cette étude met en évidence :

• des zones relativement homogènes : Normandie, Picardie, Île de France, Centre, Pays de Loire
• une zone très hétérogène : le pourtour méditerranéen
• des hétérogénéités dans les autres régions, plus ou moins prononcées selon les périodes.

Elle montre également des disparités, dont il serait intéressant d’analyser l’origine, entre les sites de référence équipés de couples Bêta-Bêta-RST et les sites de référence équipés de couples TEOM-TEOM-FDMS.

La troisième partie a eu pour objet d'étudier le positionnement de la modélisation déterministe par rapport aux mesures de PM10 non volatiles et de PM10 réalisées sur les sites de référence. Les niveaux de PM10 des années 2007 et 2008 sont resimulés avec le modèle CHIMERE et des données météorologiques analysées. Les concentrations en PM10 issues du modèle CHIMERE ont été validées sur leur composante volatile ce qui a permis de déduire une méthode de correction des PM10 par modélisation pour les années 2005 et 2006. Cette méthode de correction a été améliorée en prenant en compte la composante nitrate d’ammonium modèle mais également un coefficient supplémentaire permettant d’annuler le biais sur le jeu de données disponible en 2007 et 2008. Ainsi, la méthode de correction par le modèle CHIMERE calculée sur la période 2007-2008 appliquée aux données 2005 et 2006 donne un nombre de stations en dépassement de 63 en 2005 et 94 en 2006.

Les fichiers d’ajustement par le modèle des concentrations de PM10 non volatiles issues des TEOM et jauges Bêta pour les années 2005, 2006 sont disponibles sur le site www.lcsqa.org.