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Outre leurs propriétés physiques, les impacts sanitaires et environnementaux des particules sont fortement liés à leur composition chimique. Les méthodologies classiquement utilisées pour la caractérisation chimique des particules (prélèvements sur filtre) se prêtent mal à l’étude approfondie des particules submicroniques, en raison notamment des faibles concentrations massiques mises en jeu au regard des incertitudes de mesure inhérentes à l’analyse différée. En revanche, ces dernières années ont vu l’émergence de techniques permettant l’étude en temps réel des principales espèces chimiques constituant l’aérosol anthropique, primaire et/ou secondaire (carbone suie, matière organique, sulfate, nitrate, ammonium, …). Ces techniques s’avèrent particulièrement intéressantes pour l’étude de la composition chimique des particules submicroniques : sensibilité analytique élevée, résolution temporelle fine, complémentarité de ces techniques entre elles et avec les analyseurs de type SMPS permettant une caractérisation quasi-exhaustive des propriétés physico-chimiques des particules (ultra-)fines. En France, ces techniques restent à l’heure actuelle mises en œuvre par des équipes de recherche, mais pourraient constituer rapidement des outils pertinents pour la surveillance en routine des espèces chimiques majeures et la détermination des principales sources anthropiques.

La présente étude, réalisée en partenariat avec Air Normand et le Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE), a été initiée en 2010, avec pour principal objectif l’élaboration d’une base de données détaillée permettant la réalisation d’exercices de comparaisons mesures/modèles sur le long terme au niveau d’un site de fond urbain du territoire national. Elle est basée sur la caractérisation chimique d’échantillons journaliers de PM2.5 et PM10 prélevés en continu sur la station Petit Quevilly de l’agglomération Rouennaise. Un premier rapport d’étape, relatif aux résultats obtenus pour la période comprise entre avril et septembre 2010, est disponible sur le site web du LCSQA[1]. L’analyse de cette période estivale, peu propice au développement d’épisodes de pollution particulaires, a permis de confirmer la tendance des modèles prévisionnistes opérationnels (dans le cas présent : modèle CHIMERE utilisé au sein du système PREV’AIR, www.prevair.org) à la sous-estimation de la fraction organique, partiellement compensée par la surestimation globale des espèces inorganiques secondaires au sein des particules fines. Cette première analyse semblait également indiquer une surestimation de la fraction grossière par le modèle au niveau du site étudié. La présente note vise à présenter la base de données disponible à la fin de l’année 2012. En accord avec Air Normand, les prélèvements d’échantillons journaliers se poursuivront a minima jusqu’au printemps 2013. Néanmoins, en raison du coût et du caractère chronophage de l’analyse différée systématique de filtres journaliers ainsi que de la survenue de problèmes techniques sur les chaînes analytiques au dernier trimestre 2011 et premier trimestre 2012, seuls les filtres prélevés jusqu’au mois octobre 2011 ont pu être analysés à ce jour. Par ailleurs, la base de données correspondante n’ayant été validée qu’au cours de l’été 2012, il n’est pas possible de présenter ici des résultats de comparaisons mesures/modèles supplémentaires par rapport à ceux réalisés précédemment[1]. En revanche, l’analyse de quelques traceurs organiques et métalliques non-envisagés initialement a d’ores et déjà permis d’appliquer un modèle statistique (de type PMF, pour « Positive Matrix Factorization ») visant à identifier et quantifier les principales sources responsables des niveaux de concentrations de PM10 enregistrés entre octobre 2010 et octobre 2011. [1]Caractérisation chimique des particules: comparaison modèle/mesure (B. Bessagnet, F. Meleux, O. Favez et L. Chiappini). Ref. INERIS: DRC-10-111579-01718A.

Dans la ville de Saint Pierre, l’observatoire réunionnais de l’air (ORA) dispose de deux stations urbaines de surveillance de la qualité de l’air situées respectivement dans l’enceinte de la crèche de « Bons Enfants » (désignée BON ci-après) et de l’école élémentaire « Luther King » (désignée LUT ci-après). Chacune de ces stations a été équipée d’un analyseur automatique de PM10 de type TEOM-FDMS en cours d’année 2007. Depuis cette date, l’ORA observe des dépassements systématiques des valeurs limites de PM10 fixée par la Directive européenne 2008/50/CE sur la station BON, à l’inverse de la station LUT (alors que ces deux stations de fond urbain ne sont distantes que d’environ 1km). Après avoir vérifié les aspects métrologiques en fin d’année 2007, l’ORA a recherché les facteurs environnementaux susceptibles d’influencer de manière distincte ces deux stations. Il s’avère que la station BON est située plus près du littoral que la station LUT, et en aval d’une barrière de corail. Sur la base d’observations in situ et d’analyses chimiques ponctuelles, l’ORA a mis en avant dès 2008 le rôle probablement majeur joué par les embruns marins dans la survenue des dépassements de valeurs limites à BON. Ces arguments ont été fournis à la Commission Européenne, mais cette dernière les a jugés insuffisants. C’est dans ce contexte que le ministère en charge de l’environnement a sollicité le LCSQA/INERIS en 2011. La présente note rend compte des premiers résultats de spéciation chimique réalisée sur des échantillons journaliers de PM10 prélevés sur filtres au deuxième semestre 2011. Les dépassements du seuil journalier de 50µg/m3 en PM10 ayant pu être étudiés entre septembre et novembre 2011 sur la station BON (soit 19 dépassements sur 41 durant l’année civile 2011) sont attribuables, sans aucune ambigüité, aux embruns marins. Par ailleurs, les résultats obtenus mettent en évidence une bonne homogénéité des niveaux de particules d’origine anthropique entre les stations BON et LUT, ainsi que  le rôle majeur joué par les sels de mer sur la différence des concentrations de PM10 enregistrés sur ces deux stations. Sur cette base, une méthode empirique simple de « rétro-estimation » de la contribution des embruns marins à BON a pu être proposée. L’application de cette méthodologie à l’ensemble de la période 2008-2011 suggère la conformité de la station BON vis-à-vis des valeurs limites définies par la Directive 2008/50/CE au cours de ces quatre dernières années, après retranchement de la contribution de la source marine. Cette analyse doit encore être validée, notamment à l’aide des prélèvements et mesures à réaliser au cours du premier semestre 2012

Suite à la Directive européenne intégrée 2008/50/CE imposant la spéciation des PM2.5 en site rural et en l’absence actuelle de norme sur l’analyse du carbone organique et élémentaire, le Laboratoire Central de Surveillance de la Qualité de l’Air (LCSQA) a décidé d’organiser un essai de comparaison interlaboratoires avec les laboratoires français réalisant ce type d’analyse en routine et utilisant des instruments thermo-optiques pressentis comment méthode standardisée pour la future norme européenne.Cet essai confirme la bonne maîtrise globale du processus analytique du carbone organique et élémentaire par ces laboratoires, les coefficients de variation de la répétabilité intra-laboratoire n’excèdent pas de manière générale 10%.L’incertitude élargie n’excédant pas les 40% (et majoritairement inférieure à 20%) indique de plus une bonne reproductibilité entre les participants pour l’ensemble des résultats traités avec une correction optique en transmission de la pyrolyse du carbone organique. Le traitement des résultats avec une correction optique en réflectance par un des participants (qui l’utilise en routine) révèle en revanche une plus grande dispersion des résultats et rappelle la nécessité de l’élaboration d’une méthode normalisée.Ces résultats sont globalement similaires à ceux obtenus lors de précédents exercices d’intercomparaison d’analyse thermo-optique de EC/OC. Il est cependant à noter que d’autres exercices de comparaison inter laboratoires avaient mis en évidence une claire distinction entre les différents protocoles thermo-optiques, ce qui n’est pas le cas ici vraisemblablement en raison du faible nombre de participants.

Note apportant des éléments de compréhension aux épisodes de pollution survenus en début d'année 2011 (fin janvier - début mars). Il est important de rappeler que ces éléments sont basés sur un travail d’analyse et d'interprétation nous paraissant le plus adapté à ce stade de l’étude et réalisé sur une courte durée et nécessitant par conséquent d'être approfondi.

Dans le contexte de la Convention de Genève sur la pollution transfrontière, le programme européen EMEP s'intéresse à la surveillance de la qualité de l'air et des dépôts dans les zones éloignées de sources de pollution. En 2008/2009, une série de campagnes de mesure ont été organisées en Europe dans le cadre de ce programme. Ces campagnes visaient notamment à acquérir de nouvelles données sur la composition chimique des aérosols en milieu rural avec un objectif final d’amélioration des modèles. Outre les appuis techniques et stratégiques à la réalisation des mesures, le Laboratoire Central de Surveillance de la Qualité de l’Air (LCSQA) y voyait également l’opportunité de comparer différentes méthodes d’échantillonnage afin de tester in-situ les méthodologies de prélèvement et d'analyse des PM2.5 développées dans le cadre de la fiche « caractérisation chimique des particules » en vue de la spéciation chimique nécessaire dans le cadre de la nouvelle directive et devant être mise en œuvre au 1er janvier 2010. En particulier, la mise en œuvre simultanée de prélèvements bas-débits et hauts-débits avait pour objectif d’élaborer des recommandations sur le type de matériel nécessaire pour cette mesure. C’est dans cette optique que le LCSQA/INERIS a participé à la campagne de terrain organisée à Peyrusse-Vieille en début d’année 2009. Le présent rapport vise à synthétiser les résultats de ces travaux. Il s’attache notamment à la comparaison de prélèvements réalisés à l’aide d’échantillonneurs bas-débit et haut-débit, ainsi qu’à l’étude de la composition chimique des PM2.5 au cours de la campagne. Une très bonne correspondance a pu être observée tout au long de la campagne entre les prélèvements réalisés à l’aide d’un préleveur de type DA-80 (fonctionnant à 30 m3/h) et ceux réalisés à l’aide d’un préleveur de type Partisol+ (fonctionnant à 1 m3/h). Une conclusion marquante de cet exercice d’inter-comparaison est que, malgré une vitesse faciale de prélèvement plus importante (de l’ordre de 3 fois supérieure pour un DA-80 par rapport à un Partisol+), les concentrations de composés semi-volatiles, et notamment de nitrate d’ammonium, obtenues à l’aide d’un échantillonneur haut-débit sont comparables à celles obtenues à l’aide d’un échantillonneur bas-débit. Par ailleurs, les quantités de matière échantillonnées par unité de surface sur les filtres hauts-débits sont environ trois fois supérieures à celles échantillonnées sur les filtres bas-débits, permettant d’obtenir une meilleure précision sur la mesure des espèces présentes en faibles quantités dans l’aérosol (e.g. Na+, Ca2+, Mg2+ et K+). Le rôle majeur joué par la matière organique dans les PM2.5 tout au long de la campagne est à souligner. Cette fraction organique représente en moyenne 45% des espèces mesurées. Les résultats présentés dans ce rapport suggèrent une influence prépondérante des émissions régionales par combustion du bois sur ces concentrations hivernales de matière organique.