Recherche pour PM10

Les procédures de raccordement des mesures aux étalons de référence nationaux mis en place par le LCSQA-IMT Lille Douai depuis plusieurs années, permettent aux Associations Agréées pour la Surveillance de la Qualité de l’Air (AASQA) de vérifier le bon fonctionnement de leurs appareils de mesure automatiques (AMS) utilisés pour la surveillance réglementaire des particules en suspension dans l’air ambiant. Le présent rapport présente les bilans des années 2017 à 2020 des contrôles de paramètres métrologiques suivants : Débit de prélèvement, constante d’étalonnage et linéarité pour les microbalances à variation de fréquence de marque américaine Thermo Scientific modèle 1400AB + FDMS 8500C et modèle 1405-F (appareils distribués en France par la société Ecomesure) ; Cale étalon et linéarité de réponse pour les jauges radiométriques (communément appelées « jauges bêta ») de marque française ENVEA (anciennement Environnement SA) modèle MP101M et de marque américaine MetOne modèle BAM 1020 (appareils distribués en France par la société Envicontrol). Les résultats montrent que l’ensemble des spécifications fixées ont été globalement respectées depuis 2018 et que les moyens mis en œuvre ont permis d’identifier les dysfonctionnements d’un appareil parmi l’ensemble des analyseurs et moyens d’étalonnage contrôlés. L’efficacité de cette « chaîne de contrôle pour la mesure réglementaire des particules » mise en place par le LCSQA-IMT Lille Douai peut être qualifiée de très satisfaisante. Ce bilan a également permis d’effectuer une analyse du parc instrumental entre les années 2016 et 2020, mettant en évidence un accroissement du taux de mise au rebut par les AASQA des microbalances à variation de fréquence modèle TEOM 1400AB au profit de l’utilisation de techniques plus robustes ou à dynamique de mesures plus élevée comme notamment les jauges radiométriques BAM 1020 et les granulomètres par diffusion lumineuse FIDAS 200 E (de marque PALAS, distribuée en France par ADDAIR).     Traceability and check of AMS used for regulated monitoring of particles in ambient air The scheme for traceability of the measurements to national reference standards established by the French National reference laboratory (LCSQA-IMT Lille Douai) provide to Air quality monitoring Networks (AASQA) a mean to check the correct operation of AMS used for regulated monitoring of particles in ambient air. This report presents a synthesis of the metrological tests done between 2017 and 2020 for the following parameters: Sampling rate, calibration constant and linearity of microbalances model 1400AB + FDMS 8500C and model 1405-F made by the American company Thermo Scientific and distributed in France by Ecomesure; Control of reference span membrane and linearity for radiometric gauges model MP101M of the French company ENVEA and model BAM 1020 of the American one Met One (distributed in France by the company Envicontrol). Results show that the overall specifications were respected since 2018 and that the implemented scheme allows to identify malfunction on a device among the tested ones. The "control chain for particles monitoring" implemented by the French National reference laboratory (LCSQA-IMT Lille Douai) is well adapted and efficient. In addition, the report presents an analysis of the distribution of approved particle analyzers between 2016 and 2020, showing an increase of the rejection rate concerning oscillating microbalance model TEOM 1400 AB in favor of more robust techniques or devices with higher temporal dynamic (like radiometric gauges BAM 1020 or light diffusion granulometer FIDAS 200 E).  

Le LCSQA-IMT Lille Douai assure un rôle de conseil, de transfert de compétence et d’expertise vers les AASQA, soit directement, soit par l’intermédiaire de groupes de travail dans le domaine de la mesure des polluants métalliques dans les particules atmosphériques. En 2020, ce travail inclut l’analyse de filtres vierges en fibre de quartz précommandés par les AASQA et achetés en lots par SynAir’GIE. Cette année, 2 lots de filtres en fibre de quartz QMA Whatman GE (1300 filtres) et 1 lot de filtres QAT-UP Palflex (825 filtres) ont été contrôlés et caractérisés chimiquement vis à vis de leurs teneurs en métaux et métalloïdes. Les 3 lots testés ont été validés car les teneurs des 4 métaux réglementés mesurés sur les filtres vierges testés étaient du même niveau que les lots des années précédentes.   Quality check and technology watch of filters used for metals monitoring in PM10 LCSQA-IMT Lille Douai plays an advisory role, transferring skills and expertise to AASQA, either directly or through working groups in the field of measuring metal pollutants in atmospheric particles. In 2020, this work includes the analysis of virgin quartz fiber filters pre-ordered by the AASQA and purchased in batches by SynAir’GIE. This year, 2 batches of QMA Whatman GE quartz fiber filters (1300 filters) and 1 batch of QAT-UP Palflex filters (825 filters) were controlled and chemically characterized for their metal and metalloid contents. The 3 batches tested were validated as their contents for the 4 regulated metals measured on the virgin filters were at the same level as the previous years’ batches.

Ce rapport présente les résultats du suivi en continu de l’adéquation des systèmes automatisés conformes pour la mesure des PM en France avec la méthode de référence. Cette action, demandée par l’arrêté du 19 avril 2017 relatif au dispositif national de surveillance de la qualité de l'air, a été effectuée en accord avec les exigences de la norme NF EN 16450 encadrant l’utilisation des systèmes de mesure automatisé des PM. Le bilan des campagnes réalisées de 2015 à 2017 sur une douzaine de sites répartis sur le territoire national est présenté ici. Il fait suite aux deux bilans réalisés sur la période 2013-2016 et 2011-2014. A ce stade, les base de données utilisées ne remplissent pas encore l’intégralité des exigences de la norme (notamment en termes de nombre et de répartitions des données). Par conséquent, ce rapport ne doit pas conduite à des conclusions définitives sur le suivi de l’adéquation des AMS à la méthode de référence ou sur la nécessité d’appliquer des fonctions de correction, mais indique des tendances sur leurs performance. Les résultats obtenus pour la période 2015-2017 sont assez cohérents avec les tendances du bilan précédent. Les résultats sont résumés dans le tableau ci-dessous. Modèles d’appareils conformes pour la surveillance des PM Respect des critères de la norme en termes de résultats Respect des exigences encadrant l’application d’une fonction de correction PM2,5 PM10 Amélioration des résultats après correction Base de données (80 paires de données/site/an, nombre de valeur haute > 20%) BAM 1020 Oui Non Non Non MP101M Non Oui Non Non TEOM FDMS 8500 Non Oui Non Non TEOM FDMS 1405 Non Oui Non Non FIDAS 200 (site de fond urbain) Non Non Non Non A l’issue des campagnes de 2018, l’application ou non d’une fonction de correction aux données produites par les AMS PM déclarés conformes à la méthode de référence en France pourra être discutée sur la base des résultats obtenus entre 2016 et 2018 conformément aux prescriptions de la norme prEN 16450.

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.

L’absorption de rayonnement bêta et la mesure par variation de fréquence constituent à ce jour les 2 techniques usuelles en AASQA pour la mesure automatique de la concentration massique des particules en suspension dans l’air ambiant. Ceci est la conséquence de la démonstration d’équivalence obtenue en 2006, confirmée en 2008, 2010 et 2011 par les exercices d’intercomparaison sur site menés par le LCSQA. Concernant les jauges radiométriques Bêta, le système centralisé de gestion administrative des sources radioactives mis en place depuis 2010 a facilité les démarches administratives pour les AASQA. Compte tenu du redéploiement technique en vue de respecter l’échéance de 2013 fixée par la Directive 2008/50/CE sur la conformité des techniques de mesure, des AASQA ont adopté cette technique ou envisagent de le faire. Ce rapport est une version provisoire (soumise à validation de la CS « Mesures automatiques » et du CPS) du guide technique de recommandations concernant la mesure des particules PM10 et PM2.5 dans l’air ambiant par l’utilisation d’une jauge radiométrique par atténuation de rayonnement bêta. Les jauges radiométriques homologuées actuellement sur le sol français pour la surveillance réglementaire des particules dans l’air ambiant sont : - La BAM 1020 de Met One Instruments, Inc ; - La MP101M d’Environnement SA. Ce guide doit fournir une aide aux utilisateurs en leurs fournissant une première liste de procédures à mettre en oeuvre ainsi qu’un échéancier à respecter pour permettre le bon fonctionnement de l'outil en routine. Il a été rédigé sur la base des documents et échanges avec les constructeurs et/ou distributeurs français ainsi qu’à partir du retour d’expérience du personnel des AASQA (journées techniques des AASQA, journées utilisateurs, etc.). Il comprend pour chacun des appareils des éléments permettant d’effectuer une installation sur site conforme aux recommandations des constructeurs, de mettre en place les procédures de maintenances et de vérifications périodiques nécessaires au bon fonctionnement et de réaliser les contrôles QA/QC en adéquation avec la spécification technique XP CEN/TS 16450 « Air ambiant - Systèmes automatisés de mesurage de la concentration de matière particulaire (PM10, PM2,5) » de Juillet 2013 (2ème édition); . Par ailleurs il comprend en dernier lieu, une partie relative au rendu des résultats (validation et agrégation des données, calcul des incertitudes).

Un essai d’intercomparaison monopolluant portant sur la mesure de particules en continu à l’aide de TEOM 50 °C a été réalisé en septembre/octobre 2008 sur la station fixe de Creil. Il a réuni 6 participants : Air Normand Atmo Picardie Atmo Nord/Pas-de-Calais Lig’air Qualit’air Corse LCSQA/INERIS Cet exercice a mis en œuvre un système de dopage de particule développé au préalable par l’INERIS en collaboration avec LNIndustries et permettant une distribution homogène. La génération de particules est assurée par une combustion incomplète de propane. S’agissant d’une première expérience, cet exercice relevait également de l’étude de faisabilité. Sa durée exceptionnellement longue (2 mois) a permis de tester le dispositif et les analyseurs selon différentes configurations. Les différentes configurations d’essais ont conduit aux résultats suivants en terme d’intervalle de confiance relatif (ICR) à la valeur limite journalière de 50 µg/m3 : Intercomparaison des analyseurs TEOM dans l’air ambiant, en conditions de fonctionnement standard (données de mesures moyennées sur 1800s) : ICR = 10.5%. Intercomparaison des mêmes analyseurs (données de mesures moyennées sur 1800s), têtes PM10 coiffées d’éléments cylindriques alimentées, via un ventilateur, par de l‘air ambiant, afin d’apprécier l’influence du dispositif d’alimentation et de distribution : ICR = 7.6%. Intercomparaison des analyseurs TEOM avec dopage, têtes PM10 coiffées, données de mesures moyennées sur 300s : ICR = 11%. Intercomparaison des analyseurs TEOM avec dopage, têtes PM10 coiffées, données de mesures moyennées sur 1800s : ICR = 19%. Il en ressort que la qualité des mesures respecte les exigences de la Directive européenne en terme d’intervalle de confiance (25%) à la valeur limite journalière, quelle que soit la configuration d’essai considérée. Cette première expérience a permis de vérifier les performances du système de dopage mis en œuvre. Ce dernier devra néanmoins subir quelques modifications, notamment l’amélioration des conditions de fonctionnement du brûleur et l’optimisation du circuit de distribution, et autoriser la réalisation de niveaux de concentrations répétables, stables et plus nombreux.

Depuis 2007, une surveillance est effectuée par l’ensemble des AASQA de façon continue ou ponctuelle, pour le Pb, As, Cd et Ni dans les PM10 en accord avec les directives européennes (2008/50/CE et 2004/107/CE modifiées par la directive 2015/1480/CE). Les objectifs de l’IMT Lille Douai, au sein du LCSQA, sont d'assurer un rôle de conseil et de transfert de connaissances auprès des AASQA, de procéder à des travaux permettant de garantir la qualité des résultats, de participer activement aux travaux de normalisation français (AFNOR X43D) et européens (WG14, WG20, WG44), de réaliser une veille technologique sur les nouvelles méthodes de prélèvement et d’analyse susceptibles d’optimiser les coûts tout en respectant les objectifs de qualité et de participer à la valorisation des activités de surveillance et des études menées en collaborations avec les AASQA. En 2017, les travaux réalisés ont porté sur la fourniture de filtres vierges en fibre de quartz. Des filtres ont été achetés par lots et leurs caractéristiques chimiques ont été contrôlées, avant d’être redistribués aux AASQA sur simple demande de leur part. En 2017, 3 275 filtres en fibre de quartz (Pall et Whatman) ont été distribués auprès de 15 AASQA différentes. Le LCSQA IMT Lille Douai a également participé aux GT « Caractérisation chimique et sources des PM » et « Référentiel constituant » organisés en 2017. Il a enfin réalisé les analyses des métaux, métalloïdes et éléments majeurs dans des échantillons de PM10 collectés dans le cadre du programme CARA à Nogent sur Oise et Metz pendant l’année 2016. Le traitement statistique (ACP, PMF) de ces données doit permettre l’identification des principales sources de particules affectant la zone (site récepteur) et leurs contributions relatives à la masse des PM10.

Ce rapport présente les résultats du suivi en continu de l’adéquation des systèmes automatisés de mesurage (AMS) conformes pour la mesure des PM en France avec la méthode de référence. Cette action répond aux exigences de l’arrêté du 19 avril 2017 relatif au dispositif national de surveillance de la qualité de l'air, et a été effectuée en accord avec les exigences de la norme NF EN 16450 encadrant l’utilisation des AMS PM. Elle consiste en particulier à comparer, en continu et in situ, les AMS PM avec la méthode de référence. La norme prévoit notamment que les résultats de ces comparaisons, réalisées chaque année à partir des trois dernières années de mesure, puissent permettre de déterminer s’il est utile ou non d’appliquer une fonction de correction sur les mesures des AMS PM. Les résultats présentés dans ce rapport sont issus de l’analyse de données obtenues sur la période de trois ans entre 2016 et 2019, à partir d’une douzaine de site représentatifs de l’ensemble des conditions de mesures du dispositif national (typologie, climat, saison, source de particules), comme préconisée par la norme NF EN 16450 et en respect avec la note du LCSQA spécifiant la méthodologie adoptée par la France pour l’application de cette norme à l’échelle nationale. Il s’agit du premier bilan de trois ans répondant aux exigences de la norme NF EN 16450 en termes de nombre et de répartition des données. Il a été comparé et mis en perspective avec les deux bilans indicatifs de trois ans réalisés sur les périodes 2013-2016 et 2015-2017, ainsi qu’avec un bilan global regroupant l’ensemble des données acquises depuis 2013. Les conclusions portent uniquement sur la France métropolitaine, les DROM n’ayant pas encore fait l’objet de campagne de mesure validée. Dans ce cadre, la plupart des AMS PM sont en adéquation avec la méthode de référence et aucune correction des données n’est recommandée par le LCSQA. Un seul instrument, le MP 101M (ancien modèle), a montré une tendance à sous-estimer la mesure de la fraction PM2,5 pour les concentrations supérieures à 18 μg/m3 avec un écart à la méthode de référence entre 10 et 14%, au-delà des tolérances prescrites par la norme NF EN 16450. Aucune correction des données n’a été jugée pertinente puisque, d’une part, l’application d’une fonction de correction ne permet pas d’améliorer les résultats de cet instrument sur toute la gamme de mesure et que, d’autre part, cette sous-estimation n’a pas pu altérer significativement les valeurs moyennes annuelles ni modifier le nombre de dépassement de la valeur limite. En revanche, l’utilisation du MP101M pour la mesure des PM2,5 devra être discutée au sein du dispositif national de surveillance. Enfin, le TEOM FDMS 1405-F a montré les meilleures performances sur l’ensemble des campagnes de mesure depuis 2013 avec une variation très faible des résultats entre les différentes campagnes de mesures et des incertitudes de mesure très basses. Or, leur utilisation semble être à la baisse à cause notamment de ses coûts d’entretien et de maintenance. Ainsi, au vu de ces résultats, il semble dommageable que le taux d’utilisation de ce type d’instrument soit en baisse au niveau du parc des AASQA. Une remarque similaire peut être faite sur l’utilisation du BAM 1020 qui a montré de bonnes performances métrologiques et dont le taux d’utilisation pourrait baisser, dans le cadre des prochains renouvellements d’appareils.     On going verification of suitability of automated meausuring system with the referece method. 2016-2019 regulatory review and summary since 2013 This report presents the results of the verification of suitability of automated measuring systems (AMS) compliant for the measurement of PM in France by ongoing comparisons with the reference method. This action meets the requirements of the decree of April 19, 2017 relating to the national air quality monitoring system, and was carried out in accordance with the requirements of EN standard 16450 covering the use of AMS for the measurement of concentration of PM. It consists in a continuous and in situ comparison of the AMS PM with the reference method. In agreement with the standard the results of these comparisons, evaluated yearly using data accumulated over the previous 3-year period, allow to decide if AMS PM measurement have to be corrected by using a calibration function. The results presented in this report are based on the analysis of data obtained over the three-year period between 2016 and 2019, from twelve sites representative of all the measurement conditions of the national network (typology, climate , season, source of particles), as recommended by EN standard 16450 and in compliance with the LCSQA note specifying the methodology adopted in France for the application of this standard at the national scale. This is the first three-year review meeting the requirements of EN standard 16450 in terms of number and distribution of data. It has been compared and discuss with the two indicative three-year reviews carried out over the 2013-2016 and 2015-2017 periods, as well as with an overall assessment bringing together all the data acquired since 2013. The conclusions relate only to metropolitan France, as the French overseas departments and territories have not yet been the subject of a validated measurement campaign. In this context, most of the AMS PM are consistent with the reference method and no data correction is recommended by the LCSQA. Only one instrument, the MP 101M, tends to underestimate the measurement of the PM2.5 fraction for concentrations greater than 18 μg/m3 with a deviation from the reference method between 10 and 14%, beyond tolerances prescribed by EN standard 16450. No data correction was deemed relevant since, on the one hand, the application of calibration function does not improve the results of this instrument over the entire concentration range, and, on the other hand, taking this underestimation into account does not significantly alter the annual average values or modify the number of exceedances of the limit value. As a consequence, the use of MP101M for the measurement of PM2,5 should be discussed within the national monitoring network. Finally, the TEOM FDMS 1405-F has shown the best performances over all measurement campaigns since 2013 with very little variation in the results between the different measurement campaigns and very low measurement uncertainties. However, their use seems to be on the decline mainly because of its upkeep and maintenance costs. Thus, in view of these results, it seems damaging that the rate of use of this type of instrument is declining in the AASQA fleet. A similar remark can be made on the use of the BAM 1020 which has shown good metrological performance and whose rate of use could drop.