Recherche pour PM10

Afin de distinguer et quantifier les sources des HAP particulaires, l’apport du couplage du modèle aethalomètre (mesure du black carbon, BC) avec les données de mesures des HAP particulaires au sein d’un modèle source -récepteur du type PMF (Positive Matrix Factorization) a été évalué. particulaires. Deux sites d’études ont été investigués comprenant un site de fond urbain, Talence, et un site de fond régional, SIRTA (25 km au sud -ouest de Paris). Les mesures de BC, HAP et PM10 ont été réalisées durant une année sur ces deux sites. En complément, une caractérisation étendue de la composition chimique des PM10 a été réalisée sur le site du SIRTA. L’analyse PMF a été réalisée de façon simplifiée avec seuls BC, HAP et PM10 comme données d’entrée sur les deux sites, et sur le jeu étendu de données chimique des PM du SIRTA (PMF « étendu ») en complément et comme point de comparaison de l’approche PMF « simplifiée ». Le modèle « simplifié » permet de distinguer 3 facteurs correspondant à 3 sources de HAP particulaires. La combustion de biomasse apparait comme source majoritaire, représentant environ 85%, sur chacun de deux sites étudiés. La contribution de la source « combustion d’hydrocarbures » (trafic préférentiellement) est assez limitée notamment dans le cas du site de Talence, site très fortement impacté par la combustion de biomasse. Le modèle PMF « étendu » appliqué au SIRTA, met en avant 5 sources de HAP en lien avec les sources de PM : combustion de biomasse (50%), les poussières et remise en suspension (23%), le nitrate enrichi (15%), sels marins anthropisés (7%) et combustion d’hydrocarbures (3%). La source majoritaire de HAP au SIRTA est dans ce cas la combustion de biomasse mais avec une contribution de 50%. Une part significative des HAP particulaires semble transportée ou associée à des sources d’influence à échelle régionale avec les sources « nitrate enrichi » (probablement lié au trafic « éloigné ») et « sel marin anthropisé ». Le modèle « simplifié » ne permet donc qu’une détermination qualitative des sources des HAP. Son utilisation ne considérant que 3 facteurs, il ne permet pas de visualiser la contribution des sources autres que la combustion de biomasse et la combustion d’hydrocarbures et donc de retranscrire une influence plus régionale des sources de HAP et leur transport.

Lors de ce travail 23 hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), 27 hydrocarbures aromatiques polycycliques oxygénés (OHAP) et 32 hydrocarbures aromatiques polycycliques nitrés (NHAP) ont été mesurés simultanément sur la phase gazeuse et la phase particulaire atmosphérique (PM10) pendant une année entière (échantillonnage tous les 3 jours) à Grenoble, sur le site urbain des Frênes. Le travail présenté est le premier d’envergure au niveau français et européen sur l’étude des NHAP et OHAP dans l’air ambiant et n’a pas d’équivalent au niveau international. Les résultats obtenus ont montré que les concentrations moyennes totales (phase gazeuse + particulaire) des HAP (23HAP) et des HAP oxygénés (27OHAP) étaient du même ordre de grandeur et d’environ une dizaine de ng.m-3 tandis que celles HAP nitrés (32NHAP) étaient 50 à 100 fois moins importantes et de l’ordre de la centaine de pg.m-3. De façon générale, les concentrations des HAP, OHAP et NHAP sont 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 peut également être expliquée 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’étude la partition gaz/particule des NHAP et OHAP a montré que les composés les plus lourds sont principalement associés à la phase particulaire (masse moléculaire > 225 g.mol-1) alors que les composés les plus légers sont majoritairement présents en phase gazeuse (masse moléculaire 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. Les résultats ont montré que Grenoble semble un cas particulier car en hiver, la stagnation des polluants (inversions thermiques) favorise certainement les processus chimiques entrainant la formation secondaire des NHAP (et probablement OHAP) alors que les études précédentes disponibles dans la littérature ont montré que la formation secondaire des NHAP est prépondérante en période estivale. L’évaluation de l’impact des HAP, NHAP et OHAP sur la santé a été réalisée en étudiant l’excès de risque cancérigène induit par leur présence dans l’atmosphère. Les HAP représentent la plus grande part du risque total cancérigène mais la contribution des OHAP et NHAP peut représenter jusqu’à 24 % alors que le nombre de composés utilisés dans ce calcul (1 OHAP et 10 NHAP) est 2 fois moins important par rapport aux HAP parents (21 HAP) et que les concentrations des NHAP sont environ 100 fois moins importantes. L’évaluation de risque présentée ici était certainement minimisée car l’aspect mutagène n’a pas été considéré alors que les OHAP et NHAP sont des composés mutagènes bien plus puissants que leurs HAP parents. Plus particulièrement, l’année 2013 a été marquée par des pics de particules pendant le mois février-mars et décembre. Ces périodes correspondent aux concentrations maximales annuelles des HAP, OHAP (décembre) et NHAP (février-mars et décembre). Les concentrations des OHAP (Σ27OHAP) étant même supérieures à celles des HAP (Σ23HAP) lors du pic de décembre. Lors de ce pic, l’impact sanitaire des particules est probablement accentué par la présence des HAP et de leurs dérivés de par leurs caractères toxiques, cancérigènes et mutagènes. Lors de 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 nitrate d’ammonium, composé secondaire inorganique), des émissions primaires de HAP parents toujours importantes (chauffage résidentiel) et une dispersion des polluants limitée.

Afin d’anticiper la mise en application de la future norme Européenne sur la mesure automatique des PM qui s’appuiera sur les préconisations de la spécification technique XP CEN/TS 16450 parue en juillet 2013, le LCSQA propose depuis 2011 la vérification de l’équivalence des analyseurs automatiques par inter-comparaison avec la méthode de référence (gravimétrie, NF EN 12341) sur plusieurs sites du dispositif national. Un premier bilan a pu être tiré pour les TEOM-FDMS et les jauges beta MP101M-RST (sonde de 2m modifiée et chauffée sur 1m) pour la mesure des PM10, confirmant leur équivalence à la méthode de référence. En 2013, le LCSQA a proposé la réalisation de campagnes de suivi d’équivalence pour les analyseurs automatiques actuellement homologués ou candidats à l’homologation pour la mesure de la fraction PM2,5. La présente note rend compte des résultats de suivi d’équivalence en PM2,5 obtenus pour la campagne réalisée de mars à juillet 2013 à Venaco pour un TEOM-FDMS Thermo 1400AB+8500C, une jauge beta Environnement SA MP101M-RST équipée de sondes RST « optimisée » et une jauge beta Thermo Sharp 5030i.

Afin d’anticiper la mise en application de la future norme Européenne sur la mesure automatique des PM, le LCSQA propose depuis 2011 la vérification de l’équivalence des analyseurs automatiques par inter-comparaison avec la méthode de référence (gravimétrie, NF EN 12341) sur plusieurs sites du dispositif national. Un premier bilan a pu être tiré pour les TEOM-FDMS et MP101M-RST (sonde de 2m modifiée et chauffée sur 1m) pour la mesure des PM10, confirmant leur équivalence à la méthode de référence. En 2013, le LCSQA a proposé la réalisation de campagnes de suivi d’équivalence pour les analyseurs automatiques actuellement homologués ou candidats à l’homologation pour la mesure de la fraction PM2,5. La présente note rend compte des résultats de suivi d’équivalence en PM2,5 obtenus pour la campagne réalisée d’avril à juin 2013 à Reims (station Jean d’Aulan) pour un TEOM-FDMS Thermo 1405-F, une jauge beta Environnement SA MP101M-RST équipée de sondes RST « optimisées », un TEOM-FDMS Thermo 1400AB+8500C et une jauge beta Metone BAM1020.  

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 modifié par la 2015/1480/CE). Les objectifs de Mines 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, de participer à la valorisation des activités de surveillance et des études menées en collaborations avec les AASQA.   Au cours de l'année 2016, les travaux réalisés dans le cadre du LCSQA ont porté sur les actions suivantes : Fourniture de filtres vierges en fibre de quartz. Des filtres sont achetés par lots et leurs caractéristiques chimiques sont contrôlées, avant d’être redistribués aux AASQA sur simple demande de leur part. En 2016, 4 550 filtres en fibre de quartz (Pall et Whatman) ont été distribués auprès de 16 AASQA différentes. Participation au comité de suivi « Benzène, métaux, HAP » sur la stratégie de mesure de As, Cd, Ni, Pb dans l’air ambiant, au groupe de travail « Caractérisation chimique et sources des PM » et au groupe de travail « Référentiel constituant ». Préconisation méthodologique pour l’analyse du chrome total dans les PM10. La méthode préconisée pour les 4 métaux réglementés, issue de la norme EN 14902, n’est pas appropriée pour cet élément (cf travaux LCSQA-Mines Douai 2014). Une revue de la littérature et des essais sur divers matériaux de référence certifiés et sur filtres vierges et impactés de PM10 (Téflon et quartz) ont été réalisés afin de proposer la meilleure méthode disponible pour la mesure du Cr total dans les PM10. Analyse des métaux, métalloïdes et éléments majeurs dans des échantillons de PM10 collectés dans le cadre du programme CARA à Nogent sur Oise, Poitiers et SIRTA (Paris) pendant l’année 2015. L’application de modèles source-récepteur (PMF) permet l’identification des principales sources de particules affectant les zones (sites récepteurs) et leurs contributions relatives à la masse des PM10 (voir rapport LCSQA-CARA).

Conformément aux recommandations des directives européennes 2008/50/CE et 2004/107/CE, les Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l'Air (AASQA) effectuent régulièrement desprélèvements de métaux dans l'air ambiant sur des filtres qui sont ensuite analysés par des laboratoiresd’analyse.Tous les 2 ans, le LCSQA organise avec ces laboratoires d’analyse des campagnes d'inter comparaison en France au cours desquelles les laboratoires analysent les quatre métaux réglementés (arsenic, cadmium, nickel et plomb) : ·  D'une part, dans des solutions étalons issues d’une minéralisation de filtres impactés : cette étape a pour but de vérifier la partie "analytique" de l'analyse ; ·  D'autre part, directement sur des filtres impactés par des poussières atmosphériques : cette étapepermet de vérifier l'ensemble du processus de mesure, à savoir la partie "prélèvement", la partie "minéralisation" et la partie "analytique" de l'analyse.Dans le cas de l'analyse des solutions étalons, les résultats montrent que certains laboratoires déterminent des masses qui ne sont pas cohérentes avec la masse certifiée fournie par le laboratoire de référence. Cecimontre donc l'importance d'assurer une traçabilité des analyses, par exemple via l’utilisation de matériaux de référence certifiés (MRC) qui présentent l’avantage de pouvoir valider la méthode d’analyse, d’assurer lajustesse, la fidélité et d’établir la traçabilité métrologique des résultats obtenus aux unités internationales, pour pouvoir ensuite comparer les évolutions des concentrations de métaux dans le temps et dans l'espace.Une étude bibliographique ayant permis de mettre en évidence un manque de MRC pour les métaux sur lemarché, le LNE s’est proposé de développer des MRC pour les métaux réglementés. Le développement du Matériau de Référence Certifié (MRC) pour les métaux qui a été finalisé aucours de l’année 2012 a nécessité plusieurs étapes. La première étape a porté sur le choix des particules. Les résultats obtenus dans le cadre de ce projet ont montré que le matériau de cendres d’incinération urbaines envisagé pour la fabrication d’un Matériau de Référence Certifié (MRC) de filtres impactés de poussières s’est révélé être un bon candidat de par sa quantité disponible, la taille de ses particules après tamisage (PM10) et la teneur des 4 éléments réglementés par les directives européennes. La seconde étape a conduit à mettre en place une méthode d’imprégnation des particules sur les filtres en quartz : cette technique s’est avérée bien maîtrisée pour obtenir une bonne homogénéité entre filtres chargés en particules. La troisième étape a consisté à certifier les concentrations des quatre métaux réglementés par la méthode de référence primaire à savoir la dilution isotopique par ICP/MS pour le cadmium, le nickel et le plomb ; la méthode mise en oeuvre pour l’arsenic a été la méthode des ajouts dosés. Enfin, la dernière étape a porté sur l’étude de la stabilité du MRC. Les différents évènements subis par les filtres, tels que des chutes, des chocs thermiques, des transports en avion n’ont pas montré de variation significative des teneurs des 4 métaux réglementés pour la qualité de l’air, ce qui permet de conclure à une bonne stabilité « mécanique » des particules sur les filtres en quartz. De même, les tests de stabilité au cours du temps permettent d’affirmer que les MRC produits sont stables durant au moins deux ans. Une comparaison bilatérale a été menée avec l’EMD sur un jeu de 9 filtres et a permis de conforter les conclusions du LNE concernant les valeurs certifiées, l’homogénéité de la production du lot et la bonne stabilité mécanique des MRC suite à leur acheminement par la poste. En conclusion, cette étude a permis de développer un Matériau de Référence Certifié (MRC) pour l’analyse des métaux réglementés (arsenic, cadmium, nickel, plomb) dans des particules PM10 en suspension dans l’air : il se présente sous la forme de particules contenant des métaux, déposées sur des filtres. Ce MRC est mis à disposition des laboratoires d’analyses afin qu'ils puissent améliorer la qualité des analyses de métaux dans les particules effectuées pour les AASQA en garantissant leur traçabilité aux étalons de référence.

La note "synthèse sur la comparaison des chiffres d’exposition calculés par le LCSQA et les AASQA" compare des chiffres d’exposition nationaux et régionaux pour les dépassements des objectifs de long terme et des valeurs cibles O3 et de la valeur limite journalière PM10, pour l'année 2013. Elle compare en effet les valeurs de surface de dépassement et de population ou végétation exposée calculées respectivement par le LCSQA, à partir de données de cartographie à l’échelle nationale, et par les AASQA, à partir de données de cartographie à l’échelle régionale ou urbaine. Elle dresse un constat des similarités et des différences qui existent entre ces valeurs et propose des explications possibles des écarts observés. Cette note permet donc de valider la pertinence des évaluations de critères d’exposition réalisées au niveau national, comme un possible complément d’analyse des évaluations réalisées au niveau régional par les AASQA en vue du rapportage européen sur la qualité de l’air. Les mêmes approches sont utilisées à travers l’outil PREV’AIR Urgence, et sont donc évaluées positivement comme outil d’aide à la décision au service des AASQA pour la mise en œuvre de l’arrêté Mesures d’Urgence, en complément des outils implantés localement.

La note technique "Développement d’un système de dopage pour la réalisation de comparaisons interlaboratoires des analyseurs automatiques de particules fines (PM)" présente les évolutions du système de génération de particules dédié à la réalisation de campagnes de comparaison interlaboratoire des analyseurs automatiques de PM. Le dispositif expérimental utilisé dans ce travail repose directement sur celui développé lors des études précédentes.Il consiste à exposer, de façon homogène, différents analyseurs de PM à de l’air ambiant enrichi avec des particules représentatives de la pollution : on parle alors de « dopage ». Deux types de générateurs ont été utilisés : un nébuliseur permettant de produire des particules de sels inorganiques, semi volatiles et non volatiles, ainsi qu’un générateur à arc électrique permettant de produire des particules de suie (Black Carbon). Les résultats montrent que ce dispositif a été capable d’alimenter quatre analyseurs automatiques de PM de façon homogène pendant des plages de temps de plus de 12h. Des sels inorganiques de nitrate d’ammonium et de sulfate d’ammonium ont été générés jusqu’à des niveaux de concentration de 160 µg/m3. Dans le même temps, des particules de BC ont pu être générées jusqu’à des niveaux de 10 µg/m3. L’ensemble des ces expériences ont été menées dans un moyen mobile pouvant accueillir jusqu’à huit analyseurs PM. Ce qui peut laisser envisager, à l’avenir, de déporter la réalisation de ces campagnes de mesure ailleurs que sur le lieu des précédentes campagnes

La note "Poussières désertiques dans PREV’AIR" présente les données et techniques de modélisation sur lesquelles PREV’AIR s’appuie pour estimer la contribution des poussières telluriques dans les aérosols PM10 et PM2,5. La description intègre les derniers éléments à disposition, soit en provenance des services Copernicus, soit pour le modèle CHIMERE version 2016, tout en rappelant que PREV’AIR dispose d’une prévision des poussières désertiques établie sur le globe, l’Europe et la France par le modèle MOCAGE.

Le TEOM (Tapered Element Oscillating Microbalance) est un appareil de mesure très répandu au sein des Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l’Air (AASQA). Il est capable de mesurer en continu la concentration massique des particules en suspension dans l’air (en μg/m3), ce qui le rend préférable à la méthode gravimétrique qui nécessite des pesées postérieures au prélèvement. A l’heure actuelle, cet appareil est étalonné à l’aide de cales étalons raccordées au système international. Ces cales, ayant des masses de l’ordre de 80-100 mg, permettent de vérifier laconstante d’étalonnage de la microbalance. Le contrôle de sa linéarité est effectuée grâce à trois cales étalons ayant des différences de masses de l’ordre de la dizaine de mg. En considérant un débitvolumique du TEOM-FDMS de 3 L/min, la valeur limite pour les PM10 (50 μg/m3 en moyenne journalière) représente une masse particulaire d’environ 2 μg sur 15 min de prélèvement. Ladifférence de masse des cales étalons n’est donc pas représentative des masses particulaires atmosphériques prélevées sur un quart d’heure. De plus, l’utilisation de ces cales ne permet pas deprendre en compte un éventuel dysfonctionnement du système de prélèvement en amont de la mesure de la masse et du système de filtration intrinsèque à la microbalance. Par conséquent, le LNE a proposé de développer une méthode d’étalonnage en masse des TEOM-FDMS qui consiste à : - Générer et prélever des particules ayant des concentrations connues et stables dans le temps (prélèvement de masses particulaires inférieures à 5 mg sur une demi-heure pour l’année 2013 pour cette phase d’optimisation avec un objectif de descendre à une masse particulaire inférieure à 500 μg sur une demi-heure en 2014), d'une part sur le filtre du TEOM-FDMS en passant par lesystème de prélèvement (hors tête de prélèvement), et d'autre part sur un filtre externe, -  Puis comparer les masses mesurées par le TEOM-FDMS avec les masses « vraies » mesurées par la méthode gravimétrique sur le filtre externe. En considération de l’ensemble des éléments précités, cette méthode a également été développéepour mettre en place un étalonnage des TEOM-FDMS (1) - pour une gamme de masse inférieure àcelle des cales étalons et (2) - réalisable dans des conditions proches de leur fonctionnement« normal ». Le problème rencontré en 2012 lors des essais avec le porte filtre externe a été résolu en 2013 (régulateur de débit massique (RDM) remplacé et le nouveau RDM a fait l’objet d’un étalonnage endébit). En parallèle, des travaux ont été menés afin de rendre portable le système de génération (ajout d’un compresseur d’air, portabilité, …). Des essais ont ensuite été effectués en couplant ce nouveausystème de génération portable avec le TEOM-FDMS du LCSQA/LNE, puis avec trois différents types de TEOM-FDMS sur le site du LCSQA/INERIS à Verneuil-en-Halatte. Les résultats ont globalement conduit à des écarts-types relatifs de répétabilité et de reproductibilité relativement faibles (inférieurs à 5,1%) en comparaison avec les études précédentes. Lors de cette étude, un domaine de masses de référence a été caractérisé grâce aux mesures « porte filtre externe » calculées pour 27 expériences menées sur neuf jours différents. Les masses deréférence obtenues aux temps de chargement de 12, 24 et 36 minutes, en prenant en compte les écarts-types de reproductibilité (k=2) obtenus grâce à l’application de la norme ISO5725-2, sontrespectivement égales à 1260 ± 101 μg ; 2507 ± 163 μg et 3759 ± 242 μg. Il a ainsi été effectué une comparaison globale entre ce domaine de référence et les masses moyennes pesées et lues obtenues pour chacun des quatre différents « TEOM-FDMS » impliquésdans cette étude. Il ressort de cette comparaison une validation des mesures «TEOM-FDMS », pesées et lues, avec les mesures gravimétriques.