Recherche pour PM2,5

Ce rapport présente la mise en œuvre de la modélisation sur des épisodes identifiés dans le rapport DRC-09-103337-10781A afin de mieux comprendre les aptitudes et lacunes des modèles. Les épisodes de l’année 2008 et janvier 2009 ont été simulés avec le modèle de qualité de l’air CHIMERE. Ainsi, les analyses du dispositif CARA ont permis de montrer que : a) Les concentrations en sulfates sont globalement sous-estimées par le modèle CHIMERE surtout durant l’été, b) Les concentrations en nitrate et l’ammonium sont correctement simulées mais semblent parfois surestimées, c) Les concentrations en matière organique sont nettement sous-estimées essentiellement l’hiver d) Les concentrations en carbone élémentaire sont légèrement sous-estimées e) Les « autres » espèces sont largement sous-estimées par le modèle La sous-estimation de la production de sulfate provient essentiellement d’une sous-production par chimie gazeuse l’été. Concernant le point c), la sous-estimation chronique du modèle pourrait être liée à une source manquante ou mal redistribuée temporellement comme la combustion du bois. Les « autres » espèces pourraient être mal représentées dans les inventaires utilisées, il s’agirait de particules primaires non carbonées émises par les activités humaines. En 2010 certains des épisodes de 2009 seront à nouveau étudiés en considérant les aspects météorologie et émissions. Avant de régler le problème des émissions, un travail sur les simulations météorologiques sera réalisé et seulement ensuite, un travail sur les émissions sera effectué pour mieux caler les émissions de combustion de bois et suivre la part de ces émissions dans le bilan des particules prélevées et analysées. Un travail particulier sur les profils temporels d’émission sera réalisé en collaboration avec les AASQA. Bien que l’essentiel du travail soit réalisé sur des échantillons typiques de certaines régions, ce travail devra être extrapolable au plan national. Une évolution du système de mesure et d’analyse CARA sera envisagée dans le sens suivant: - Mesures des couples Nitrate/Acide nitrique et Ammonium/Ammoniaque en gardant une veille sur les mesures de concentrations de ces espèces ; - Avoir un ou deux points de mesures avec à la fois des analyses sur filtre des PM2,5 et des PM10 en privilégiant un site de fond suburbain voire rural, ceci permettant de voir si la sous-estimation des composés « autres » existe aussi dans la fraction fine des PM ; - Avoir un site de mesures permettant d’évaluer les concentrations de fond de poussières naturelles, ce site devrait être situé près des zones de terres arables.

En tant que Laboratoire National de Référence désigné par le ministère en charge de l’environnement, le LCSQA émet un avis technique sur les appareillages que les fabricants / distributeurs souhaitent voir être utilisés par les AASQA dans le cadre de la surveillance réglementaire de la qualité de l’air. Ce processus de vérification de la conformité technique des appareils s’appuie sur un dossier technique spécifique remis par le porteur de la demande (constructeur ou distributeur) que le LCSQA étudie afin d’émettre un avis technique. Cet avis, examiné par la Commission de Suivi concernée permet au Comité de Pilotage de la Surveillance (CPS) de la qualité de l’air d’octroyer ou non la conformité technique des appareillages expertisés. S’agissant de la mesure réglementaire de la concentration massique des PM10 et PM2.5, ont été déposés en 2017 les dossiers des appareils suivants : l’analyseur automatique modèle FIDAS 200/200S/200E de la société allemande PALAS représentée par la société ADDAIR (il s’agit d’une demande d’extension de conformité à toutes les typologies de site de surveillance de la qualité de l’air tels que décrits dans le référentiel technique national) ; l’analyseur automatique modèle EMD 180+ de la société allemande GRIMM Aerosol Technik ; le préleveur à moyen débit modèle DPA14 de la société suisse DIGITEL, représentée par la société MEGATEC. Ce préleveur pourrait également être utilisé pour la mesure des 4 métaux lourds réglementés et du BaP dans les PM10. Concernant la mesure réglementaire de la concentration massique en polluants gazeux, ont été déposés en 2017 les dossiers des appareils suivants : les 4 analyseurs automatiques de la société australienne Ecotech (série Serinus) couvrant les polluants gazeux inorganiques, à savoir             Ø le modèle Serinus 10 pour l’ozone (O3);             Ø le modèle Serinus 30 pour le monoxyde de carbone (CO);             Ø le modèle Serinus 40 pour les oxydes d’azote (NO, NO2, NOx);             Ø le modèle Serinus 50 pour le dioxyde de soufre (SO2); l’analyseur automatique d’oxydes d’azote (NO, NO2, NOx) modèle AC32e de la société Environnement SA.

Cette étude a permis d’établir les cartographies de 2008 à 2010 de la contribution des HAP aux PM (PM10 et PM2.5). Bien qu’il ne s’agisse pas d’une exigence réglementaire, on observe de nombreuses zones « blanches » quant à une surveillance combinée des HAP et PM, et notamment des PM2.5, alors qu’elle serait d’un intérêt majeur en termes d’évaluation de l’impact sanitaire des particules. En effet, même si les concentrations en particules sont à priori faibles, leur composition chimique (par exemple, la concentration en HAP) peut avoir un rôle déterminant dans leur potentiel toxique. Les contributions des HAP aux PM les plus fortes sont globalement observées sur les sites industriels et sont similaires pour les autres typologies de sites (urbains, trafics, ruraux, périurbains). Les ratios B[a]P/PM10 et B[a]P/PM2.5 les plus importants sont observés notamment en Rhône-Alpes tous types de sites confondus. Les variations des contributions hivernales et estivales sont moins marquées sur les sites industriels et trafic, et plus importantes sur les sites urbains, ruraux et périurbains. Ces résultats mettent en avant l’influence importante de la source résidentielle liée au chauffage, et en particulier au chauffage au bois, sur la contribution des HAP aux PM et donc sur la toxicité des PM en hiver. Si les corrélations des concentrations en HAP et des PM sont évidentes sur les sites trafic (notamment avec les PM2.5) (r² > 0,7), montrant que la source majoritaire des HAP particulaires semble essentiellement liée au trafic sur ces sites, elles sont un peu plus faibles sur les sites urbains, ruraux et périurbains (0,4 L’étude des tendances à long terme montre une évolution significative à la baisse (-30 à -50 %) de la contribution du B[a]P aux PM10 sur les deux sites urbains du Nord Pas de Calais depuis 6 à 8 ans, sur 2 des 3 sites urbains de Rhône-Alpes (Grenoble-Les Frênes et Lyon Centre, 5 à 6 ans) et sur seulement 1 seul des 4 sites urbains de l’Île-de-France (Vitry sur Seine, 8 ans). Sur le site trafic de l’Ile de France (Périphérique Auteuil) cette tendance est aussi clairement à la baisse (-50 % entre 1998 et 2010). Comme pour les sites urbains de Rhône-Alpes et d’Île-de-France pour lesquels aucune évolution significative n’est mise en évidence, la contribution des HAP aux PM sur un site industriel en Rhône-Alpes (Vénissieux Village) est restée constante sur ces 5 ou 12 années (selon les sites, données de 1998 à 2010). Ces résultats montrent que même si les émissions globales de HAP ont continué à diminuer en France sur ces 12 dernières années, leur contribution à la masse des particules sur la moitié des sites retenus pour cette étude, a peu évolué. Le potentiel toxique (cancérigène) des particules lié aux HAP n’a pas évolué mais surtout il n’a pas baissé malgré la mise en place des politiques de gestion de qualité de l’air et les avancées technologiques des processus et traitements des combustions ayant eu lieu dans le même temps.

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.

Résumé de la note technique "Mise à jour de la méthodologie de définition des zones sensibles" Cette note rend compte des travaux effectués en 2015 par le Groupe de Travail (GT) « Zones sensibles », visant à mettre à jour la méthodologie de définition des zones sensibles. Tout d’abord, les principaux points de la méthodologie établie en 2010 sont récapitulés. Les modifications ou ajouts proposés par le GT sont présentés, ainsi que leur impact potentiel sur la définition des zones sensibles. Enfin, sont listés les travaux encore en cours, qui permettront de mener à bien l’actualisation de la méthodologie en 2016. Ces travaux ont été menés en collaboration avec des membres Atmo Champagne-Ardenne, Air Rhône-Alpes et Lig’Air. Cette collaboration avec nos experts a contribué aux premières conclusions de ce groupe de travail.

1. Présentation des travaux Dans le cadre des activités du Laboratoire Central de Surveillance de la Qualité de l'Air, l'Ecole des Mines de Douai mène depuis plus de 15 ans des études sur la thématique de la mesure des particules en suspension dans l'air ambiant, basées sur des tests sur terrain effectués pour la plupart sur une plate-forme de mesure de la phase particulaire implantée sur le site même de l'Ecole des Mines de Douai.Les polluants PM10 et PM2.5 sont actuellement majoritairement mesurés en AASQA par TEOM-FDMS et 1405 F. Ces appareils, basés sur la variation de fréquence avec traitement de l’échantillon, sont issus d’un seul fabricant étranger (le constructeur américain Thermo Fisher Scientific) et sont commercialisés sur le sol français par un seul distributeur (la société Ecomesure). Ils sont homologués par les pouvoirs publics aussi bien en PM10 qu’en PM2.5 car le TEOM-FDMS a fait l’objet d’une Démonstration d’Equivalence par le LCSQA. L’autre méthode de mesure homologuée (mais uniquement pour les PM10) est l’absorption de rayonnement bêta. Cette méthode normalisée (norme NF ISO 10473 « Air ambiant - Mesurage de la masse des matières particulaires sur un milieu filtrant - Méthode par absorption de rayons bêta » de mai 2000) est au catalogue d’un nombre important de fabricants et est largement utilisée à l’étranger, aussi bien en PM10 qu’en PM2.5.Bien que cette technique concerne plusieurs constructeurs, seul le fabricant français Environnement SA est représenté en AASQA, compte tenu de l’homologation de son appareil la jauge bêta MP101M-RST basée sur sa démonstration d’équivalence en PM10 faite par le LCSQA. Dans le cadre de la surveillance réglementaire européenne, cette technologie a des caractéristiques de performance suffisantes.Les résultats obtenus lors de la campagne d’intercomparaison, organisée en 2010 sur un site d’AASQA en attestent. Cette campagne demandée par les pouvoirs publics avait pour principal objectif de vérifier le statut de méthode équivalente des différents appareils utilisés en AASQA pour leurs missions de mesure réglementaire.Cette démarche anticipe une exigence à venir de la part de la Commission Européenne, notamment dans le cadre de la révision des Directives prévue en 2013.Cependant, l’utilisation en AASQA de la jauge bêta est restée marginale jusqu’à présent. Plusieurs éléments peuvent changer cette situation : les coûts d’investissement et de fonctionnement moindres par rapport à la concurrence, la démonstration d’équivalence de la MP101M en PM2.5 (prévue par le constructeur en 2011), les innovations technologiques de la part d’Environnement SA (améliorations sur l’appareil, ajout de module additionnel complétant la mesure de la jauge).L’objectif de cette étude est de maintenir la méthode par absorption de rayonnement bêta pour la mesure des particules en suspension dans l’air ambiant comme une des techniques de mesure usuelle en AASQA, d’accompagner les AASQA dans la mise en oeuvre de cet appareil sur le terrain, notamment au travers de la mise en place du système centralisé de gestion des sources radioactives (en lien avec l’ASN) ainsi que d’un programme d’Assurance Qualité./ Contrôle Qualité (QA/QC) spécifique et d’étudier les améliorations technologiques développées par le constructeur.   2. Principaux résultats obtenus Compte tenu du nombre réduits d’appareils de type MP101M utilisés en AASQA, (une soixantaine fin 2009), le LCSQA a entamé auprès de l’Autorité de Sûreté Nucléaire (ASN) et de l’Institut de radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) des démarches de simplification de la gestion administrative des sources radioactives présentes dans ces appareils. L’obtention en avril 2010 de l’autorisation d’utiliser des sources radioactives scellées de faible activité à des fins non médicales offre donc maintenant aux AASQA plus de souplesse pour l’achat et l’utilisation de ce type d’appareil. Cela a nécessité un accompagnement dans la mise en oeuvre de cet appareil au sein du dispositif français de surveillance de la qualité de l’air, dans le cadre du système centralisé de gestion des sources radioactives (en lien avec l’ASN et l’IRSN).Afin de vérifier la qualité des mesures des appareils homologués par les pouvoirs publics pour les mesures réglementaires, une campagne mettant en oeuvre les méthodes de référence gravimétriques pour la mesure des PM10 et des PM2,5 (des préleveurs séquentiels en accord avec les normes EN 12341 et EN 14907), ainsi les appareils automatiques utilisés en AASQA (TEOM-FDMS, TEOM 1405 F, MP101M) a été réalisée en collaboration avec l’AASQA Atmo Picardie sur une station urbaine de fond. Les résultats obtenus pour la jauge radiométrique MP101M sont satisfaisants, confirmant son statut de méthode équivalente en PM10 et montrant son aptitude à « donner des résultats équivalents à ceux obtenus avec la méthode de référence gravimétrique manuelle en PM2.5 ».En complément, le LCSQA - EMD, compte tenu de son expérience sur ce type de métrologie, a étudié les améliorations technologiques de cet appareil développées par le constructeur, à savoir un module de mesure en temps réel, permettant la classification par comptage optique des PM10, PM2.5 et PM1 (nombre/L) et une mesure massique totale en continu calée par rapport à la mesure bêta. Cedéveloppement est une réponse au besoin des utilisateurs en terme de communication (calcul d’indice prévisionnel, procédure d’alerte) en améliorant la résolution temporelle de la jauge radiométrique. Les résultats observés sur le site de Douai lors de la comparaison avec ceux de la méthode manuelle de référence par gravimétrie et ceux des appareils homologués en France sont très corrects Cestravaux sont utiles dans le cadre des actions actuelles du CEN WG15 sur l’établissement d’une méthode normalisée pour la mesure automatique des particules.

  Le LCSQA a un rôle d’expertise dans le processus de vérification de la conformité technique des appareils utilisés par les AASQA pour la surveillance réglementaire de la qualité de l’air. Suite à l’étude du dossier technique remis par le porteur de la demande (constructeur ou distributeur), l’avis technique émis par le LCSQA et examiné par la Commission de Suivi concernée permet au MEDDE d’entériner ou non la conformité technique des appareillages expertisés. S’agissant de la mesure réglementaire de la concentration massique des PM10 et PM2.5, ont été étudiés en 2016 les dossiers des appareils suivants : l’analyseur automatique modèle FIDAS 200 de la société PALAS (représentée par la société ADDAIR), l’analyseur automatique modèle MP101M nouvelle version modifiée de la société Environnement SA, le préleveur à bas débit modèle PNS-18T de la société DERENDA (représentée par la société ECOMESURE). Concernant la mesure réglementaire de la concentration massique en polluants gazeux, ont été étudiés en 2016 les dossiers des appareils suivants : l’analyseur automatique d’ozone modèle O3 42e de la société Environnement SA, l’analyseur automatique de dioxyde de soufre modèle AF 22e de la société Environnement SA, l’analyseur automatique de monoxyde de carbone modèle CO 12e de la société Environnement SA, l’analyseur automatique de dioxyde d’azote modèle T500U de la société TAPI (représentée par la société ENVICONTROL).

La note "Essais d’adéquation du FIDAS 200 à la mesure réglementaire en France – Bilan des essais 2013-2015" rend compte des résultats d'essais pour les mesures de PM10 et PM2,5, obtenus suite aux campagnes de mesure réalisées de 2013 à 2015 en collaboration avec différentes associations agrées de surveillance de la qualité de l’air (AASQA) : AIR PACA, AIRPARIF,ASPA,ATMO AUVERGNE, ATMO CHAMPAGNE-ARDENNEet QUALITAIR CORSE. Ces essais ont consisté à évaluer la cohérence des mesures FIDAS vis-à-vis de la méthode de référence décrite dans la norme NF EN 12341 (Air ambiant - Systèmes automatisés de mesurage de la concentration de matière particulaire (PM10; PM2,5)), en cohérence, lorsque cela était possible, avec les préconisations de la norme prEN16450 (Air ambiant - Méthode normalisée de mesurage gravimétrique pour la détermination de la concentration massique MP10 ou MP2,5 de matière particulaire en suspension). Les résultats ont montré un bon accord des mesures du FIDAS 200 avec celles obtenues par la méthode de référence sur les sites de fond urbain. Sur ce type de site, les performances du FIDAS évaluées dans ce travail sont tout à fait similaires à celles obtenues pour les autres systèmes de mesure automatiques (AMS) actuellement homologués. Sur les sites trafic, les résultats n’ont pas été satisfaisants. Suite à cette observation, le constructeur a proposé une évolution de l’algorithme de traitement des données spécifiquement dédié à la mesure sur site trafic. Les résultats préliminaires ont montré une amélioration des résultats pour la fraction PM10 mais avec un biais toujours important pour la fraction PM2,5. En l’état, l’utilisation d’un FIDAS sur site trafic nécessiterait l’utilisation d’une fonction de correction qui devrait être propre à chaque site et déterminée à l’aide de mesures gravimétriques.L’ensemble de ces résultats ne sont pas définitifs et les essais seront poursuivis au cours de l’année 2016.

En tant que Laboratoire National de Référence dans le domaine de la Qualité de l’Air notifié par le Ministère en charge de l’environnement, le LCSQA joue un rôle actif dans les instances normatives et réglementaires nationales et européennes : application des directives (garantie des méthodes et des données associées), révision de normes EN existantes et élaboration de nouvelles normes par le CEN, valorisation de la capacité d’expertise au travers de la participation aux divers workshops et groupes de travail européens et nationaux en vue de l’application de la réglementation européenne sur le territoire. Au niveau européen, les GT et Comités impliquent 12 experts membres du LCSQA. Les  principales  informations  associées  aux  différents  documents  normatifs  et réglementaires  sont les suivantes : le processus de révision des Directives 2008/50/CE et 2004/107/CE démarrera fin 2013 au plus tôt. Pour le moment, seule est concernée la Directive relative aux plafonds d'émissions nationaux pour les polluants à l'origine des phénomènes d'acidification, d'eutrophisation et de pollution photochimique (cf. directive n°2001/81/CE dite « NEC » pour SO2,les NOx,les COV et NH3) le processus de sortie de normes EN (révision ou nouveau texte) est en cours de stabilisation. Parmi les normes utilisées dans le Dispositif national de surveillance, seules les 4 normes relatives au mesurage de SO2,NO/NO2,CO et O3 ont été éditées fin 2012 / début 2013.L’enjeu sera leur correcte application qui nécessitera un travail collaboratif au sein du Dispositif National de Surveillance de la Qualité de l’Air, dont un des acteurs spécifiques est la Commission de Suivi «Mesures automatiques» activée en octobre 2012. La norme relative au mesurage du benzène (par méthode automatique) ne sortira qu’au mieux fin 2014. La norme relative au mesurage de la concentration massique des fractions PM10 & PM2.5 par gravimétrie sur filtre prévue initialement courant 2ème semestre 2013 devrait elle aussi n’être disponible qu’en 2014. De plus, l’évolution en norme de la spécification technique sur la mesure de la concentration massique des PM par méthode automatique ne devrait a priori voir le jour qu’en 2017. Enfin, la mesure des pollens (échantillonnage et analyse) devient un sujet de travail en normalisation.

    Depuis le 1er janvier 2007, les TEOM-FDMS sont très largement utilisés en routine par l’ensemble des AASQA pour la surveillance des PM10 et des PM2.5.  Comme démontré par les travaux du LCSQA en 2005 et 2006, ces instruments satisfont aux critères d’équivalence aux normes EN12341 et EN14907, relatives à la mesure des PM10 et des PM2.5 respectivement.   Dans le cadre du déploiement et de la mise en œuvre de ces instruments, le LCSQA/INERIS est notamment chargé de suivre et d’optimiser leur utilisation par les AASQA ainsi que d'assurer la qualité des données produites en construisant une approche QC/QA basée sur celle décrite dans les normes utilisées pour la mesure des gaz classiques (O3, NOx, SO2, CO).   Les travaux conduits par le LCSQA/INERIS en 2007 et 2008 ont permis de mieux comprendre le fonctionnement et les limites d’applicabilité des modules FDMS à l’aide de campagnes de mesures et d’intercomparaisons, et du retour d'expériences des AASQA. Ce travail a notamment mis en évidence les rôles prépondérants joués par l’efficacité du sécheur et par les performances de la pompe sur la qualité de la mesure par TEOM-FDMS. Il a également donné lieu à l’élaboration des premières versions d’un « Guide pour l'utilisation des TEOM-FDMS ». Par ailleurs, depuis la fin de l’année 2008, de nouvelles versions des TEOM-FDMS sont disponibles sur le marché, en particulier les modèles 1405f et 1405df Le premier consiste globalement en l’unification du TEOM 1400 et du module FDMS en un seul et même instrument, plus compact. Le 1405df est équipé d’un impacteur virtuel placé en aval de la tête de prélèvement, permettant la mesure simultanée des PM10 et PM2.5. Ces nouveaux outils sont amenés à remplacer les premières générations de TEOM-FDMS. Cependant, en 2008, il n’existait pas de preuves scientifiques indiquant leur adéquation avec les critères européens de mesures de PM. Une note du LCSQA envoyée à l'ensemble des AASQA en cours d'année 2008 recommandait donc de ne pas s'équiper de TEOM-FDMS 1405df dans l'immédiat, et d'attendre, si possible, avant de s'équiper en TEOM-FDMS 1405f. L'objet de ce rapport est de présenter les travaux réalisés en 2009 par le LCSQA/INERIS dans ce contexte. Une part importante du travail a consisté à finaliser la collection des retours d'expériences des AASQA, afin de faire évoluer le guide de fonctionnement du TEOM-FDMS. Les premières versions de ce document étaient centrées sur les difficultés rencontrées avec l'outil, et les solutions à mettre en œuvre pour leur résolution. La dernière version, mise en ligne, en ligne depuis mai 2009, propose également un protocole de contrôle QC/QA. Ce protocole sera notamment repris par la société Thermo (constructeur du TEOM-FDMS) dans le cadre de l’élaboration de son propre guide de contrôle QC/QA, diffusé au niveau européen. Un autre point important en 2009 est le suivi de l'évolution de la gamme commerciale des TEOM-FDMS. Dans le cadre des travaux du LCSQA/INERIS 2009, une première série de tests a été réalisée sur les nouveaux TEOM-FDMS (1405f et 1405df). Ces tests ont notamment permis de suspecter une mauvaise qualité des données horaires fournies par les nouvelles versions. Le même type de problèmes a également été mis à jour par différents utilisateurs des TEOM-FDMS aux Etats-Unis et par le constructeur. En raison de ces problèmes, liés à des défauts de conception induisant un bruit instrumental très important, les TEOM-FDMS 1405f livrés en France avant décembre 2009 nécessitent d’être reconfigurés. Ecomesure (distributeur français de ces instruments) s’engage à effectuer les mises à jour nécessaires avant fin février 2010 (sous condition de livraison par Thermo des kits de réparation dans les temps impartis). Les instruments livrés à partir de décembre 2009 ont été modifiés au préalable ou conçus selon les nouveaux procédés de fabrication. De ce fait, il a été décidé en cours d’année 2009 de suspendre l’ensemble des tests prévus sur les nouveaux TEOM-FDMS, et d’attendre la reconfiguration des instruments et/ou la livraison de nouveaux instruments. En revanche, afin de compléter la connaissance de l’outil FDMS, le LCSQA/INERIS s’est attaché à mieux connaître le fonctionnement de la membrane Nafion à travers une étude en laboratoire. Les résultats de cette étude mettent clairement en évidence l’influence de la dépression sur l’efficacité de séchage. En outre, cette influence de la dépression s’accroît à mesure que l’humidité relative est élevée.