Recherche pour AASQA

La compréhension de la pollution atmosphérique et l’amélioration de la qualité de l’air nécessitent l’identification et la quantification des contributions des principales sources d’émission. Pour ce faire, deux grands types de méthodologies sont principalement utilisées : (i) celles se basant sur l’utilisation de modèles numériques permettant de simuler le devenir des polluants dans l’atmosphère à partir de cadastres d’émission et de la paramétrisation des conditions météorologiques et des processus physico-chimiques de (trans-)formation des PM ; (ii) celles se basant sur la mesure de la composition chimique (et/ou de la granulométrie) des particules sur un site récepteur et l’utilisation de traceurs spécifiques aux différentes sources étudiées. Si les modèles numériques doivent permettre d’apporter des informations en tout point du territoire et selon des échelles temporelles aussi larges que souhaité, leur validation nécessite des comparaisons avec les résultats obtenus par la mise en œuvre de méthodologies expérimentales. En raison de leur coût, ces dernières ne peuvent être que ponctuelles (dans l’espace et/ou dans le temps). Néanmoins, basées sur l’observation, elles rendent compte de situations réelles et constituent une étape importante pour une meilleure maîtrise de ces outils. Le rapport "Programmes de recherche expérimentaux pour l'étude des sources de PM en air ambiant" constitue une mise à jour du rapport de veille bibliographique sur les études scientifiques visant l’identification et la quantification des sources de particules fines dans l’air ambiant (PM10 et PM2,5) en France. Plus spécifiquement, il traite des travaux de recherche impliquant des AASQA et/ou le LCSQA, et met l’accent sur la mise en œuvre de méthodologies de traitement de données expérimentales pour l’amélioration des connaissances sur les sources anthropiques en milieu urbain au cours des dix dernières années. Ce travail est également intégré au projet SOURCES, co-financé par l’ADEME (2014-2017) et mis en œuvre par les auteurs du présent rapport. Parmi les points marquants de ce travail de veille, et d’un point de vue méthodologique, on notera que : l’ensemble des projets décrits ici mettent en œuvre des méthodologies de traitement de données relativement élaborées, dépassant l’utilisation des approches mono-traceurs ; les différents programmes et projets de recherche mis en œuvre ces dernières années ont permis à la France de combler son retard dans l’utilisation de l’outil PMF (Positive Matrix Factorization) par rapport à ses voisins européens ; les approches basées sur la mesure des isotopes stables de différents constituants de la phase particulaire restent encore trop peu utilisées, en raison des coûts élevés d’analyse et de la faible disponibilité des quelques chaînes analytiques dédiées à ce type de mesures ; les méthodologies basées sur la mesure automatique de la composition chimique des PM se développent rapidement. Les principales conclusions concernant les contributions des sources majeures de PM sont également mises en exergue pour chacune des études répertoriées dans ce rapport.

Le LCSQA-Mines Douai a organisé en 2015 et pour la huitième fois depuis 2003, un exercice de comparaison inter-laboratoires (CIL). Cet exercice d’ comparaison inter-laboratoire permet de déterminer si les critères de qualité des directives 2004/107/EC et 2008/50/CE concernant l’analyse de l’As, Cd, Ni et Pb dans les PM10 sont atteints par les laboratoires d’analyse, d’évaluer la fidélité (répétabilité et reproductibilité) des méthodes de mesures mises en oeuvre et d’identifier les principales sources d’incertitudes. Il est important de contrôler également la qualité de mesures des différents laboratoires réalisant des analyses de métaux pour les AASQA en France, afin de garantir la justesse et l'homogénéité des résultats obtenus au niveau national. En 2015, 9 laboratoires indépendants ont participé à cet exercice : Laboratoire Carso (Lyon), Ianesco Chimie (Poitiers), Laboratoire départemental de Haute-Garonne (Launaguet), Laboratoire de Rouen (Rouen), Micropolluants Technologie (Thionville), Laboratoires des Pyrénées et des Landes (Lagor), TERA Environnement (Crolles), INERIS (Creil) et LUBW (Allemagne). Chaque laboratoire a analysé quatre filtres impactés de particules et dix filtres vierges en fibre de quartz (issus du même lot) qui leur ont été transmis par Mines Douai. Il a également été demandé aux laboratoires d’effectuer l’analyse de 10 échantillons de leur matériau de référence certifié (MRC) habituel afin d’estimer les taux de récupération lors de la minéralisation des particules. Deux solutions étalons ainsi qu’un MRC sur filtre préparés et certifiés par le LCSQA-LNE ont aussi été analyser par les laboratoires. Tous les laboratoires ayant participé ont utilisé la méthode décrite dans la norme EN 14902 : attaque en milieu fermé par minéralisateur micro-ondes à l'aide d'un mélange HNO3/H2O2 ou HNO3/HF et analyse par ICP-MS. Les résultats de cette CIL sont présentés dans ce rapport qui a été distribué à l'ensemble des laboratoires participants, et est accessibles aux AASQA sur le site LCSQA (rapport LCSQA CIL métaux 2015).

L'objectif de cette étude est d’effectuer des comparaisons interlaboratoires entre le LCSQALNE et les AASQA pour s’assurer du bon fonctionnement de la chaîne nationale d’étalonnage et pouvoir détecter d’éventuelles anomalies auxquelles il conviendra d’apporter des actions correctives.Contrôle qualité du bon fonctionnement de la chaîne d’étalonnage en NO/NOx, NO2, CO et SO2 : Le but est de faire circuler des mélanges gazeux de concentration inconnue (NO/NOx de l’ordre de 200 nmol/mol, CO de l’ordre de 9 μmol/mol et SO2 de l’ordre de 100 nmol/mol) dans les niveaux 3 pour valider les différents raccordements effectués dans le cadre de la chaîne nationale d’étalonnage. En 2010, des mélanges gazeux de NO2 de l’ordre de 200 nmol/mol ont été rajoutés.Ces mélanges gazeux ont été titrés par le LCSQA-LNE puis envoyés à des niveaux 3.Ces niveaux 3 ont ensuite déterminé la concentration de ces mélanges gazeux avant et après réglage de l’analyseur de station avec l’étalon de transfert 2-3, puis les ont renvoyés au LCSQA-LNE qui les atitrés de nouveau. En 2012, 3 campagnes d'intercomparaison ont été réalisées :Ø Avec les réseaux de mesure ATMOSF’AIR Bourgogne, AIR LORRAINE, AIR NORMAND, AIR RA et AIR BREIZH de mars à mai 2012,Ø Avec les réseaux de mesure ATMO Franche Comté, AIRAQ, ATMO CA, GWAD'AIR et AIRPACA d’avril à septembre 2012,Ø Avec les réseaux de mesure ATMO Auvergne, AIR COM, LIMAIR, ASPA et ORAMIP deseptembre à novembre 2012. En règle générale, les AASQA communiquent au LCSQA-LNE les concentrations mesurées soit sans les incertitudes élargies associées, soit avec des incertitudes de mesure inexploitables (inférieures àcelles du LCSQA-LNE, valeurs très élevées…). Dans ces conditions, il n'est pas possible de traiter lesrésultats par des méthodes statistiques. Par conséquent, dans le présent document, le traitement des données est effectué en s'appuyant surl'ensemble des résultats obtenus depuis 2002 lors des campagnes précédentes qui ont conduit àdéfinir des intervalles maximum dans lesquels doivent se trouver les écarts relatifs entre les concentrations déterminées par le LCSQA-LNE et celles déterminées par les niveaux 3 aprèsélimination des valeurs jugées aberrantes.Globalement, en 2012, lorsque les concentrations aberrantes sont éliminées, les écarts relatifs entre le LCSQA-LNE et les niveaux 3 restent dans ces intervalles qui sont les suivants :ü ± 7% avant et après réglage pour une concentration en SO2 voisine de 100 nmol/mol ;ü ± 6% avant et après réglage pour des concentrations en NO/NOx et en NO2 voisines de 200nmol/mol ;ü ± 6% avant réglage et ± 4% après réglage pour des concentrations en CO voisines de 9 μmol/mol. Les résultats montrent que :ü Globalement la chaîne nationale d'étalonnage mise en place pour assurer la traçabilité desmesures de SO2, de NO/NOx et de CO aux étalons de référence fonctionne correctement.ü Le fait de régler l’analyseur avec l’étalon de transfert 2-3 améliore de façon significative les écartsrelatifs, ce qui met en évidence une dérive de la réponse des analyseurs au cours du temps.Contrôle qualité du bon fonctionnement de la chaîne d’étalonnage en O3 :Comme pour les composés SO2, NO/NOx, CO et NO2, le but est de faire circuler, dans lesniveaux 3, un générateur d’ozone portable délivrant un mélange gazeux à une concentration voisine de 100 nmol/mol pour valider les différents raccordements effectués dans le cadre de la chaînenationale d’étalonnage. La présente campagne d'intercomparaison a été effectuée avec 13 niveaux 3 en 2012, à savoir : ASPA, AIRPARIF, ORAMIP, AIR COM, GWADAIR, AIR BREIZH, AIR PACA, ATMO NPDC,LIMAIR, AIR PL, MADININAIR, ATMO Auvergne et LIGAIR. Les résultats obtenus en 2012 montrent que les écarts relatifs entre les concentrations en O 3déterminées par les 13 réseaux de mesure et celles déterminées par le LCSQA-LNE sont de ± 6%. De plus, les écarts relatifs observés entre les valeurs des AASQA et du LCSQA-LNE sontaléatoirement répartis de part et d’autre de zéro.

Le LCSQA a été chargé d’organiser pour 2010 une formation en statistique à l’intention des AASQA. Par un questionnaire qui leur était destiné sur le site Internet du LCSQA, ces dernières ont été invitées à exprimer leurs attentes. 27 réponses issues de 22 AASQA ont été recueillies. Les besoins des AASQA relèvent à la fois de la statistique descriptive élémentaire et de la statistique multivariée plus avancée. On note également un intérêt pour le logiciel libre R. Une première trame de formation susceptible de satisfaire à ces besoins a été élaborée. Elle se compose de trois parties : statistique descriptive mono et bivariée ; initiation à R ; analyse multivariée et régression. Deux sessions de formation identiques de 3 jours chacune auront lieu en 2010. Deux sessions supplémentaires sont prévues pour le début de l’année 2011.

La directive européenne 2008/50/CE du 21 mai 2008 dédiée à la qualité de l’air appelle au respect de valeurs limites ou valeurs cibles, en leur associant une exigence en terme d’incertitude maximale sur la mesure.   Les associations agréées de surveillance de la qualité de l'air sont tenues de participer aux essais d'intercomparaison (destinées aux organismes agréés de surveillance de la qualité de l’air) mis en place dans le cadre du Laboratoire Central de Surveillance de la Qualité de l'Air (article 9 de l’arrêté du 21 octobre 2010).   Dans l’objectif de vérifier le respect des exigences de la directive européenne 2008/50/CE, le LCSQA propose annuellement aux AASQA une intercomparaison de moyens mobiles pour les polluants SO2, O3, NO, NO2 et CO à différents niveaux de concentration et tout particulièrement au voisinage des seuils horaires d’information ou d’alerte pour les polluants NOx, O3, SO2, et de la valeur limite sur 8h pour le CO. Un essai d’intercomparaison de moyens de mesures mobiles a été réalisé en mars 2014 en collaboration avec ATMO POITOU CHARENTES. Il a réuni 8 participants (7 AASQA et le LCSQA/INERIS) et entités de mesures, constituant un parc de 51 analyseurs de NOx, O3, CO et SO2.   Durant cette intercomparaison, le système de dopage permettant une distribution homogène des gaz sur 4 directions a été mis en oeuvre, dans l’objectif de respecter des temps de résidence inférieurs à 3 secondes pour les oxydes d’azote et l’ozone.   Quelques dysfonctionnement mineures ont été identifiés en cours d’exercice, sans répercutions sur le déroulement de l’exercice. A l’issue de la phase de circulation de bouteilles étalons en aveugle, on relève globalement peu d’écarts importants. On note également que, contrairement aux exercices antérieurs, les analyseurs de SO2, présentent un nombre d’écart réduit et similaire à ceux des autres polluants. Cette nette amélioration s’explique par les précautions particulières appliquées aux bouteilles étalons et sans doute au soin pris par les participants lors de la phase de lecture de ces bouteilles compte tenu de l’évolution des consignes d’essais (lecture unique des étalons en aveugle). En fin de campagne, on relève quelques phénomènes de dérive portant uniquement sur les analyseurs de CO et SO2. On ne recense également qu’un défaut de linéarité significatif.   Au global, l’étendue des écarts avant essais traduit le niveau d’incertitude que le dispositif national permet d’obtenir en pratique au niveau 3 dans les conditions d’essais rencontrées lors de cette campagne. L’application des tests statistiques de Cochran et Grubbs (norme NF ISO 5725-2) sur un total de plus de 4000 mesures tous polluants confondus a éliminé un pourcentage non négligeable des données quart-horaires des NOx et concerne principalement l’un des participants. L’avis d’expert n’a pas été utilisé pour écarter d’autres données du calcul statistique.

Les   Hydrocarbures   Aromatiques   Polycycliques   (HAP)   sont   des   agents   carcinogènes génotoxiques  pour  l’homme  et  leurs  effets  sur  la  santé  sont  principalement  dus  aux concentrations retrouvées dans l’air ambiant, et en particulier sur les particules. C’est pourquoi la directive 2004/107/CE (4 ème directive fille) a établi la nécessité d’améliorer la surveillance et l’évaluation de la qualité de l’air, en introduisant le suivi des HAP et plus particulièrement du benzo(a)pyrène (B[a]P).  Cette surveillance des HAP implique deux étapes : des prélèvements d'air ambiant sur filtres effectués  par  les  Associations  Agréées  de  Surveillance  de  la  Qualité  de  l'Air  (AASQA)  et l'analyse de ces prélèvements en laboratoire afin de déterminer les concentrations de HAP. La pertinence d'un tel dispositif de surveillance de l'air repose sur la qualité des informations obtenues.  Elle  peut  être  garantie  de  façon  pérenne  en  développant  des  processus  de quantification impliquant un raccordement des mesures réalisées par les AASQA à un même étalon de référence détenu par un laboratoire de référence. Cette procédure permet d'assurer la  traçabilité  des  mesures  réalisées  sur  site  et  de  comparer  les  mesures  effectuées  par l’ensemble des AASQA dans le temps et dans 'espace.Dans le cas des analyses en laboratoire, le LCSQA-LNE a, entre autres, pour objectif d'établir la traçabilité métrologique des résultats d'analyse en développant des matériaux de référence certifiés (MRC) caractérisés avec des méthodes de référence primaires : l'utilisation de ces MRC lors des analyses en laboratoire permet de s'assurer de la justesse et de la fidélité des résultats, et de valider la méthode d’analyse. De plus, ces MRC peuvent également être pris comme  échantillons  lors  d'essais  inter  laboratoires  afin  de pouvoir  disposer  de  valeurs  de référence et non de valeurs consensuelles comme la moyenne des participants par exemple. Une  synthèse  bibliographique  sur  les  MRC  de  HAP  a  été  réalisée  en  2006  et  a  permis  de mettre en évidence que les références de certains MRC disparaissent des catalogues : ceci est  le  cas  des  MRC  de  particules  dans  l’air  qui  sont  rarement  renouvelés,  contrairement  à d'autres matrices comme les sédiments et les biotes. De  plus,  il  a  été  montré  que  seulement  deux  types  de  MRC  dans  les  particules  étaient disponibles :  un  pour  l’analyse  des  particules  diesel  et  l’autre  pour  l’analyse  de  poussières dans les habitations. Mais, ces matériaux proposés ne sont pas représentatifs des particules prélevées dans l’air ambiant.  C'est  pourquoi  le  LCSQA-LNE  a  proposé  de  développer  un  MRC  adapté  à  la problématique de la mesure des HAP dans l'air ambiant.   La production d'un tel MRC comprend plusieurs phases : Le  développement  de  la  méthode  d'analyse  permettant  de  caractériser  le  MRC.  Elle comprend  plusieurs  étapes :  une  extraction  des  HAP  de  la  matrice,  une  purification  de l’extrait, une séparation des composés et leur détection. L'étape la plus délicate et qui est source  prépondérante d’incertitudes est liée à  l’extraction. La mise au point de la méthode de dopage de particules avec les HAP. L’étude d’homogénéité et de stabilité du lot de particules. L’étude du mode d’impact des particules sur le filtre. L'étude  commencée  en  2009  et  poursuivie  en  2010  a  porté  sur  l'optimisation  de  l'étape d'extraction qui est une des étapes les plus délicates du processus d’analyse des HAP. Les  essais  ont  consisté  à  étudier  un  grand  nombre  de  paramètres  afin  d'obtenir  des rendements d’extraction maximaux. Les différents paramètres testés ont été les suivants : la température d’extraction, le type de solvant d’extraction, le type de matrice de remplissage… Mais également le type de composés marqués à utiliser pour la dilution isotopique : en effet, il a  été  montré  que  l’utilisation  de  composés  marqués 13 C  étaient  préférables  aux  composés marqués au deutérium.   Le LCSQA-LNE a souhaité analysé des extraits et des filtres lors de l’essai interlaboratoire organisé par le LCSQA-INERIS en 2010 afin de tester la méthode sur des échantillons réels préparés  par  le  LCSQA-INERIS.  Les  résultats  obtenus  par  le  LCSQA-LNE  sont  cohérents avec  ceux  obtenus  par  l'ensemble  des  participants  quelque  soit  le  HAP  et  le  niveau  de concentration, ce qui a permis de valider la méthode d’extraction et d'analyse des HAP dans les particules finalisées en 2010 par le LCSQA-LNE.   En conclusion, l'ensemble des essais réalisés par le LCSQA-LNE depuis 3 ans pour optimiser les  différents  processus  a  permis  au  LCSQA-LNE  de  développer  une  méthode  d’extraction ASE  et  une  méthode  d’analyse  CG/SM  fiables,  reproductibles  et  validées.  Une  grande importance a été portée sur le développement de la méthode d'analyse dans le but de réduire au maximum les incertitudes sur les concentrations des HAP dans le MRC.   Par   ailleurs,   des   recherches   ont   été   entreprises   concernant   la   deuxième   étape   du développement du MRC à savoir sur la nature des particules à doper. Après de nombreux contacts avec les fabricants et la réalisation d'une étude bibliographique, il a été décidé de travailler sur un mélange de particules synthétiques donc la composition se rapproche le plus de celle des particules réelles.   En 2011, le LCSQA-LNE propose de poursuivre le développement  des MRC pour les HAP de la façon suivante : Réalisation  d'un  système  modèle  constitué  de  particules  « réelles »  à  base  de  silice, carbone, alumine…, Finalisation des paramètres de dopage : solvant, durée de contact, homogénéisation, Dopage des particules avec des HAP, Impaction des particules dopées sur des filtres, Début de l’étude de stabilité.

Le LCSQA assure chaque année une assistance technique et méthodologique relative au traitement statistique et géostatistique des données et à l’élaboration de cartographies. Afin de mieux répondre aux besoins des AASQA concernant la cartographie de la pollution en milieu urbain, et en complément des travaux méthodologiques conduits sur ce sujet, cette assistance s’est étendue à l’utilisation des modèles de dispersion.   La présente note synthétise les actions réalisées en 2014 dans ces différents domaines pour le compte des AASQA. Ces actions ont pris différentes formes : échanges téléphoniques, déplacement sur site, sessions de formation. Parmi les tâches effectuées en 2014, on relèvera plus particulièrement la mise au point d’une nouvelle formation sur l’application de la géostatistique et la production de cartographies avec le logiciel R et un appui technique en modélisation auprès de Qualitair Corse.

30 06 2017 - Mise en ligne du rapport "Synthèse des développements et travaux d’assistance destinés aux utilisateurs de PREV’AIR" Ce rapport synthétise l’ensemble des actions menées dans le cadre de la plateforme PREV’AIR (www.prevair.org) pour répondre aux besoins des utilisateurs. Cela concerne les développements visant aussi bien à étendre les capacités du système de prévision qu’à rendre ses performances plus élevées. La première partie du rapport fournit une estimation du comportement général des outils via des indicateurs statistiques classiques permettant de comparer les résultats de modélisation aux observations validées de la base de données nationale alimentée par les AASQA (associations de surveillance de la qualité de l’air). Une attention particulière est portée à l’évaluation des performances de PREV’AIR concernant la détection des épisodes de pollution. Après un été 2014 où les épisodes de pollution à l’ozone furent rares, l’été 2015 a connu de concentrations élevées plus fréquentes pour de ce polluant secondaire formé à partir des oxydes d’azote et des composés organiques volatiles. Parmi la trentaine de journées relevées avec des concentrations supérieures au seuil d’information et recommandations, il y a eu 2 épisodes majeurs, le premier entre le 30 juin et le 7 juillet et le second entre les 7 et 9 aout. Les régions de l’Est, du Sud-est, du Sud ainsi que le Bassin parisien ont été les plus affectées.  Comme lors des années précédentes, le mois de mars a été le théâtre d’un épisode important de particules, apparu en deux temps avec une emprise géographique couvrant une très large partie de la métropole. Dans l’ensemble, le comportement de PREV’AIR est très satisfaisant et les prévisions ont permis la plupart du temps d’anticiper l’occurrence de ces épisodes de pollution et d’identifier les zones touchées. Les scores indiquent une stabilité par rapport aux années précédentes de façon assez généralisée, avec toutefois une dégradation sur l’Auvergne-Rhône-Alpes due à une sous-estimation des concentrations d’ozone et de PM10.  Les nouvelles versions qui reposent sur le couplage CHIMERE-IFS semblent encore perfectibles, ce qui motive de nombreux travaux en cours menés par l’INERIS dans le cadre de ses programmes d’appui et de recherche, pour permettre leur bascule sur PREV’AIR en 2017. Ces travaux menés en 2015 et 2016 permettront d’associer à ces nouvelles filières des outils de post-traitements (analyse et adaptation statistique) adaptés et performants.  

  juin 2017 - Nouvelle note "Assistance en cartographie et en traitement de données" - synthèse des actions 2016   Le LCSQA assure chaque année une assistance technique et méthodologique relative au traitement statistique et géostatistique des données et à l’élaboration de cartographies. Cette assistance comprend aussi la fourniture de données de population spatialisées selon la méthodologie nationale. Elle a été également étendue à la modélisation de la dispersion à l’échelle urbaine, qui joue un rôle croissant dans la production de cartographies. La présente note synthétise les actions réalisées en 2016 dans ces différents domaines pour le compte des AASQA. Ces actions se sont principalement déroulées sous forme d’échanges téléphoniques et de sessions de formation. Parmi les tâches effectuées en 2016, on relèvera plus particulièrement la reconduite de la formation en géostatistique et cartographie avec le logiciel R et l’organisation d’une session de travaux pratiques en statistique et cartographie. Une synthèse des activités du GT Zones sensibles est également incluse dans cette note.