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Ce rapport synthétise l’ensemble des actions menées dans le cadre de la plateforme Prev’Air (www.PrevAir.org) pour répondre aux besoins des AASQA (associations agréées de surveillance de la qualité de l’air). 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. Une attention particulière est portée à l’évaluation des performances de Prev’Air concernant la détection des épisodes de pollution. Cet exercice a pour objectif de répondre à un souci de transparence sur les aptitudes des modèles à prévoir et à estimer la qualité de l'air. Ce rapport traite de l’ozone pour les étés 2017 et 2018 et des particules pour les années 2017 (à partir d’avril) et 2018 en France métropolitaine. A noter que cette évaluation porte sur des calculs nouvelle génération mis en place sur Prev’Air depuis avril 2017 incluant la haute résolution. En effet, lors de la migration du système sur une nouvelle plateforme de calcul haute performance (à Météo France), de nombreuses modifications ont été opérées sur le système, dont un changement de version de CHIMERE et la mise à jour des post-traitements (incluant les procédures d’adaptation statistique). L’évaluation des épisodes est effectuée dans un premier temps sur les prévisions brutes de Prev’Air et montre une discontinuité avec les années passées pouvant s’expliquer par les changements de version des outils. Ensuite, elle est réalisée sur les calculs de l’adaptation statistique, processus correctif reposant sur les prévisions brutes et mis en place pour accroitre la performance des prévisions. Les gains résident dans la capacité du modèle statistique à corriger le biais sur les concentrations lors des épisodes. Ce rapport intègre pour la première fois des évaluations pour les régions et départements d’outre-mer car un système de prévision de la qualité de l’air dédié à ces zones (appelé Prev’Air DROM) est entré en production au premier trimestre 2018 avec une configuration très proche de celle de la prévision de Prev’Air en métropole. Le système Prev’Air DROM comporte un grand domaine sur l’Atlantique Ouest et trois petits domaines pour inclure la Guyane, Martinique et Guadeloupe. L’évaluation porte essentiellement sur les PM10 car les DROMs sont fréquemment exposés à l’arrivée de poussières désertiques de grosse taille transportées à travers l’océan Atlantique à partir du Sahara.

L’article 27 de l’arrêté du 19 avril 2017 relatif au dispositif national de surveillance de la qualité de l’air ambiant dispose que le LCSQA est tenu d’« effectuer le suivi du coût de la mise en œuvre de la surveillance » de la qualité de l’air. Tel est l’objet de ce rapport qui analyse les évolutions budgétaires du dispositif, sur les 5 dernières années. En 2018, le financement du dispositif national de surveillance de la qualité de l’air est de 71M€, ce qui représente une augmentation de 1% sur 5 ans. De plus, en 2018 l’Etat finance directement, par des subventions, le dispositif national de surveillance de la qualité de l’air à hauteur de 33,6% et par des moindres recettes fiscales via la taxe générale sur les activités polluantes (TGAP) à hauteur de 36,3%. Le financement des AASQA représente 91,8% du financement total de la surveillance de la qualité de l’air sur la période, en augmentation sur 5 ans, passant de 90,1% en 2014 à 92,3% du financement total en 2018. En 5 ans, les financements des AASQA ont augmenté de 3,5% passant de 63,3M€ en 2014 à 65,5M€ en 2018. Les financements du LCSQA représentent 7,7% sur la période ; ils sont en baisse sur 5 ans passant de 9,4% du financement total du dispositif en 2014 à 7,3% en 2018. La baisse est de 21% depuis 2014. Le financement de la mise en œuvre opérationnelle de la plate-forme Prev’Air est en baisse de 29% sur 5 ans, passant de 400k€ en 2014 à 284k€ en 2018. De par sa structure et son mode de financement, seul le coût de mise en œuvre opérationnelle du système Prev’Air, hors travaux de développement scientifique, peut être estimé aisément. Le financement de la mise en œuvre opérationnelle de Prev’Air représente 0,5% du financement total de la surveillance de la qualité de l’Air sur la période.

L'objectif est de maintenir un bon niveau de performances métrologiques pour les étalons de référence SO2, NO, NO2, CO, O3 et BTEX (benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes) utilisés pour titrer les étalons des AASQA, afin de pouvoir continuer à produire des prestations de qualité et de développer des étalons de référence pour de nouveaux polluants. La première partie a consisté à faire une synthèse des actions menées pour maintenir l'ensemble des étalons de référence afin de pouvoir réaliser les étalonnages prévus dans l’étude « Maintien de la chaîne nationale de traçabilité métrologique » de décembre 2019. La deuxième partie a porté sur l’amélioration de la méthode de fabrication gravimétrique des mélanges gazeux de référence en bouteille. Pour les composés NO, CO et BTEX (benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), les étalons de référence sont des mélanges gazeux de référence en bouteille (quelques µmol/mol à quelques centaines de µmol/mol) appelés également Matériaux de Référence Certifiés (MRC) qui sont préparés par le LCSQA-LNE par la méthode gravimétrique selon la norme ISO 6142-1 : ces mélanges gazeux sont ensuite dilués par voie dynamique pour étalonner les mélanges gazeux utilisés par les AASQA. La rampe de fabrication utilisée par le LCSQA-LNE ayant été mise en place il y a une vingtaine d’années, il devenait nécessaire de la remplacer par un système plus performant (changement des capteurs de pression, ciblage de la masse avec une balance…), afin d’améliorer la qualité des mélanges gazeux de référence et de diminuer le temps de fabrication. L’objectif de cette étude était donc de développer et de valider une nouvelle rampe de fabrication des mélanges gazeux de référence. Fin 2017, un schéma d’une nouvelle rampe a été réalisé (filtration, ciblage, alimentation en gaz purs…). Au cours de l’année 2018, de nombreuses discussions ont eu lieu avec le fournisseur pour affiner le schéma de la rampe de fabrication, le cahier des charges ainsi que le devis. La nouvelle rampe pour la production de matériaux de références certifiés a été réceptionnée en juin 2019 au LCSQA-LNE. Elle est flexible d’utilisation avec quatre arrivées de gaz azote et quatre d’air permettant un remplissage en pression des bouteilles plus aisé, une possibilité d’injecter les composés liquides purs, avec une voie dédiée à l’injection des mélanges gazeux ayant des fractions molaires élevées. Les raccords sont en VCR avec des traitements de surface Sulfinert® afin de limiter au maximum les adsorptions des molécules d’intérêt. La mise en place de deux filtres SAES GETTERS® (un pour l’azote et un pour l’air) sur la rampe permet d’obtenir des fractions molaires d’impuretés (vapeur d’eau, oxygène…) très faibles (quelques nmol/mol) limitant ainsi les réactions parasites de ces impuretés avec les molécules d’intérêt (ex : réaction entre NO et O2 ; réaction de NO2 avec H2O). L’instrumentation de la rampe avec un analyseur de vapeur d’eau (CRDS HALO KA) permet de suivre le niveau de vapeur d’eau en continu et de pouvoir produire des MRC lorsque la fraction molaire mesurée de vapeur d’eau est suffisamment faible pour éliminer toute réaction non désirée. Elle a été ensuite optimisée notamment en changeant certaines vannes défectueuses ou inadaptées à notre utilisation. Six mélanges gazeux ont été produits avec cette nouvelle rampe et ont été analysés par rapport à d’autres MRC (laboratoire national de métrologie en Angleterre - NPL). Les essais ont démontré la justesse des mélanges gazeux préparés, validant ainsi dans son ensemble la rampe de production des MRC. Les résultats obtenus au cours de cette étude montrent donc que la nouvelle rampe de fabrication des MRC du LCSQA-LNE est opérationnelle, fonctionnelle et exempte de fuites. Elle sera utilisée à l’avenir pour la fabrication des mélanges gazeux nécessaires pour le raccordement des étalons des AASQA (cf. Rapport LCSQA « Maintien de la chaîne nationale de traçabilité métrologique » de décembre 2019).

  Référentiel technique national Ce guide fait partie du référentiel technique national, conformément à l'arrêté du 19 avril 2017 modifié relatif au dispositif national de surveillance de la qualité de l'air (modifié par l'arrêté du 17 juillet 2019).  Il a été approuvé en CPS (comité de pilotage de la surveillance) du 15 décembre 2020. Mise en application : 15 décembre 2020     Ce document constitue la mise à jour du guide méthodologique LCSQA paru en 2018, relatif à l’utilisation de l’aéthalomètre multi-longueurs d’onde AE33 fabriqué par « Magee Scientific » en air ambiant. Cet instrument permet la mesure des concentrations de carbone suie (ou Black Carbon, BC), émis par les sources de combustion. Ce guide méthodologique ne constitue pas un mode opératoire ou un manuel d’utilisation. Le lecteur est invité à se reporter au manuel fourni par le distributeur pour les informations relatives au fonctionnement de l’instrument lui-même. Ce document s’attache à recenser les bonnes pratiques, les fréquences de maintenance, les différentes étapes inhérentes à la validation des données ainsi que les méthodes d’exploitation des données à travers notamment l’utilisation d’un modèle d’estimation des sources reliées aux combustions de biomasse ou de carburant fossile. Il a été rédigé sur la base des documents des constructeurs, des échanges avec le distributeur, de l’état de l’art scientifique. Il s’appuie aussi sur les retours d’expérience des utilisateurs des AASQA, émis notamment lors des réunions LCSQA du « Groupe Utilisateur AE33 » et du « Groupe de travail du programme CARA ». Enfin, il intègre les retours des séminaires techniques à destination des associations agrées pour la surveillance de la qualité de l’air (AASQA), organisées conjointement avec le constructeur, le distributeur français et le LCSQA. Ce guide pour l’utilisation des AE33 pourra être remis à jour en fonction des retours d’expériences des utilisateurs, des préconisations du constructeur ou des avancées de l’état de l’art scientifique.

Le LCSQA a été chargé de développer, en collaboration avec les AASQA, une approche harmonisée permettant d’estimer l’exposition des populations à des dépassements de seuils réglementaires. Afin d’orienter ce travail, un recensement préalable des méthodes de cartographie et de croisement avec la population a été réalisé auprès des AASQA. Vingt-quatre AASQA ont répondu à un questionnaire qui leur a été envoyé au début de l’année 2013. Cette note présente le bilan des réponses obtenues.

  Ce document fait partie du référentiel technique national, conformément à l'arrêté du 19 avril 2017 relatif au dispositif national de surveillance de la qualité de l'air.   Lettre d'application de l'article 17 de l'arrêté du 19 avril 2017 aux Présidents d'AASQA : porter à connaissance qualité de l'air

L'objectif est de maintenir un bon niveau de performancesmétrologiques pour les étalons de référence SO2, NO, NO2, CO, O3 et BTX (benzène, toluène, xylènes) utilisés pour titrer les étalons des AASQA, afin de pouvoir continuer à produire des prestations de qualité. La première partie de l'étude a consisté à faire une synthèse des actions menées pour maintenir l'ensemble des étalons de référence afin de pouvoir réaliser les étalonnages prévus dans l’étude « Maintien et amélioration deschaînes nationales d’étalonnage » de novembre 2011. La deuxième partie a porté sur le développement d’étalons et d’une méthode de référence pour pouvoir raccorder les mélanges gazeux de p-xylène, de m-xylène et d'éthylbenzèneutilisés par les Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l’Air (AASQA). Depuis 2005, le LNE étalonne les mélanges gazeux de benzène, toluène et o-xylène utilisés par les AASQA. La méthode d’étalonnage consiste à comparer au moyen d’un chromatographe les mélanges gazeux à étalonner avec des mélanges gazeux de référence fabriqués par le LNE par la méthode gravimétrique. La fabrication de ces mélanges gazeux de référence ainsi que la méthode d’étalonnage ont fait l’objet d’une accréditation par le COFRAC dans le domaine de 1 à 100 nmol/mol. En 2008, il a été décidé d’étendre le domaine d’étalonnage à trois composés supplémentaires à savoir l’éthylbenzène, le p-xylène et m-xylène. Le raccordement en p-xylène, en m-xylène et en éthylbenzène implique: -  Le développement de mélanges gazeux de référence de p-xylène, de m-xylène et d'éthylbenzène par la méthode gravimétrique, -  Le développement d'une méthode d'étalonnage basée sur l'utilisation des mélanges gazeux de référence ci-dessus et permettant de titrer les mélanges gazeux de p-xylène, de m-xylène et d'éthylbenzèneutilisés par les AASQA.   L'étude 2008portant sur le 1er point a permis de préparer et de valider des mélanges gazeux de référence gravimétriques de p-xylène, de m-xylène et d'éthylbenzèneà 2 µmol/mol. Les études menées en 2008 et 2009portent sur le 2ème point, c’est à dire sur le développement d’une méthode d’étalonnage en p-xylène, m-xylène et éthylbenzène. Dans ce but, le LNE a fait l’acquisition, en septembre 2008, d’un chromatographe en phase gazeuse 450GC (VARIAN) équipé d’une pré-concentration avec désorption thermique et de deux voies d’analyse indépendantes constituées chacune d’une colonne capillaire et d’un détecteur à ionisation de flamme pour développer une méthode chromatographique permettant la séparation des 6 composés BTEX (benzène, toluène, éthylbenzène, p-xylène, m-xylène et o-xylène). Les études menées en 2008 et 2009 ont conduit à la mise au point d’une méthode d’analyse satisfaisante dans laquelle les six composés étaient correctement séparés en un temps acceptable. Néanmoins, l’avancée de cette étude avait été fortement perturbée par des problèmes de communication provoquant parfois l’arrêt du chromatographe en cours d’analyses. Ce problème a persisté jusqu’en janvier 2010 où le chromatographe est tombé en panne et a été repris par le fabricant. En avril 2010, un nouveau chromatographe 450GC (VARIAN) identique a été livré au LNE en remplacement de l’appareil défectueux. Ce type de chromatographe a de bonnes performances métrologiques, mais des temps d’analyse relativement longs (de l’ordre de la ½ heure). Au vu des problèmes rencontrés sur le chromatographe 450GC (VARIAN), le LNE a effectué des recherches bibliographiques et a identifié un chromatographe nouvelle génération (CompactGC de la société Interscience) qui a de bonnes performances métrologiques en terme de répétabilité, reproductibilité, linéarité.., de faibles limites de détection et des temps de réponse très faibles (quelques minutes) et s'est donc équipé de ce chromatographe en 2010.   Les premiers essais effectuésen 2010 ont permis de fixer les conditions opératoires, de mettre au point la méthode d’analyse et d'obtenir des résultats satisfaisants et conformes au cahier des charges du LNE. En effet, les 6 composés sont correctement séparés, la durée totale d’une analyse n’excède pas 15 minutes, la limite de détection et la répétabilité des mesures sont inférieures aux objectifs fixés (respectivement de 0,05 nmol/mol et 0,2%).   L’étude menée en 2011avait 2 objectifs : -  Améliorer la justesse des concentrations des mélanges gazeux gravimétriques en développant une méthode analytique permettant de quantifier les impuretés contenues dans différents composés liquides purs (benzène, toluène, éthylbenzène, p-xylène, m-xylène, o-xylène) utilisés pour fabriquer les mélanges gazeux gravimétriques, -  Caractériser et valider la méthode analytique développée en 2010 sur le chromatographe Compact GC (Interscience).   Les résultats obtenus lors de l’étude réalisée en 2011 sur l’amélioration de la justesse des mesuresa montré que la quantification des impuretés présentes dans les composés liquides purs de BTEX est possible au moyen d’un chromatographe en phase gazeuse équipé d’un détecteur FID. La méthode de quantification développée a été caractérisée en déterminant sa répétabilité, sa linéarité et sa limite de détection. La mise en œuvre de solutions étalons permet un étalonnage correct du chromatographe puisque sa réponse est linéaire et que la répétabilité des résultats est inférieure à 2 %. De plus, la plupart des impuretés sont quantifiables étant donné que la limite de détection est faible (0,3 µmol/mol).   Concernant la caractérisation de la méthode analytique, l’étude menée en 2011a permis de finaliser la méthode d’étalonnage des mélanges gazeux de BTEX avec le chromatographe Compact GC (Interscience). Le fait d’avoir mis en place un nouveau chromatographe et d’avoir modifié la méthode d’analyse pour l’étalonnage des mélanges gazeux de BTEX réalisés pour les AASQA a entraîné certains changements : - La justesse des mesures a été améliorée, car les impuretés des composés purs sont à présent déterminées et quantifiées lors de la fabrication des mélanges gazeux étalons de BTEX, -  L’estimation des incertitudes sur le résultat de l’étalonnage a également été améliorée du fait de la quantification des impuretés dans les composés purs utilisés lors de la fabrication des mélanges gazeux étalons, -  Le temps d’analyse est divisé par 2 ce qui permet une diminution du coût d’une analyse. En conséquence, depuis août 2011, le LNE certifie les concentrations d’éthylbenzène, de m-xylène et de p-xylène en plus du benzène, du toluène et de l’o-xylène pour les mélanges gazeux de BTEX des AASQA. La troisième partie a porté sur le développement d'un étalon et d'une méthode de référence pour raccorder les mélanges gazeux de formaldéhyde qui pourraient être ensuite utilisés par les AASQA pour régler des analyseurs placés principalement sur des sites industriels. La première étape réalisée en 2008a consisté à mettre en place un banc de perméation pour pouvoir générer des mélanges gazeux de référence de formaldéhyde. La deuxième étape commencée début 2009portait sur le développement d'une méthode de référence pour analyser les mélanges gazeux de formaldéhyde à partir des mélanges gazeux de référence de formaldéhyde générés par perméation. Fin 2008, le LNE s'était équipé d'un chromatographe en phase gazeuse GC450 VARIAN comprenant un méthaniseur et une détection FID. L'ensemble des essais réalisés en 2009 avec cet appareil n'avait pas permis d’arriver à une solution satisfaisante pour l’analyse du formaldéhyde à basse concentration. De plus, de multiples problèmes techniques rencontrés sur l’appareil n’avaient pu être résolus par le fabricant malgré sa forte implication à vouloir les résoudre. Par conséquent, l’appareil avait été repris en décembre 2009 par le fabricant qui a remboursé le LNE (remboursement au prix d'achat de l'appareil). L'objectif de l'étude menée en 2010était donc d'identifier un autre système analytique pour analyser le formaldéhyde à basse concentration. L'année 2010 a permis de réaliser une bibliographie sur les autres moyens analytiques pouvant être utilisés pour faire les analyses de formaldéhyde. Les recherches bibliographiques ont montré que très peu d'appareils permettent de faire des mesures à des concentrations de l'ordre de quelques nmol/mol. Seul le spectromètre CW-QCL de la société Aerodyne Research présente les performances requises en terme de répétabilité et de sensibilité : par conséquent, cet appareil a été acheté en septembre 2010 et a été livré en juillet 2011. Les essais menés en 2011ont porté sur la prise en main du nouvel appareil (CW-QCL de la société Aerodyne Research), plus complexe que les analyseurs classiques, et sur la réalisation d’essais préliminaires. Ils avaient pour but d’optimiser les conditions opératoires afin de mieux comprendre et de quantifier l’influence de différents paramètres sur la mesure de la concentration en formaldéhyde (fréquence et durée du zéro, débit et pression dans la cellule de mesure,…). Il a ensuite été entrepris de déterminer les caractéristiques de performance de cet appareil (limite de détection, linéarité, répétabilité, reproductibilité). Les résultats obtenus en 2011 sont très encourageants. L’étude des paramètres modifiables montre que la pression et le débit du flux gazeux dans la cellule de mesure n’ont pas d’influence significative sur la mesure du formaldéhyde. De plus, bien qu’au jour d’aujourd’hui, aucune étude de stabilité sur les tubes à perméation de formaldéhyde n’ait été entreprise, il est constaté que la répétabilité et la reproductibilité de l’analyseur sont correctes. Il peut donc être conclu que le tube délivre un taux de perméation relativement constant et surtout que l’analyseur est adapté à la mesure du formaldéhyde aux concentrations de l’ordre du nmol/mol, puisqu’il est suffisamment sensible pour détecter des variations de signal de l’ordre de 0,1 nmol/mol. Un critère de performance serait néanmoins à revoir. Il s’agit de la détermination de la limite de détection, car elle est bien supérieure à celle annoncée par le constructeur. Un montage en double dilution serait nécessaire pour pouvoir générer des concentrations proches de la limite de détection théorique et ainsi confirmer ou non ce paramètre. La quatrième partie a porté sur l’amélioration de la méthode de génération des mélanges gazeux de référence de SO2 par perméation. De récents exercices d'intercomparaison menés au niveau international montrent des différences significatives entre des résultats d'étalonnage obtenus en utilisant des étalons de référence gravimétriques et des étalons de référence générés par perméation pour le SO2 (ceci est également valable pour le NO2) : les raisons des écarts observés n'ont pour l'instant pas pu être expliqués. Le but de cette étude menée sur 2 ans (2011-2012) est donc de réexaminer la méthode de génération des étalons de référence par perméation en reprenant la procédure de pesée des tubes à perméation, en reconsidérant le calcul des débits de perméation et en y associant un nouveau calcul d'incertitude dans l’objectif d’améliorer la justesse des mesures et l’estimation des incertitudes associées. Cette première partie de l’étude a permis d’établir un bilan critique sur la mise en œuvre actuelle des tubes à perméation comme moyen de génération de mélange gazeux étalon. Elle montre que l’amélioration de la détermination du volume des tubes et de la régulation de la température des tubes est indispensable pour réduire les incertitudes sur les concentrations des mélanges gazeux étalons générés. D’autres facteurs d’influence même si leurs impacts sont moindres, seront tout de même à prendre en compte dans le calcul d’incertitudes final, comme la sortie des tubes pour leur pesée. L’étude sera poursuivie en 2012 pour évaluer d’autres paramètres intervenant sur la justesse de la concentration générée et compléter les essais réalisés en 2011

  Les normes CEN sur le mesurage des gaz CO, SO2, O3 et NOx de 2012/2013 exigent que le test métrologique de répétabilité soit réalisé sur site en même temps que les étalonnages. Pour répondre à cette contrainte, le LCSQA a fourni courant 2014, à la demande des AASQA, un logiciel de répétabilité sur site. Ce logiciel permet de se connecter aux stations d’acquisition pour suivre les mesures et réaliser le test de répétabilité lors des étalonnages. En 2015, le LCSQA a livré une deuxième version du logiciel aux AASQA et a poursuivi les travaux d’assistance technique et de maintenance de l’outil.   En savoir plus : Lire le rapport de synthèse instrumentation 2013-2014