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  Référentiel technique national Ce guide 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.  Il a été approuvé en CPS (comité de pilotage de la surveillance) du 19 décembre 2017. Mise en application : 1er mars 2018.   Ce document constitue la première version du guide méthodologique pour la mesure de la composition chimique des particules submicroniques non-réfractaires (NR-PM1) par ACSM (Aerosol Chemical Speciation Monitoring). Il concerne l’utilisation des ACSM de type quadripôle (Q-ACSM), fabriqués par la société « Aerodyne R.I. ». Ce guide 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 ainsi que les étapes de validation des données à respecter. Il a été rédigé sur la base des documents des constructeurs, des échanges avec le distributeur, de l’état de l’art scientifique et des bonnes pratiques mutualisées dans le cadre du réseau européen ACTRIS, ainsi que des retours d’expériences des utilisateurs des AASQA émis notamment lors des réunions du « Groupe Utilisateur ACSM ». Ce guide pour l’utilisation des ACSM pourra être remis à jour en fonction des retours d’expériences des utilisateurs, des préconisations constructeur ou des avancées de l’état de l’art scientifique international

Un épisode de pollution particulaire a touché toute la moitié nord de l’Europe autour du 21 février 2018. En France, il a d’abord été observé sur la pointe septentrionale, de la Normandie à la Champagne en passant par l’Ile de France et les Hauts de France, avant de s’étendre également aux régions Grand-Est, Pays-de-la-Loire, Centre-Val-de-Loire et Nouvelle-Aquitaine. Cet épisode est relativement semblable à ceux typiquement observés en fin d’hiver - début de printemps ces dernières années, dominés par les particules fines et avec une forte influence du nitrate d’ammonium. Ce composé semi-volatil est issu de la combinaison entre l’ammoniac (NH3, venant majoritairement des activités agricoles) et les produits d’oxydation des oxydes d’azote (NOx, issus principalement du transport routier). Ces résultats sont à considérer comme préliminaires. Ils pourront éventuellement être consolidés à l’aide de résultats issus de l’analyse différée de prélèvements sur filtres. Concernant les origines géographiques, elles ne peuvent être quantifiées à l’aide de ce type de mesures en temps réel. Un examen approfondi de cette problématique pourra être conduit, notamment sur la base de résultats de modélisation. A noter enfin qu’une augmentation significative des niveaux de PM10 a également touché le quart sud-est du territoire à partir des 22 et 23 février, sous l’effet de phénomènes plus régionalisés et non abordés dans la présente note.

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.

D’importants épisodes de pollution particulaire ont impacté la métropole (en particulier la façade ouest, le bassin parisien, l’Alsace et Rhône-Alpes) en fin d’année 2014 - début d’année 2015. Cette note synthétise les résultats obtenus pour ces épisodes dans le cadre du programme CARA, notamment par analyses chimiques de filtres prélevés par les AASQA sur 13 sites du dispositif national au cours de ces épisodes. Les interprétations scientifiques proposées dans cette note pourront être consolidées en cours d’année 2015, notamment à l’aide d’une analyse plus approfondie des mesures réalisées par aethalomètres multi-longueurs d’onde. La variabilité spatiale et temporelle des niveaux de PM10 observée autour du 1er janvier 2015 est principalement liée aux fluctuations des concentrations de matière organique. Cette dernière fraction constitue près des ⅔ de l’ensemble des PM10 pour les sites de fond urbain ayant pu être étudiés et présentant un dépassement du seuil journalier de 50μg/m3. L’analyse du contenu en lévoglucosan sur l’ensemble des filtres disponibles permet de conclure à la forte influence de la source « combustion de biomasse » sur ces niveaux de matière organique. Ces résultats sont à relier en premier lieu à l’utilisation accrue du chauffage au bois au cours des vacances et jours fériés, couplée à des conditions météorologiques défavorables à la dispersion des polluants autour du 1er janvier 2015, en particulier sur la partie ouest de la France. Sur l’ensemble des sites étudiés ici, seul celui de proximité automobile de Strasbourg Clémenceau présente des dépassements du seuil journalier de 50μg/m3 ne pouvant être directement expliqués par la combustion de biomasse.

La pollution particulaire constitue aujourd’hui un véritable enjeu à la fois politique  sanitaire et règlementaire. Ainsi, un besoin fort est exprimé par les pouvoirs publics de se doter d’outils de compréhension des phénomènes et d’aide à la décision afin d’appliquer la Directive 2008/50/CE et mettre en œuvre des plans de réduction des sources de matière particulaire (PM) en France. C’est pourquoi le dispositif CARA a été crée au sein du Laboratoire Central de Surveillance de la Qualité de l’Air (LCSQA) et que des campagnes de mesures sont menées sur le territoire pour suivre des traceurs spécifiques de certaines pollutions, caractériser la pollution particulaire dans des zones spécifiques telles les zones rurales, mettre au point des méthodes d’analyse et de traitement des données pour attribuer les sources et comprendre les phénomènes. En 2009, un premier rapport s’est attaché à faire l’état des lieux des différentes approches existantes pour l’attribution des sources de particules ainsi que des différentes études de source de PM menées en France au niveau national, régional et dans le domaine de la recherche, ce travail a révélé la multiplicité et la diversité de ces études. En 2010, ce travail de veille s’est poursuivi et a permis de mettre en évidence les principaux éléments suivants : Le nombre de sites instrumentés pour l’étude des PM est passé d’une trentaine en 2009 à une cinquantaine en 2010. La grande majorité de ces sites couvre la partie Est de la France, l’Ouest n’étant couvert que par quelques sites du dispositif CARA et les sites ruraux. Une grande majorité des projets régionaux est tournée vers l’attribution des sources locales et plus particulièrement le chauffage au bois, aucun ne s’intéresse spécifiquement aux apports transfrontaliers (si l’on excepte les projets AERA paragraphe 7.9 et PACTES paragraphe 7.11 en partenariat avec l’Italie) et aux sources naturelles. Parmi l’ensemble des projets, deux seulement sont destinés à des applications épidémiologiques (« Brumes de sable » en Martinique paragraphe 7.5 et le site d’observation de la Meuse paragraphe 7.7) et un se destine à des études de toxicologie (PACTES en région PACA paragraphe 7.9). Le nombre d’études régionales est bien plus important que le nombre d’études menées à l’échelle nationale et les programmes de recherche nationaux sont peu nombreux. Alors que de multiples études régionales sont venues enrichir celles répertoriées en 2009, aucun nouveau programme de recherche national n’a été initié en 2010 alors que les campagnes MEGAPOLI ont eu lieu et que le programme FORMES est arrivé à son terme. Cet état de fait semblerait mettre évidence une plus grande facilité à monter des projets localement, qu’au niveau national en regroupant plusieurs laboratoires et ainsi des compétences multiples et complémentaires, et par conséquent la nécessité de favoriser la mise en place et le financement de ce type de projets par un encadrement national par exemple.  Néanmoins, qu’elles soient un outil des pouvoirs publics, aient pour objectif la caractérisation d’une pollution locale ou la compréhension des phénomènes, toutes ces études participent à la connaissance de la pollution particulaire en France et sont ou seront à l’origine d’une masse importante de données. A nouveau le besoin de cohérence nationale pour la mise en œuvre de tels projets est clairement identifié afin que les méthodes de mesures soient harmonisées pour une meilleure exploitation des données et que les différents projets soient coordonnés pour apporter les réponses adaptées à la problématique nationale posée par la pollution particulaire (réduction des sources, estimation de l’exposition, application de la Directive). Dans ce contexte et dans la continuité du travail de veille réalisé depuis 2009, une revue et compilation de l’ensemble de ces données est prévue pour les années à venir par le LCSQA. La vision globale que peut offrir ce travail pourrait permettre de proposer des pistes d’orientation des projets en création ou d’exploitation des données des projets en cours.

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 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 2015, 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 2015, à ce jour, 2825 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 ».  Organisation d'un exercice de comparaison inter-laboratoires (rapport CIL métaux 2015). Cette année, 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).  Analyse des métaux, métalloïdes et éléments majeurs dans des échantillons de PM10 collectés dans le cadre du programme CARA à Nogent sur Oise, Lens, Rouen, Roubaix et Revin (MERA) pendant l’année 2014. L’application de traitement statistique (ACP) et de        modèles source-récepteur (PMF) doit permettre l’identification des principales sources de particules affectant la zone (site récepteur) et leurs contributions relatives à la masse des PM10 (Aérosols inorganiques secondaires, combustion de biomasse ou de fuel lourd, trafic        automobile, aérosols marins, poussières détritiques, industrie …).

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.