Bilan de fonctionnement du système de mesure des particules après ajustement par module FDMS.

29 Pages·2008·1.2 MB·French

Bilan de fonctionnement
du système de mesure des
particules après
ajustement par module
FDMS
.

Année 2007

ASPA 08031103-TD
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Intervenants :

Intervenants études :
- Coordination du projet : Agnès Bertrand
- Rédaction du rapport : Agnès Bertrand
- Tiers examen du rapport : Emmanuel Rivière / Cyril Pallarès
- Approbation finale : Joseph Kleinpeter
Intervenants techniques :
- Tiers examen du rapport : Gilbert Fiegel

Bilan 2007- PM10 TEOM/FDMS 1 08031103-TD
SOMMAIRE
I. CADRE ET OBJECTIF DE L’ETUDE.......................................................................................................4
I.1 REGLEMENTATIONS EUROPEENNE ET FRANÇAISE.........................................................................................4
I.2 MESURES DES PARTICULES EN FRANCE......................................................................................................4
I.3 SUIVI DE LA POLLUTION ATMOSPHERIQUE PARTICULAIRE EN ALSACE..............................................................6
II. LA MESURE DES PARTICULES PAR LE MODULE FDMS......................................................................7
II.1 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU TEOM/FDMS...................................................................................7
II.2 CALCUL DU COEFFICIENT DE D’AJUSTEMENT PAR LE SYSTEME D’EXPLOITATION POL’AIR..................................9
II.3 VALIDATION DES DONNEES...................................................................................................................9
II.3.1 PRINCIPE DE VALIDATION PRECONISE AU NIVEAU NATIONAL - ADEME........................................................9
II.3.2 PRINCIPE DE VALIDATION OPERATIONNELLE A L’ASPA............................................................................11
II.3.3 BILAN 2007 DE FONCTIONNEMENT........................................................................................................13
III. BILAN ANNUEL 2007.....................................................................................................................14
III.1 BILAN METEOROLOGIQUE 2007.........................................................................................................14
III.2 BILAN DES CONCENTRATIONS............................................................................................................15
III.3 LES GAMMES DE CONCENTRATION......................................................................................................17
III.4 LES DEPASSEMENTS DES NORMES.........................................................................................................18
III.5 ZOOM SUR LES EPISODES DE DEPASSEMENT DU SEUIL D’INFORMATION........................................................20
..................................................................................................22
IV. LE COEFFICIENT D’AJUSTEMENT
V. CONCLUSION...............................................................................................................................23
Bilan 2007- PM10 TEOM/FDMS 2 08031103-TD
Bilan 2007- PM10 TEOM/FDMS 3 08031103-TD
I. Cadre et objectif de l’étude ou jauge bêta) qui fournissent en continu
les niveaux moyens horaires ou journaliers
de PM10. Ces appareils automatiques sont
I.1 Réglementations européenne et aptes à délivrer une information dans les
française délais requis par la réglementation, c’est à
dire avec une actualisation quotidienne

comme le demande l’arrêté ministériel du
La directive 1999/30/CE du 22 avril 1999 17 mars 2003.
stipule que la mesure des particules doit
être réalisée en utilisant la méthode de
référence décrite dans la norme EN12341.
A partir de 2002, des améliorations
Elle consiste en un prélèvement journalier
techniques ont été mises au point par les
sans contrôle de température puis une
constructeurs des appareils automatiques.
pesée en laboratoire après collecte et
Un module adapté sur le capteur de
conditionnement des échantillons.
particules - appelé FDMS pour les
Cependant, cette méthode présente
appareils de type TEOM et RST pour les
l’inconvénient de fournir des résultats
appareils à jauge bêta - permet de
décalés dans le temps. La directive prévoit
compenser les difficultés liées aux espèces
donc la possibilité de recourir à d’autres
particulaires semi-volatiles. Ces appareils
méthodes de mesures, sous réserve de
permettent de prendre en compte les
démontrer leur équivalence avec la
particules volatiles, essentiellement
méthode de référence.
constitués de nitrate d’ammonium2,

composé d’origine secondaire contenu
Des écarts ont été mis en évidence entre
dans les particules, varie beaucoup en
la méthode de mesure de référence des
fonction des conditions climatiques et de
PM10 et les techniques automatiques
l’origine des masses d’air. Or, ce composé
mises en œuvre en France jusqu’en 2006
solide se volatilise à partir de 25°C.
et dans la plupart des pays d’Europe1. Les

travaux réalisés depuis en France
Depuis le 1er janvier 2007 en France, la
permettent d’avoir recours à une solution
solution retenue a donc été de mettre en
technique pour rendre les résultats de
place sur une cinquantaine de sites de
mesure équivalents à la méthode de
référence répartis sur le territoire national,
référence.
un couple d’appareils, l’un équipé du

module FDMS (voir présentation principe
La Commission européenne a suggéré
de mesure page 6) et l’autre non. Ces
d’appliquer un coefficient fixe et unique
appareils permettent de calculer pour
de 1,3 à tous les résultats des appareils
chaque heure un incrément d’ajustement
automatiques. La plupart des Etats
(écart entre les résultats de mesure des
membres de l’Union européenne ont, par
suite, défini chacun leur propre coefficient

qui varie de 1 à 1,47 selon les saisons.
2 L’élevage, les épandages d’engrais organiques,
minéraux et organo-minéraux constituent les
principales sources agricoles d’ammoniac. Parmi les
I.2 Mesures des particules en France engrais les plus utilisés, notons l’urée CO(NH2)2, le
sulfate d’ammoniac (NH4)2SO4, l’ammonitrate
En France, les organismes agréés de NH4NO3, les superphosphates et le chlorure de
surveillance de la qualité de l’air sont potassium. Nombre de ces engrais sont à base
d’ammoniac, absorbé par les sols après leur
équipés d’appareils automatiques de
application. Cette absorption est favorisée par une
mesure des PM10 (de type microbalance légère pluie, si elle n'est pas trop importante pour
éviter le lessivage des sols. L’ammonium (NH4+) ainsi

présent dans les sols est en équilibre avec
1 La Commission européenne a suggéré par défaut l’ammoniac, et peut se volatiliser très rapidement
de démonstartion d’équivalence d’appliquer, un sous l’effet de la température ou d’un pH élevé du
coefficient fixe et unique de 1,3 à tous les résultats sol. Le maximum d’émission se situe en Mars, Avril et
des appareils automatiques. La plupart des Etats Mai lors de l’épandage d’engrais chimique dans le
membres de l’Union européenne ont, par suite, défini profil d’émission utilisé par le modèle CMAQ aux
chacun leur propre coefficient qui varie de 1 à 1,47 Etats-Unis (Gilliland et al., 2006)
selon les saisons.

Bilan 2007- PM10 TEOM/FDMS 4 08031103-TD
deux appareils) qui est appliqué aux
résultats des autres sites de mesure du
secteur du fait que c’est la fraction volatile
est présente dans le fond de pollution
régional.

Ainsi, l’ASPA a sélectionné deux stations Origine des particules et santé4 :
urbaines de référence par zone
géographique pour l’ajustement des Les aérosols urbains contiennent
mesures de particules : celle de Strasbourg essentiellement des particules carbonées
Nord pour le Bas–Rhin et celle de Mulhouse fines et ultrafines issues des processus de
Nord pour le Haut Rhin : voir fiche combustion d’énergie fossiles (trafic
présentation station page 5. automobiles, chauffage, activités
industrielles). On y trouve également des
En cours d’année 2007, un bilan de particules secondaires ultrafines provenant
fonctionnement pour le premier trimestre a de la condensation des précurseurs
été réalisé3. gazeux. C’est le cas des sulfates et des
nitrates d’ammonium qui peuvent
constituer une fraction importante des
Les principales conclusions ont été :
aérosols urbains. Par ailleurs, après leur
1. malgré quelques problèmes émission dans l’atmosphère, les particules
observés sur un des deux FDMS, le interagissent entre elles ainsi qu’avec les
bilan de fonctionnement est gaz, en particulier les composés
globalement satisfaisant : le taux organiques volatils. Elles peuvent
de fonctionnement des appareils également s’adsorber sur les pollens ou les
TEOM-FDMS pour Strasbourg spores de champignon en modifiant leurs
Nord est de 84% et pour Mulhouse propriétés de surface.
Nord est de 99,6%.
Concernant leurs conséquences sur la
2. le bilan sur les mesures montre que
santé, les particules fines et ultrafines
le FDMS accentue globalement les
peuvent se déposer et persister dans
écarts dans les valeurs élevées. De
l’appareil respiratoire voire franchir les
plus, les valeurs moyennes
barrières biologiques.
journalières corrigées sont
supérieures au facteur moyen
suggéré par la commission
européenne au niveau annuel qui
est de 1,3 en moyenne, on note
plus de dépassements des normes
notamment de la valeur limite
journalière (P90,4 journalier).

L’objectif de ce présent rapport est de
réaliser le bilan annuel de fonctionnement
du couple TEOM/FDMS et de confirmer ou
d’infirmer les conclusions émises dans le
premier rapport.

4. Article du professeur Francelyne Marano « A-t-on
3 « Mesure des particules, ce qui change en 2007 : raison de considérer que les particules atmoshériques
Bilan de fonctionnement des particules après fines et ultrafines sont dangereuses pour la santé
ajustement par module FDMS – période janvier à avril Pollution atmosphériques n° 195 : Extrapol N°33 –
2007 ». ASPA 07091301-TD décembre 2007
Bilan 2007- PM10 TEOM/FDMS 5 08031103-TD
I.3 Suivi de la pollution atmosphérique
particulaire en Alsace

L’ASPA mesure les particules en 9 points de S’agissant de la correction des données
son réseau (voir carte en annexe). La issues des moyens mobiles, l’ajustement se
répartition par typologie est à dominance fait en fonction du site de campagne.
urbaine (Strasbourg Nord, Est, Colmar Etant donné que le système d’exploitation
centre et Est, Mulhouse Nord et Sud II), n’a pas d’historisation du coefficient
trafic (Strasbourg Clemenceau), d’ajustement utilisé, celui-ci a donc été mis
périrurbaine (CC3 Frontières) et rurale en place en parallèle sur tableur.
(Nord-Est Alsace)

Dans le cadre de cette étude, deux
stations urbaines de référence pour
l’ajustement des mesures de particules ont
été retenues : celle de Strasbourg Nord
pour le Bas–Rhin et celle de Mulhouse Nord
pour le Haut Rhin : voir fiche présentation
station (illustrations 1 et 2).

Mulhouse Nord
Strasbourg Nord

Localisation :

Localisation : rue Lefèvre
Rue de la papeterie 68200 MULHOUSE
Ecole de la Niederau
67000 STRASBOURG Date de mise en service :
15 septembre 1989
Date de mise en service :
Coordonnées géographiques :
29 août 1996
Latitude : 474525
Coordonnées géographiques : Longitude : 0072049
LLaotnigtuitdued e: 4: 8030473476 51 Altitude : 236 m
Altitude : 137m Paramètres mesures :
Paramètres mesures : DOixoyxdyedse dd’aez sooteu f(rNe O(S eOt 2N) O2) Typologie :
DOOPaizxoroytxndiyceedu sel( eO dsd’3 ae)(z PsoMoteu1 f0(r)Ne O(S eOt 2N) O 2) UTrybpaionelo gie : PTHaeurmmtipcidéuirlteaést u erne s uspension (PM10) Urbaine
Environnement station : Pan de localisation de la station

Prélèvements réalisés au centre de Source : Viamichelin
Environnement station : Plan de localisation l’agglomération mulhousienne.
de la station
Prélèvements réalisés au nord de
l’agglomération strasbourgeoise. La circulation au point de mesure :
La circulation au point de mesure : forte > 10 000véh/j
Nulle
La circulation en zone élargie : La circulation en zone élargie :
Légère. moyenne.

Source : ViaMichelin
Les émissions : Les émissions :
La station est légèrement influencée par Pas d’influence particulière
vent de Nord-Ouest, par des émissions d’émissions industrielles sur la
in dustrielles (SO2). station.

Illustration 1 : Fiche de présentation de la Illustration 2 : Fiche de présentation de la
station de Strasbourg Nord station de Mulhouse Nord
Bilan 2007- PM10 TEOM/FDMS 6 08031103-TD
II. La mesure des particules par le

module FDMS

II.1 Principe de fonctionnement du Avantages
TEOM/FDMS
Les avantages de cette méthode sont :
Le TEOM/FDMS 8500 (photo 1) est le seul
analyseur de particules mesurant en - Le TEOM est une microbalance
continu la part volatile des particules sur le raccordable aux étalons
filtre de collection. Il peut donc calculer en internationaux.
temps réel un facteur de correction par
nature variable selon la composition - Le FDMS s’adapte simplement sur les
chimique des aérosols, la zone TEOM 1400 AB vendus après1996.
géographique, la saison et les conditions
climatiques. - Le temps de réponse de la
microbalance du FDMS 8500 est très
Le module FDMS est associé à sur un rapide.
analyseur de particules standard du type

TEOM 1400. La température du filtre de
collection est alors abaissée de 50°C à
30°C.

Avant d’être introduits dans le TEOM, l’air
et les particules en suspension sont séchés
par passage dans une colonne
déshydratante du type Nafion.

La vanne séquentielle du FDMS installée en
amont de l’analyseur de particules TEOM
dirige alternativement l’air échantillonné
soit vers le filtre de collection de la
microbalance TEOM pour obtention de la
« concentration en poussières non volatiles
», soit vers un filtre de purge refroidi à 4 °C
pour obtention de la « concentration en
particules volatiles ».

Toutes les 12 minutes, l’analyseur effectue
l’opération simple d’additionner ces deux
concentrations. La nouvelle valeur de
concentration, appelée « concentration
FDMS », représente la valeur réelle
(conforme à la méthode de référence) et
instantanée de la concentration en
poussières dans l’atmosphère.

Le schéma de principe du FDMS est
Photo 1 : Module FDMS 8500
présenté page suivante (figure 1).

Bilan 2007- PM10 TEOM/FDMS 7 08031103-TD
Figure 1 : Schéma de principe du FDMS

Bilan 2007- PM10 TEOM/FDMS 8 08031103-TD
II.2 Calcul du coefficient de corrigée égale à celle du TEOM
d’ajustement par le système d’exploitation initial.
POL’AIR

Les stations références (Strasbourg Nord et

Mulhouse Nord) délivrent chaque quart

d’heure deux valeurs de PM10 issues du
TEOM et du couple TEOM/FDMS
(intégration sur une heure). L’écart quart-

horaire entre les deux valeurs, dit SSiittee
rrééfféérreennccee
coefficient d’ajustement, est moyenné sur
les 4 heures précédentes (16 quart-

d’heure) par le logiciel d’exploitation
POL’AIR (voir figure 2). Il est ensuite
appliqué automatiquement sur le quart

d’heure en cours des autres stations de la AAuuttrreess
ssiitteess
zone.

II.3 Validation des données
II.3.1 Principe de validation préconisé au
niveau national - ADEME
Le principe de validation préconisé au
niveau national par l’Ademe est présenté
dans l’organigramme page suivante
Figure 2 : Organigramme de correction
(figure 3).

Pour la gestion des valeurs négatives 2
options sont possibles actuellement :

1. lorsque l'écart calculé est négatif ou
considéré comme aberrant, l'écart est mis
à zéro manuellement.
2. l’intervention sur les écarts négatifs est
effectuée uniquement dans le cas où l’on
observe des données corrigées négatives
Dans ce cas, lors de la validation, l'AASQA
vérifie la valeur brute fournie par le TEOM
et celle de l'écart.
(cid:36) Si la donnée TEOM est négative et
que la valeur de l'écart est aussi
négative, les données TEOM sont
invalidées.
(cid:36) Autre cas : si la donnée initiale issue
du TEOM est positive mais que
l'écart négatif est en valeur
absolue supérieure à celle du
TEOM, la donnée ajustée est donc
négative et une solution est de
forcer l'écart à 0 (passage en
mode dégradé à 0) et on se
retrouve avec une donnée
Bilan 2007- PM10 TEOM/FDMS 9 08031103-TD