Connaître pour mesurer et mieux combattre ! Telle pourrait être la devise en matière de recherche sur la qualité de l'air. Connaître les phénomènes atmosphériques, les sources d'émissions des polluants, leurs interactions afin de mettre en place des systèmes de surveillance efficaces et si nécessaire des plans de réduction d'émissions. En France, l'ADEME a en charge la coordination de la surveillance de la qualité de l’air et concourt à la réduction des émissions de polluants. C'est pourquoi, elle suit et finance de nombreux projets de recherche dans ce domaine, en particulier via le programme PRIMEQUAL qu’elle met en œuvre avec le MEEDDM
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''La dernière directive sur la qualité de l'air, publiée en 2008, laisse la possibilité aux Etats membres de surveiller la qualité de l'air grâce à des mesures sur stations fixes, à des campagnes temporaires et par des modélisations. Les axes de recherche de l'ADEME portent ainsi sur ces trois volets'', explique Joelle Colosio, Chef du service d'évaluation de la qualité de l'air à l'ADEME.
''Concernant la modélisation par exemple, l'objectif est d'affiner les modèles en améliorant les connaissances physico-chimiques sur lesquelles ils sont basés'', ajoute-t-elle.
Les programmes de recherche concernent à la fois la mesure des polluants présents dans l'air ambiant (l'immission) et les émissions à la source comme les sites industriels (métrologie à l'émission). Dans ce domaine, l'évolution récente du contexte réglementaire fait apparaître de nouveaux besoins. Il ne s'agit plus seulement de vérifier si les concentrations émises sont conformes aux valeurs limites à l’émission (VLE) fixées par les arrêtés ministériels et préfectoraux. Désormais, la métrologie à l'émission permet d'alimenter les registres d’émission ou encore de servir de base aux mécanismes d’échanges de quota de CO2.
Au niveau local, la métrologie à l’émission doit permettre aujourd’hui d'estimer les flux annuels ce qui soulève de nouvelles questions : mesure de concentrations en continu, mesure du débit, incertitudes de mesure sur les concentrations et sur le débit, représentativité de la mesure (fluctuation des effluents et stratégie de la mesure), prise en compte des émissions diffuses.
En matière d'immission, les travaux de recherche visent à élargir les connaissances sur les comportements des polluants et améliorer les méthodes d'analyse. Détail avec Gilles Aymoz, ingénieur au service d'évaluation de la qualité de l'air à l'ADEME.
Actu-environnement.com : Quelles sont les obligations réglementaires en matière de métrologie ?
Gilles Aymoz : la réglementation en matière de pollution de l'air se base sur les directives européennes du 15 décembre 2004 et du 21 mai 2008 qui imposent une surveillance de la qualité de l'air et par conséquent la réalisation de mesures de plusieurs polluants : particules, oxydes d'azote, ozone, dioxyde de soufre, hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), cadmium, mercure, etc. Ces mesures sont obligatoires : le non-respect des seuils de concentration oblige les état membre de la CE à mettre en place des actions d'amélioration de la qualité de l'air, et peut déboucher sur des amendes. Les directives précisent également la méthodologie à mettre en place pour réaliser ces mesures : délimitation des zones et des points de mesures, nombre de capteurs à installer, pourcentage d'incertitude des appareils utilisés et norme à respecter pour le protocole. Élaborées par le Comité Européen de Normalisation (CEN), ces normes permettent d'avoir des résultats fiables et comparables entre eux. Pour chaque polluant, il existe des méthodes de référence qui précisent les caractéristiques que l'appareil de mesure doit présenter et la manière de l'utiliser sur le terrain. Chaque nouvel appareil doit donc prouver qu'il répond à cette méthode de référence pour que ses analyses soient valables.
AE : Quels sont les polluants qui mobilisent la recherche ?
GA : De nombreuses recherches concernent les particules. Les directives imposent une mesure pour voir si les valeurs limites sont respectées. Si ce n'est pas le cas, il faut mettre en place un plan de mesures en s'attaquant aux sources. Mais ces sources sont variées dans le cas des particules : trafic routier, mode de chauffage, agriculture, industrie. Ces éléments peuvent également être naturels et émis par la mer, les sols ou encore les végétaux. On a donc une grande diversité de sources. Or actuellement le paramètre réglementé pour ces polluants est la masse, exprimée en µg/m3, car c'est la seule chose que l'on sait mesurer en routine. Mais ce paramètre ne dit rien sur les sources ! Il faut donc développer de nouveaux appareils qui en plus du paramètre masse, qui reste nécessaire, mesurent également la composition chimique des particules de manière à en déterminer l'origine. Par exemple si ces particules contiennent beaucoup de sodium, on peut en déduire que les particules proviennent très probablement de la mer alors que la présence de carbone-suie traduit une origine liée à la combustion. L'objectif est donc d'identifier des traceurs chimiques pour chaque source.
AE : Quels sont les prochains développements technologiques en la matière ?
GA : Les particules sont un véritable fourre-tout chimique en termes de composition ! Les recherches visent par conséquent à identifier des liens entre composition chimique et sources d'émissions. Un des projet les plus avancés consiste à utiliser une mesure optique pour différencier ce qui est anthropique de ce qui est naturel. Concrètement un flux d'air est prélevé, canalisé et soumit à un rayon lumineux. La manière dont est diffusée la lumière informe grossièrement sur la composition chimique de la particule. Ce type d'appareil pourrait être disponible d'ici 2 ou 3 ans.
La taille des particules est également un thème de recherche. Leur dimension est en effet extrêmement variable : de quelques nanomètres à une dizaine de micromètres soit un facteur 10.000 entre les deux extrêmes. Cela représente le même rapport qu'entre une balle de ping-pong et la cathédrale Notre-Dame de Paris ! À l'heure actuelle, il est possible de sélectionner les particules selon leur taille (inférieur à 10 µm, inférieur à 2,5 µm voir inférieur à 1 µm) mais l'enjeu est désormais de savoir mesurer la répartition de la granulométrie au sein d'un échantillon. Des appareils sont en cours de normalisation mais ce type de mesure reste complexe et ces appareils ne sont pas faciles à calibrer et donc à utiliser en routine sur le terrain.
Une autre donnée importante pour gérer au mieux la qualité de l'air est de connaître la répartition spatiale des polluants. L'objectif est de mieux connaître l'exposition des populations à ces polluants. Or, les appareils décrits ci-dessus donnent des mesures ponctuelles, là ou ils se trouvent : il faut donc faire des calculs complexes, et finalement assez incertains, pour construire des cartographies de polluants, à partir de croisement des mesures ponctuelles et de modélisation. De nombreux travaux de recherche sont focalisés sur le développement d'appareils permettant la mesure directe de la répartition spatiale des polluants. Cette métrologie de demain est généralement basée sur la télédétection, soit avec des outils terrestres (appelés LIDARs), soit embarqués sur satellites.
AE : Qu'en est-il des oxydes d'azote, de l'ozone ou des pesticides ?
GA : Les oxydes d'azote (NOx) sont des gaz que l'on sait bien mesurer. De nouveaux types d'appareils adaptés aux sites situés à proximité du trafic routier sont toutefois en cours de développement. Ces appareils doivent pouvoir rester fiables lorsque les concentrations varient rapidement et fortement. La métrologie de l'ozone (O3) est également bien maîtrisée. En revanche ces polluants précurseurs que sont les composés organiques volatiles (COV), font encore l'objet de recherche. Il en existe plusieurs centaines dont les aldéhydes, les cétones, les Hydrocarbures Aromatiques Monocycliques (HAM) tels que Benzène, Toluène, Xylènes (les BTX)... Outre leur implication dans la formation de l'ozone, les COV présentent la particularité de s'oxyder dans l'atmosphère et de se transformer en particules. Par conséquent, dans ce domaine, on n'en est pas encore à mettre au point des appareils de mesure pour la surveillance opérationelle mais plutôt à résoudre des questions scientifiques afin de bien comprendre ces phénomènes d'oxydation.
Les pesticides pourraient également être un prochain sujet de recherche en métrologie. Rappelons toutefois que les voies aériennes ne sont pas les modes d'exposition prépondérants pour ces produits.
Florence Roussel
