Caractérisation de la pollution en particules fines autour de la zone industrielle de Rabion

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1 Caractérisation de la pollution en particules fines autour de la zone industrielle de Rabion

2 Caractérisation de la pollution en particules fines autour de la zone industrielle de Rabion Référence : Date : 26 juin 2001 Auteur : Fabrice CAINI - Association Régionale pour la mesure de la Qualité de l'air en Poitou-Charentes Rue Fresnel Z.I. Périgny/La Rochelle PERIGNY Cedex Tél : Fax :

3 SOMMAIRE I PRESENTATION DE L ETUDE 5 II REGLEMENTATION SUR LES PARTICULES FINES EN SUSPENSION 6 III MESURES DES PARTICULES EN SUSPENSION : POINT DE MESURE 99 9 III.1 LOCALISATION ET CARACTERISTIQUE DU POINT DE MESURE 9 III.2 BILAN DE FONCTIONNEMENT 9 III.3 LES VALEURS MOYENNES 9 III.3.1 Valeur moyenne, maximale et écart-type 9 III.3.2 Les valeurs moyennes journalières 9 III.3.3 Roses des pollutions moyennes 11 IV MESURES DES PARTICULES EN SUSPENSION : POINT DE MESURE 1 12 IV.1 LOCALISATION ET CARACTERISTIQUE DU POINT DE MESURE 12 IV.2 MESURE PLAN DE DEPLACEMENTS URBAINS 12 IV.2.1 Bilan de fonctionnement 12 IV.2.2 Valeur moyenne, maximale et écart-type 12 IV.2.3 Rose des pollutions moyennes 14 IV.2.4 Les effets de pointes 14 IV.2.5 Les corrélations entre les différents polluants 15 IV.3 LES MESURES GRIMM 17 IV.3.1 Etude des corrélations 17 IV.3.2 Etude des roses des pollutions 19 IV.3.3 Evolution des mesures 19 V MESURE DE PARTICULES EN SUSPENSION : POINT DE MESURE 2 21 V.1 LOCALISATION ET CARACTERISTIQUE DU POINT DE MESURE 21 V.2 BILAN DE FONCTIONNEMENT 21 V.3 LES VALEURS MOYENNES 23 V.3.1 Valeur moyenne, maximale et écart-type 23 V.3.2 Rose des pollutions moyennes 23 V.3.3 Evolution des valeurs moyennes journalière 24 V.3.4 Profils moyens quotidiens 26 V.4 LES VALEURS DE POINTES 28 V.4.1 Répartition des dépassements de la valeur indicative 100µg/m 3 28 V.4.2 Histogramme 28 V.4.3 Etudes de quelques journées particulières 30 VI MESURES DE PARTICULES EN SUSPENSION : POINT DE MESURE 3 33 VI.1 LOCALISATION DU SITE DE MESURE 33 VI.2 BILAN DE FONCTIONNEMENT 33 VI.3 POLLUTION MOYENNE 33 VI.3.1 Valeur moyenne, maximale et écart-type 33 VI.3.2 Roses des pollutions moyennes 34 VI.3.3 Les moyennes journalières 34 1

4 VII.1 IMAGERIE PAR MICROSCOPIE ELECTRONIQUE 36 VII.2 PRELEVEMENTS PAR SECTEUR DE VENT : ACCU+TEOM 38 VII.2.1 Type de prélèvement 38 VII.2.2 Résultats des analyses 38 VII.3 PRELEVEMENT GLOBAL : PARTISOL PLUS 39 VII.3.1 Type de prélèvement 39 VII.3.2 Résultats des analyses 39 VIII ANALYSE DES PARTICULES EN SUSPENSION : POINT DE MESURE P3 41 VIII.1 PRELEVEMENTS PAR SECTEUR DE VENT : ACCU+TEOM 41 VIII.2 PRELEVEMENT GLOBAL : PARTISOL PLUS 41 VIII.2.1 Résultats des analyses 41 IX CONCLUSION 43 IX.1 D UN POINT DE VUE DES MESURES 43 IX.2 D UN POINT DE VUE DES ANALYSES 43 IX.3 CONCLUSION GENERALE 44 TABLE DES ILLUSTRATIONS ET DES TABLEAUX 45 2

5 La Direction Régionale de l Industrie, de la Recherche et de l Environnement a reçu plusieurs plaintes au cours de l année 2000, qui concernaient des retombées de poussières se produisant dans le quartier de Rabion, et endommageant les carrosseries des voitures. Certains industriels sont mis en cause par les plaignants, mais aucune mesure ou analyse n a pour l instant permis de confirmer ou infirmer ces hypothèses. Il semble que les retombées ne se produisent pas en permanence, mais plutôt de manière épisodique. a donc été chargée de réaliser une étude afin de poussières. déterminer l origine de ces L étude présentée ici se décompose en deux parties : une première présentant un bilan des mesures réalisées dans le quartier de Rabion afin de mettre en évidence l éventuelle source de cette pollution, une seconde qui s attache à la détermination de la nature chimique de cette pollution. Les mesures se sont déroulées par campagnes successives entre octobre 2000 et mai ATMO Poitou- Charentes avait de plus réalisé dans ce quartier deux autres campagnes de mesure qui seront analysées afin de compléter la caractérisation du site. 3

6 Figure 1 : Implantation des points de mesures 4

7 I Présentation de l étude L étude présentée ici est réalisée à partir des différentes campagnes de mesures, qu a mené à proximité de la zone. La figure 1 présente la localisation de ces points de mesures. Point de mesure 99 : En partenariat avec la société Leroy Somer Fonderie, a réalisé une campagne de mesure à l aide d une cabine de mesures mobile implanté dans la zone industrielle de Rabion. L objectif étant d évaluer le taux d empoussièrement du site. Les mesures ont été réalisées sur une période de 2 semaines, du 20 juillet au 4 août Point de mesure 1 : Dans le cadre du Plan de Déplacements Urbains de l agglomération d Angoulême, ATMO Poitou- Charentes a réalisé une campagne de mesure de la pollution atmosphérique due au trafic automobile sur la route de Bordeaux. Les mesures se sont déroulées du 5 au 20 avril 2000, et ont permis le suivi des oxydes d azote, du monoxyde de carbone et des particules fines en suspension. Une seconde campagne de mesure a été réalisée sur ce site en octobre 2000, avec un compteur de particules de type GRIMM. Ces mesures devaient nous permettre de caractériser la taille des particules présentes dans l air ambiant. Point de mesure 2 : Les mesures de particules en suspension ont été réalisées sur ce site du 1 février 2001 au 28 mars 2001, à l aide d un analyseur de poussière type TEOM équipé d une tête de prélèvement sans coupure (mesure des particules totales). Couplé à ce système, a installé le système de prélèvement ACCU et un mât météorologique. Un second appareil de prélèvement de type Partisol Plus a été installé durant 15 jours. Point de mesure 3 : Les mesures de particules en suspension ont été réalisées sur ce site du 19 avril 2001 au 15 mais 2001, à l aide d un analyseur de poussières type TEOM équipé d une tête de prélèvement sans coupure (mesure des particules totales). Couplé à ce système, a installé le système de prélèvement ACCU et un mât météorologique. Un second appareil de prélèvement de type Partisol Plus a été installé durant 15 jours. Nous présenterons dans un premier temps une analyse des données sur chacun de ces points de mesure afin de mettre en évidence une pollution de nature industrielle. Dans un second temps, nous nous consacrerons à la caractérisation de la nature chimique de cette pollution. 5

8 II Réglementation sur les particules fines en suspension Les particules en suspension constituent un ensemble très hétérogène variable selon les sources d'émissions et selon la saison. Malgré cette hétérogénéité, les particules en suspension représentent un indicateur majeur de la qualité de l'air d'un point de vue sanitaire La mesure des particules fines de diamètre inférieur à 10 µm, répond à des exigences sanitaires. En effet, elles préoccupent de plus en plus les hygiénistes notamment en ce qui concerne la santé des enfants et des insuffisants respiratoires. Il faut savoir que plus les particules sont fines plus elles pénètrent profondément dans les voies respiratoires. Les appareils mesurent de façon pondérale, les particules solides en suspension dans l'air dont la diamètre est inférieur à 10 micromètres (µm). Elles sont générées par les activités industrielles ainsi que par la circulation automobile, et plus particulièrement par le diesel. Le décret du 6 mai 1998, et la directive européenne du 22 avril 1999 fixent : Les objectifs de qualité : Niveau de concentration de polluant dans l atmosphère, fixé sur la base de connaissances scientifiques, dans le but d éviter, de prévenir ou de réduire les effets nocifs de ces substances pour la santé humaine ou pour l environnement, à atteindre dans une période donnée. Les valeurs limite : Niveau maximal de concentration de polluant dans l atmosphère, fixé sur la base de connaissances scientifiques, dans le but d éviter, de prévenir ou de réduire les effets nocifs de ces substances pour la santé humaine ou pour l environnement. Le tableau suivant présente les différentes exigences auxquelles doivent répondre les concentrations de particules fines dans l air. Objectif de qualité Décret du 6 mai µg/m 3 en moyenne annuelle Valeur limite Valeur limite Directive européenne du 22 avril 1999 Directive européenne du 22 avril 1999 Tableau 1: Valeurs limite et objectif de qualité 40 µg/m 3 en moyenne annuelle 50 µg/m 3 en moyenne journalière à ne pas dépasser plus de 35 fois / an Ces valeurs ont été déterminées pour les particules ayant un diamètre inférieur à 10µm. Nous rappelons que certaines mesures réalisées dans le cadre de cette étude ont été réalisées avec un analyseur de type TEOM équipé d une tête de prélèvement TSP (Total Suspension Particule), ainsi toutes les particules sont prises en compte dans la mesure (point de mesure P2 et P3). L état actuel des connaissances scientifiques indique qu en site urbain la majorité des particules ont un diamètre inférieur à 10 µm. 6

9 CARACTERISATION DE LA POLLUTION EN PARTICULES FINES AUTOUR DE LA ZONE INDUSTRIELLE DE RABION 7

10 Figure 2 : Implantation du point de mesures 99 Figure 3 : Evolution de la moyenne journalière 8

11 III Mesures des particules en suspension : Point de mesure 99 Cette partie reprend l étude réalisée par en 1999 pour le compte de la fonderie Leroy Somer. Les outils informatiques dont dispose aujourd'hui l'association permettent d'affiner l'étude réalisée alors. De ce fait, les conclusions portées en 1999 seront nuancées. Nous rappelons que l association dispose à présent d outils informatiques pour l analyse des données performants : un système informatique géographique (SIG) qui permet de positionner plus exactement le point de mesure et MATLAB, un logiciel mathématique pointu. Ces outils permettent de faire des représentations pouvant mettre en évidence certaines particularités du phénomène étudié. La campagne de mesure s est déroulée du 20 juillet au 4 août grâce à un appareil de type TEOM. L analyseur TEOM est équipé d une tête de prélèvement PM 10, c est à dire qu elle permet une sélection sur les particules dont le diamètre est inférieur à 10µm. Ces particules sont appelées les particules fines en suspension et font l objet d une réglementation nationale et européenne. III.1 Localisation et caractéristique du point de mesure Le point de mesure se situe à l intérieur de la zone industrielle de Rabion. Il est exposé à la pollution du au trafic routier de la route de Bordeaux sur un secteur [240,0 ], le point de mesure se situe environ à 250 mètres de la voie de circulation. L exposition la plus directe à la route de Bordeaux est un secteur restreint à [320,0 ] Le point de mesure est sous l exposition du site industriel Leroy Somer dans un secteur [240,300 ]. Compte tenu de la superficie importante du site, le point de mesure est éloigné de 100 à 400 mètres du lieu d émission potentiel. Son implantation est représentée figure 2. III.2 Bilan de fonctionnement Le taux de fonctionnement de l appareil est de 100% durant la période de mesure. Les données météorologiques nécessaires à l exploitation des mesures sont les données mesurées sur la station de La Couronne. III.3 Les valeurs moyennes III.3.1 Valeur moyenne, maximale et écart-type Les valeurs présentées dans le tableau 2, sont calculées sur toute la période de mesure. en µg/m 3 Valeur moyenne Ecart-Type Valeur journalière maximum Point de mesure P Champ de Mars La Couronne Tableau 2 : Valeurs moyenne et journalière du point de mesure P99 La valeur moyenne est légèrement plus importante sur le point de mesure P99, avec un écart-type lui aussi légèrement plus élevé. Ceci traduit une dispersion des mesures autour de la valeur moyenne légèrement plus importante. La valeur moyenne journalière maximale est relevée sur tous les points de mesure le 30 juillet, les conditions météorologiques étaient alors favorables à l accumulation de ce polluant. III.3.2 Les valeurs moyennes journalières La figure 3 représente l évolution de la moyenne journalière en particules fines comparativement au pourcentage de vent dont la direction place le point de mesure sous l inluence de la fonderie de Rabion, soit un secteur [240,300 ]. Notons que ce secteur conjugue la pollution industrielle à la pollution due au trafic routier. Compte tenu de la durée de la période de mesure, il est délicat de déduire des généralités. On remarque toutefois que quand la journée ne présente pas de vent de secteur [240,300 ], la valeur journalière moyenne est inférieur à 20µg/m 3. Dans le cas contraire ces moyennes sont généralement plus importantes, variant de 20 à 41µg/m 3. Aucune moyenne horaire ne dépasse la valeur limite de 50µg/m 3 à ne pas dépasser plus de 35 fois par an. 9

12 Figure 4 : Roses des pollutions moyennes sur le site P 99 10

13 III.3.3 Roses des pollutions moyennes La représentation figure 4, montre l évolution de la concentration moyenne durant la période de mesure en fonction de l orientation du vent. Nous distinguerons quatre cas différents : La valeur moyenne totale : Trois secteurs sont mis en évidence : [0,210 ] : Les valeurs moyennes sont de l ordre de 20µg/m 3, ces valeurs correspondent à des niveaux de pollution de fond. En effet, dans ce secteur le point de mesure n est influencé ni par la route de Bordeaux, ni par la fonderie Leroy Somer. [210,330 ] : Les valeurs moyennes y sont les plus élevées entre 30 et 37µg/m 3, le point de mesure est sous l influence conjuguée de la route de Bordeaux et de la fonderie Leroy Somer. [330,360 ] : C est le secteur dans lequel le point de mesure est le plus directement influencé par la route de Bordeaux. Les moyennes sont de l ordre de 25µg/m 3. La valeur moyenne restreinte aux heures de nuit : période au cours de laquelle la pollution direct du trafic routier est négligeable. Deux secteurs sont mis en évidence : [330,210 ] : La circulation est quasiment nulle, le point de mesure n est soumis à aucune source de pollution particulière. Ces moyennes, inférieures à 20 µg/m 3, sont représentatives de la pollution de fond. [210,330] : Les moyennes sont de l ordre de 30µg/m 3, on montre ici qu il existe une activité à la fonderie Leroy Somer durant la nuit. La valeur moyenne restreinte aux heures de pointe de trafic : Période au cours de laquelle la pollution du au trafic routier est maximale. [330, 0 ] : Avec des valeurs moyennes supérieures à 25µg/m 3, ce secteur est sous l influence de la route de Bordeaux [190, 230 ] : [240,300 ] : La valeur moyenne maximale est d environ 50µg/m 3, dans ce cas on mesure l impact conjugué de la route de Bordeaux et de la fonderie Leroy Somer. La valeur moyenne restreinte aux heures creuses de la journée : Période au cours de laquelle la pollution du au trafic routier ne peut pas être négligée. Des remarques analogues au cas précédent (rose de pollutions moyenne totale et roses de pollutions restreintes aux heures de pointes) peuvent être faites. Remarque : Afin d avoir un nombre d événements suffisant pour que les roses de pollutions présentées dans ce paragraphe soient représentatives, nous avons volontairement mis aucun seuil sur les vitesses de vents (les vents faibles sont donc pris en compte). Par vent faible, le phénomène de dispersion peut être important face au phénomène de transport, ce qui implique un étalement du panache de particules. Ainsi on déduit un secteur de vent [210,330 ] sous lequel le point de mesure est sous une influence industrielle, alors que le secteur théorique serait plutôt restreint à [240,300 ]. 11

14 IV Mesures des particules en suspension : Point de mesure 1 Sur ce site deux types de mesures ont été réalisés. Dans le cadre du Plan de Déplacements Urbains de l agglomération d Angoulême, a réalisé une campagne de mesure de la pollution atmosphérique due au trafic automobile sur la route de Bordeaux. Les mesures se sont déroulées du 5 avril au 20 avril 2000, et ont permis le suivi des oxydes d azote, du monoxyde de carbone, des particules fines en suspension. L exploitation de ces données (ce point est référencé Ag_T10 dans le rapport du Plan de Déplacements Urbains), avait déjà révélé l éventualité d une pollution industrielle conjuguée à celle du trafic routier. L analyse suivante vise à la quantifier et à en déterminer la direction principale. Une seconde campagne de mesure a été réalisée sur ce site en octobre 2000, avec un compteur de particule de type GRIMM. Ces mesures doivent nous permettre de caractériser la taille des particules présentent dans l air ambiant. Nous reprendrons ici successivement les résultats de ces deux campagnes. IV.1 Localisation et caractéristique du point de mesure Le point de mesure P1 correspond au critère d implantation d un site trafic selon la classification ADEME des sites de mesures. Il est placé à quelques mètres de la route de Bordeaux qui avec véhicules/jour représente un axe de grande circulation. Le point de mesure est exposé à la pollution due au trafic routier de la route de Bordeaux sur un secteur [210,60 ], le point de mesure se situe environ à 5 mètres de la voie de circulation. Le point de mesure est sous l exposition du site industriel Leroy Somer dans un secteur [90,210 ]. Compte tenu de la superficie importante du site, le point de mesure est éloigné de 60 à 300 mètres du lieu d émission potentiel. Contrairement aux autres points de mesures implantés dans le cadre de cette étude, celui ci présente la particularité intéressante de se situer entre la route de Bordeaux et la zone industrielle de Rabion. Les directions des sources polluantes sont donc distinctes. IV.2 Mesure Plan de Déplacements Urbains Le point de mesure est équipé de deux unités de mesure de la qualité de l air, l une permettant le suivi des polluants gazeux (oxydes d azotes, monoxyde de carbone), la seconde équipée d un analyseur TEOM permettant la mesure des particules fines en suspension. L analyseur TEOM est équipé d une tête de prélèvement PM 10, c est à dire qu elle permet une sélection sur les particules dont le diamètre est inférieur à 10µm. Ces particules sont appelées les particules fines en suspension et font l objet d une réglementation nationale et européenne. Les données météorologiques nécessaires à l exploitation des mesures sont les données mesurées sur la station de La Couronne. IV.2.1 Bilan de fonctionnement Les mesures se sont déroulées du 5 au 20 avril 2000, aucun dysfonctionnement n a été constaté sur les appareils de mesures. La route de Bordeaux a été équipée pour cette campagne de mesure d un système de comptage véhicule, du 5 au 14 avril. Les informations de trafic sont très intéressantes sur ce site car il existe habituellement une bonne corrélation entre les concentrations d oxydes d azote, de particules fines en suspension et du trafic. IV.2.2 Valeur moyenne, maximale et écart-type Les valeurs présentées dans le tableau 3, sont calculées sur toute la période de mesure. en µg/m 3 Valeur moyenne Ecart-Type Valeur journalière maximum Point de mesure P Champ de Mars La Couronne Tableau 3 : Valeurs moyenne et journalière sur le point de mesure 1 La valeur moyenne relevée au point de mesure est nettement plus importante que sur les sites fixes de l agglomération d Angoulême. Le point de mesure est implanté sur un site fortement trafic, nous nous attendions donc a y mesurer des valeurs nettement plus importantes. La forte dispersion des mesures par rapport à la valeur moyenne est classique sur les sites de type trafic. Avec 60µg/m 3, la valeur moyenne journalière est au dessus de la limite 50µg/m 3 à ne pas dépasser plus de 35 fois dans l année. 12

15 Figure 5 : Implantation du point de mesure P1 13

16 IV.2.3 Rose des pollutions moyennes La figure 6 représente la rose des pollutions moyennes. Figure 6 : Rose des pollutions moyennes Ce graphique met en évidence trois secteurs distincts dont les sources de pollution sont différentes : Secteur [220,70 ] : Comme on peut le voir sur la figure 6, ce secteur est directement exposé à la circulation automobile. La valeur moyenne de particules fines en suspension y est quasiment constante entre 20 et 25µg/m 3. Secteur [70,130 ] : Ce secteur présente les concentrations de particules fines les plus faibles (environ 15µg/m 3 ], ce secteur ne semble pas sous l influence d une source de pollution particulière, et est représentatif de la pollution de fond. Le secteur [130,220 ] : Les concentrations en particule fines y sont les plus importantes (avec une valeur moyenne maximale à 70µg/m 3 ). Ce secteur est sous l influence de la fonderie Leroy Somer. IV.2.4 Les effets de pointes Le graphique 7, représente l évolution des concentrations en particules fines au cours de toute la période de mesure. En rouge, sont signalées les valeurs observées quants les vents placent le point de mesure sous le panache de la fonderie Leroy Somer, secteur [130,220 ]. Et en bleu pour les autres événements. Figure 7 : Evolution des concentrations des particules fines en suspension 14

17 émissions de particules ne sont pas continues, mais plutôt épisodiques et par bouffés. IV.2.5 Les corrélations entre les différents polluants En site trafic, on observe en général une bonne corrélation entre le dioxyde d azote, les particules fines en suspension et le nombre de véhicule roulant sur la voie. En effet, sur ce type de site la source principale de pollution est le trafic. D autres paramètres influent aussi sur les concentrations que l on peut mesurer dans l air, on peut citer : température, vitesse du vent, pluviométrie. Ainsi il n est pas étonnant de constater pour une journée classique (c est à dire avec des conditions de trafic équivalentes), des variations parfois importantes de concentrations de particules fines en suspension ou de dioxyde d azote. Le tableau 4, donne les corrélations entre différents paramètres. PM 10 / Comptage véhicule PM 10 / Dioxyde d azote Dioxyde d azote / Comptage véhicule Secteur total [0,360 ] Secteur trafic [210,60 ] Secteur industriel [60,210 ] Tableau 4 : Corrélation sur le point 99 Avec 0.8, la corrélation entre le dioxyde d azote et les comptages véhicules est très bonne, ceci indique qu effectivement le trafic routier est la source de pollution majeure en dioxyde d azote. De plus la direction du vent n a qu une influence minime. Le coefficient de corrélation entre les particules fines en suspension et le trafic automobile est mauvais, 0.24 en moyenne. Ceci indique qu une autre source, que le trafic influe sur les concentrations en particules fines. Nous présentons ci dessous des tableaux similaires pour d autres sites visités lors du Plan de Déplacements Urbains ( Pont Saint Cybard, Rue Saint Antoine, Route de Navarre). Pont Saint Cybard PM 10 / Comptage véhicule PM 10 / Dioxyde d azote Dioxyde d azote / Comptage véhicule Secteur total [0,360 ] Secteur trafic [270,60 ] Secteur non exposé [60,270 ] Rue Saint Antoine PM 10 / Comptage véhicule PM 10 / Dioxyde d azote Dioxyde d azote / Comptage véhicule Secteur total [0,360 ] Secteur trafic [190,100 ] Secteur non exposé [100,190 ] Rue de Navarre PM 10 / Comptage véhicule PM 10 / Dioxyde d azote Dioxyde d azote / Comptage véhicule Secteur total [0,360 ] Secteur trafic [270,120 ] Secteur non exposé [120,270 ] Tableau 5 : Corrélation sur d'autres sites trafic On constate en comparant ces différentes données, que tous les sites présentent des coefficients de corrélation entre le dioxyde d azote et le comptage véhicules équivalent (entre 0.7 et 0.9), ceci est en accord avec le fait que la pollution en dioxyde d azote est essentiellement due au trafic automobile. Sur les autres sites du Pont Saint Cybard, de la rue Saint Antoine et de la route de Navarre, les particules fines en suspension ont un comportement similaire au dioxyde d azote (coefficient de corrélation généralement supérieur à 0.80), et sont naturellement bien corrélées avec le trafic automobile. 15

18 Figure 8 : Courbe de corrélation 16

19 Cette campagne a été réalisée afin de caractériser les particules émises par le site industriel. L appareil utilisé est un compteur de particules de type GRIMM qui présente la particularité de distinguer la particule selon sa taille. Cet appareil a été paramétré de façon à prendre en compte les classes suivantes : De 0.3µm à 0.4µm De 0.4µm à 0.5µm De 0.5µm à 0.65µm De 0.65µm à 0.8µm De 0.8µm à 1µm De 1µm à 1.6µm De 1.6µm à 2µm De 2µm à 3µm De 3µm à 4µm De 4µm à 5µm De 5µm à 7.5µm De 7.5µm à 10µm De 10µm à 15µm De 15µm à 20µm Supérieur à 20µm Cet appareil donne un nombre de particules par litre en valeur moyenne sur 5 minutes. Nous n avons que très peu de recul sur ce type de valeur, en effet nous travaillons habituellement avec des valeurs en µg/m 3. Nous n évoquerons donc pas ici la notion de masse. Cependant ces indications de nombre de particules par litre seront importantes dans la suite de l étude. L appareil a été installé du 13 au 26 octobre 2000, sur le toit du local présenté figure 5. IV.3.1 Etude des corrélations Cette étude a pour but de vérifier que certaines classes de particules ont des comportements similaires. On peut penser que si deux mesures ont des évolutions temporelles identiques leur origine est la même. La figure 8, représente la corrélation des particules d un diamètre donné en fonction des autres classes de particules. Cette représentation met en évidence trois regroupements : Diamètre compris entre 0.3 et 0.65µm Diamètre compris entre 0.65 et 1µm Diamètre compris entre 1 et 10µm Pour les particules de diamètre supérieur à 10µm, le nombre moyen de particules par litre n est pas représentatif, et ne sont donc pas prise en compte. 17

20 Figure 9 : Rose des pollution 18

21 IV.3.2 Etude des roses des pollutions La figure 9 représente pour les différentes classes de particules la rose des pollutions. Ces figures ont été réalisées à partir des données météorologiques de la station de La Couronne. Nous ne prendrons pas en compte les particules dont le diamètre est supérieur à 10µm, leur nombre n est statistiquement pas suffisant pour être exploitable. On distingue des comportements propres à chaque classe, certaines peuvent cependant être regroupées ensemble. Pour les particules de diamètre compris entre 0.3 et 0.65µm : Les roses des pollutions ne semblent pas mettre en évidence une direction principale de pollution. Des valeurs légèrement plus faibles sont observée dans le secteur [30,60 ]. Le secteur [270,330 ] est le plus exposé, ce secteur se trouve le plus proche de la voie ( quelques mètres seulement). La direction 180 présente des niveaux équivalents. Pour les particules de diamètre compris entre 0.65 et 0.8µm : Cette classe semble être une classe de transition, les concentrations sont très homogènes sur toutes les directions. Pour les particules de diamètre compris entre 0.8 et 10µm : Les valeurs semblent avoir un comportement homogène sur un secteur [240,90 ], l impact du trafic routier n est donc plus nettement mis en évidence. Ceci est en accord avec le fait que les particules émises par la circulation automobile ont pour 90% d entres-elles une taille inférieure à 1µm. C est le secteur sous l influence de la zone industrielle de Rabion qui présente le nombre de particules par litre les plus élevé. Il semblerait donc que les particules émises par la fonderie Leroy Somer soient d une taille comprise entre 0.3 et 10µm. Des particules de taille supérieure n ayant pas été identifiées. Il faut toutefois prendre en compte le fait que cet appareil de mesure fonctionne avec des débits très faibles. Ce débit n est donc peut être pas suffisant pour aspirer des particules qui auraient une masse trop importante. IV.3.3 Evolution des mesures Les annexes 1 à 5, donne les évolutions des particules fines durant la période de mesure. Nous allons nous attarder sur quelques épisodes particuliers afin d expliquer certains phénomènes particuliers lors que le point de mesure est sous le panache industriel de Leroy Somer. Nous appellerons : classe 1 : les particules d un diamètre compris entre 0.3µm et 0.65µm ; classe 2 les particules d un diamètre compris entre 0.65µm et 1µm, et classe 3 les particules d un diamètre compris entre 1µm et 10µm. Notons que les directions et vitesse de vent sont issues de la station de La Couronne. En milieu urbain et compte tenu du bâti, il peut y avoir des variations directionnelles très localisé du vent. Le lundi 16 octobre : Les niveaux de particules de classe 1 sont relativement élevés au cours de la première demi journée (0-12h). Sur cette période le nombre de particule de classe 3 par litre est relativement faible. Pendant la deuxième partie de la journée (12-24h), on constate un changement dans la répartition des particules. Ainsi les particules de classe 1 diminuent, tandis que celle de classe 3 augmentent. Les vents sur le site de La Couronne tournent en cours de journée de secteur Nord (secteur exposé à la pollution automobile) vers un secteur Sud-Ouest (secteur plus exposé à la pollution industrielle). Cet exemple met en évidence les remarques précédentes sur les différentes classes de particules. Le vendredi 20 octobre : Le nombre de particules de classe 1 par litre est moyen au cours de cette journée. Les vents sont de secteur sud. On constate une augmentation importante des particules de classe 2 et de classe 3 en fin de journée. 19

22 Figure 10 : Implantation du point de mesure P2 20

23 V Mesure de particules en suspension : Point de mesure 2 L analyse de ces données portera sur l étude des niveaux moyens et des niveaux de pointes. Les traitements sont réalisés à partir des valeurs ½ horaires. Les résultats seront présentés comparativement aux mesures réalisées sur les sites fixes de mesure de particules fines en suspension dont dispose Atmo Poitou-Charentes sur l agglomération d Angoulême. Nous rappelons que les mesures P2 ont été réalisées avec un analyseur TEOM équipé de tête de prélèvement sans coupure, alors que sur les sites fixes de mesure ces appareils sont équipés de tête PM 10 (coupure des particules supérieures à 10µm ) V.1 Localisation et caractéristique du point de mesure La figure 10 indique la localisation exacte du point P2. On remarque que le point de mesure est sous l influence directe de deux sources : La route de Bordeaux : L étude réalisée dans le cadre du Plan de Déplacements Urbains de l agglomération d Angoulême, avait mis en évidence que cet axe est un axe majeur de pollution. Le site industriel de Leroy Somer. Le point de mesure est protégé de la pollution due au trafic routier de la route de Bordeaux par un alignement de bâti dense, seul le secteur [110,120 ] est directement exposé à cette pollution. Sur ce secteur, le point de mesure se situe environ à 75 mètres de la voie de circulation. Le point de mesure est sous l exposition du site industriel Leroy Somer dans un secteur [110,200 ]. Compte tenu de la superficie importante du site, le point de mesure est éloigné de 100 à 300 mètres du lieu d émission potentiel. V.2 Bilan de fonctionnement Les mesures se sont déroulées du 1 février 2001 au 28 mars Le tableau ci dessous récapitule les différents incidents de fonctionnement 01-févr 00:00 Installation de l'unité de mesure 06-févr 00:00 Défaut du système de mesure 13-févr 00:00 Remise en route du système de mesure 19-févr 17:00 Défaut du système de mesure 20-févr 08:00 Remise en route du système de mesure 28-févr 11:30 Défaut du système météorologique 06-mars 15:00 Remise en route du système météorologique 20-mars 16:00 Défaut du système de mesure 22-mars 12:30 Remise en route du système de mesure 28-mars 14:00 Désinstallation de l'unité de mesure Tableau 6 : Bilan du fonctionnement du point P2 Le taux de fonctionnement est de 81% sur la période de mesure. Perte des données Perte des données Remplacement des données météorologiques du site par les valeurs de la station de La Couronne Perte des données 21

24 Figure 11 : Roses des pollutions 22

25 V.3.1 Valeur moyenne, maximale et écart-type Les valeurs présentées dans le tableau 7, sont calculées sur toute la période de mesure. en µg/m 3 Valeur moyenne Ecart-Type Valeur journalière maximum Point de mesure P Champ de Mars La Couronne Tableau 7 : Valeurs moyennes et journalière du point P2 La valeur moyenne avec 31.6µg/m 3 est nettement plus importante sur le point de mesure 2 que sur les autres sites. Nous rappelons que l objectif de qualité pour les particules fines est de 30µg/m 3 en moyenne annuelle. Avec un écart type de presque 30µg/m 3, on met en évidence une très importante variabilité de la mesure par rapport à la valeur moyenne, ceci peut laisser supposer que le site est sous l influence d une source d émission particulière La valeur journalière la plus élevée est aussi mesurée sur le point P2 avec 72µg/m 3 (une pointe plus importante a été observée au cours de la journée du 6 février mais suite à un problème technique les données n ont pu être acquises pour la journée entière) V.3.2 Rose des pollutions moyennes Le tableau 8 donne les valeurs des concentrations en µg/m 3 pour les différents secteurs de vents : Secteur de vent Moyenne des particules en suspension (en µg/m 3 ) Tableau 8 : Valeurs moyennes pas secteur de vent La rose des pollutions moyennes réalisée à partir des données du point de mesure P2 peut se décomposer en plusieurs secteurs caractéristiques : Secteur [0,110 ] et [200,0 ] : Les concentrations moyennes par secteurs sont très homogènes entre elles, avec des valeurs inférieures à 30 µg/m 3 Secteur [110,200 ] : Les concentrations sont nettement supérieures aux précédentes, avec un maximum à plus de 60µg/m 3. Les deux autres graphiques représentent les roses de pollutions moyennes sur les sites de mesures du Champ de Mars et de La Couronne. Sur le site de Champs de Mars, la pollution est relativement homogène et varie de 15 à 25µg/m 3 selon les secteurs de vent. Le site de La Couronne, est sous une influence industrielle dans le secteur nord-est (Cimenterie Lafarge et Usine d Incinération des Ordures Ménagères), on observe sur la rose des pollutions des valeurs de particules fines en suspension supérieures pour le secteur [15,45 ] Le point de mesure P2 semble donc se placer sous l influence d une source ponctuelle lorsque les vents sont de secteur [135,165 ] avec une valeur moyenne de particules en suspension de 61.8µg/m 3. La figure 12 représente une rose des pollutions moyenne sur le secteur exposé à une pollution particulière. Elle met en évidence deux sources de pollutions (ces zones apparaissent en orangé sur la figure) : Dans le secteur [115,125 ] : La moyenne sur ce secteur est d environ 45µg/m 3, elle correspond à un secteur directement exposé au trafic automobile de la route de Bordeaux. Dans le secteur [135,185 ] : Les moyennes sont généralement supérieures à 60µg/m 3, avec un maximum d environ 75µg/m 3. Ce graphique met en évidence deux directions privilégiées sur ce secteur 140 et 185. Dans ce secteur le point de mesure est sous le panache de l usine Leroy Somer. 23

26 Figure 12 : Rose des pollutions restreinte au secteur [90,210 ] V.3.3 Evolution des valeurs moyennes journalière Le graphique 13 présente l évolution de la moyenne journalière du point de mesure P2 et de la station du Champ de Mars au cours de la campagne de mesure. La station du Champ de Mars se place dans l air urbaine dense de l agglomération, et est donc très influencé par les émissions dues au trafic automobile. Ce graphique met en évidence que les concentrations moyennes quotidiennes sont nettement plus élevées sur le point de mesure 2. Le seuil de 50µg/m 3 en valeur moyenne journalière est dépassée à de nombreuses reprises, nous rappelons que ce seuil est un niveau réglementaire pour les particules fines en suspensions d un diamètre inférieur à 10µm. La moyenne journalière du 6 février n est pas réellement représentative puisque suite à un problème technique les données n ont pu être acquises pour la journée entière. On note que lorsque les concentrations augmentent sur le site du Champ de Mars, une hausse est aussi observée sur le point de mesures P2. En effet une augmentation des concentrations sur le site du Champ de Mars met en évidence l existence de conditions météorologiques favorables à l accumulation de ce polluant. A partir du graphique 13, on distingue sur le site de mesure P2 différents comportements des particules en suspension. Ce site semble être sous l influence conjuguée d une pollution industrielle et d une pollution due au trafic routier. 24

27 Figure 13 : Evolution des moyennes journalières Date Moyenne journalière en µg/m3 Date Moyenne journalière en µg/m3 1-févr mars févr mars févr mars févr mars févr mars févr mars févr-01 7-mars févr-01 8-mars févr-01 9-mars févr mars févr mars févr mars févr mars févr mars févr mars févr mars févr mars févr mars févr mars févr mars févr mars févr mars févr mars févr mars févr mars févr mars févr mars févr mars Tableau 9 : Valeurs moyennes journalières 25

28 En règle générale les profils moyens quotidiens mettent en évidence les heures d augmentation du trafic routier (heure de pointe du matin et du soir) La figure 14 présente ces profils pour le point de mesure P2, ainsi que pour la station du Champ de Mars. Ce graphique met en évidence les pointes du matin (déplacement domicile-travail) et du soir (travail-domicile), ces pointes peuvent paraîtrent élevées et ne sont sans doute pas uniquement dues au trafic routier. Figure 14 : Profil moyen journalier pour le point P 2 et le champ de Mars Le graphique 15 représente aussi un profil moyen journalier en distinguant deux catégories selon que la direction du vent place ou non le point de mesure sous la panache de l usine Leroy Somer. Figure 15 : Profil moyen journalier pour le point P 2 selon la direction du vent On remarque lorsque le point de mesure est sous le panache industriel, il est impossible de mettre en évidence les particularités observées précédemment. Ceci indique que la pollution due au trafic routier n est pas la source principale de pollution sur ce site, mais qu elle s ajoute à une pollution de nature industrielle. La figure 16 met en évidence que quelque soit l heure de la journée, la valeur moyenne sur les secteurs exposés à la fonderie Leroy Somer est d environ 60µg/m 3. 26

29 Figure 16 : Rose des pollutions moyennes 27

30 V.4 Les valeurs de pointes V.4.1 Répartition des dépassements de la valeur indicative 100µg/m 3 La figure 17 représente le nombre de dépassements, de la valeur 100µg/m 3 par tranche ½ horaire, observés au cours de la période de mesure. Figure 17 : Profil journalier des nombres de dépassement de la valeur 100µg/m 3 Quasiment chaque ½ heure de la journée présente des dépassements de cette valeur. Ce graphique met toutefois en évidence des tranches horaires plus propice a ces dépassements de 23 heures à 2 heures : 4 heures de 9 heures à 14heures de 19 heures à 21 heures Excepté la tranche (9 heures, 14 heures) pour laquelle une part de ces dépassements peuvent être attribués à la pollution automobile, les autres tranches ne correspondent pas à une activité humaine classique. Il semble donc que l origine de ces pointes soit due à une activité industrielle. V.4.2 Histogramme La figure 18 présente les histogrammes des concentrations pour le point de mesure P2, la station urbaine du Champ de Mars, et le site périurbain sous influence industrielle de La Couronne. On rappelle ici que pour le point de mesure P2, la mesure concerne les particules totales en suspension, alors que sur les sites du Champ de Mars et de La Couronne, seule les particules d un diamètre inférieur à 10µm sont prises en compte. L histogramme relatif au point de mesure P2 est largement plus étalé que les deux autres. Avec un nombre important d événements supérieurs à 50µg/m 3. Sa forme caractérise un site sous influence industrielle directe. 28

31 Figure 18 : Histogramme des concentrations 29

32 V.4.3 Etudes de quelques journées particulières Les courbes des journées du 06, 13, 15, 16, 21, 22, 26 février et du 6, 7, 16, 22 mars sont présentées en annexe. Pour ces journées, les mesures du point P2, la direction et vitesse du vent sont représentées. Parallèlement aux mesures automatiques et la Direction Régionale de l Industrie de la Recherche et de l Environnement ont demandé à certains riverains de relever la date et l heure des épisodes de pollution observés. Il est intéressant de noter que des émissions importantes ont été observées : le 13 février à 13h45 le 15 février à 9h le 22 février à 7h40, et à 8h45 Le 13 février : On observe effectivement une augmentation des particules en suspension dans l air, entre 13h30 et 14h. Les niveaux sont toutefois relativement faibles avec moins de 40µg/m 3. Entre 10h30 et 13h la direction du vent passe de 225 à 45. Le point de mesure n est plus directement sous l influence de l usine Leroy Somer. Cette augmentation peut être due a la dispersion des particules dans l atmosphère. Le 15 février : A 9h une augmentation importante de particules dans l air est observée, les vents très faibles placent le point de mesure P2 dans le panache industriel de Leroy Somer. Le 22 février : Deux épisodes de pollution importants ont été observés au cours de cette journée à 7h40 et 8h45. Un vent très faible ( inférieur à 0.5m/s) de 225, place le point de mesure dans le panache dispersif de l usine Leroy Somer. Trois pics sont observés au cours de cette journée à 6h30, 8h30 et 10h30. D autres événements ont été observés (relevé visuel) mais au cours de ces journées le vent ne plaçait pas le point de mesure dans le panache du site industriel (le 19 février, 20 février). 30

33 31

34 Figure 19 : Implantation du point de mesures P3 32

35 VI Mesures de particules en suspension : Point de mesure 3 L analyse de ces données portera sur l étude des niveaux moyens et des niveaux de pointes. Les traitements sont réalisés à partir des valeurs ½ horaires. Nous rappelons que les mesures P3 ont été réalisées avec un analyseur TEOM équipé de tête de prélèvement sans coupure, alors que sur les sites fixes de mesure ces appareils sont équipés de tête PM 10 (coupure des particules supérieures à 10µm ) VI.1 Localisation du site de mesure La figure 19 indique la localisation du point de mesure P3. Le point de mesure est sous l influence direct du trafic routier D104 et de la route de Bordeaux sur un secteur de vent [270, 100 ]. L impact du site Leroy Somer devrait être constaté sur un secteur relativement restreint [45,80 ], le point de mesure se situe à environ 800 mètres de la source d émission potentielle. VI.2 Bilan de fonctionnement Les mesures se sont déroulées du 19 avril 2001 au 15 mai Le tableau ci dessous récapitule les différents incidents de fonctionnement 19-avril 11 :00 25-avril 13 :00 27-avril 15 :30 3-mai 18 :00 4-mai 13:00 15-mai 15:00 Installation de l'unité de mesure Défaut du système de mesure Perte des données Remise en route du système de mesure Défaut du système de mesure Perte des données Remise en route du système de mesure Désinstallation de l'unité de mesure Tableau 10 : Bilan de fonctionnement sur le point P3 Le taux de fonctionnement est de 85% sur la période de mesure. VI.3 Pollution moyenne VI.3.1 Valeur moyenne, maximale et écart-type Les valeurs présentées dans le tableau 10, sont calculées sur toute la période de mesure. en µg/m 3 Valeur moyenne Ecart-Type Valeur journalière maximum Point de mesure P Champ de Mars La Couronne Tableau 11 : Valeurs moyenne et journalière La valeur moyenne sur ce site est moyenne et très inférieure à l objectif de qualité pour les PM 10 de 30µg/m 3. Les mesures sont supérieures aux autres stations de mesure de l agglomération d Angoulême, le site de mesure P3 est très influencé par le trafic routier. 33

36 VI.3.2 Roses des pollutions moyennes Les figures ci dessous représentent la rose des vents sur le site P3 durant la période de mesure, et la rose de pollutions moyennes au cours de la même période. On remarque, sur la rose des vents, que le point de mesure a été peu exposé à la fonderie Leroy Somer. La pollution moyenne est homogène selon toutes les directions de vent. Le secteur [15,105 ] semble toutefois être légèrement plus exposé, le point de mesure est alors directement influencé par le trafic routier. La rose des pollutions ne met en évidence aucune pollution de nature industrielle. VI.3.3 Les moyennes journalières La figure 20 montre l évolution des moyennes journalières en particules sur le point de mesure P3 Figure 20 : Evolution de la moyenne journalière La valeur journalière moyenne la plus élevée est d environ 35µg/m 3, compte tenu de la proximité de la voie de circulation ces variations semblent cohérentes. Entre le 6 mai et le 13 mai, des variations similaires ont été observées sur le réseau fixe de mesure d. L étude de l évolution journalière n a pas pu mettre en évidence une influence caractérisée de la fonderie Leroy Somer sur ce site. Hormis au cours de la journée du 8 mai ou trois pointes d environ 40µg/m 3 sont mesurées alors que le point de mesure est sous l influence de la fonderie. 34

37 CARACTERISATION DE LA NATURE CHIMIQUE DES PARTICULES FINES AUTOUR DE LA ZONE INDUSTRIELLE DE RABION 35

38 VII Analyse des particules en suspension : Point de mesure P2 Sur ce site, trois types d analyses ont été réalisés afin de mieux connaître la nature de la pollution de particules en suspension mise en évidence précédemment. Ainsi nous avons réalisé une imagerie par microscopie électronique à balayage (MEB) et analyse semi-quantitative EDS de particules sur filtre téflon, et plusieurs prélèvements sur filtres analysés par ICP-MS ou ICP-Optique, les prélèvements ont été réalisés à partir de deux types d appareils : ACCU+Teom couplé à un mat météorologique et le préleveur de type Partisol Plus. Les analyses ont été réalisées par le Centre Commun d Analyses de l Université de La Rochelle. VII.1 imagerie par microscopie électronique L annexe 9 donne le rapport réalisé par le CCA La figure 21 représente l image obtenue par microscopie électronique Figure 21: Image des poussières prélevées sur le site P2 L image montre la présence aussi de sphérules (en 1 et 2) et de particules (en 3) présentant des caractéristiques de fusion. L analyse indique que ces particules sont ferreuses (Annexe 9). L image met aussi en évidence la présence de sphérule de diamètre plus petit. 36

39 Figure 22 : Sectorisation du prélèvement et système de prélèvement ACCU+Teom 37

40 VII.2 Prélèvements par secteur de vent : ACCU Teom VII.2.1 Type de prélèvement Ce système permet de faire des prélèvements sur différents filtres selon le secteur de vents, cette application est très intéressante pour déterminer la source et la nature des particules présentes dans l air ambiant. La figure 22 présente une photographie du système. La tête qui équipe le système de prélèvement est une tête sans coupure. Ce prélèvement est appelé «prélèvement bas-débit», en effet le débit a été fixé à environ 10l/min afin d éviter les risques de colmatage des filtres. Sur ce site, nous avons découpé la zone en quatre secteurs, comme cela est représenté sur la figure 21 : [0,120 ] : Secteur sans influence industrielle [120,170 ] : Secteur sous influence de Leroy Somer [170,220 ] : Secteur sous l influence de Leroy Somer [220,0] : Secteur sans influence industrielle Les échantillons font ensuite l objet d une analyse semi-quantitative par ICP-MS et ICP-Optique. L analyse semi-quantitative donne les quantités présentes sur le filtre pour une multitude d éléments atomiques. Le prélèvement par système ACCU couplé à une analyse semi-quantitative est très intéressante pour avoir une idée de l origine et de la nature de la pollution, la valeur analytique est toutefois rattachée à une incertitude importante (environ 30%). VII.2.2 Résultats des analyses Les prélèvements ont eu lieu du 1 février au 6 février 2001 pour , et du 1 mars au 3 mars pour Le tableau 12 donne les concentrations en ng/m 3. Echantillon Echantillon ng/m 3 Filtre 1 Filtre 2 Filtre 3 Filtre 4 ng/m 3 Filtre 1 Filtre 2 Filtre 3 Filtre 4 Ti Ti Mn Mn Cu Cu Zn Zn Zr Zr Mo Mo Sb Sb W W Pb Pb Bi Bi Fe Fe Al Al Cr Cr Ni Ni Sn Sn Mg Mg Sc Sc Co Co Ga Ga Ge Ge As As Rb Rb Sr Sr Tableau 12: Résultats synthétisés des analyses et Compte tenu de son principe de fonctionnement (mesure de la direction moyenne du vent sur 5 minutes puis sélection du canal de prélèvement) le système peut induire un retard dans le prélèvement et ainsi échantillonner sur le mauvais filtre. Ce phénomène reste toutefois mineur et ne se produit uniquement lorsque les vents sont très instables. 38