ACTION 2.1 : RESEAU DE MESURE

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1 PROJET STRATEGIQUE AERA : AIR ENVIRONNEMENT REGIONS ALCOTRA PROGRAMME ALCOTRA Version finale Mars 2012 ACTION 2.1 : RESEAU DE MESURE TRANSFRONTALIER

2 SOMMAIRE 1 CONTEXTE ET OBJECTIF DE L ACTION ANALYSE DU RESEAU METADONNEES ZONE ALCOTRA ANALYSE DU TERRITOIRE ANALYSE DES POINTS COMMUNS ET DES DIFFERENCES CRITERES D IMPLANTATION ET ZONAGES EN FONCTION DES DEPASSEMENTS DES SEUILS REGLEMENTAIRES LES PARTICULES FINES PM10 : LE DIOXYDE D AZOTE NO 2 : L OZONE O 3 : LE DIOXYDE DE SOUFRE SO 2 : LE MONOXYDE DE CARBONE CO : LE BENZENE C 6 H 6 : LES HYDROCARBURES AROMATIQUES POLYCYCLIQUES HAP : PRECONISATIONS PERMETTANT D'OPTIMISER LES RESULTATS DES DIFFERENTES TECHNIQUES DE MESURES DANS LE CONTEXTE TRANSFRONTALIER PRECONISATIONS LIEES A L ANALYSE DES DIFFERENCES DANS LE PARAGRAPHE PRECONISATIONS LIEES A L ANALYSE DES DEPASSEMENTS DES SEUILS REGLEMENTAIRES EN 2007 (PARAGRAPHE 2.3) REFERENCES LISTE DES TABLEAUX ET FIGURES TABLEAUX FIGURES GLOSSAIRE Date de publication : [03/2012] Numéro de projet : 11ETU05E Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 2/42

3 1 CONTEXTE ET OBJECTIF DE L ACTION AERA (AIR ENVIRONNEMENT REGIONS ALCOTRA) est un projet stratégique du programme Alcotra , plan de coopération transfrontalière le long de la frontière continentale franco-italienne, doté d une contribution financière FEDER. Il regroupe huit partenaires : Air PACA, DREAL PACA, les Régions Ligure, Piémont et Val d Aoste, les Provinces de Cuneo et de Turin, et la Région Rhône-Alpes. Il a pour but de fournir aux régions et organismes du territoire Alcotra des moyens pour améliorer et harmoniser leurs connaissances et méthodologies relatives aux processus de planification et d évaluation de la qualité de l air. Ce projet est décliné en 7 phases : 1) Etat initial de la qualité de l air et des politiques de protection de l air. 2) Analyse et recensement des outils pour la planification dans le cadre de la qualité de l air. 3) Amélioration des outils pour la planification (mesures, cadastre des émissions, modélisation). 4) Construction des mesures et actions de planification communes. 5) Actions pilotes. 6) Communication et éducation, dissémination des résultats du projet. 7) Gestion du projet Air PACA est responsable des actions 2.1 et 3.1, et travaille aussi sur quatre actions pilotes sur son territoire de compétence : Etude spécifique des émissions de particules dans les vallées alpines et sur le littoral urbanisé ; Mise en place d un outil d aide à la décision à l échelle urbaine sur l agglomération niçoise ; Etude spécifique des émissions du trafic poids lourds sur l axe franco-italien ; Estimations des interactions des émissions de polluants entre la région PACA et l Italie ; L'objectif principal de l action 2.1 est d établir un état des lieux du réseau de mesures de la zone Alcotra, afin d optimiser, d harmoniser et de valoriser ce réseau de mesure transfrontalier. Cette expertise est réalisée par la mise en place d un protocole méthodologique et organisationnel entre les partenaires sur les techniques de mesure de la qualité de l'air déjà existantes dans les différents réseaux de surveillance : Décrire et comparer les différentes méthodes de mesures existantes dans les réseaux de surveillance ; Analyser les points communs et les différences ; Proposer un protocole permettant d'optimiser les résultats des différentes techniques de mesures dans le contexte transfrontalier. Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 3/42

4 Figure 1 : Contexte action 2.1 dans le projet AERA Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 4/42

5 2 ANALYSE DU RESEAU La stratégie communautaire de l Union Européenne de surveillance de la qualité de l air se base aujourd hui sur la directive européenne du 14 avril 2008 (2008/50/CE) et sur la 4ème directive fille 2004/7/CE. Ces directives établissent des mesures visant à : Définir et fixer des objectifs concernant la qualité de l'air ambiant, afin d'éviter, de prévenir ou de réduire les effets nocifs pour la santé humaine et pour l'environnement dans son ensemble ; Evaluer la qualité de l'air ambiant dans les états membres sur la base de méthodes et critères communs ; Obtenir des informations sur la qualité de l'air ambiant afin de contribuer à lutter contre la pollution de l'air et les nuisances et de surveiller les tendances à long terme et les améliorations obtenues grâce aux mesures nationales et communautaires ; Faire en sorte que ces informations sur la qualité de l'air ambiant soient mises à la disposition du public ; Préserver la qualité de l'air ambiant, lorsqu'elle est bonne, et l'améliorer dans les autres cas. L évaluation de la qualité de l air est une activité complexe, les concentrations en polluants atmosphériques sont très variables dans l espace et dans le temps, en fonction des conditions météorologiques, topographiques, en fonction de la répartition des sources d émissions et en fonction de leur nature chimique. Les conséquences d un niveau élevé de pollution vont dépendre de la densité et de l activité de la population au point de mesure et de sa représentativité, ainsi que de la nature des écosystèmes présents. Tous les polluants atmosphériques ne peuvent être surveillés, une dizaine d entre eux ont été sélectionnés comme des "indicateurs de pollution". Ils sont représentatifs d'une source bien particulière et identifiée, dont les toxicités sur la santé ou l'environnement sont connues et pour lesquels des techniques de mesure existent. Plusieurs outils permettent de quantifier la pollution atmosphérique, comme la mesure automatique ou séquentielle des concentrations des polluants. Les organismes en charge de la surveillance de la qualité de l air interviennent périodiquement dans la gestion de leur réseau de mesure pour fournir des données avec le moins d incertitudes possibles. Pour être fiable et performant, un réseau de mesure de la qualité de l air devra respecter rigoureusement différentes procédures (maintenance, échantillonnage, métrologie, ) rédigées au niveau national et européen. Il est composé de stations de mesures, incluant les analyseurs, des baies d analyse, un poste client Mais aussi d un serveur central en charge d exécuter les requêtes du poste client, de centraliser et stocker les données, de valider et de diffuser l information sur la qualité de l air. Les analyseurs mesurent en continu les teneurs en polluant, et communiquent avec un système d acquisition de mesure, module assurant la gestion des analyseurs, le stockage des données en continu et la communication bidirectionnelle entre les stations de mesures et le poste central. Le système d acquisition peut aussi calculer les différentes moyennes, récolter les informations techniques concernant l instrumentation puis envoyer les données, l historique des évènements et les alarmes sur le serveur central. Le serveur central est composé d une base de données qui contient toutes les informations sur le réseau (données concentrations polluants, rapport de calibrage, historique des défauts et des alarmes, maintenance des analyseurs, nombre de stations, matériel installé, sites de mesure, localisation géographique des stations, ). Il permet la gestion de cette base de données et sa centralisation. Il permet la visualisation, le stockage et la diffusion des données environnementales. Il permet aussi la configuration du système et du réseau, l ajout de nouvelles stations de mesure, le paramétrage des alertes, Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 5/42

6 Les sites de prélèvement (mesure) doivent être localisés de manière à fournir des renseignements sur les zones et agglomérations concernées par les plus fortes concentrations. Ils doivent être représentatifs du niveau d exposition de la population. D une manière générale, l emplacement des points de prélèvements doit être déterminé de façon à éviter de mesurer les concentrations de sources ou micro sources d émissions se trouvant à proximité immédiate. Ils doivent aussi, dans la mesure du possible, être également représentatifs de sites similaires ne se trouvant pas à proximité immédiate. Afin de respecter ces critères de représentativité de la mesure, il est important que la réalisation et l installation des stations suivent des directives communes explicitées notamment dans la directive 2008/50/CE «CAFE». Ainsi, il est important de considérer : Les définitions adaptées des stations par typologie (type et zonage) ; Selon la typologie des stations, la composition des stations en termes de paramètres à mesurer ; Selon la typologie des stations, établir la distance minimum/maximum des stations par rapport à tout ouvrage (route, arbres, immeubles, représentativité par rapport à la densité de population ). Les têtes de prélèvement de l air et des particules ne doivent pas être placées à proximité immédiate de sources d émission, afin d éviter le prélèvement direct d émissions non mélangées à l air ambiant ; Selon la typologie des stations, concernant la hauteur pour le prélèvement de l air, l orifice d entrée de la tête de prélèvement doit aussi être dégagé, aucun obstacle gênant l arrivée d air ne doit se trouver au voisinage de l échantillonneur. Il convient également de connaître les puits potentiels de pollution au point de mesure. Ainsi, pour l ozone, il convient d éviter la proximité de sources potentielles d oxydes d azote tels que les rues canyon, les bouches d aération de parkings souterrains, les débouchés de tunnels routiers, les stations-service, de taxis, de bus... Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 6/42

7 L union Européenne impose des critères et des méthodes de mesure pour chaque polluant atmosphérique mesuré. Le paragraphe suivant liste les principes de mesure de références pour les différents polluants réglementés 1 : Analyseur de dioxyde de soufre (SO 2) par Fluorescence Ultraviolet : La méthode de référence utilisée pour la mesure du dioxyde de soufre est celle décrite dans la norme EN (2005) : Qualité de l air ambiant Méthode normalisée pour la mesure de la concentration en dioxyde de soufre par fluorescence UV. Une lampe à vapeur de zinc très énergétique excite les molécules de SO 2 situées dans la cuve de mesure. Ces molécules se désactivent suivant un procédé radiatif avec émission d'un rayonnement électromagnétique. La mesure de cette émission est proportionnelle à la concentration en SO 2 contenue dans la cuve. Un système à membrane sélective élimine l'influence des hydrocarbures sur la mesure. Analyseur d'oxydes d'azote (NOx) par chimiluminescence : La méthode de référence utilisée pour la mesure du dioxyde d'azote et du monoxyde d'azote est celle décrite dans la norme EN (2005) : Qualité de l air ambiant Méthode normalisée pour le mesurage de la concentration en dioxyde d'azote et monoxyde d'azote par chimiluminescence. Les oxydes d'azote (NOx) sont composés essentiellement du monoxyde d'azote (NO) et du dioxyde d'azote (NO 2). L'analyseur utilisé pour mesurer les concentrations en oxydes d'azote est basé sur la chimiluminescence. La chimiluminescence est une émission d'énergie lumineuse résultant d'une réaction chimique. Elle est utilisée pour la mesure du monoxyde d'azote (NO) car il réagit avec l'ozone (O 3) selon la réaction : NO + O 3 > NO 2 + O 2 + photons Mesure du NO : l'air ambiant est envoyé dans une chambre à réaction où il est mélangé à de l'ozone présent en excès. Le rayonnement produit est mesuré par un photomultiplicateur. Mesure du NO 2 : l'air ambiant est envoyé dans un four en molybdène chauffé à haute température où les oxydes d'azote sont alors réduits en NO. L'air, ne contenant plus que le NO, est envoyé dans la chambre de réaction où il est mélangé à l'ozone en excès. Le rayonnement émis est maintenant proportionnel à la quantité totale d'oxydes d'azote (NOx). On obtient la concentration de NO 2 par différence NOx = NO + NO 2 soit NO 2 = NOx NO Analyseur d'ozone (O 3) par absorption Ultraviolet : La méthode de référence utilisée pour la mesure de l'ozone est celle décrite dans la norme EN (2005) : Qualité de l air ambiant Méthode normalisée de mesurage de la concentration d'ozone par photométrie UV. L'analyseur utilisé pour mesurer les concentrations en ozone est basé sur l'absorption UV (Ultraviolet). L'absorption de la lumière par l'ozone suit la loi de Beer-Lambert qui relie l'absorption à la concentration en ozone selon un coefficient connu. L'ozone présent dans l'air ambiant possède une bande d'absorption dans l'ultraviolet (longueur d'onde de 254 nanomètres). Dans l'analyseur, l'air ambiant est, d'une part, exposé à une lampe UV et d'autre part, filtré de l'ozone qu'il contient. Selon la loi de Beer-Lambert, on calcule alors la concentration en ozone par différence entre la mesure de l'air sans ozone et celle de l'air contenant de l'ozone. 1 Source : Directive_08-50_CAFE Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 7/42

8 Analyseur de monoxyde de carbone (CO) par absorption Infra Rouge La méthode de référence utilisée pour la mesure du monoxyde de carbone est celle décrite dans la norme EN (2005) : Qualité de l air ambiant Méthode normalisée de mesure de la concentration en monoxyde de carbone par la méthode à rayonnement infrarouge non dispersif. L'analyseur utilisé pour mesurer les concentrations en monoxyde de carbone (CO) est basé sur l'absorption Infrarouge (IR). La méthode utilisée pour déterminer le monoxyde de carbone est la corrélation infrarouge par filtre gazeux. Le faisceau émis par la source infrarouge traverse alternativement une cellule remplie de CO et une cellule neutre puis la chambre de mesure contenant l'échantillon et enfin un filtre interférentiel placé avant le détecteur. Mesure des particules en suspension La méthode de référence utilisée pour l'échantillonnage et la mesure des PM10 est celle décrite dans la norme EN (1999) - Qualité de l'air - Détermination de la fraction PM10 de matière particulaire en suspension Méthode de référence et procédure d'essai in situ pour démontrer l équivalence à la référence de méthodes de mesurage. La méthode de référence utilisée pour l'échantillonnage et la mesure des PM2,5 est celle décrite dans la norme EN (2005) : Méthode de mesurage gravimétrique de référence pour la détermination de la fraction massique PM2,5 de matière particulaire en suspension dans l'air ambiant. La mesure des particules en suspension dans l'air, d'un diamètre aérodynamique inférieur à 10 microns (PM10) et inférieur à 2,5 microns (PM2.5) peut s effectuer à l aide de plusieurs types d instruments. Appareil à microbalance à élément oscillant, Jauge béta, Beta Mètre, pesée gravimétrique, Principe de mesure de la microbalance : Les particules prélevées dans l air ambiant se déposent sur un filtre et augmentent la masse d un système oscillant, provoquant ainsi un ralentissement de la fréquence d oscillation. Cette variation de fréquence est convertie en variation de masse de poussières déposées. La mesure du débit volumique permet de déterminer la concentration en microgrammes de particules par mètre cube d air. Principe de mesure de la microbalance associée à un module FDMS : L ajout d un module FDMS (Filter Dynamic Measurement System) sur un TEOM classique permet de mesurer la part volatile des particules en suspension qui échappe au TEOM classique. Le module FDMS mesure les particules volatiles avec la même coupure granulométrique que le TEOM sur lequel il est branché (PM10 dans la plupart des cas). Le module FDMS s intercale entre la tête de prélèvement et la ligne d échantillonnage chauffée. Dans ce cas, le fonctionnement du TEOM est modifié de la manière suivante : À la sortie de la tête de prélèvement, l échantillon d air passe par une colonne déshydratante de type Nafion. Il passe ensuite par une vanne 3 voies, qui va diriger le flux d air alternativement (par cycle de 6 minutes) vers le TEOM ou vers un filtre de purge : Lorsque le flux est dirigé directement vers le TEOM, la mesure s effectue normalement, mais la température de chauffage de la ligne et du filtre de collection sont abaissés à 30 C, pour limiter la volatilisation des particules avant le dépôt sur le filtre (L abaissement de température est rendu possible grâce à la déshydratation préalable de l échantillon). La concentration mesurée durant cette phase est celle de particules non volatiles (Base MC). Lorsque le flux est dirigé vers le filtre de purge, l échantillon est refroidi à 4 C par effet Peltier afin de maintenir les particules susceptibles de se volatiliser à l état solide. Les particules présentes dans l échantillon sont piégées par le filtre, et l air filtré est réinjecté en amont du TEOM. Sans apport de particules, la variation de masse enregistrée par le TEOM durant ces 6 minutes est liée à différents phénomènes affectant les particules déjà collectées sur le filtre, principalement la perte de matières volatilisables. La concentration mesurée durant cette phase, généralement négative en raison de la perte de masse, est appelée Ref MC. Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 8/42

9 La méthode de mesure fait l approximation que les concentrations de particules varient peu durant un cycle complet de mesure. La masse totale de particules est donc déterminée en faisant la différence entre ces deux mesures : MC = Base MC Ref MC La concentration de particules est intégrée sur 1 heure, afin de limiter l influence des variations de concentration de particules durant chaque cycle de mesure. Remarque : L intérêt de cette méthode est de se rapprocher des conditions de mesure de la méthode de référence (prélèvement sur filtre et mesure en laboratoire, cf. préleveur Partisol ci-dessous), et donc d obtenir des résultats comparables à ceux de cette dernière, tout en disposant d une donnée en temps réel. La procédure d équivalence entre la mesure TEOM et la mesure gravimétrique a été mise en avant par le LCSQA 2 en 2006 et appuyée en Principe de mesure jauge beta : Les particules en suspension sont collectées par aspiration d'un volume d'air déterminé et se déposent sur un papier filtre en fibre de verre. Ce dernier est à déroulement séquentiel automatique et défile dans une jauge Béta. La jauge Béta est un dispositif permettant de mesurer l absorption des rayons β par la matière particulaire. Les rayons β, émis par une source radioactive (carbone 14) sont absorbés par collision avec le dépôt de particules et cette absorption est reliée à la masse de particules déposé sur le filtre, indépendamment de leur nature physico-chimique. Mesure du Benzène, du Toluène et des Xylènes (BTX) par chromatographie en phase gazeuse La méthode de référence utilisée pour la mesure du benzène est celle décrite dans la norme EN (2005), parties 1, 2 et 3 : Qualité de l air ambiant Méthode normalisée pour le mesurage de la concentration en benzène. PID ou FID. L'échantillonnage de l'air ambiant est réalisé par pompage de l'air au travers d'un matériau adsorbant (carbopack B + carbosieve SIII ou carbopack X) qui retient les Composés Organiques Volatils (COV). A l'issue de cette phase de concentration, les COV retenus sur l'adsorbant sont injectés par désorption thermique et dosés par chromatographie en phase gazeuse avec détecteur à ionisation de flamme (FID). Métaux lourds (plomb, cadmium, l'arsenic et nickel) La méthode de référence utilisée pour le prélèvement de ces métaux est celle décrite à la section A, point 4, Directive 2008/50/CE Annexe VI. La méthode de référence utilisée pour la mesure du plomb est celle décrite dans la norme EN (2005) : Méthode normalisée pour la mesure du plomb, du cadmium, de l arsenic et du nickel dans la fraction PM10 de la matière particulaire en suspension. La mesure des métaux lourds est effectuée par un préleveur de particules bas débit sur des filtres en fibres de quartz exposé pendant une semaine en continu. La minéralisation des filtres est ensuite réalisée en salle blanche en suivant la norme NFX (sans double blanc filtre) puis les analyses sont réalisées suivant la technique d ICP / MS. Hydrocarbures Aromatiques polycycliques HAP (dont le benzo(a) pyrène) La méthode de référence pour la mesure des concentrations de benzo(a) pyrène dans l air ambiant a été normalisée par le CEN (EN 15549) publié en juillet Elle est basée sur un échantillonnage manuel de la fraction PM10 équivalent à la norme EN Laboratoire central de la qualité de l air, France Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 9/42

10 La mesure des HAP se fait en deux temps : prélèvement des HAP par un préleveur haut ou bas-débit sur le site de mesures, suivi d'une analyse des HAP en laboratoire par chromatographie liquide haute performance (HPLC) à détection fluorométrique. Le prélèvement se fait sur filtre (pour les particules) et/ou sur mousse polyuréthane (pour les gaz). Le préleveur est équipé d une tête normalisée pour les poussières totales, PM10, PM2.5, PM1. Le prélèvement se fait soit à haut débit (30 m 3 /h) soit à bas débit (2.3 m 3 /h) pour compenser les faibles concentrations de HAP dans l air ambiant. Le filtre est changé automatiquement toutes les 24 heures (le porte-filtre peut contenir jusqu à 15 filtres). Les filtres et mousses sont ensuite envoyés en laboratoire pour analyse. 2.1 METADONNEES ZONE ALCOTRA Le paragraphe suivant décrit les métadonnées du réseau de mesures de la zone Alcotra. Les métadonnées regroupent l ensemble des informations, sur les stations de mesures, depuis le statut de l organisme en charge de la surveillance de la qualité de l air jusqu au nombre d analyseurs, la métrologie, Les tableaux ci-après présentent de manière synthétique les principales métadonnées des organismes en charge de la surveillance de la qualité de l air sur la zone Alcotra. Les informations sont présentées sur un tableau comme montré ci-dessous : Région Rhône-Alpes Région PACA Région Val d Aoste Région Piémont Région Ligurie Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 10/42

11 Gouvernance : Statut juridique, Financement de l organisme en charge de la surveillance de la qualité de l air Association loi 1901 Financement Collégial Association loi 1901 Financement Collégial Opérateur Région Financement Région Opérateur Région Financement Région Opérateur Région Financement Région Nombre de stations sur la zone Alcotra, typologie et emplacement : Nombre de stations entre 2005 et 2009 et typologies (Fond, Trafic, Industrielle) 9 stations : 94 stations: 37 stations : 86 stations : 43 stations : Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 11/42

12 Figure 2 : Répartition des stations de mesure sur la zone Alcotra, en fonction des typologies Polluants mesurés sur la zone Alcotra : Polluants mesurés Mesure automatique : NOx, SO 2, CO, O 3, Benzène, PM10, PM2.5 Mesure séquentielle : BTEX, COV, Aldéhydes, MTP, HAP, dioxines Mesure automatique : NOx, SO 2, CO, O 3, PM10, PM2.5 Mesure séquentielle : BTEX, COV, MTP, HAP Mesure automatique : NOx, SO 2, CO, O 3, Benzène, PM10, PM2.5 Mesure séquentielle : MTP, HAP Mesure automatique : NOx, SO 2, CO, O 3, Benzène, PM10 Mesure séquentielle : PM10, PM2.5, MTP, HAP Mesure automatique : NOx, SO 2, CO, O 3, Benzène, PM10 Mesure séquentielle : PM10, PM2.5, MTP, HAP Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 12/42

13 Mesure des polluants gazeux : Tableau 1 : Répartition des mesures de polluants gazeux dans la zone Alcotra Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 13/42

14 NOx : CO : O 3 : SO 2 : C 6H 6 automatique: C 6H 6 séquentiel: Figure 3 : Répartition des stations de mesure sur la zone Alcotra, en fonction des polluants gazeux mesurés Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 14/42

15 Mesure des particules dans la zone Alcotra : Nombre de sites avec analyseurs de particules : 147 stations Tableau 2 : Répartition des mesures de particules fines dans la zone Alcotra PM10 : PM2.5 : HAP : Métaux toxiques particulaires : Figure 4 : Répartition des stations de mesure sur la zone Alcotra, en fonction des polluants particulaires mesurés Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 15/42

16 Métrologie : Principe de mesure des analyseurs de gaz Standards UE Standards UE Principe mesure des analyseurs de particules TEOM (Microbalance) TEOM FDMS (Microbalance + FDMS) Jauge beta + module RST TEOM (Microbalance) TEOM FDMS (Microbalance + FDMS) Mode de correction des particules pour les analyseurs TEOM Stations de référence (TEOM FDMS PM10 et TEOM 50 C PM10. L écart des 2 mesures permet de calculer un écart de correction) + correction avec stations de référence Stations de référence (TEOM FDMS PM10 et TEOM 50 C PM10. L écart des 2 mesures permet de calculer un écart de correction) + correction avec stations de référence Standards UE Standards UE Standards UE TEOM (Microbalance) Jauge beta Pesée gravimétrique TEOM (Microbalance) Jauge beta Béta Mètre néphélométrie Pesée gravimétrique TEOM (Microbalance) Jauge beta Béta Mètre Néphélométrie Pesée gravimétrique Pas de corrections Y = X * 1,5 15 et Y = X * 1,3 Pas de corrections Transmission des données ADSL, RTC, GSM RTC et GSM RADIO, RTC, GSM RTC et GSM RTC et GSM Système acquisition des données FDE CENTRALP SAM Iseo SK2 + ancien version ordinateur industriel, RS232 ordinateur industriel analogique EDAC2000 (Orion) Provincia di Genova Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 16/42

17 Chaine étalonnage Chaine d étalonnage nationale Chaine d étalonnage nationale Utilisation de gaz étalons certifiés par un organisme indépendant Utilisation de gaz étalons certifiés par un organisme indépendant Provinces de La Spézia et Savone : Organisme externe Provinces de Gênes et Impéria : La province, pas d information sur la certification Gestion du Parc (maintenance et calibration) Interne (Atmo Rhône-Alpes et Air APS) Maintenance en contrat de sous-traitance avec organisme privé ARPA VDA Région et Province de Piémont Provinces de Savone et La Spézia : ARPA Provinces de Gênes et Impéria : Provinces Validation des données Atmo RA et Air APS Atmo PACA et Airfobep Arpa Val d Aoste Arpa Piémont Région, Provinces et Arpa Ligurie Gestion des données / serveur central Soft commercial : Polair Soft commercial : XAIR Soft développé par un organisme indépendant pour Arpa Val d Aoste, et à la propriété d ARPA VDA Soft développé par Arpa Piémont et à la propriété d ARPA Piémont Contrôle de 1 er niveau : Soft commercial (ADEC 200) contrôle 2 nd niveau : Soft développé par ARPA Ligurie (SIRAL) Age du parc des moyens de mesure (Age moyen : 2002) (Age moyen : 2002) (Age moyen : 1999) (Age moyen : 2001) Tableau 3 : Métrologie des stations de mesure dans la zone Alcotra Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 17/42

18 2.2 ANALYSE DU TERRITOIRE ANALYSE DES POINTS COMMUNS ET DES DIFFERENCES FONCTIONNEMENT DES ORGANISMES DE SURVEILLANCE DE LA QUALITE DE L AIR : En matière de qualité de l air, trois niveaux de réglementations imbriqués peuvent être distingués en France : Européen National Régional et local Le réseau de surveillance de la qualité de l air est constitué en France d organismes de type «association loi 1901» nommées AASQA (Association Agrées pour la Surveillance de la Qualité de l Air), avec une gouvernance et un financement collégial. Ces structures sont agréées par le ministère en charge de l environnement pour surveiller et informer de la qualité de l air sur leur territoire. Le dernier agrément des quatre AASQA date de juillet Dans la zone Alcotra, les régions Rhône-Alpes et Provence, Alpes, Côte d Azur comptent 4 AASQA en 2011: Atmo PACA Airfobep Atmo Rhône-Alpes Air APS Il est à noter qu en 2012, Atmo Rhône-Alpes et Air APS ont fusionné pour créer l observatoire Air Rhône-Alpes. De même et toujours en 2012, Airfobep et Atmo PACA ont aussi fusionné pour créer l observatoire Air PACA. Les principales missions des AASQA sont : Caractériser de façon objective et technique l état de la qualité de l air et mettre en œuvre les moyens de mesure, d observation, de prévision, de descriptions adaptées pour cela ; Cartographier la pollution, notamment sur les territoires concernés par un risque de dépassement des normes ; Evaluer l exposition potentielle des populations ou des individus, en réponse aux demandes des acteurs sanitaires et de la réglementation ; Réaliser des études et des bilans sur la qualité de l air, contribuant à prévenir la pollution de l air ; Servir de point d appui à la recherche ; Tenir à jour un inventaire des émissions polluantes sur son territoire ; Participer à la construction des outils de planification en matière de qualité de l air (SRCAE, PPA, PDU, SCOT, PCET ) et évaluer les actions inscrites dans ces plans ; Informer tous les publics sur la qualité de l air constatée et prévisible ainsi que sur les moyens de prévention de la pollution et de ses effets. Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 18/42

19 En Italie, deux niveaux de réglementations imbriqués sont distingués: Européen Régional et local Pour la partie italienne de la zone Alcotra, les organismes en charge de la surveillance de la qualité de l air sont les ARPA (Agenzia Regionale per la Protezione dell'ambiente). Il existe 3 ARPA dans la zone Alcotra : ARPA Valle d Aosta. ARPA Piemonte ARPA Liguria Les ARPA sont des entités opérationnelles des régions où elles sont situées, dans un but de prévention et de protection de l'environnement par une expertise et une analyse sur les différents paramètres physiques, chimiques et biologiques de l eau, de l air et des sols. Les ARPA présentent une autonomie technique, de gestion, d'administration et sont placées sous la supervision du Président du Conseil Régional. Dans ce contexte, les ARPA Participent au suivi régional de la dynamique globale des effets de la météo et les changements climatiques; Assurent une activité de support technique et scientifique à l'administration régionale dans le domaine de la protection de l'environnement et la prévention des risques environnementaux, notamment dans la création et la mise en œuvre de plans régionaux dans le secteur; Exercent des activités techniques et analytiques dans le domaine de la qualité de l air; Effectuent des mesures et des études d impacts; Assurent la diffusion de l'information sur la qualité de l air à l aide de différents supports (rapports, indices qualité de l air, ). Ces différences en termes de modes de fonctionnement administratif induisent une gestion différente de la surveillance de la qualité de l air entre les deux pays de la zone Alcotra. Sur un volet technique et de gouvernance, les ARPA ne sont pas toutes propriétaires du réseau de mesure et des données de concentrations de polluants. Elles peuvent être identifiées comme des opérateurs des régions et partagent les activités de surveillance avec ces dernières mais aussi avec les provinces. Les AASQA sont en charge de la gestion complète du parc d analyseurs, depuis l installation des stations de mesures jusqu à la maintenance des analyseurs. Elles sont également propriétaires des données recueillies par les stations de mesures, qui sont néanmoins publiques. Elles ont un financement collégial, majoritairement composé de fonds publiques, qui assure une indépendance, mais limite aussi leur champ d action. La fiabilité des données de concentrations mesurées, la diffusion de ces données et la gestion générale de la surveillance de la qualité de l air (inventaire d émission, modélisation de la qualité de l air, gestion des stations de mesure, assurance qualité sur la collecte de mesures, ) peut donc varier d une ARPA à l autre d une part, mais aussi entre les ARPA et les AASQA. Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 19/42

20 ECHANTILLONNAGE ET TYPOLOGIES DES STATIONS DE MESURE: Les régions Rhône-Alpes et PACA, représentent presque les trois quart de la zone Alcotra en superficie, et environ les deux tiers en termes de population. Région Population (nombre habitants) Population (%) Superficie (km²) Superficie (%) Rhône-Alpes PACA Val d Aoste Piémont Ligurie Total Tableau 4 : Population et superficie des territoires de surveillance des différents partenaires de la zone Alcotra, source : rapport action 2.2, analyse cognitive sur l inventaire des émissions. La région Rhône-Alpes présente le maximum de stations de mesure (94 entre 2005 et 2009). Les AASQA de la région PACA gèrent 86 stations de mesure, entre 2005 et stations de mesures sont installées en Italie (zone Alcotra) entre 2005 et 2009, 9 dans la région Autonome du Val d Aoste, 37 en Piémont et 43 en Ligurie. Les typologies des stations de mesures, en France et en Italie sont détaillées ci-dessous : Typologie de station Nombre de stations en France Nombre de stations en Italie Fond 123 soit 75% 42 soit 25% Trafic 27 soit 43 % 36 soit 57 % Industrielle 30 soit 73% 11 soit 27 % Les principales zones urbanisées sont riches en stations de mesure (Marseille, Lyon, Turin, Gênes, Nice, ), ainsi que les principaux sites industriels et portuaires (bassin de Fos et étang de Berre, zone industrielle de Feyzin, port de Gênes, ). Les zones moins urbanisées, voire rurales, sont souvent sous échantillonnées. Le domaine alpin (France et Italie), hormis sur le territoire Rhône-Alpin, est ainsi caractérisé par une densité très pauvre en stations de mesures. Les caractéristiques techniques des stations fixes, telles que le type de cabine, la présence de climatisation et du contrôle de température du local, les lignes de prélèvement, sont relativement homogènes sur le domaine Alcotra REPARTITION DES MESURES DE POLLUANTS ATMOSPHERIQUES : Les mesures de NOx, PM10 et PM2.5 sont majoritairement centrées sur les zones urbaines et industrielles du domaine Alcotra (stations de type urbain, trafic, industrielles ou même périurbain). La mesure de l ozone est répartie de façon plus homogène sur l ensemble du territoire et sur les zones rurales (stations rurales, urbaines et périurbaines). La mesure du dioxyde de soufre est plus localisée sur les zones industrielles et sur les sites urbains des plus grandes villes. Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 20/42

21 Quelques disparités sont à néanmoins noter entre les différents territoires de surveillance des partenaires. La zone Alpine peu urbanisée présente certaines lacunes en termes de stations de mesure, pour la majorité des polluants. Certains polluants, dont le monoxyde de carbone et le dioxyde de soufre (CO et SO 2), sont moins surveillés en France en comparaison avec l Italie. Concernant le SO 2, il est majoritairement mesuré autour des principales zones industrielles en France alors que cette mesure est plus homogène en Italie. La mesure du CO ne se fait plus que dans les plus grandes agglomérations en France, alors qu elle est plus spatialement répartie en Italie. Concernant la mesure des BTEX, deux techniques principales sont utilisées dans le territoire Alcotra. La mesure automatique et la mesure séquentielle par tubes à diffusion passive. La mesure automatique est beaucoup plus utilisée en Italie, alors que la mesure séquentielle ne se fait que sur la partie française du domaine Alcotra. La mesure des PM10 sur la zone Alpine, notamment en région PACA, montre des lacunes en termes de nombre de stations, alors qu elle est mieux échantillonnée sur le reste de la zone. La mesure des PM2.5 est peu plus présente en Italie par rapport à la partie française du territoire Alcotra. Comme pour les PM10, certaines zones rurales et alpines ne sont pas, ou peu, surveillées. Inversement, les mesures de métaux lourds (ML) et d HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques) sont mieux réparties en Italie, et plus centrées sur les zones urbaines dans la zone française Alcotra. Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 21/42

22 PRINCIPES DE MESURE DES ANALYSEURS (AUTOMATIQUES ET SEQUENTIELS) : Réseau de mesures Alcotra Les types d analyseurs automatiques disposés dans les stations de mesure sont assez homogènes entre les deux pays, notamment pour les polluants gazeux. Ces derniers présentent les mêmes principes de mesure, conforme aux normes européennes, et sont généralement issus des mêmes fournisseurs (ESA, API, ). Des différences sont néanmoins remarquées concernant la mesure des particules fines PM10 et PM2.5. En France, dans une très grande majorité, la mesure de ces polluants particulaires s effectue avec des analyseurs automatiques de type «TEOM» associée dans certaines stations d un module FDMS. Ce module permet de prendre en compte la partie volatile des PM10 et PM2.5 depuis Les stations équipées de ce module sont dites de référence. Un coefficient est alors calculé à partir de ces stations de référence pour être appliqué sur les autres sites de mesure de particules non équipés du module, selon des procédures définies par la France. En Italie, les ARPA utilisent plusieurs types d analyseurs de particules. Des TEOM (certaines données sont corrigées par un coefficient fixe), des analyseurs de type Beta-mètre et Jauge-Beta (analyseurs avec source radioactive) et des préleveurs associés à une mesure massique, effectuant ainsi une mesure journalière. Comme évoqué précédemment, la mesure des BTEX se fait principalement par des moyens de mesure séquentiels (tubes à diffusion passive) en France, alors que l Italie a opté pour des analyseurs automatiques. Les mesures réglementaires de HAP et ML sont très similaires entre les deux pays. Une différence est néanmoins à noter, en Rhône-Alpes et en PACA, les analyses sont faites par des laboratoires privés externes et accrédités, alors qu en Val d Aoste, Piémont et Ligurie, les analyses sont réalisées par les ARPA MAINTENANCE ET METROLOGIE : Etalonnage et gaz étalons : En France, les AASQA disposent d une procédure fixée au niveau national pour calibrer les analyseurs de gaz, permettant une meilleure maîtrise des incertitudes de calibration. Le laboratoire niveau 1 (LNE 3 Paris) dispose pour chaque polluant d un étalon unique de haute qualité métrologique. Il contrôle les laboratoires d étalonnage niveau 2 (7 en France) par l intermédiaire d étalon de transfert niveau 1 vers 2. Le laboratoire niveau 2 contrôle les étalons de transfert niveau 2 vers 3 utilisés sur le terrain. Ces derniers vont permettre de raccorder les analyseurs en station de mesure. Figure 5 : Chaine nationale d étalonnage française La qualité des mesures fournies par les analyseurs est évaluée périodiquement en participant aux exercices de comparaisons inter-laboratoires (EIL) interrégionaux organisés par le laboratoire d étalonnage niveau 2 (annuels) et nationaux par le LCSQA. La procédure est différente sur le territoire italien. Les régions italiennes sont plus autonomes que les régions françaises, et il n existe pas de procédure nationale. Ainsi, sur la zone Alcotra, les trois régions italiennes montrent une procédure différente. 3 LNE : Laboratoire National de métrologie et d Essais Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 22/42

23 Dans les régions du Val d Aoste et du Piémont, l étalonnage est réalisé à l aide de gaz étalons gérés par les ARPA, mais certifiés par un organisme extérieur. Pour la région Ligurie, la procédure varie en fonction des provinces. Pour les provinces de Savone et de La Spézia, un organisme externe détient la charge de la maintenance et de l étalonnage des analyseurs, alors que pour les provinces de Gênes et d Impéria, ce sont les provinces qui ont la charge de cette action. Maintenance et paramètres métrologiques : La fréquence d étalonnage des analyseurs varie beaucoup entre chaque analyseur et chaque organisme. Par exemple, pour les oxydes d azote, dont le principe de mesure est la chimiluminescence en conformité avec les directives européennes, la fréquence d étalonnage varie de 1 mois en PACA et Piémont, 2 mois en Val d Aoste et 15 jours en Rhône-Alpes. Certains autres paramètres métrologiques, tels que la fréquence du contrôle de l'écart de linéarité, l essai du collecteur de prélèvement, la fréquence du remplacement des filtres à particules du système de prélèvement sur la tête de prélèvement et/ou à l entrée de l analyseur, montrent également des disparités entre chaque organisme de la zone Alcotra. Globalement, ces variables sont exécutées mensuellement ou bimensuellement. Ces paramètres métrologiques sont des éléments clés en termes de validité de la mesure. Un capteur, aussi bien positionné soit-il par rapport à la directive CAFE, peut donner des concentrations en polluants atmosphériques erronées si l ensemble de la chaine de calibration n est pas respectée rigoureusement ACQUISITION ET TRANSMISSION DES DONNEES : Concernant les systèmes d acquisition et de transmission des données, on retrouve de fortes similitudes entre la France et l Italie. A savoir, des ordinateurs industriels comme système d acquisition, qui permettent de contrôler les analyseurs et les acquisitions des données. La transmission des données peut se faire selon plusieurs procédés en fonction de la localité de la station de mesure : ligne RTC / Modem, Radio, GSM ou même par IP / ADSL. Ces mêmes modes de transmissions sont relativement homogènes sur la zone Alcotra. Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 23/42

24 SERVEUR CENTRAL ET GESTION DE LA BASE DE DONNEES DES MESURES : Réseau de mesures Alcotra Les données brutes produites sont stockées dans un serveur de données. Elles font ensuite l objet de validation techniques et environnementales à plusieurs niveaux (quotidienne, mensuelle, annuelle) afin de garantir leur fiabilité et leur exploitation. Dans la zone Alcotra, les différents organismes ne possèdent pas le même logiciel. En PACA et Rhône-Alpes, les AASQA utilisent des logiciels commerciaux (sociétés ISEO et Cegelec). En Italie, les bases de données ne sont pas gérées pas des logiciels commerciaux : L ARPA Val d Aoste a sous-traité le développement d un logiciel par un organisme externe, elle en reste néanmoins le propriétaire. L ARPA Piémont a développé un logiciel en interne. En Ligurie, il existe deux logiciels permettant la gestion de la base de données selon deux niveaux. Le premier est un logiciel commercial (EDAC 2000), le second a été développé par l ARPA Ligurie (SIRAL) AGE DU PARC DES ANALYSEURS : Dans l ensemble, le parc des analyseurs des différents partenaires possède un âge homogène, les plus vieux instruments datent des années 1990, et les plus récents ont été acquis en La Région Ligurie se démarque, avec une information transmise sur l âge du parc plus récent, allant de 2005 à CRITERES D IMPLANTATION ET ZONAGES EN FONCTION DES DEPASSEMENTS DES SEUILS REGLEMENTAIRES Les figures ci-après représentent les concentrations (moyennes annuelles, ) et les dépassements des principales normes pour les polluants réglementés, pour l année 2007, dans la zone Alcotra. Cette analyse fait référence à l action 1.1 du projet AERA. Or cette action n étant pas finalisée lors de la rédaction de ce rapport, Air PACA a dû utiliser les données de concentrations de polluants atmosphériques de la base de données 2007 crée dans le cadre de l action 3.1. Il est donc présenté dans cette analyse les principales normes au vu de la réglementation européenne. Les seuils d évaluation inférieurs et supérieurs, pour chaque polluant, ne sont pas calculés dans cette version du rapport mais seront présentés sur l action 1.1 du projet AERA., et permettront à Air PACA d affiner cette analyse dès réception du rapport de l action 1.1. Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 24/42

25 2.3.1 LES PARTICULES FINES PM10 : Figure 6 : Nombre de jours de dépassement de la valeur limite PM10 de 50 µg/m 3 en moyenne journalière sur le territoire Alcotra pour l année 2007 Figure 7 : Moyennes annuelles des mesures de PM10 sur le territoire Alcotra en 2007 Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 25/42

26 Les plus forts pics de pollution par les PM10, et les niveaux de fond, représentés respectivement par le dépassement de la valeur réglementaire de 50 µg/m 3, en moyenne journalière, à ne pas dépasser plus de 35 fois dans une année civile, et la moyenne annuelle, sont rencontrées autour des principaux pôles industriels et urbains, mais aussi sur la plaine du Pô. 69 stations de mesure n ont pas respecté la première norme en 2007, et 19 ne respectent pas la seconde norme en Le domaine Alpin (français et italien) ne montre pas de dépassement de cette norme (le nombre de stations mesurant ce polluant est aussi très faible sur cette zone). Au vue des valeurs rencontrées en 2007, il est fort envisageable de combler les lacunes en termes de mesure de PM10 sur la zone Alpine du domaine Alcotra, mais aussi de développer cette mesure sur la zone de la plaine du Pô où de fortes concentrations sont rencontrées LE DIOXYDE D AZOTE NO 2 : Figure 8 : Répartition des maximums horaires pour la mesure du NO 2 sur le territoire Alcotra en 2007 Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 26/42

27 Figure 9 : Moyennes annuelles pour les mesures de NO 2 sur le territoire Alcotra en 2007 Les valeurs en NO 2 les plus fortes, en termes de pollution chronique et de pollution de pointe (représentées respectivement par les moyennes annuelles et les dépassements du seuil de 200 µg/m 3 ) sont majoritairement rencontrées autour des grands pôles urbains : Agglomération de Lyon, Aix-Marseille, Turin, Gênes, Mais aussi autour des grands sites industriels, tels que le golfe de Fos / Etang de Berre, la zone de Feyzin, le port de Gênes, En 2007, 27 sites de mesure présentent un dépassement horaire du 200 µg/m 3, et 45 stations ne respectent pas la norme de 40 µg/m 3 en moyenne annuelle. Les typologies des sites montrant un dépassement d une valeur réglementaire sont en très grande majorité de type «trafic». Tout comme pour la pollution par les particules fines, au vue de ces deux normes, les zones les plus affectées par la pollution au dioxyde d azote sont centrées sur les grands pôles urbanisés, mais aussi sur les grands sites industriels et la plaine du Pô. La mesure du NO 2 est relativement bien développée sur ces dernières zones, et relativement homogène sur le territoire Alcotra, malgré une certaine lacune sur la partie sud de la zone Alpine. Néanmoins, cette zone, en dehors de certains sites spécifique et très localisé, est peu impactée par la pollution au dioxyde d azote. En contrepartie, la partie Nord de la zone Alpine, plus industrialisée et plus urbanisée, montre des valeurs assez faibles au vu de la réglementation, mais est relativement bien échantillonnée en analyseurs des oxydes d azote. Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 27/42

28 2.3.3 L OZONE O 3 : Figure 10 : Maximums horaire pour les mesures d O 3, en 2007, sur le territoire Alcotra Figure 11 : Nombre de jours où les mesures d O 3 sont supérieures à 120 µg/m 3 en moyenne journalière, en 2007, sur le territoire Alcotra Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 28/42

29 Figure 12 : Exemple de concentrations d ozone (maxima horaire en µg/m 3 ) simulées, issue de la plateforme de modélisation «AIRES», pour la journée du 6 juillet 2011 Les concentrations les plus fortes, en termes de pollution chronique et de pointe (nombre de jours avec une moyenne sur 8h > 120µg/m 3, maximum horaire) sont rencontrées majoritairement dans les zones rurales du sud de la région PACA, mais aussi sur la plaine du Pô. Certaines stations montrent également des valeurs élevées, notamment celles proches des plus gros complexes industriels et aux périphéries des grandes zones urbaines. Les stations de mesure sont plus étendues sur des zones périurbaines ou rurales, en toute logique avec les caractéristiques physicochimiques de ce polluant. La zone Alpine reste néanmoins assez pauvre en stations de mesures, alors que des fortes concentrations peuvent potentiellement y être rencontrées, comme le montre la Figure 12. Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 29/42

30 2.3.4 LE DIOXYDE DE SOUFRE SO 2 : Figure 13 : Maximums horaire pour les mesures de SO 2, en 2007, sur le territoire Alcotra Figure 14 : Moyennes annuelles pour les mesures de SO 2, en 2007, sur le territoire Alcotra Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 30/42

31 Les seuils réglementaires représentant la pollution chronique et la pollution de pointe par le dioxyde de soufre, respectivement le maximum horaire et la moyenne annuelle, sont dépassés sur les principales zones industrielles et portuaires du domaine Alcotra pour la pollution de pointe (Fos / Berre, Feyzin, Gênes, ), mais respectés pour la pollution chronique. Les stations de mesure du dioxyde de soufre sont principalement localisées autour des grands complexes industriels et portuaires, mais aussi autour des principaux pôles urbains de la zone Alcotra. Les concentrations de ce polluant montrent une forte décroissance depuis 20 ans, notamment grâce aux carburant moins soufrés et aux processus industriels de désulfurisation. Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 31/42

32 2.3.5 LE MONOXYDE DE CARBONE CO : Figure 15 : Maximum des moyennes glissantes sur 8h pour les mesures de CO, en 2007, sur le territoire Alcotra Les concentrations en monoxyde de carbone montrent toutes des valeurs en deçà des normes réglementaires. Ce polluant possède comme source principale le trafic routier, dont la motorisation s est significativement améliorée depuis les dernières décennies. Les stations de mesure du monoxyde de carbone sont principalement situées autour des grands complexes urbains (agglomérations de Lyon, Aix-Marseille, Turin, Gênes, ). La zone italienne du territoire Alcotra montre une densité plus importante de mesure du monoxyde de carbone, avec de valeurs mesurées néanmoins relativement faibles au vue des normes. Projet : 11ETU05E Date de publication : 03/12 32/42