Mise au point et validation d une méthode de dosage du mercure dans l air

2011 Mise au point et validation d une méthode de dosage du mercure dans l air Tanalou DJAE LASEM Avril à Juin 2011

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REMERCIEMENT Je tiens à remercier dans un premier temps, toute l équipe pédagogique de l Université du Sud Toulon Var et les intervenants professionnels responsables de la formation Chimie & Matériaux, pour avoir assuré la partie théorique de celle-ci. Je tiens à remercier tout particulièrement et à témoigner toute ma reconnaissance aux personnes suivantes, pour l expérience enrichissante et pleine d intérêt qu elles m ont fait vivre durant deux mois au sein du LASEM. Mon tuteur de stage, Monsieur le Pharmacien Principal Jean-Ulrich MULLOT, pour son accueil et la confiance qu il m a accordée dès mon arrivée dans l entreprise pour l aide et les conseils qu il m a apportés lors des différents suivis. Mon encadrant Monsieur Lucien VALENTE, Technicien Supérieur d Etudes et de Fabrication, pour m avoir intégrée rapidement au sein de l entreprise et m avoir accordé toute sa confiance, pour le temps qu il m a consacré tout au long de cette période, sachant répondre à toutes mes interrogations, sans oublier sa participation au cheminement de ce rapport. Je remercie Monsieur Gérald PROVINI, ainsi que tout le personnel du LASEM pour leur accueil chaleureux, nos éclats de rire et leur coopération professionnelle tout au long de ces deux mois. 3

SOMMAIRE Glossaire et Abréviations 6 Introduction 7 I. Etude bibliographique sur le mercure élémentaire et inorganique 8 1. Sources et utilisations du mercure 8 2. Propriétés physique et chimique 8 3. Comportement du mercure et ses sels inorganiques 9 a) Dans l eau 9 b) Dans l air 9 c) Dans les sols 9 4. Voies d exposition et bioaccumulation du mercure 9 5. Toxicologie du mercure élémentaire et inorganique 10 6. Législation et normes de sécurité 10 7. Mise en évidence de la contamination atmosphérique 11 a) Modes de prélèvements du mercure atmosphérique 11 b) Principe d analyse 13 c) Interférences 13 8. Moyen de décontamination 14 II. Le LASEM 15 1. Présentation 15 2. Missions et Domaines d activités 15 III. Mise au point d une méthode de dosage du mercure dans l air par capteur passif 17 1. Matériels et méthodes 17 a) Appareillage 17 b) Traitement des badges 19 c) Influence de la matrice «Hopcalite» sur la méthode de dosage du mercure par CV AAS 20 d) Influence de la quantité d acide sur la désorption et le dosage du mercure piégé sur Hopcalite 21 e) Dosage du mercure sur badges vierges 21 2. Résultats 22 a) Influence de la matrice «Hopcalite» sur la méthode de dosage du mercure par CV AAS 22 b) Influence de la quantité d acide sur la désorption et le dosage du mercure piégé sur Hopcalite 23 c) Dosage du mercure sur badges vierges 24 IV. Validation de la méthode de dosage du mercure dans l air par capteur passif 25 1. Principe 25 2. Matériels et méthodes 25 a) Etude de la fonction d étalonnage 25 b) Etude d une limite de quantification présupposée par la méthode 26 c) Etude des rendements 26 d) Etude de l exactitude à la valeur moyenne d exposition 27 3. Résultats et discussions 28 4

a) Etude de la fonction d étalonnage 28 b) Etude des limites de quantification présupposées par la méthode. 30 c) Etude des rendements 32 d) Etude de l exactitude à la valeur moyenne d exposition 33 Discussion 34 Conclusion 36 Bibliographie 37 Liste des figures 38 Liste des tableaux 38 ANNEXES 39 RESUME 50 5

Glossaire et Abréviations Conditions de fidélité intermédiaire : Conditions où les résultats d'essai sont obtenus par la même méthode sur des individus d'essai identiques dans le même laboratoire avec des changements de conditions, parmi lesquelles : opérateur, étalonnage, équipement, environnement, temps écoulé entre les mesure. Ecart-type de fidélité intermédiaire : Ecart-type de répétitions obtenues par le même laboratoire dans des conditions de fidélité intermédiaire, c'est-à-dire avec des changements de conditions, parmi lesquelles : opérateur, étalonnage, équipements, environnement, temps écoulé entre les mesures. Condition de répétabilité : Condition où les résultats d'essais indépendants sont obtenus par la même méthode sur des individus d'essai identiques dans le même laboratoire, par le même opérateur, utilisant le même équipement et pendant un court intervalle de temps. Ecart-type de répétabilité : Ecart-type de nombreuses répétitions obtenues dans un seul laboratoire par un même opérateur sur un même instrument. Limite de quantification de la méthode : Plus petite quantité ou concentration d un analyte dans l échantillon d essai qui peut être distinguée de manière exacte et fiable de zéro. EMA (Ecart Maximal Acceptable) : Valeurs extrêmes d une erreur acceptable sur un résultat. Exactitude : Etroitesse d'accord entre des résultats et la valeur de référence acceptée. Fidélité : Etroitesse d'accord entre des résultats d'essai indépendants obtenus sous des conditions stipulées. Justesse : Etroitesse de l accord entre la valeur moyenne obtenue à partir d une large série de résultats d essais et une valeur de référence. Méthode d'analyse : Procédure écrite décrivant l'ensemble des moyens et modes opératoires nécessaires pour effectuer l'analyse de l'analyte, c'est-à-dire : domaine d'application, principe, réactions, réactifs, appareillage, modes opératoires, expression des résultats, fidélité, rapport. Incertitude : Permet d'évaluer correctement les erreurs qui se produisent lors de mesures liées à la vérification d'une relation entre différentes grandeurs physiques. AFNOR : Association française de normalisation. COFRAC : Comité français d'accréditation. OMS : Organisation Mondiale de la Santé LASEM : Laboratoire d analyses, de surveillance et d expertise de la marine. LCA : Laboratoire de chimie analytique. LSR : Laboratoire de surveillance radiologique LQ : Limite de quantification. EMA : Ecart maximal acceptable. PTFE : Polytetrafluoroéthylène VME : Valeur limite moyenne d exposition 6

Introduction La détermination et le suivi des concentrations de mercure à toujours été d'une importance particulière dans le domaine de l'analyse des traces métalliques dans l environnement. Il y a plus de 500 ans, le mercure a été reconnu comme un poison et la toxicité des vapeurs de mercure n est plus à démontrer. Aujourd'hui, la pollution au mercure est un problème mondial. Pour évaluer la quantité de mercure qui pollue notre environnement, le mercure doit être mesuré dans tous les compartiments terrestres. Cela nécessite des méthodes rapides, faciles à utiliser et une instrumentation qui permette l échantillonnage ainsi que le dosage du mercure à des niveaux aussi faibles que quelques nanogrammes par prise d essai. L objectif principal du stage est la protection de personnels considérés comme des travailleurs. Dans le but d être accrédité par le COFRAC (Comité Français d Accréditation) et de satisfaire les besoins de ses clients dans le domaine des analyses de gaz, le Laboratoire d Analyses de Surveillance et d Expertise de la Marine (LASEM) veut mettre au point une méthode permettant le dosage des concentrations en mercure dans l air. De plus, une opération de dragage de sédiments contenant du mercure sera réalisée, et ces sédiments pourront être provisoirement stockés dans la Base Navale de Toulon. La contamination de ces sédiments en mercure étant connue, cette opération sera donc l occasion de tester le nouveau dispositif de mesure mis en place afin de vérifier la non-exposition du personnel de la Base. Pour cela, la mise au point et la validation d une méthode de dosage du mercure dans l air par spectrométrie d absorption atomique à vapeurs froide (CV-AAS) grâce à des échantillonneurs passifs (Badges Anasorb C300) devront être effectués. Cette validation tiendra compte des normes NF EN ISO 17025 [6], qui donne les directives à suivre dans le domaine des analyses, du référentiel LAB GTA 94 [7] et de la norme NF T 90-210 [8] qui sont des guides pour la validation des méthodes et l accréditation. Une seconde partie du stage consistera à mettre en place et à valider une méthode d attaque de filtre utilisé lors d échantillonnage actif sur lequel une quantité de sédiment contaminé au mercure est déposée. Le but est de savoir si une partie du protocole opératoire qui sera mis en place pour les échantillonneurs passifs sera aussi applicable pour des échantillonneurs actifs, l un et l autre échantillonnant des fractions différentes de la pollution (mercure gazeux pour les échantillonneurs passifs et mercure particulaire pour les échantillonneurs actifs). Avant d entamer la présentation du LASEM, nous nous intéresserons aux propriétés physicochimiques du mercure ainsi qu au comportement de celui-ci dans l atmosphère à travers une étude bibliographique. Nous expliciterons la démarche suivie pour la mise au point de la méthode de dosage par CV- AAS grâce à un échantillonneur passif ainsi que pour la validation de celle-ci. Enfin nous détaillerons la validation d une méthode d attaque de filtre pour échantillonneur actif. Les résultats serviront à valider la conformité ou la non conformité du projet en cours. 7

I. Etude bibliographique sur le mercure élémentaire et inorganique 1. Sources et utilisations du mercure La source du mercure (Hg) est soit d origine naturelle, soit anthropique. En effet, pour ses propriétés il est utilisé au cours de plusieurs procédés industriels comme la fabrication d appareils de mesures de laboratoire (thermomètres), dans l industrie électronique pour la fabrication de piles et de lampes, dans l industrie chimique en tant qu agent catalytique et d électrolyse et dans de nombreuses préparations d amalgames. Le mercure forme des amalgames avec plusieurs métaux, on le retrouve ainsi dans les amalgames dentaires et surtout dans l orpaillage. L importante volatilité du mercure fait que sa principale source dans l environnement provient du dégazage de l écorce terrestre qui rejette annuellement environ 6000 tonnes de mercure, les feux de forêt, le volcanisme et le lessivage des sols sont des sources secondaires. On le trouve à l état naturel dans les minerais sous forme de sulfure de mercure HgS ou cinabre, il représente 0,5 ppm de la croûte terrestre. Dans l air, la concentration ubiquitaire en mercure varie de 1 à 4 ng.m 3 hors situation localement particulière [10]. 2. Propriétés physique et chimique A température ambiante, le mercure est un liquide blanc argenté, brillant, très dense et très mobile. Il est insoluble dans l eau comme dans les solvants organiques usuels. Il émet dès 24 C des vapeurs en quantité importante. La spéciation du mercure est assez étendue, en effet ce métal existe sous différentes formes ; le mercure élémentaire (Hg 0 ), le mercure inorganique (le chlorure mercurique HgCl 2, chlorure mercureux Hg 2 Cl 2 etc ) et le mercure organique (par exemple le méthylmercure CH 3 Hg). Selon sa forme, le mercure est considéré comme reprotoxique, cancérigène ou mutagène. Le tableau ciaprès résume certaines des caractéristiques associées à ces différentes formes. Masse molaire (g/mol) Point d ébullition ( C) Densité à 20 C Viscosité dynamique (Pa.s) à 20 C Solubilité dans l eau (mg/l) Elémentaire 200,59 356,7 13,456 1,55.10-3 56,7.10-3 Inorganique HgCl 2 Hg 2 Cl 2 271,52 472,09 302 384 5,4 7,04 - - 6900 - Organique 251,1-4,06 à 25 C - 6000 à 25 C Tableau I : Paramètres physico-chimiques du mercure 8

3. Comportement du mercure et ses sels inorganiques a) Dans l eau Le mercure élémentaire est complètement insoluble dans l eau contrairement aux composés organiques. La solubilité des composés inorganiques est variable ; les composés comme le chlorure mercurique sont solubles alors que le sulfure mercurique est insoluble dans l eau. b) Dans l air Le mercure élémentaire et les composés organiques du mercure sont volatils. Les composés inorganiques le sont très peu. Dans l atmosphère, la plus grande partie du mercure est sous forme élémentaire. Le diméthylmercure, qui lui aussi est volatil, serait rapidement dégradé en Hg 0 dans l atmosphère (son temps de résidence n est que de quelques jours, voir de quelques semaines). Hg 0 peut rester dans l atmosphère pendant des temps très longs (durée de vie entre 2 mois et 3 ans). c) Dans les sols Le mercure est faiblement mobile dans le sol. En effet le mercure mis en contact avec le sol est rapidement immobilisé (par les oxydes de fer, d aluminium et le manganèse et surtout par la matière organique) et il a tendance à rester dans les horizons de surface. Dans les sols, à l état naturel, le mercure se trouve principalement sous forme de cinabre. Une partie du mercure présent dans le sol est éliminé par volatilisation. Il est important de souligner que certains microorganismes sont capables de synthétiser dans la nature des dérivés organomercuriels très toxiques à partir de mercure inorganique. Ainsi le mercure à l état élémentaire peut être transformé dans les sédiments aquatiques, en dérivés méthylés du mercure en milieu aérobie ou anaérobie. 4. Voies d exposition et bioaccumulation du mercure Chez l'homme, le mercure élémentaire sous forme de vapeur est essentiellement absorbé par voie pulmonaire. Le taux d absorption pulmonaire est compris entre 75 et 85 %. La rétention moyenne du mercure élémentaire après 30 jours est d environ de 69 % de la dose inhalée. Cela correspond approximativement à une demi-vie de 60 jours pour le mercure élémentaire. Pour les composés inorganiques du mercure, l absorption via les poumons est faible, probablement en raison du faible dépôt des particules au niveau des voies aériennes supérieures qui ne subissent pas par conséquent le transport vers les organes. Peu d'études traitent de l'absorption par voie orale du mercure élémentaire et du mercure inorganique. Toutefois, l absorption par voie orale de ces deux types de mercure semble faible. L'ingestion d'une faible quantité de mercure élémentaire n'induit pas de symptômes. L importance du transport du mercure inorganique à travers la barrière intestinale dépend de la 9

solubilité du composé et/ou de la facilité du composé à se dissocier dans le lumen intestinal pour devenir biodisponible. L absorption des composés mercureux est moins importante que celle des composés mercuriques à cause des différences de solubilités. Chez l homme, le mercure élémentaire absorbé par voie pulmonaire est distribué dans tout le corps. En effet, du fait de ses propriétés lipophiles (solubles dans les corps gras et hydrophobe), il traverse facilement la barrière sang/cerveau et la barrière placentaire. De plus, le mercure élémentaire se retrouve dans le sang après inhalation. La plus longue rétention de mercure après inhalation est observée dans le cerveau. Le mercure élémentaire se retrouve prioritairement dans les reins alors que le mercure inorganique divalent, atteint de façon similaire tous les organes. L accumulation du mercure inorganique divalent au niveau des reins et dans le fœtus est moins importante que celle du mercure élémentaire puisqu il est moins lipophile. D une manière générale, l élimination du mercure se fait principalement par les urines et les matières fécales, mais aussi par les poumons et les cheveux ou poils (accessoirement le lait chez la femme allaitante) [10]. 5. Toxicologie du mercure élémentaire et inorganique En cas d ingestion le mercure métallique n entraîne pas d effet toxique significatif, en effet c est la faible absorption du mercure par cette voie qui explique cela. Cependant lors d injection accidentelles intra musculaire ou sous cutanée, d importantes inflammations locales peuvent être observées. A l inverse, une inhalation des vapeurs de mercure peut causer une intoxication grave. Les symptômes associés sont la fatigue, la fièvre, des problèmes pulmonaires graves mais surtout une atteinte encéphalopathique potentiellement mortelle [9]. La toxicité chronique peut faire suite à une inhalation répétée de faibles concentrations de mercure. Le cerveau est en général l organe le plus atteint. Cette atteinte cause des troubles de l humeur et de la mémoire. A des stades plus avancés, on peut noter des tremblements et une détérioration intellectuelle. 6. Législation et normes de sécurité En France les valeurs limites d exposition professionnelle au mercure dans l air, déterminées dans les circulaires du 14 mai 1985 par le ministère de l Emploi et de la Solidarité sont répertoriés dans le tableau suivant : Substances Tableau II : Valeurs limites d exposition professionnelle VME en µg/m 3 (8 heures) Mercure vapeur 50 Mercure alkylés 10 Mercure arylés et inorganiques 100 10

Selon l OMS, l exposition chronique du grand public au mercure à l état vapeur ne doit pas excéder 1 µg/m 3 [10]. 7. Mise en évidence de la contamination atmosphérique a) Modes de prélèvements du mercure atmosphérique Trois types de prélèvements peuvent être utilisés pour l échantillonnage du mercure dans l air [11]: Prélèvement par absorption : il met en jeu des barbotages dans des solutions oxydantes dans le but d oxyder le mercure élémentaire. Ce mode de prélèvement n est pas pratique et l envoi d échantillon liquide pour analyse n est pas envisageable car la conservation de celui-ci est limitée par la volatilisation du mercure. Prélèvement par amalgamation : il consiste à séparer sélectivement différents composés du mercure. Par exemple, le mercure élémentaire forme des amalgames avec l argent dont la destruction par chauffage libère le mercure piégé. La surface de l argent peut très vite être altérée dans les atmosphères humides chargées de chlore ou d anhydride sulfureux. Cette méthode n est pas à utiliser lorsque la problématique est le prélèvement et le dosage du mercure total ambiant mais seulement pour le dosage du mercure élémentaire. Prélèvement par adsorption : le mercure s adsorbe sur différents supports : Hopcalite ou charbon actif. Cette méthode est bien adaptée au problème des prélèvements de mercure minéral et organique en entreprise, c est pourquoi il a retenu notre attention. Deux méthodes normalisées d hygiène industrielle ID-140 [2] et MDHS [3] traitant de l usage et l analyse des échantillonneurs passifs par adsorption, nous ont permis de mettre en place et de valider la méthode de dosage du mercure par absorption atomique après échantillonnage passif sur Hopcalite. Echantillonneur passif par adsorption Ici l échantillonneur passif est un badge conçu pour être porté par des personnes potentiellement exposées aux vapeurs de mercure mais il peut aussi être disposé dans l environnement [1]. Cette technique d échantillonnage est seulement utilisée pour le mercure élémentaire et inorganique en phase vapeur et non pas pour le mercure organique ou le mercure particulaire. A température ambiante, cette méthode permettra d accumuler, passivement, le mercure à doser pendant un long temps d exposition entre 1 h et 8 h avec un débit de 20 ml/min (environ 10 L en 8 h) mais le dispositif a été testé jusqu à 120 heures par un organisme anglais [3]. Ici le mercure s adsorbe sur une capsule en céramique contenant de l Hopcalite (mélange d oxydes de cuivre, de cobalt et de manganèse), ayant une grande affinité avec le mercure, pour finalement être dosé par spectrométrie d absorption atomique à vapeur froide (CV AAS) après attaque acide de l Hopcalite. Chaque capsule possède environ 200 mg d Hopcalite et a la capacité d adsorber une quantité de mercure supérieure à 30 µg. 11

Le badge est constitué d'un boîtier réutilisable et d une capsule absorbante remplaçable. C est l enchainement d un capuchon de protection, d un boitier réutilisable, d une barrière de diffusion, d une capsule absorbante, d un disque en mousse et d un capuchon arrière (Figure 1). Figure 1 : Echantillonneur passif, Badge Anasorb C 300 Cet échantillonneur est simple d utilisation. Grâce à un phénomène de diffusion exploitant la loi de Fick, il ne nécessite pas l utilisation d une pompe, il est léger et possède une haute sensibilité. Sa limite de détection revendiquée est de 0,01 µg et sa limite de quantification et de 0,04 µg de mercure. Ces valeurs nous ont été indiqués par le fabriquant des badges Anasorb C300 et le dossier de validation anglais. Pour évaluer des concentrations plus faibles en mercure il est préférable d utiliser un échantillonneur actif, Echantillonneur actif par adsorption L échantillonneur actif utilise une pompe pour prélever le mercure sous forme vapeur ainsi que ses composés particulaires, sur un support contenant 500 mg d Hopcalite. Les vapeurs de mercure sont piégées par adsorption sur de l Hopcalite et les particules contenant du mercure sont collectées sur un filtre en fibre de quartz. Cette méthode permet d aspirer le mercure pendant 15 minutes ou plus avec un débit contrôlé de 2 L/min mais ne permet pas de prélever quantitativement les composés organiques du mercure. Dans le cas où il faudrait en plus prélever les composés organiques du mercure, c est la méthode sur charbon actif qui est utilisé. Elle permet de prélever le mercure total, sur des tubes composés de charbon actif, sous toutes ses formes (vapeurs métallique, composés minéraux et organique) dont le domaine de concentration varie entre 0,003 et 1,7 mg/m 3 de Hg. 12

b) Principe d analyse Pour l analyse, l Hopcalite et/ou les particules (pour l échantillonnage actif) collectées sont solubilisées à froid en milieu oxydant acide (mélange d acides nitrique HNO 3 et chlorhydrique HCl = eau régale). L'eau régale attaque le mercure et du mercure sous forme HgCl 2 est alors produit [2] et [3]. Hg 0 + 2 HNO 3 Hg (NO 3 ) 2 + 2H + + 2e- Hg (NO 3 ) 2 + 2 HCl HgCl 2 + 2HNO 3 Après attaque acide, le mercure obtenu est ensuite réduit à l état élémentaire (Hg 0 ) par une solution de chlorure stanneux et la vapeur de mercure formée est entraînée par un courant gazeux inerte (argon) vers une cellule à fenêtres de quartz placée dans le faisceau d un spectromètre d absorption atomique à vapeur froide. HgCl 2 + SnCl 2 Hg 0 + SnCl 4 c) Interférences Deux types d interférents peuvent être identifiés : Les interférents spécifiques : ils agissent directement sur la réponse de l analyte. Les interférents non spécifiques : ils sont liés à la présence de composé (différents de l analyte) qui produit un signal y compris en l absence de l analyte. Interférences lors de l échantillonnage Température La loi de Fick régit le fonctionnement des badges ; un phénomène de transport irréversible qui se traduit par la migration de mercure élémentaire et inorganique dans la capsule sous l'effet de la température. L échantillonnage se fait à température ambiante. Le débit d échantillonnage varie en fonction de la température et affecte le coefficient de diffusion dans le milieu considéré. Cette variation est minime si les températures ne sont pas trop hautes ou trop basses. Pression La pression affecte également le coefficient de diffusion ; en effet le coefficient de diffusion est inversement proportionnel à la pression. Gaz Le débit d échantillonnage (ou le badge) n est pas affecté par la présence d autres gaz même le chlore. Cependant, des intéractions dans l atmosphère peuvent complexer le mercure total présent dans l échantillonneur. En effet, le mercure à l état vapeur coexiste dans l atmosphère avec le chlore. Le chlore peut réagir avec le mercure vapeur dans l air pour former des particules de chlorure mercurique. Dans ce cas, les badges sont inappropriés pour réaliser des mesures de 13

mercure dans l air car pour un échantillonneur passif, il n y a pas d accumulation de particules. Cependant, l utilisation d un échantillonneur actif ne posera pas de problème. Interférences lors de l analyse Tous les composés avec la même longueur d onde que le mercure peuvent causer des interférences en CV AAS. Les composés organiques volatils (comme le benzène, toluène, acétone etc ) absorbent à cette longueur d onde (absorption moléculaire) et sont considérés comme des interférents analytiques. Ces composés ne peuvent pas être retenus lors de l échantillonnage mais pendant la préparation des réactifs avant analyse. Lors de l analyse, l utilisation d un gaz inerte est préconisée pour exclure toute absorbance des composés par les gaz comme l ozone qui absorbe à la même longueur d onde que le mercure et peut créer une interférence positive. 8. Moyen de décontamination Une fois mise en évidence la contamination d un lieu de travail, la récupération du mercure ou sa transformation en composé non volatil est indispensable. De nombreuses méthodes physiques ou chimiques peuvent être employées à cet effet. Pour les procédés chimiques, nous pouvons citer la transformation du mercure élémentaire volatil en HgS non volatil et insoluble ou la récupération du mercure en passant par l obtention d un amalgame solide (cuivre, zinc etc..). Pour les procédés physiques, nous pouvons citer l aspiration sous vide ou l adsorption sur différent supports (charbon actif, cuivre, argent etc ) [11]. 14

II. Le LASEM 1. Présentation Le LASEM est le Laboratoire d Analyses de Surveillance et d Expertise de la Marine situé dans la Base Navale de Toulon. Né du regroupement des laboratoires de chimie analytique (LCA) et de surveillance radiologique (LSR) en octobre 1997, le LASEM constitue un pôle scientifique et technique au sein du port de Toulon. 2. Missions et Domaines d activités Le LASEM apporte aux autorités maritimes, aux bateaux et unités à terre des analyses et expertises réglementaires ou opérationnelles dans les domaines en lien avec la santé humaine : santé et sécurité au travail (SST). Chaque service, LCA ou LSR est organisé en unités techniques : LCA : Laboratoire de Chimie Analytique Unité de «Prélèvement» : prélèvements d eaux, d amiante et d atmosphère de travail. Unité de «Prélèvement» : prélèvements d eaux, d amiante et d atmosphère de travail. Unité «Amiante» : analyses d identification de matériaux par microscopie électronique à balayage, mesures d empoussièrement par microscopie électronique à transmission. Unité «Eaux» : analyses physico-chimiques des eaux de consommation humaine, d effluents, d eau déminéralisée, d eau de piscine et de baignade, eaux traités, de réfrigération. Unité «Gaz» : analyses d atmosphère de travail ou confinées, d air respirable et de plongée, de mélanges respiratoires. Unité «Expertise» : identification des produits inconnus, analyses au profit de l action de l état en mer et dossiers tranverses. LSR : Laboratoire de Surveillance radiologique Unité de «Prélèvement» : prélèvements d eaux, d atmosphère, de faune et de flore terrestre et marine nécessaires à la surveillance radiologique de l environnement Unité «Radiochimie» : traitement et analyse chimique des échantillons de l environnement et du domaine industriel. Unité «Mesures physique» : recherche et mesure de l activité des radionucléides 15

Base Navale de Toulon Laboratoire d Analyse de Surveillance et d Expertise de la Marine Service LCA Laboratoire de Chimie Analytique Service LSR Laboratoire de Surveillance Radiologique Unité Technique Gaz Unité Technique Eaux Unité Technique Radiochimie Unité Technique Amiante Unité Technique Mesures Physique Prélèvements Prélèvement et Préparations Unité Technique Expertise Figure 2 : Organigramme fonctionnel 16

III. Mise au point d une méthode de dosage du mercure dans l air par capteur passif Le LASEM cherche à mettre en place une méthode d analyse décrivant l ensemble des moyens et modes opératoires nécessaires pour effectuer le dosage du mercure dans l air par absorption atomique après échantillonnage au moyen d un capteur passif. Le point de départ de ces expériences sera les méthodes normalisées ID-140 et MDHS. 1. Matériels et méthodes a) Appareillage L appareil utilisé pour le dosage du mercure, disponible au LASEM, est un spectromètre d absorption atomique à vapeurs froide ; FIMS (Flow injection Mercury System), modèle FIAS 100 de la société Perkin Elmer. Le FIMS 100 combine les avantages de l'injection de flux et d'absorption atomique dans un analyseur de mercure. Figure 3: Appareillage; Flow Injection Mercury System La source de rayonnement permet la détermination de la teneur en mercure, ici est utilisée une lampe à vapeur de mercure. Celle-ci est réglée sur la principale raie d absorbance atomique du mercure c est à dire 253,7 nm. En intégrant dans un spectromètre à haute sensibilité une lampe à mercure de haute intensité et une cellule de mesure à fenêtre de quartz (matériau transparent dans l UV), avec un détecteur muni d une cellule photoélectrique dont le maximum de sensibilité est à 253,7 nm, le FIMS offre une sensibilité et une stabilité avec un bruit extrêmement faible. Cela signifie des limites de détection très faibles. L appareillage est constitué d une pompe péristaltique (Pump 1) permettant de pomper séparément l échantillon, et une pompe (Pump 2) pour aspirer en permanence la solution de 17

réduction et la solution porteuse. D un robinet pour sélectionner le flux de gaz porteur, d une cuve de réaction dans laquelle les courants de réactif se mélangent et où le mercure divalent est réduit à l état fondamental. Un séparateur liquide gaz pour séparer le gaz du liquide et une cuve d absorption en quartz. Sont aussi présents ; un passeur d échantillon modèle AS 90 et un ordinateur permettant de traiter le signal fourni par le spectromètre et de stocker les données. Figure 4: Photos et schéma des flux du FIMS Lorsque la vanne FI est en position de remplissage, la boucle d'échantillonnage est remplie d un volume d'échantillon de 500 µl. Lorsque la vanne est placée en position INJECT, l'échantillon est introduit dans le courant porteur et est transporté dans la section de mélange pour la réaction avec le SnCl 2. Le mélange réactionnel résultant est ensuite transporté vers un séparateur gaz / liquide où le mercure élémentaire est libéré et, après avoir traversé le filtre en polytétrafluoroéthylène (PTFE), est transporté vers la cellule d'absorption par un gaz porteur (argon). Figure 5 : Principe de la cellule d absorption Dans ce matériel, une membrane en PTFE et une cellule chauffée à 50 C empêchent le transfert et la condensation de vapeur d'eau, éliminant le besoin de tubes de séchage. 18

Le spectromètre d absorption à vapeur froide est utilisé prioritairement pour les échantillons liquides, il dose le Hg dans des solutions dont la concentration varie du ng/l (ppt) au mg/l (ppm). Sa détection limite est de l ordre du ppt. Il a l avantage de pouvoir analyser un grand nombre d échantillons pour une meilleure productivité et un faible coût d analyse. Son option de rinçage continu permet de limiter l effet mémoire sur les échantillons. b) Traitement des badges Avant toute manipulation, la verrerie doit être lavée trois fois à l acide nitrique 10 % puis rincée trois fois à l eau déminéralisée afin d éviter des réactions d absorption et de désorption de mercure sur les parois du récipient. Les filtres utilisés seront également rincés à l acide. Afin d optimiser l échantillonnage et limiter au maximum les pollutions au mercure des échantillons, les badges sont traitées de la manière suivante : Avant prélèvement Monter le système d échantillonnage Après prélèvement Retirer la capsule absorbante en retirant le capuchon arrière Placer la dans un sac Ziploc La capsule doit être analysée dans les 30 jours après échantillonnage Préparation des échantillons Ouvrir la capsule absorbante en retirant la grille métallique Verser le contenu dans un tube de centrifugation de 50 ml en évitant les pertes Ajouter un volume à déterminer d acide nitrique et d acide chlorhydrique. Il est important que l acide nitrique soit ajouté avant l acide chlorhydrique pour s assurer que le mercure Hg 0 s est bien oxydé en Hg 2+. Autrement le mercure laissé dans un état élémentaire peut être perdu en se volatilisant Agiter l échantillon Attendre que l absorbant se soit complètement dissout (environ 30 minutes) Filtrer s il y a des suspensions. Il s agit de l absorbant non dissous Ajouter une quantité d eau distillée suffisante pour atteindre une solution d environ 25 ml Nettoyage Enlever le boîtier et le rincer au savon, au détergent ou à l eau Laver l ensemble du système à l acide nitrique 15 % dilué dans de l eau distillée (excepté le disque en mousse, la capsule et le boitier) Les trois rinçages à l acide seront séparés de rinçage à l eau distillée Sécher le plus rapidement possible et remonter le système Ranger l ensemble dans un lieu où la contamination en mercure sera limitée au maximum 19

c) Influence de la matrice «Hopcalite» sur la méthode de dosage du mercure par CV AAS La réduction du mercure divalent en mercure élémentaire se fera grâce au chlorure d étain (SnCl 2 ). Il est donc important de connaître la concentration optimale en SnCl 2 qui permettra la réduction totale de l analyte à doser. En effet, la méthode en service au LASEM est adaptée pour des échantillons aqueux contenant peu de composés à réduire et utilise une solution de SnCl 2 concentrée à environ 1 %. A l inverse, dans la méthode adaptée aux badges plusieurs métaux (cobalt, manganèse, et cuivre) sont mis en solution lors de l attaque acide, ce qui peut entraîner la consommation du SnCl 2 et donc la non réduction complète du Hg. La contrepartie est probablement d augmenter la concentration en SnCl 2 à utiliser. Nous déterminerons cette concentration en contaminant artificiellement des capsules «Hopcalite» avec une concentration en mercure connue. Nous essayerons de retrouver la quantité de mercure alors déposée en utilisant différentes concentrations de SnCl 2. Cette expérience sera effectuée en contaminant 4 badges avec une quantité de mercure telle que, ramenée en solution, la concentration de la solution soit de 2 µg/l, concentration située au milieu de la gamme d étalonnage; nous déposons alors 0,05 µg de Hg qui serait désorbé dans 25 ml de solution. Nous réaliserons des tests avec 2 %, 10 %, 20 % et 30 % de SnCl 2. Le mode opératoire pour la préparation des solutions filles, des étalons, ainsi que les opérations instrumentales est représenté en Annexe II. Préparation des échantillons Ouvrir 4 capsules absorbantes en retirant la grille métallique Verser le contenu de chacun dans un tube plastique de centrifugation de 50 ml en évitant les pertes Ajouter 5 ml d acide nitrique ainsi que 5 ml d acide chlorhydrique Agiter l échantillon Attendre que l absorbant se soit complètement dissout (environ 30 minutes) Ajouter 15 ml d eau distillé pour atteindre un volume total d environ 25 ml Filtrer s il y a des suspensions. Il s agit de l absorbant non dissous Ajouter 50 µl de la solution B à 1 mg/l dans chacun des 4 tubes afin d obtenir une concentration final de 2 µg/l Mélanger les tubes afin d homogénéiser la solution et obtenir une concentration identique de mercure Séparer ensuite la solution dans 4 tubes différents Chaque tube sera analysé avec des concentrations en SnCl 2 différentes (2 %, 10 %, 20 % et 30 %). Cela nous permettra de définir la concentration en réducteur pour laquelle les 0,05 µg de mercure (2 µg/l) seront totalement réduits. 20

d) Influence de la quantité d acide sur la désorption et le dosage du mercure piégé sur Hopcalite Le mélange acide nitrique / acide chlorhydrique permet la mise en solution du mercure capté sur le badge et assure ainsi son passage de l état élémentaire Hg 0 à l état divalent Hg 2+. La quantité d acides ajoutée influe sur la désorption complète ou non du mercure présent sur la capsule ainsi que sur la digestion de celle-ci. L expérience suivante nous permettra de quantifier le volume exact d acides pour désorber 0,05 µg de mercure. Comme précédemment, nous contaminerons artificiellement trois badges d Hopcalite et nous digérerons ces badges en ajoutant 2 ml, 5 ml et 10 ml de chaque acide. Nous répéterons une deuxième fois l expérience pour confirmer les résultats. Nous avons suivi le même mode opératoire que précédemment pour la réalisation des étalons. Pour la préparation des échantillons, nous avons effectué le mode opératoire suivant : Préparation des échantillons Contaminer 6 capsules absorbantes avec 50 µl de la solution B à 1 mg/l afin d obtenir après dissolution une concentration finale en mercure de 2µg/L Penser à enlever la grille métallique Verser le contenu de chacun des 6 capsules absorbantes dans un tube plastique de centrifugation de 50 ml Ajouter 5 ml d acide nitrique ainsi que 5 ml d acide chlorhydrique dans 2 tubes, 2 ml d acides dans les deux suivants et 10 ml dans les deux derniers Attendre que l absorbant se soit complètement dissout (environ 30 minutes) après centrifugation Ajouter le volume d eau distillé nécessaire pour atteindre une solution finale d environ 25 ml Filtrer s il y a des suspensions. Il s agit de l absorbant non dissous e) Dosage du mercure sur badges vierges Le fabricant des capsules absorbantes C300 spécifie sur la notice d utilisation des badges, que ceux-ci possèdent des traces de mercure d environ 0,02 µg dans leur composition. Après désorption dans 25 ml ces badges vierges devraient donc apporter une contamination correspondant à 0,8 µg/l de mercure en solution. Ces impuretés auront sûrement beaucoup d influence sur le dosage du mercure après utilisation de l échantillonneur passif, en particulier dans une perspective de surveillance environnementale (faibles concentrations). C est pourquoi il est indispensable de mesurer la quantité exacte de mercure présent initialement sur des capsules Hopcalite vierges. Dans les conditions définies précédemment nous analyserons sept badges Hopcalite vierges. 21

2. Résultats LASEM a) Influence de la matrice «Hopcalite» sur la méthode de dosage du mercure par CV AAS Avant toute analyse, il est indispensable de réaliser un étalonnage de l appareil. Il permet de mettre en relation l absorbance mesuré avec la concentration en mercure des étalons réalisés, puis des échantillons analysés. C est ce procédé qui nous permettra d évaluer la concentration en mercure de nos échantillons. Nous obtenons la courbe d étalonnage suivante : Figure 6 : Droite d étalonnage pour la détermination de la concentration en SnCl 2 avec 2 %, 10 %, 20 %, 30 % La droite d étalonnage obtenu est correcte, son coefficient de corrélation r est bien supérieur à 0,98 (règles d assurance qualité internes au LASEM). Badges contaminés à 2 µg/l SnCl2 2 % SnCl2 10 % SnCl2 20 % SnCL2 30 % [Hg] µg/l Absorbance [Hg] µg/l Absorbance [Hg] µg/l Absorbance [Hg] µg/l Absorbance 0,893 0, 0104 1,549 0,0289 2,049 0,0406 2,210 0,0440 0,831 0,0096 1,537 0,0287 2,055 0,0407 2,215 0,0441 0,838 0,0097 1,539 0,0287 2,056 0,0408 2,209 0,0440 Moyenne 0,854 0,0099 1,539 0,0288 2,054 0,0407 2,211 0,0441 Tableau III : Détermination de la concentration en SnCl 2 22

D après les résultats trouvés et reportés dans le tableau ci-dessus, nous remarquons qu avec des concentrations en SnCl 2 à 2 % et 10 % nous ne réduisons pas la totalité du mercure déposée sur le badge. A partir de 20 %, nous récupérons les 2 µg/l de mercure ajouté. Avec 30 % nous obtenons des résultats similaires que pour 20 %, nous considérons donc que l on a des performances optimales avec 20 % de SnCl 2. Ceci va l encontre des méthodes étudiées jusqu'à présent qui préconisent en général une réduction du mercure avec 10 % de SnCl 2. Nous sommes également très éloignés de la méthode en service au LASEM qui préconise 1 % de SnCl 2 pour les échantillons liquides peu contaminés (eau destinée à la consommation humaine). Pour la suite du projet, nous utiliserons 20 % de solution réductrice pour le dosage du mercure. b) Influence de la quantité d acide sur la désorption et le dosage du mercure piégé sur Hopcalite Nous obtenons la courbe d étalonnage suivante : Figure 7 : Droite d étalonnage pour la détermination de la quantité d acides Nous obtenons un coefficient de corrélation supérieur à 0,98. Nous pouvons donc exploiter les résultats obtenues pour nos échantillons. Expérience 1 Badges contaminés à 2µg/L 2mL de R2 + 2mL de R3 5mL de R2 + 5mL de R3 10mL de R2 + 10mL de R3 [Hg](µg/L) Absorbances [Hg](µg/L) Absorbances [Hg](µg/L) Absorbances - - 1,725 0,0355 1,386 0,0286 - - 1,734 0,0357 1,392 0,0287 - - 1,734 0,0357 1,389 0,0286 Moyenne - - 1,731 0,0356 1,389 0,0286 Tableau IV : Expérience 1, détermination de la quantité d acides 23

Expérience 2 Badges contaminés à 2µg/L 2mL de R2 + 2mL de R3 5mL de R2 + 5mL de R3 10mL de R2 + 10mL de R3 [Hg](µg/L) Absorbances [Hg](µg/L) Absorbances [Hg](µg/L) Absorbances - - 1,700 0,0350 1,426 0,0294 - - 1,707 0,0351 1,422 0,0293 - - 1,706 0,0351 1,428 0,0294 Moyenne - - 1,704 0,0351 1,426 0,0294 Tableau V : Expérience 2, détermination de la quantité d acides Les deux expériences d analyse réalisées ont donné des résultats similaires. En effectuant une désorption avec 5 ml d acides, nous récupérons la quasi-totalité du mercure déposé sur les capsules. Avec l ajout de 10 ml d acides, nous remarquons une perte de mercure sur les deux expériences. Nous n avons pas trouvé d explication claire à ce phénomène. Nous n avons pas réalisé l expérience avec les 2 ml d acides afin d économiser les badges pour la suite de l étude. Pour la suite de l étude la digestion de la capsule et la désorption du mercure sur celle-ci se réalisera avec 5 ml d acide nitrique et 5 ml d acide chlorhydrique. Sur les méthodes étudiées, le volume utilisé pour la désorption des capsules pour un échantillonnage passif est bien égale à 5 ml. c) Dosage du mercure sur badges vierges Cette expérience a été réalisée à plusieurs reprises tout au long de la période expérimentale. Date Badges vierges [Hg] µg/l Absorbances 13/04/11 0,291 0,0023 14/04/11 0,122 0,0023 19/04/11 0,182 0,0040 09/05/11 0,095 0,0023 10/05/11 0,257 0,0051 11/05/11 0,100 0,0016 18/05/11 0,204 0,0030 Moyenne 0,179 0.0029 Tableau VI : Quantité de mercure dans les badges vierges Nous remarquons que le signal peut passer du simple au double selon le moment de l analyse. Nous pouvons penser que selon le lot de badge choisi nous avons des teneurs en mercure différentes. Néanmoins nous détectons beaucoup moins que ce que nous indiquait le fabricant des badges (environ 0,8 µg/l). Pour anticiper tout problème d interprétation des résultats, à chaque campagne de prélèvement il faudrait emmener avec les badges qui vont être exposés, un badge non exposé. Celui-ci servira de blanc qu il faudra analyser lors de chaque série d analyse. 24

IV. Validation de la méthode de dosage du mercure dans l air par capteur passif 1. Principe La validation est la confirmation par examen et l apport de preuves objectives du fait que les exigences prévues sont remplies. En termes de validation de méthode, on distinguera la confirmation d une méthode normalisée et la validation d une méthode interne. Ici, nous nous inspirons des méthodes normalisées pour mettre en place une méthode interne. Avant de proposer une méthode aux clients, il est important pour le laboratoire de confirmer qu il est en mesure d appliquer une méthode de façon maîtrisée. Il faut donc être clair sur la finalité, le domaine d application et de performance de la méthode. Ainsi que sur le mode opératoire incluant les caractéristiques à évaluer, le plan d expérience, les règles statistiques utilisées afin de déterminer les caractéristiques de la méthode et conclure sur son employabilité. En accord avec les documents en vigueur au LASEM, les principales caractéristiques à déterminer pour évaluer les performances de cette méthode sont les suivantes : L étude de la fonction d étalonnage La limite de quantification Les rendements L exactitude La validation sera effectuée en suivant la norme NF T 90-210 «Protocole d évaluation initiale des performances d une méthode dans un laboratoire» ainsi que la LAB GTA 94 ; le guide de technique d accréditation dans le domaine de l air. 2. Matériels et méthodes a) Etude de la fonction d étalonnage La linéarité est la capacité d une méthode d analyse, dans un domaine d application défini, à fournir une valeur d information ou des résultats proportionnels à la quantité d analyte à doser dans l échantillon. Le plan A de la norme T 90-210 permet d évaluer une fonction d étalonnage dans un domaine considéré par un test d adéquation ou une comparaison. L un des tests statistiques compare l erreur du modèle observée par rapport à l erreur expérimentale observée et le test de comparaison défini si les biais observés sur chaque étalon analysé sont acceptables à partir des Ecarts Maximaux Acceptables (EMA) fixé par l examinateur pour chaque étalon. Dans notre cas, nous utiliserons un test statistique d adéquation (le test de Fischer) : où nous comparerons l erreur du modèle observée par rapport à l erreur expérimentale observée car il ne nous a pas été imposé d hypothèses préalables. Deux tests statistiques sont recommandés avant de valider totalement le plan : 25

un test de Cochran qui permet de vérifier si les variances, obtenues à partir des répétitions de chaque solution étalon, sont homogènes. un test de Grubbs qui permet de vérifier l absence de points aberrants. La norme préconise la réalisation de minimum cinq gammes d étalons constituées de cinq niveaux de concentrations différents. Afin de conserver l indépendance des mesures, chaque gamme étalon doit être préparée par des solutions étalons réalisées indépendamment les unes des autres. Pour notre étude, nous utiliserons les données brutes de chaque signal (l absorbance), et la courbe d étalonnage représentera le signal reçu en fonction de la concentration des étalons. Notre gamme d étalonnage sera réalisée comme pour les expériences précédentes, elle comprendra donc 6 étalons de 0,1 µg/l à 5 µg/l ainsi qu un blanc réactif pour évaluer l apport des réactifs en mercure. b) Etude d une limite de quantification présupposée par la méthode L objectif est de vérifier qu une limite de quantification présupposée (LQ) est acceptable dans une matrice considérée. La LQ étant la plus petite concentration de l analyte pouvant être quantifiée avec une incertitude acceptable, dans les conditions expérimentales décrites de la méthode. Nous commencerons par évaluer la limite de quantification de l appareil, avant d évaluer la limite de quantification sur les badges Hopcalite. Statistiquement, il s agira de s assurer de l exactitude de la LQ présupposée par rapport à un EMA de 60 % de la LQ. Pour l étude de ces limites, nous évaluerons comme LQ la valeur de 0,1 µg/l pour l appareil ensuite 5 capsules seront contaminés avec une quantité d analyte qui correspond à la limite de quantification choisie (ici 1 µg/l soit 0,05 µg de mercure déposé et désorbé dans 50 ml afin d essayer de minimiser l effet de la contamination initiale des badges). Nous avons choisi une limite de quantification qui peut sembler élevée pour les badges, nous ne voulions pas prendre le risque de faire une erreur en choisissant une LQ trop faible surtout que le fabriquant indique une contamination initiale en mercure des badges pouvant aller jusqu à 0,8 µg/l. Comme, il a été décidé de faire analyser un blanc badge pour chaque série d analyse, on pourra facilement palier à ce problème (sous réserve de l homogénéité des badges dans un lot). Les analyses nécessaires à la validation de la LQ seront réalisées sur 5 prises d essais dans des conditions de fidélité intermédiaire avec deux réplicats d analyse. Puis des tests statistiques seront effectués à partir des valeurs d informations. c) Etude des rendements Cette étape correspond à l étude du rendement, elle a pour but de caractériser l influence de l étape de préparation lorsque celle-ci n est pas prise en compte dans l étude de la fonction 26

d étalonnage et de comparer le rendement moyen à un intervalle de plus ou moins 10 %. Elle impose au minimum deux niveaux d ajouts dans le domaine d application de la méthode ayant au minimum 5 répétitions avec deux réplicats. Ces solutions sont réalisées en milieu matriciel (donc sur badge d Hopcalite). Pour le rendement de minéralisation du mercure particulaire prélevé sur filtre nous avons procédé différemment. A partir d un sédiment (PACS-2) marin contaminé au mercure nous souhaitons déposer, sur un filtre fibres de quartz utilisé pour l échantillonnage actif, une quantité connue de mercure et observer après désorption avec l acide nitrique et analyse par CV-AAS si on retrouve au moins 80 % du mercure déposé. Le sédiment utilisé provient du Canada, c est un sédiment artificiel constitué de plusieurs métaux traces dont les concentrations sont connues avec précision (matériau de référence certifié). La concentration en mercure est égale à 3,04 ± 0,20 mg/kg. Après avoir été collecté à Esquimalt (Canada) le sédiment a été séché, filtré et homogénéisé avant d être irradié pour limiter l activité biologique. Cette étude du rendement sera réalisée sur les deux types d échantillonneurs. Sur les badges Hopcalite nous effectuerons quatre ajouts : 1 µg/l, 5 µg/l, 20 µg/l, puis un ajout de 30 µg/l. Sur les filtres en fibre de quartz nous effectuerons trois ajouts à 5 µg/l, 15 µg/l et un dernier à 30 µg/l. Le choix des différents ajouts pour le badge passif repose sur un intervalle encadrant la VME, il représente 0,1 et 3 fois la VME si le badge est exposé 8 heures. Pour l échantillonnage actif, les concentrations testées correspondent à 25 et 150 % de la valeur OMS (1 µg/m 3 ) pour un échantillonnage de 8 heures à 2 L/min. Préparation des échantillons sur filtre Placer un filtre dans une cassette en plastique utilisée pour l échantillonnage actif Peser sur le filtre une quantité connue de sédiment marin pour obtenir après désorption 5 µg/l, 15 µg/l, et 30 µg/l) Fermer la cassette de manière à ce qu elle soit étanche Ajouter 5 ml d acide nitrique dans la cassette pour la mise en solution du mercure Laisser agir 24 h après un passage d une demi-heure aux ultrasons Vider ensuite la cassette en faisant attention de tout récupérer Ajouter un volume d eau distillé nécessaire pour atteindre une solution finale d environ 50 ml Filtrer la solution Analyser d) Etude de l exactitude à la valeur moyenne d exposition L étude de l exactitude a pour intérêt de vérifier l exactitude de la méthode, elle porte sur l évaluation de la fidélité intermédiaire et du biais par rapport à des valeurs qui servent de 27

référence. Elle est vérifiée sur des échantillons de valeur de référence certifiée et selon un EMA issue d une exigence réglementaire, normative ou fixée (par le client ou le laboratoire). Cette étape sera réalisée uniquement sur les filtres en fibre de quartz en y déposant le sédiment contaminé au mercure car nous sommes dans l incapacité de créer une atmosphère contaminée en mercure et il nous est impossible de déposer du sédiment sur les badges : nous n avons donc pas de moyen simple de réaliser une contamination connue sur les badges, indépendamment des solutions utilisées pour l étalonnage de notre matériel analytique. Pour estimer l incertitude de la méthode l EMA sera fixé à 25 % pour l ajout à 5 µg/l et 20 % pour les ajouts à 15 µg/l et 30 µg/l. 3. Résultats et discussions Valeur critique au risque de 5% Valeur critique au risque de 1% Valeur Test Grubbs pour la plus grande valeur Valeur Test Grubbs pour la plus petite valeur a) Etude de la fonction d étalonnage Test de Grubbs pour 1 valeur aberrante 0.1 µg/l 0.5 µg/l 1 µg/l 2 µg/l 4 µg/l 5 µg/l 1,715 1,715 < 1,719 < 1,764 DOUTEUX 0,821< 1,715 ACCEPTÉ Tableau VII : Test simple de Grubbs 1,414< 1,715 ACCEPTÉ 0,707< 1,715 ACCEPTÉ 1,647< 1,715 ACCEPTÉ 0,859< 1,715 ACCEPTÉ 1,764 1,243< 1,715 ACCEPTÉ 1,145< 1,715 ACCEPTÉ 1,067< 1,715 ACCEPTÉ 1,307< 1,715 ACCEPTÉ 1,37< 1,715 ACCEPTÉ 0,957< 1,715 ACCEPTÉ Test de Grubbs pour 2 valeurs aberrantes 0.1 µg/l 0.5 µg/l 1 µg/l 2 µg/l 4 µg/l 5 µg/l Valeur critique au 0.009 risque de 5% Valeur critique au 0.0018 risque de 1% Valeur test pour les 2 plus grandes 0.025> 0.009 ACCEPTE 0.333> 0.009 ACCEPTE 0.15> 0.009 ACCEPTE 0.234> 0.009 ACCEPTE 0.614> 0.009 ACCEPTE 0.029> 0.009 ACCEPTE valeurs Valeur test pour les 2 plus petites 0.655> 0.009 ACCEPTE 0.583> 0.009 ACCEPTE 0.919> 0.009 ACCEPTE 0.149> 0.009 ACCEPTE 0.149> 0.009 ACCEPTE 0.443> 0.009 ACCEPTE valeurs Tableau VIII : Test double de Grubbs 28

Grandeurs retrouvées Sources de variation LASEM Somme des carrés écart Test statistique d adéquation : Fischer Degrés de liberté Variances Critère calculé Valeur critique au risque α = 1% Modèle 0,03 6 0,005 1,714 3,667 Expérimentale 0,07 24 0,0029167 Totale 0,09 30 Critère calculé (1.714) < Valeur critique au risque =1% (3.667) La fonction d'étalonnage est considérée comme acceptable dans le domaine étudié. L'erreur du modèle est négligeable par rapport à l'erreur expérimentale observée Tableau IX : Validation de la fonction d étalonnage Figure 8 : Validation de la fonction d étalonnage 6 5 4 3 2 1 0 Grandeurs retrouvées par rapport à concentrations réelles y = 1x - 4E-05 R² = 0,9997 0 2 4 6 Concentrations réelles Figure 9 : Droite des grandeurs retrouvées en fonction des concentrations réelles 29

Aucune valeur aberrante n a été détectée par les tests de Grubbs. Selon le test de Cochran, l hypothèse selon laquelle les variances des populations sont égales entre-elles est acceptée. Nous pouvons voir sur le Tableau X que les fonctions d étalonnages sont valides au risque de 1 % selon le test de Fisher. Nos gammes sont donc acceptables en termes de linéarité car l erreur de modèle est négligeable par rapport à l erreur expérimentale observée. Nous pouvons toutefois observer sur la Figure 8 qui représente les courbes d'étalonnages une légère dispersion des points à partir du niveau à 5 µg/l. Pour conclure, la fonction d étalonnage est correcte. Les valeurs brutes et calculs réalisées pour la réalisation de ce plan seront exposés dans l Annexe III. Sur l appareil b) Etude des limites de quantification présupposées par la méthode. Nombre de séries : n 5 Nombre de répétitions : r 2 Variance de répétabilité : s² répét 8.9E-06 Grandeur moyenne calculée : z LQ 0.0871 Variance inter-séries : s² B 0.0004461 Ecart-type de fidélité intermédiaire calculé : s LQ 0.021000 Limite de quantification présupposée en µg/l : LQ 0.1 Ecart maximal acceptable (60 % d après la norme) 60 LQ + 60 * LQ 0.16 Z LQ + 2xS LQ 0.1291 Z LQ - 2xS LQ 0.0451 LQ - 60 * LQ 0.04 Conclusion L'exactitude de la LQ proposée à 0.1 µg/l est vérifiée Tableau X : Paramètres d exactitude de la limite de quantification présupposée sur l appareil à 0,1 µg/l Figure 10 : Vérification de la LQ de l appareil 30

La limite de quantification de l appareil est validée dans un domaine de plus ou moins 60 % de la LQ choisie. L exactitude de la limite de quantification est donc acceptée à une LQ de 0,1 µg/l. La barre d erreur représentée sur le graphique frôle la limite inférieure de validation, ce qui nous fait dire qu il serait risqué de définir une limite de quantification plus basse sur l appareil avec cette fonction d étalonnage. Sur les badges Anasorb C300 Nombre de séries : n 5 Nombre de répétitions : r 2 Variance de répétabilité : s² répét 7.3E-06 Grandeur moyenne calculée : z LQ 0.09647 Variance inter-séries : s² B 0.0032688 Ecart-type de fidélité intermédiaire calculé : s LQ 0.057000 Limite de quantification présupposée en µg/l : LQ 1 Ecart maximal acceptable (60 % d après la norme) 60 LQ + 60 * LQ 1.6 Z LQ + 2 x S LQ 1.0787 Z LQ 2 x S LQ 0.8507 LQ - 60 * LQ 0.4 L'exactitude de la LQ Conclusion proposée à 1 µg/l est vérifiée Tableau XI : Paramètres d exactitude de la limite de quantification présupposée sur les badges à 1 µg/l Figure 11 : Vérification de la LQ sur badge L exactitude de la LQ présupposée par rapport à un EMA de 60 % de la LQ est vérifié au niveau des badges. La LQ des badges aurait pu être validée dans un domaine de plus ou moins 20 % ce qui nous conforte dans l idée que l on peut descendre plus bas au niveau de la LQ des badges. Dans ce plan, toutes les limites de quantifications évaluées sont validées dans un domaine de plus ou moins 60 % selon la norme T90-210. Les relations utilisées pour le calcul des différents paramètres seront exposé dans l Annexe IV. 31

A partir des résultats de l expérience précédente nous avons supposé que le badge pourrait être exposé pendant 8 h, soit un volume d échantillonnage de 10 L d air. Grâce au Tableau XII, nous observerons l influence du temps d exposition sur la LQ. Nous remarquons donc que la limite de quantification diminue au fur et à mesure que le temps d échantillonnage augmente. Entre 8 h et 120 h, la LQ est 15 fois plus faible. Les capsules d Hopcalite ne seront pas utilisables pour des surveillances en continue dans l environnement (contamination de l ordre du ng/m 3 ), mais se destine plutôt à des mesures dans les milieux professionnels ou dans le cas de pic de pollution. Temps d exposition en heures Limite de quantification en µg/m3 8 5 24 1,7 120 0,33 Tableau XII : Influence du temps d exposition sur la LQ c) Etude des rendements Sur les badges Anasorb C300 Etude des rendements sur badges Ajout (teneurs en Hg) 1 µg/l 5 µg/l 20 µg/l 30 µg/l Concentration équivalente en Hg dans l air pour 8 5 µg/m 3 25 µg/m 3 100 µg/m 3 150 µg/m 3 heures d échantillonnage passif Nombre de séries : n 5 Nombre de répétitions par série : r 2 Variance de répétabilité : S répet ² 0,073 0,069 0,016 0,051 Variance des moyennes : S (zi) ² 32,725 1,613 29,878 4,652 Variance inter-séries : S B ² 32,689 1,578 29,87 4,626 Variance de fidélité intermédiaire : S FI ² 32,762 1,647 29,886 4,677 Rendement moyen en % : Rdt 96,47 104,334 96,716 96,838 Écart-type de fidélité intermédiaire en % : S FI 5,724 1,283 5,467 2,163 CV de fidélité intermédiaire en % : S FI 5,9 1,2 5,7 2,2 Tableau XIII : Etude du rendement sur badges Les rendements moyens sur les badges sont compris entre 90 et 110 % pour les quatre niveaux de concentrations. Nous nous situons bien dans l intervalle préconisé par la norme. 32

Sur les filtres en fibres de quartz Etude des rendements sur filtres Ajout (teneurs en Hg) 2 µg/l 15 µg/l 30 µg/l Concentration équivalente en Hg dans l air pour 8 heures 10 µg/m 3 75 µg/m 3 150 µg/m 3 d échantillonnage passif Nombre de séries : n 5 Nombre de répétitions par série : r 2 Variance de répétabilité : S répet ² 0.016 0.592 0.032 Variance des moyennes : S (zi) ² 3.447 6.395 3.992 Variance inter-séries : S B ² 3.439 6.099 3.976 Variance de fidélité intermédiaire : S FI ² 3.455 6.691 4.008 Rendement moyen en % : Rdt 94.268 96.452 91.144 Écart-type de fidélité intermédiaire en % : S FI 1.859 2.587 2.002 CV de fidélité intermédiaire en % : S FI 2 2.7 2.2 Tableau XIV : Etude du rendement sur filtres De même que pour les badges nous sommes dans le domaine de validité de la norme au niveau des rendements pour les trois niveaux d ajout sur les filtres. Les différents ajouts réalisés sur chaque expérience ont un rendement moyen compris entre 90 % et 110 %. Cette étape est validée car nous sommes bien situés dans un intervalle maximum de 10 % autour de 100 %. Aucune correction de rendement ne sera donc appliquée dans l expression du résultat final. d) Etude de l exactitude à la valeur moyenne d exposition Interprétation de l'exactitude de la méthode Écart normalisé EN 0.14 0.27 1.32 Conclusion sur un biais négligeable VÉRIFIÉE EN < 2 VÉRIFIÉE EN < 2 VÉRIFIÉE EN < 2 Réf + EMA 6,25 18 36 z + 2 x S FI 4,91 15,24 28,55 z - 2 x S FI 4,53 13,69 26,14 Réf - EMA 3,75 12 24 Conclusion sur VÉRIFIÉE VÉRIFIÉE VÉRIFIÉE l'exactitude de la méthode Tableau XV : Etude de l exactitude sur filtre 33

y LASEM 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Interprétation graphique de l'exactitude de la méthode 0 10 20 30 40 x Figure 12 : Vérification de l exactitude sur filtre Niveau 5 Ref+EMA(25 %) Ref-EMA(25 %) Niveau 15 Ref+EMA(20 %) Ref-EMA(20 %) Niveau 30 Ref+EMA(20 %) Ref-EMA(20 %) Ces trois niveaux de concentration ont été choisis de manière à encadrer la valeur maximale d exposition (de 0,25 à 1,5 fois la valeur de l OMS). L EN est inférieur à 2, au vu de ces résultats, nous pouvons conclure que la méthode à une exactitude et une justesse suffisantes pour permettre la validation de ce plan pour les trois niveaux étudiés. Les résultats sont interprétés pour la vérification de la justesse et de l exactitude de la méthode par rapport à un écart maximal acceptable autour de chaque valeur de référence fixé par le laboratoire. Discussion L optimisation de la méthode nous a permis la mise en place des paramètres opératoires de l étude. La solution réductrice en SnCl 2 doit être concentrée à 20 % pour réduire tout le mercure sous forme bivalent en Hg 0 contrairement aux méthodes normalisées et à la méthode en service au LASEM qui préconisent respectivement des solutions concentrées à 10 % et à 1 %. Le volume total d acides doit être égal à 10 ml (5 ml d acide nitrique et 5 ml d acide chlorhydrique) pour oxyder tout le mercure élémentaire capté sur le badge en mercure sous forme Hg 2+. La validation de la méthode a tenu compte des normes NF EN ISO 17025 [6], de la norme LAB GTA 94 [7] et la norme NF T 90-210 [8]. Toutes les étapes de la validation ont été effectuées avec succès dans le domaine de concentration souhaité. Il était important de valider la méthode sur un intervalle de concentration encadrant la VME (VME = 50 µg/m 3 ). La LQ sur les badges à été fixée à 1 µg/l (5 µg/m 3 pour 8 heures d exposition soit 1/10 ème de la VME) pour éviter un problème de contamination initiale des badges, mais d après l expérience réalisée, nous sommes persuadés de pouvoir quantifier avec un faible degré d erreur une concentration plus faible (cible à atteindre = valeur OMS). En calculant les différentes LQ à 24 h et 120 h en plus de la LQ à 8h, nous pouvons confirmer que par leur 34

manque de sensibilité les badges ne permettront pas de réaliser un suivi continu de la pollution en mercure dans l environnement, et ne peuvent être utilisés qu en milieu professionnel ou pour évaluer des pics de pollution. Les rendements moyens sur badges des différents niveaux de concentration nous permettent de s assurer du bon fonctionnement de l étape de préparation des échantillons. Pour le rendement de minéralisation du mercure particulaire prélevé sur filtre nous obtenons aussi des résultats satisfaisant les normes suivies. L étude de l exactitude effectuée sur filtre permet de garantir la justesse de la méthode. 35

Conclusion L objectif de cette étude était la mise en place et la validation d une méthode de dosage du mercure atmosphérique par spectrométrie d absorption atomique à vapeur froide (CV-AAS) lors d un échantillonnage passif du mercure grâce aux badges d Hopcalite Anasorb C300. Avant ce stage, le LASEM ne savait pas doser le mercure dans l air, maintenant il a une méthode pour les gaz et les particules dont les performances sont connues et validées et il pourra utiliser ces méthodes pour la surveillance de l exposition des personnels. Par ces méthodes, il est donc possible d analyser les vapeurs de mercure ainsi que le mercure particulaire. Elle n est pas destinée la mesure du mercure organique. A l issue de cette étude et après accréditation, le LASEM pourra être en mesure de satisfaire, au mieux, les besoins de ses clients dans le domaine des analyses de gaz. 36

Bibliographie [1] SKC Inc.: Passive Sampler for inorganic Mercury Catalog No.520 Series (Operating Instructions). Eighty Four, PA: SKC Inc., Non daté. [2] MERCURY VAPOR IN WORKPLACE ATMOSPHERES: Method Number: ID-140 Occupational Safety and Health Administration (OSHA) Technical Center: Salt Lake City, Utah, Revised June 1991. [3] Health and Safety Executive Methods for the determination for hazardous substances: Laboratory method using Hydrar diffusive badges or pump sorbent tubes, acids dissolution and analysis by cold vapor atomic absorption spectrometry or cold vapor atomic fluorescence spectrometry MDHS 16/2 HSE Books April 2002. [4] Mercury vapor determination in hospitals. ADAM PROKOPOWICZ and WOJCIECH MNISZEK, Environmental Monitoring and Assessment 104: 147 154 (2005). [5] Exposure to Mercury in Industry and Dentistry: A Field Comparaison between Diffusive and Active Samplers. G. Sällsten, L. Barregard, S. Langworth, and O. Vesterberg APPL.OCCUP. ENVIRON. HYG 7(7) 434-440 1992. [6] LAB REF 02 Exigences pour l accréditation des laboratoires selon la norme NF EN ISO/CEI 17025 COFRAC Mars 2009 [7] Guide technique d accréditation : Essais d évaluation de la qualité de l air des lieux de travail : Document Lab GTA 94 Novembre 2009 [8] NF T 90-210, Protocole d évaluation initiale des performances d une méthode dans un laboratoire AFNOR - Mai 2009 [9] Mercure et composés minéraux, Fiche toxicologique n 55, INRS, Edition 1997 [10] Mercure et ses dérivés. J-M. VINCENT N. HOUEIX - R. DIDERICH - H. MAGAUD I N E R I S - Fiche de données toxicologiques et environnementales des substances chimiques Septembre 2010. [11] Le mercure. Prévention de l hydrargyrisme ED 546. Paris, INRS, 1999. 37

Liste des figures Figure 1 : Echantillonneur passif, Badge Anasorb C 300 12 Figure 2 : Organigramme fonctionnel 16 Figure 3: Appareillage; Flow Injection Mercury System 17 Figure 4: Photos et schéma des flux du FIMS 18 Figure 5 : Principe de la cellule d absorption 18 Figure 6 : Droite d étalonnage pour la détermination de la concentration en SnCl 2 avec 2 %, 10 %, 20 %, 30 % 22 Figure 7 : Droite d étalonnage pour la détermination de la quantité d acides 23 Figure 8 : Validation de la fonction d étalonnage 29 Figure 9 : Droite des grandeurs retrouvées en fonction des concentrations réelles 29 Figure 10 : Vérification de la LQ de l appareil 30 Figure 11 : Vérification de la LQ sur badge 31 Figure 12 : Vérification de l exactitude sur filtre 34 Figure 13 : Schéma de la spéciation du mercure dans l environnement 40 Liste des tableaux Tableau I : Paramètres physico-chimiques du mercure 8 Tableau II : Valeurs limites d exposition professionnelle 10 Tableau III : Détermination de la concentration en SnCl 2 22 Tableau IV : Expérience 1, détermination de la quantité d acides 23 Tableau V : Expérience 2, détermination de la quantité d acides 24 Tableau VI : Quantité de mercure dans les badges vierges 24 Tableau VII : Test simple de Grubbs 28 Tableau VIII : Test double de Grubbs 28 Tableau IX : Validation de la fonction d étalonnage 29 Tableau X : Paramètres d exactitude de la limite de quantification présupposée sur l appareil à 0,1 µg/l 30 Tableau XI : Paramètres d exactitude de la limite de quantification présupposée sur les badges à 1 µg/l 31 Tableau XII : Influence du temps d exposition sur la LQ 32 Tableau XIII : Etude du rendement sur badges 32 Tableau XIV : Etude du rendement sur filtres 33 Tableau XV : Etude de l exactitude sur filtre 33 Tableau XVI : Détermination de la concentration en SnCl 2 41 Tableau XVII : Préparations des solutions Filles A, B, C. 42 Tableau XVIII : Préparation des solutions étalons 42 Tableau XIX : Préparation du témoin 43 Tableau XX : Tableau des signaux obtenu sur des étalons à des jours différents pour l évaluation d une fonction linéaire de type y=a 0 +a 1 x 44 Tableau XXI : Tableau des grandeurs retrouvées 44 Tableau XXII : Tableau des biais absolus par rapport aux valeurs théoriques 44 Tableau XXIII : Tableau des résultats 45 Tableau XXIV : Tableau des résultats 45 Tableau XXV : Etude des rendements sur les badges à 1 µg/l, 5 µg/l, 20 µg/l et 30 µg/l. 46 Tableau XXVI : Etude des rendements sur les filtres à 5 µg/l, 15 µg/l et 30 µg/l. 47 Tableau XXVII : Etude de l exactitude sur filtres à 5 µg/l, 15 µg/l et 30 µg/l. 48 Tableau XXVIII : Estimation des paramètres d'exactitude de la méthode pour 3 niveaux 48 38

ANNEXES Annexes I : Spéciation du mercure 40 Annexes II : Protocole opératoire 41 Annexes III : Etude de la fonction d étalonnage 44 Annexes IV : Etude de la limite de quantification présupposée 45 Annexes V : Etude des rendements 46 Annexes VI : Etude de l exactitude 48 39

Annexes I : Spéciation du mercure Figure 13 : Schéma de la spéciation du mercure dans l environnement 40

Annexes II : Protocole opératoire Mode opératoire Préparation des réactifs R1. Eau osmosée de résistivité > 18,2 Mohms/cm R2. Acide nitrique : [HNO3] = 1,40 g/ml à 70 % R3. Acide chlorhydrique : [HCl] = 1,19 g/ml à 37 % R4, R5, R6, R7. Solutions réductrices de SnCl 2 [SnCl 2 ] en % Masse pesée Volume final Volume de R3 ajouté R4 2 % 10 g 500 ml 30 ml R5 10 % 50 g 500 ml 30 ml R6 20 % 100 g 500 ml 30 ml R7 30 % 200 g 500 ml 30 ml Tableau XVI : Détermination de la concentration en SnCl 2 Les fioles sont à compléter avec de l eau (R1). R8. Solution vectrice HCL 1 % Mélanger 900 ml d eau à 10mL d HCl à 1,19 g/ml dans une fiole de 1 L Compléter au trait de jauge Préparation des solutions filles La calibration est effectuée en mesurant différentes solutions à des concentrations différentes pour s assurer de la linéarité sur la gamme de mesure. La solution mère de Hg utilisée est de 1 g/l. Une première solution fille à 10 mg/l est réalisée (Fille A), à partir de laquelle deux autres solutions filles (Fille B à 1 mg/l et Fille C à 0,1 mg/l) vont être effectué. La solution Fille C nous servira pour la réalisation des solutions étalons, tandis que la solution Fille B nous permettra de contaminer nos badges. Toutes ces solutions sont préparées dans des fioles de 100 ml et sont complétées au trait de jauge avec de l eau déminéralisée. 41

Noms Concentrations finales Volumes prélevés Volume final Pipettes utilisées Autres solutions ajoutées Solution Fille 10 mg/l 1 ml de la 100 ml 100µL - 5000µL 5 ml de R2 + 5 ml A solution mère de R3 Solution Fille 1 mg/l 10 ml de Fille A 100 ml 1 ml - 25 ml 5 ml de R2 + 5 ml B de R3 Solution Fille 0,1 mg/l 1 ml de Fille A 100 ml 100-5000 µl 5 ml de R2 + 5 ml C de R3 Tableau XVII : Préparations des solutions Filles A, B, C. Préparation des étalons : Gamme d étalonnage 0,1 à 5 µg/l Les solutions étalons doivent être préparées avant chaque série de mesures. Le mercure étant un métal très volatil, ces solutions ne peuvent pas être conservées plus de 24 h. Nom [Hg] (µg/l) Volume prélevé à Fille C Volume final Pipettes automatiques utilisées Autres solutions ajoutées Etalon 1 0,1 µg/l 100 µl 100 ml 50 µl - 1000 µl 5 ml de R2 +5 ml de R3 Etalon 2 0,5 µg/l 500 µl 100 ml 50 µl - 1000 µl 5 ml de R2 +5 ml de R3 Etalon 3 1 µg/l 1 ml 100 ml 100-5000 µl 5 ml de R2 +5 ml de R3 Etalon 4 2 µg/l 2 ml 100 ml 100-5000 µl 5 ml de R2 +5 ml de R3 Etalon 5 4 µg/l 4 ml 100 ml 100-5000 µl 5 ml de R2 +5 ml de R3 Etalon 6 5 µg/l 5 ml 100 ml 100-5000 µl 5 ml de R2 +5 ml de R3 Tableau XVIII : Préparation des solutions étalons Préparation du témoin Afin de vérifier la validité de l étalonnage, un témoin est analysé après chaque étalonnage et après chaque série d échantillons, et dans tous les cas tous les 10 échantillons. Le témoin à 2 µg/l est préparé à partir d une solution mère à 1g/L autre que celle utilisé pour les étalons. 42

Noms Concentrations Volume prélevé Volume Pipettes utilisées Autres solutions finales final ajoutées Solution 10 mg/l 1 ml de la solution 100 ml 100µL - 5000µL 5 ml de R2 + 5 ml Témoin A mère de R3 Solution 0,1 mg/l 1 ml de Témoin A 100 ml 100-5000 µl 5 ml de R2 + 5 ml Témoin B de R3 Solution 2 µg/l 2 ml de Témoin C 100 ml 50 µl - 1000 µl 5 ml de R2 + 5 ml Témoin de R3 Tableau XIX : Préparation du témoin Opérations instrumentales Allumage de l appareil Ouvrir le gaz (Argon) en basculant la vanne vers la gauche. Bloquer les capillaires. Nettoyer le filtre du séparateur gaz/liquide à l eau déminéralisée. Mettre en route l automate grâce au bouton situé sur la face avant gauche de l appareil. Sur l ordinateur double cliquer sur Winlab 32 (Logiciel de traitement du signal). Laisser la lampe du spectromètre se stabiliser pendant 30 minutes avant de lancer une analyse. Analyse des échantillons Etalonner et mesurer les échantillons grâce au logiciel Winlab 32. Vérifier les résultats des blancs réactifs analysés en début et en fin d analyse. Si la valeur est supérieure à la limite de détection, le blanc sera alors soustrait des valeurs des échantillons. Vérifier que la valeur du témoin reste constante. Si la concentration en Hg à analyser est supérieure aux valeurs de la gamme d étalonnage, diluer l échantillon et refaire l analyse. Pour pouvoir valider l analyse, il faut s assurer que la droite d étalonnage possède un coefficient de corrélation r supérieur ou égal à 0,98. 43

Annexes III : Etude de la fonction d étalonnage Etalon de grandeur théorique en µg/l Fonction d étalonnage Jour Niveau 1 Niveau 2 Niveau Niveau Niveau Niveau y= a 1 x + a 0 3 4 5 6 0.1 µg/l 0.5 µg/l 1 µg/l 2 µg/l 4 µg/l 5 µg/l Ordonnée Pente a 1 origine a 0 1 0.0018 0.0094 0.0169 0.0373 0.0745 0.093 0.000456515 0.018701515 2 0.0016 0.0086 0.0178 0.0344 0.0681 0.0856 0.000205303 0.01705303 3 0.0029 0.0098 0.019 0.0404 0.0754 0.0969 0.000658333 0.019083333 4 0.002 0.0086 0.0172 0.0386 0.071 0.0845 0.000985303 0.017141919 5 0.0018 0.0086 0.0172 0.0336 0.0653 0.0827 0.000475455 0.016376768 Tableau XX : Tableau des signaux obtenu sur des étalons à des jours différents pour l évaluation d une fonction linéaire de type y=a 0 +a 1 x Y : Signal X : Concentration L ordonnée à l origine a 0 et la pente a 1 sont estimées lors de chaque jour d étalonnage et permettent de calculer les grandeurs retrouvées de chaque étalon en utilisant la relation ci-dessus: Tableau des grandeurs retrouvées Jour 0.1 µg/l 0.5 µg/l 1 µg/l 2 µg/l 4 µg/l 5 µg/l 1 0.121 0.527 0.928 2.019 4.008 4.997 2 0.082 0.492 1.032 2.005 3.981 5.008 3 0.117 0.479 0.961 2.083 3.917 5.043 4 0.059 0.444 0.946 2.194 4.084 4.872 5 0.081 0.496 1.021 2.023 3.958 5.021 X moyen 0.092 0.4876 0.9776 2.0648 3.9896 4.9882 Tableau XXI : Tableau des grandeurs retrouvées Les biais absolus et relatif entre chaque grandeur théorique et chaque grandeur retrouvée son calculés en soustrayant la concentration expérimentale à la concentration théorique. Tableau des biais Jour 0.1 µg/l 0.5 µg/l 1 µg/l 2 µg/l 4 µg/l 5 µg/l 1 0.021 0.027-0.072 0.019 0.008-0.003 2-0.018-0.008 0.032 0.005-0.019 0.008 3 0.017-0.021-0.039 0.083-0.083 0.043 4-0.041-0.056-0.054 0.194 0.084-0.128 5-0.019-0.004 0.021 0.023-0.042 0.021 Moyenne des biais -0.008-0.012-0.022 0.065-0.01-0.012 Ecart-type des biais 0.026 0.03 0.046 0.078 0.062 0.067 Tableau XXII : Tableau des biais absolus par rapport aux valeurs théoriques 44

Série LASEM Annexes IV : Etude de la limite de quantification présupposée Sur l appareil à 0.1 µg/l Répétitions Calculs 1 2 Moyenne Variance des séries 1 0.121 0.121 0.121 0 2 0.082 0.082 0.082 0 3 0.117 0.114 0.1155 4.5E-06 4 0.059 0.056 0.0575 4.5E-06 5 0.081 0.089 0.085 3.2E-05 Tableau XXIII : Tableau des résultats Série Sur les badges Anasorb C300 à 1 µg/l Répétitions Calculs 1 2 Moyenne Variance des séries 1 0.928 0.928 0.928 0 2 1.027 1.032 1.0295 1.25E-05 3 0.897 0.901 0.899 8E-06 4 0.95 0.946 0.948 8E-06 5 1.017 1.021 1.019 8E-06 Tableau XXIV : Tableau des résultats,,, : Grandeur moyenne calculée, : Moyenne des concentrations mesurées, n : nombre de séries : Ecart-type de fidélité intermédiaire calculé, : Variance de répétabilité : Variance des séries : Variance inter-séries : Variance des moyennes r : nombre de réplicat L interprétation consiste à s assurer de l exactitude de la limite de quantification présupposée par rapport à un écart maximal acceptable de 60 % de la LQ en vérifiant les deux inégalités suivantes : Z LQ +2xS LQ > LQ + 60 * LQ Z LQ -2xS LQ < LQ - 60 * LQ Si au moins une des deux inégalités n est pas vérifiée alors la limite de quantification n est pas vérifiée. 45

Annexes V : Etude des rendements Sur les badges Anasorb C300 à 1 µg/l Tableau des résultats pour un ajout à 1 µg/l Teneur Rendement en Statistiques Teneur initiale Série Teneur ajoutée retrouvée pourcentage élémentaires avant ajout 1 2 1 2 Moyenne S² série 1 0 1 0.928 0.928 92.8 92.8 92.8 0 2 0 1 1.027 1.032 102.7 103.2 102.95 0.125 3 0 1 0.897 0.901 89.7 90.1 89.9 0.08 4 0 1 0.95 0.946 95 94.6 94.8 0.08 5 0 1 1.017 1.021 101.7 102.1 101.9 0.08 Tableau des résultats pour un ajout à 5 µg/l Teneur Rendement en Statistiques Teneur initiale Série Teneur ajoutée retrouvée pourcentage élémentaires avant ajout 1 2 1 2 Moyenne S² série 1 0 5 5.136 5.135 102.72 102.7 102.71 0 2 0 5 5.177 5.176 103.54 103.52 103.53 0 3 0 5 5.267 5.258 105.34 105.16 105.25 0.016 4 0 5 5.296 5.29 105.92 105.8 105.86 0.007 5 0 5 5.236 5.196 104.72 103.92 104.32 0.32 Tableau des résultats pour un ajout à 20 µg/l Teneur Rendement en Statistiques Teneur initiale Série Teneur ajoutée retrouvée pourcentage élémentaires avant ajout 1 2 1 2 Moyenne S² série 1 0 20 19.06 19.05 95.3 95.25 95.28 0.001 2 0 20 17.58 17.57 87.9 87.85 87.88 0.001 3 0 20 20.38 20.34 101.9 101.7 101.8 0.02 4 0 20 19.93 19.87 99.65 99.35 99.5 0.045 5 0 20 19.84 19.81 99.2 99.05 99.12 0.011 Tableau des résultats pour un ajout à 30 µg/l Teneur Rendement en Statistiques Teneur initiale Série Teneur ajoutée retrouvée pourcentage élémentaires avant ajout 1 2 1 2 Moyenne S² série 1 0 30 29.7 29.67 99 98.9 98.95 0.005 2 0 30 28.9 28.83 96.33 96.1 96.22 0.026 3 0 30 29.22 29.03 97.4 96.77 97.08 0.198 4 0 30 28.08 28.02 93.6 93.4 93.5 0.02 5 0 30 29.55 29.51 98.5 98.37 98.44 0.008 Tableau XXV : Etude des rendements sur les badges à 1 µg/l, 5 µg/l, 20 µg/l et 30 µg/l. 46

Sur les filtres Tableau des résultats pour un ajout à 5 µg/l Série Teneur Teneur Rendement en Statistiques Teneur initiale retrouvée pourcentage élémentaires ajoutée avant ajout 1 2 1 2 Moyenne S² série 1 0 5 4.667 4.664 93.34 93.28 93.31 0.002 2 0 5 4.73 4.723 94.6 94.46 94.53 0.01 3 0 5 4.623 4.641 92.46 92.82 92.64 0.065 4 0 5 4.674 4.676 93.48 93.52 93.5 0.001 5 0 5 4.868 4.868 97.36 97.36 97.36 0 Tableau des résultats pour un ajout à 15 µg/l Série Teneur Teneur Rendement en Statistiques Teneur initiale retrouvée pourcentage élémentaires ajoutée avant ajout 1 2 1 2 Moyenne S² série 1 0 15 14.03 14.38 93.53 95.87 94.7 2.738 2 0 15 14.55 14.51 97 96.73 96.86 0.036 3 0 15 14.25 14.31 95 95.4 95.2 0.08 4 0 15 14.22 14.22 94.8 94.8 94.8 0 5 0 15 15.07 15.14 100.47 100.93 100.7 0.106 Tableau des résultats pour un ajout à 30 µg/l Série Teneur Teneur Rendement en Statistiques Teneur initiale retrouvée pourcentage élémentaires ajoutée avant ajout 1 2 1 2 Moyenne S² série 1 0 30 27.78 27.74 92.6 92.47 92.54 0.008 2 0 30 26.92 26.9 89.73 89.67 89.7 0.002 3 0 30 26.92 26.9 89.73 89.67 89.7 0.002 4 0 30 28.26 28.13 94.2 93.77 93.98 0.092 5 0 30 26.99 26.89 89.97 89.63 89.8 0.058 Tableau XXVI : Etude des rendements sur les filtres à 5 µg/l, 15 µg/l et 30 µg/l. 47

Annexes VI : Etude de l exactitude Organisation des essais pour le niveau 5 Série Répétitions 1 2 Moyenne Variance des séries 1 4.667 4.664 4.67 0 2 4.73 4.723 4.73 0 3 4.623 4.641 4.63 0 4 4.674 4.676 4.68 0 5 4.868 4.868 4.87 0 Organisation des essais pour le niveau 15 Série Répétitions 1 2 Moyenne Variance des séries 1 14.03 14.38 14.2 0.061 2 14.55 14.51 14.53 0.001 3 14.25 14.31 14.28 0.002 4 14.22 14.22 14.22 0 5 15.07 15.14 15.1 0.002 Organisation des essais pour le niveau 30 Série Répétitions 1 2 Moyenne Variance des séries 1 27.78 27.74 27.76 0.001 2 26.92 26.9 26.91 0 3 26.92 26.9 26.91 0 4 28.26 28.13 28.2 0.008 5 26.99 26.89 26.94 0.005 Tableau XXVII : Etude de l exactitude sur filtres à 5 µg/l, 15 µg/l et 30 µg/l. Estimation des paramètres d'exactitude de la méthode pour 3 niveaux Niveau 1 Niveau 2 Niveau 3 Nombre de séries : 5 Nombre de répétitions par série : 2 Valeur de référence 5 15 30 Incertitude-type sur Réf : U réf 2 2 2 EMA par rapport à Réf en % : 25 20 20 EMA par rapport à Réf : 1,25 3 6 Variance de répétabilité : S répét ² 0 0,013 0,003 Variance des moyennes : s(z i )² 0,009 0,143 0,361 Variance interséries : S B ² 0,009 0,136 0,36 Variance de fidélité intermédiare : S FI ² 0,009 0,149 0,363 Moyenne générale : z 4,716 14,466 27,344 Écart-type de fidélité intermédiaire : S FI 0,095 0,386 0,602 CV de fidélité intermédiaire : CVF I en % 2 2,7 2,2 Tableau XXVIII : Estimation des paramètres d'exactitude de la méthode pour 3 niveaux 48

Vérifier que l écart normalisé est inférieur ou égal à 2. Dans ce cas, le biais observé est jugé statistiquement négligeable par rapport à le laboratoire doit tenir compte de dans le calcul d incertitude. et Vérifier les inégalités suivantes en définissant préalablement un EMA issu d une exigence réglementaire ou normative ou fixée par le client ou le laboratoire. - 2* > Réf EMA + 2* < Réf + EMA Si au moins une des deux inégalités n est pas vérifiée alors l exactitude de la méthode sur le niveau analysé n est pas vérifiée. 49

RESUME La détermination et le suivi des concentrations de mercure à toujours été d'une importance particulière dans le domaine de l'analyse des traces métalliques dans l environnement. L analyse du mercure dans l air est de la plus haute importance en raison de la prise de conscience croissante des problèmes de pollution dans les lieux de travail. La concentration maximale admise en mercure est de 50 µg/m 3 pour les professionnels exposés et 1 µg/m 3 pour le grand public. Au delà de ce seuil, la toxicité du mercure se manifeste principalement par des troubles irréversibles du système nerveux ou de la fonction rénale. La technique d analyse la plus adaptée à la recherche et au contrôle de cet élément en routine est la spectrométrie d absorption atomique à vapeur froide (CV-AAS) qui offre un bon compromis entre la souplesse de mise en œuvre, l automatisme, la rapidité d exécution, la sensibilité, la fiabilité des résultats et le moindre coût analytique. L échantillonnage se fera passivement au moyen de badges constitués d une capsule absorbante ayant une grande affinité avec le mercure ; «l Hopcalite». L échantillonnage des formes particulaires se fera lui activement, sur filtre en fibres de quartz. La mise au point de cette technique nécessite une optimisation des paramètres d analyse tel que la concentration en réducteur (SnCl 2 ) et le volume d acides nitrique et chlorhydrique lors de la dissolution et la digestion des capsules Hopcalite. La validation nécessite le suivi de la norme NF T90-210 afin de déterminer les différentes caractéristiques permettant d évaluer les performances de la méthode. SUMMARY The measurement and monitoring of mercury has always been important in the analysis of trace metals in the environment. Analysis of gaseous mercury is very important because of the growth of pollution problems at the workplace. The occupational guideline for mercury is 50 μg/m 3 and 1 μg/m 3 for the general population. Beyond that, mercury toxicity is manifested primarily by irreversible defects of the nervous system or kidneys. An analytical method that is suitable for the detection and monitoring of this element is the cold vapor atomic absorption spectrometry (CV-AAS), which offers a good compromise between flexibility of implementation, automation, throughput, sensitivity, reliability of results and cost analysis. Diffusive sampling r through passive badge formed of a capsule absorbent having a high affinity for mercury (Hopcalite) will be the sampling method chosen for this study. The active sampling particulate forms will occur through a quartz fiber filter. The development of this technique requires optimization of analysis parameters such as the concentration of reductant (SnC 2 ) and volume of nitric and hydrochloric acids on the dissolution and digestion of the capsules. Validation requires to follow the normative reference NF T90-210 to determine the various figures that will characterize the performances of the method. Mots clés : mercure, air, échantillonneur passif, CV-AAS, validation Key words: mercury, air, passive sampling, CV-AAS, validation 50