Surveillance environnementale de la qualité de l air : quels besoins en nouveaux capteurs et stratégies d échantillonnage? Nadine LOCOGE, Nathalie REDON Mines de Douai Département Sciences de l Atmosphère et Génie de l Environnement (SAGE) Colloque «Ressources naturelles et environnement» 06 Novembre 2014
La pollution de l air : quels enjeux? Quelles sources? 3 déterminants importants 2
La pollution de l air : quels enjeux? Que contiennent-elles? Quelles sources? 3 déterminants importants 3
La pollution de l air : quels enjeux? Que contiennent-elles? Quelles sources? Comment évoluent-elles? Sciences de l Atmosphère Génie de L Environnement Peut-on agir? 4
La Qualité de l air intérieur (QAI) : un autre défi? Contexte de la Qualité de l Air Intérieur (QAI): Logement 20% EXTERIEUR Lieu de travail ou Ecole 80% INTERIEUR Transports Etablissement recevant du public (ERP) 5
La Qualité de l air intérieur (QAI) : un autre défi? Grande diversité de polluants, nombreuses sources spécifiques Environnements intérieurs complexes et différents Polluants chimiques (COV, CO, CO 2, NO x ) 80% INTERIEUR 20% EXTERIEUR Polluants biologiques (allergènes, moisissures) Polluants physiques (radon, fibres, particules) Les principales sources de pollution de l air intérieur: Equipement et ameublement Activités humaines et produits d usage courant Animaux, plantes Matériaux de construction et de décoration 6 Source: guide ADEME «air sain chez soi» Air extérieur
La Qualité de l air intérieur (QAI) : un autre défi? Concentration des principaux polluants en intérieur > extérieur 20% EXTERIEUR 25 20 15 10 5 0 Concentration en COV intérieur/extérieur Campagne de mesure dans les logements français 2003-2005 (OQAI 2007) Médiane (µg.m-3) 8,9 3,7 10,3 27,2 1,9 2,3 2,3 2,8 3,4 2,5 1,2 3,5 1,0 2,9 2,3 2,1 4,0 1,0 Ration I/E INTERIEUR EXTERIEUR 80% INTERIEUR 3,8 1,0 7
Quels polluants mesurer? Comment? En Air Extérieur : Stratégie communautaire de surveillance de la qualité de l air basée sur la directive européenne (2008/50/CE) du 21 avril 2008 et sur la directive n 2004/107/CE du 15 décembre 2004. 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. - Évaluer la qualité de l'air ambiant dans les États membres sur la base de méthodes et critères communs. - Ces directives renvoient sur des normes pour chacun des polluants réglementés (NO 2, NOx O 3, CO, Benzène, PM, ) Mise en place de mesures fixes avec un objectif de qualité associé 8 En Air Intérieur : La loi «Grenelle 2» : obligation de surveiller périodiquement la qualité de l'air intérieur dans certains établissements recevant du public (ERP) Décrets : - N 2011-1727 du 2 décembre 2011 (valeurs guides pour l air intérieur pour le formaldéhyde et le benzène), - N 2011-1728 du 2 décembre 2011 (cadre général du schéma réglementaire sur la surveillance de la qualité de l air intérieur dans certains ERP), - Décret N 2012-14 du 5 janvier 2012 (cadre technique de l évaluation des moyens d aération et à la mesure des polluants effectués au titre de la surveillance de la qualité de l air intérieur de certains ERP) Mise en place de mesures dédiées spécifiques
Comment mesurer la pollution? Métrologie 9 Analyses Physico-chimiques Prélever pendant plusieurs heures, jours sur des matériaux adsorbants pour concentrer les espèces gazeuses Dosage a posteriori en laboratoire : chromatographie Analyseur mono-gaz (NO x,o 3, PM 10, CO) : Associations Agréeés de surveillance de la qualité de l air (AASQA) Mesures à très faibles teneurs Liste exhaustive des espèces Adaptées aux mesures réglementaires Mesures ponctuelles et différées Complexité et coût des instruments Stations fixes
Et la place des capteurs? Métrologie Capteurs Réponse rapide et en temps réel Mesures in situ Coût faible, déploiement facile Matériau dont les propriétés électroniques sont modifiées en présence d un gaz Limites de détection parfois élevées Manque de sélectivité 10 très forte attente de la part des utilisateurs pour mesurer la qualité de l air avec des dispositifs «portables» :
Quelles données en termes de qualité de l air disponibles à partir des capteurs? Des expérimentations pour la mesure de polluants spécifiques (projet MACPoll) : Essais en laboratoire et sur le terrain avec un capteur d ozone Bonne corrélation entre les mesures capteurs et analyseurs MAIS Une grande dispersion des points 11 Utilisation de capteurs ou systèmes multicapteurs : Disposer de mesures indicatives de qualité limitée ne remplaçant pas les mesures fixes réglementaires mais Identification de «points d émission» à condition d être dans des zones peu complexes Aide à la mise en œuvre et à la localisation de manière optimale de mesures plus lourdes (en amont d un déploiement, entre deux campagnes, ) Prévisions de dispersion de polluants en lien avec l intégration de données météo Gestion du trafic Possible anticipation/limitation de rejets industriels Fluidyn, ATMOS FAIR 2014
Un exemple d utilisation d un système multicapteurs : Le projet PHOTOCAIR : Système PHOTOCatalytique pour le traitement d AIR intérieur multi-pollué Elaboration et validation d un système de capteurs permettant l établissement d indicateurs de l efficacité du dispositif de traitement RH, T Photocatalytic module Fan Diaphragm ΔP Zero Air / toluene Vent / analysis Honeycomb 3 adsorbants cartridge Membrane pump IR analyzer off-line TDS-GC-MS/FID LOQ : <1 ppb 12 Gas sensors
Un exemple d utilisation d un système multicapteurs : Le projet PHOTOCAIR : Comparaison du suivi de la concentration d un polluant cible (le toluène) lors du traitement photocatalytique de l air 13 Premier équipement d une boucle de traitement d air avec un système multicapteurs, Asservissement des paramètres de fonctionnement de la boucle
L utilisation des capteurs pour caractériser la qualité de l air : quels défis pour quels besoins? Nano-porous fibers - CNT 4 Champs exploratoires Synthèse et fonctionnalisation de matériaux sensibles Dispositif multicapteurs et traitements associés *HDR Philippe Menini «Du Capteur de Gaz à Oxydes Métalliques vers les Nez Electroniques sans Fil» - Université P. Sabatier - Toulouse 2011 Protocoles et méthodes de normalisation Déploiement sur le terrain et aide à la modélisation 14
L utilisation des capteurs pour caractériser la qualité de l air : quels défis pour quels besoins? Nano-porous fibers - CNT 4 Champs exploratoires Synthèse et fonctionnalisation de matériaux sensibles Dispositif multicapteurs et traitements associés Protocoles et méthodes de normalisation Déploiement sur le terrain et aide à la modélisation *HDR Philippe Menini «Du Capteur de Gaz à Oxydes Métalliques vers les Nez Electroniques sans Fil» - Université P. Sabatier - Toulouse 2011 15
Les implications des acteurs dans les réseaux nationaux et internationaux Club CMC2 Club Microcapteurs Chimique Français : environ 25 unvi et 10 industriels, Présidence Mines Saint Etienne (http://www.cmc2.fr) Réseau Européen ISOCS (Int. Society on Olfaction and Chemical Sensors), Mines Saint Etienne dans Comité scientifique (https://www.olfactionsociety.org/) Mines Saint Etienne et Mines Douai partenaires de l action européenne COST TD 1105 sur le contrôle de la pollution de l air (http://www.cost.eu/cost_actions/essem/actions/td1105) Participation à des projets européens (GOSPEL, SNIFFER) Mines Saint Etienne membre des comité scientifiques des conférences internationales Eurosensors, IMCS (Int. Meeting on Chemical Sensors), ISOEN 2015 16
Merci de votre attention Et place à la discussion 17
Le marché de la domotique en matière de gestion de la QAI 18 Argumentaire : Optimisation de la consommation énergétique Optimisation du bien-être des occupants sur la base d une «perception» de la qualité de l air = jouer sur le taux de renouvellement d air.
Multiplicité des capteurs disponibles sur le marché pour la mesure d in polluant donné Exemple du NO 2 : polluant réglementé de l air ambiant 24 capteurs recensés comme permettant la mesure du NO 2 Dans le cas du CO : 41 capteurs recensés 19 M.Aleixandre, M.Gerboles, «Review of Small Commercial Sensors for Indicative Monitoring of Ambient Gas» Chemical Engineering tarnsactions, Vol.30, pp.160-174, 2012