La mesure des particules diffère selon que l'on mesure les polluants dans l'air ambiant ou à l'émission. Dans l'air ambiant, la méthode de référence fixée par la directive 1999/30/CE du 22 avril 1999 (prélèvement journalier, collecte et conditionnement des échantillons, et pesée en laboratoire) ne donne des résultats qu'au bout de plusieurs jours. C'est un dispositif peu satisfaisant sur le plan opérationnel, puisque les réseaux de surveillance de la qualité de l'air doivent informer rapidement le public. En outre, il est assez onéreux. Comme la directive prévoyait la possibilité de recourir à d'autres méthodes, sous réserve de démontrer leur équivalence, un certain nombre de pays se sont dirigés vers un outil automatique, la méthode TEOM. Il s'agit d'une microbalance qui produit des informations heure par heure. L'inconvénient : il existe un décalage entre les résultats donnés par cette balance et la méthode préconisée par l'Union européenne, une différence liée à la partie volatile des particules. Avec la méthode TEOM, il faut, en effet, chauffer l'échantillon à 50 °C afin de ne peser que les particules, sans gouttelettes d'eau, mais la partie volatile des particules s'évapore dès 25 °C. Pour compenser l'écart, l'Union européenne a suggéré d'appliquer un coefficient de correction constant et simplifié de 1,3 à toutes les données automatiques. Certains États membres ont suivi ce principe, d'autres ont choisi un autre coefficient ou des facteurs de correction variant dans le temps. « Après diverses études sur le sujet, nous sommes arrivés, en France, à la conclusion qu'aucun facteur de correction constant n'est techniquement crédible. L'écart varie en fonction de la météorologie et d'un jour sur l'autre, car la nature des particules n'est pas identique et la fraction volatile est différente », explique Karine Léger, ingénieur et porte-parole d'Airparif. Air ambiant : la bonne correction Pendant cinq ans, l'Ineris a planché, avec l'aide des associations agréées de surveillance de la qualité de l'air ( Aasqa, voir EM n° 1663 p. 32) et de fabricants de matériel, sur la recherche d'un système de correction équivalent à la méthode de référence. La solution retenue est l'ajout d'un module, appelé FDMS, sur l'appareil TEOM. Le FDMS est également une microbalance, mais le chauffage est limité à 30 °C, et l'air subit deux cycles distincts, ce qui limite les pertes de produits semi-volatils et permet d'évaluer les pertes réalisées. « On a effectué des tests d'équivalence en 2005, avec Airparif, et en 2006, avec Atmo Paca. Le résultat étant positif, la démarche officielle pour obtenir la reconnaissance de cette technique auprès de la Commission européenne a été engagée. Personnellement, je suis assez fier de ce qui a été accompli. Au départ, notre position était mal comprise au niveau européen ; mais maintenant, tous les États membres s'alignent sur notre technique et vont abandonner, au fur et à mesure, la correction des données pour faire de la mesure réelle de la fraction volatile », remarque Olivier Le Bihan, chercheur à l'Ineris. Depuis le 1er janvier 2007, la méthode est appliquée par tous les réseaux de surveillance français : les stations sur lesquelles le double appareillage est installé servent de référence et le coefficient qui en résulte est appliqué aux autres sites de mesure de particules du réseau. « Nous avons ce double équipement sur deux sites : un en zone continentale et un en zone littorale, afin de scinder en deux la correction apportée sur ces deux zones, climatiquement différentes », détaille Guillaume Lecarpentier, ingénieur et porte-parole d'Atmo Nord-Pas-de-Calais. Il existe une autre méthode automatique de mesure de la concentration massique des particules : la méthode par jauge bêta. Cette technologie utilise la capacité d'une source radioactive de carbone 14 à émettre des rayonnements bêta, qui seront absorbés par la quantité de poussières déposées sur un filtre (plus le dépôt de particules sera important, plus le rayonnement émis sera reçu de façon atténuée au niveau du détecteur). Là encore, un module doit être ajouté afin de prendre en compte la part volatile et éliminer l'écart possible avec la méthode de référence. « La solution apportée consiste à installer des sondes externes pour mesurer la température et l'humidité et, en fonction de ces données, de réguler la température de chauffage », explique Jérôme Lefrançois, ingénieur commercial chez Environnement SA. Avec ce module additionnel, la jauge bêta MP101M, que propose ce fabricant, a passé avec succès le test d'équivalence à la méthode de référence, orchestré par le Laboratoire des mines de Douai. « Il y a financièrement un réel intérêt à la technique de la jauge bêta, par rapport à son coût d'achat et d'exploitation et également à sa simplicité d'utilisation. Mais, en France, l'utilisation d'une source de carbone 14 radioactive, même si elle est de très faible activité et qu'elle est scellée, est compliquée d'un point de vue administratif », note Stéphane Adrait, responsable marketing d'Environnement SA. Cela explique le fait qu'en France la méthode TEOM représente environ 85 % du marché des analyseurs de concentration massique de particules dans l'air ambiant, mais que la tendance s'inverse à l'export, avec une proportion plus à l'avantage des techniques à jauge bêta. Le défi des particules ultrafines Les deux méthodes sont utilisées aussi bien pour la mesure des PM10 que des PM2,5 : il y a simplement, en amont de l'appareil, une tête avec un « pouvoir de coupure » adapté (seuil de filtrage) pour ne laisser passer que la fraction souhaitée. Pour les particules de taille inférieure (PM1, voire PM0,1), des travaux sont engagés par le Laboratoire central de surveillance de la qualité de l'air ( LCSQA) pour préparer le terrain au cas où leur surveillance deviendrait obligatoire. À titre expérimental, quelques réseaux de surveillance travaillent aussi sur les PM1. La difficulté en termes de mesure réside dans la proportion de poussières que l'on peut recueillir : plus on descendra dans les particules ultrafines, moins il y aura de dépôt sur les filtres des analyseurs, ce qui pourra conduire les technologies actuellement utilisées à leurs limites de détection (sauf à étendre les temps de prélèvements pour accumuler plus de particules). Il est envisagé de basculer d'une mesure de la concentration massique (en µg/m3) à un comptage du nombre de particules. Mais on ne peut pas faire grand-chose avec ce type de données, il faudrait pouvoir les convertir en une concentration massique. Pour l'instant, cette conversion n'est pas au point car, en fonction de sa nature, une particule peut peser plus ou moins lourd. Il reste donc à déterminer si l'on peut trouver des relations constantes dans le temps et suivant les sites de mesure, entre nombre de particules et concentration massique. L'industrie a ses propres méthodes Un autre aspect majeur de la mesure de ces particules ultrafines, qui se comportent exactement comme des gaz et passeront au travers de l'appareil respiratoire, est lié à l'importance de leur composition. Les HAP et les métaux lourds, qui sont des polluants réglementés, sont d'autant plus dangereux s'ils sont véhiculés directement au sein de l'organisme. Pour évaluer les paramètres de composition des particules, il n'existe pas aujourd'hui, sur le marché, d'analyseur en continu. Le seul moyen de les mesurer est de les prélever (avec des préleveurs automatiques) et d'en faire une analyse en laboratoire. Il faut noter que, dans le cadre du colloque de restitution du programme Primequal, ont été diffusés les résultats d'une étude dirigée par l'université Paris-VII et la Ville de Paris visant à déterminer quelle fraction granulométrique d'un échantillon d'air urbain a l'impact le plus important. Cette étude a caractérisé la distribution granulométrique, la composition chimique et la capacité à favoriser les inflammations des particules collectées (PM2,5, PM1, PM0,1) sur l'appareil respiratoire humain. Elle a conduit à montrer que, à Paris, compte tenu de leur composition et de leurs effets, la mesure des PM1 serait plus pertinente que celle des PM2,5. Pour la mesure à l'émission, la situation est sensiblement différente. La méthode de référence est une méthode manuelle, utilisée par les laboratoires agréés pour le contrôle des émissions industrielles. Dans le cadre de l'autocontrôle, les industriels privilégient des méthodes automatiques, plus simples, moins coûteuses, tout en étant performantes. La plupart de ces méthodes relèvent de systèmes optiques qui évaluent l'opacité des fumées et font une corrélation avec la masse de poussières que cela représente. L'autre solution est la technique par jauge bêta. La particularité de ces analyseurs pour la mesure à l'émission (par rapport à la mesure dans l'air ambiant) est qu'ils sont asservis au débit des fumées de manière à avoir un échantillon représentatif des particules qu'elles contiennent. Plus chère, la technique par jauge bêta a un intérêt majeur dans le cas de fumées humides car les procédés par opacimétrie ont du mal à faire la différence entre une gouttelette d'eau et une particule.