Surveillance environnementale de la qualité de l’air ...©sentation... · • Ces directives...

Colloque « Ressources naturelles et environnement »– 06 Novembre 2014

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


3

déterminants

importants

Que contiennent-elles ?

Quelles sources ?


3


Sciences

de l’Atmosphère

Génie de

L’Environnement

Que contiennent-elles ?

Comment évoluent-elles ? Quelles sources ?

Peut-on agir ?


4

Colloque « Ressources naturelles et environnement »– 06 Novembre 2014 5

Contexte de la Qualité de l’Air Intérieur (QAI):

20%

80%

INTERIEUR

EXTERIEUR

Logement

Lieu de travail

ou Ecole

Transports

Etablissement

recevant du public

(ERP)

La Qualité de l’air intérieur (QAI) : un autre défi?


Grande diversité de polluants, nombreuses sources spécifiques

→Environnements intérieurs complexes et différents

Source: guide ADEME

« air sain chez soi »

20%

80% INTERIEUR

EXTERIEUR

Polluants chimiques

(COV, CO, CO2, NOx )

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

Air extérieur



Concentration des principaux polluants en intérieur > extérieur

20%

80% INTERIEUR

EXTERIEUR

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

3,8 1,0

0

5

10

15

20

25

Médiane (µg.m-3) Concentration en COV intérieur/extérieur Campagne de mesure dans les logements français 2003-2005

(OQAI 2007)

Ration I/E

INTERIEUR

EXTERIEUR



Quels polluants mesurer ? Comment ?

8

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 (NO2, NOx O3, CO,

Benzène, PM,…)

Mise en place de mesures fixes avec un objectif de qualité associé

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


Mesures à très faibles teneurs Liste exhaustive des espèces Adaptées aux mesures réglementaires

Comment mesurer la pollution ?

Métrologie

Prélever pendant plusieurs

heures, jours sur des matériaux

adsorbants pour concentrer les

espèces gazeuses

Dosage a posteriori en

laboratoire : chromatographie

Analyseur mono-gaz (NOx,O3,

PM10, CO) : Associations Agréeés

de surveillance de la qualité de

l’air (AASQA)

Analyses Physico-chimiques

Mesures ponctuelles et différées Complexité et coût des instruments Stations fixes

9


Métrologie

Matériau dont les

propriétés électroniques

sont modifiées en présence

d’un gaz

Réponse rapide et en temps réel Mesures in situ Coût faible, déploiement facile

Limites de détection parfois élevées Manque de sélectivité

Capteurs

Et la place des capteurs?

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

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


RH, T

off-line TDS-GC-MS/FID

LOQ : <1 ppb

3 adsorbants cartridge ΔP

Fan Photocatalytic module

Diaphragm

Zero Air / toluene

Honeycomb

Vent / analysis

Gas sensors

Membrane pump

IR analyzer

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


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

Premier équipement d’une boucle de traitement d’air avec un système multicapteurs,

Asservissement des paramètres de fonctionnement de la boucle


*HDR Philippe Menini

« Du Capteur de Gaz à Oxydes Métalliques vers les Nez Electroniques sans

Fil » - Université P. Sabatier - Toulouse 2011

Nano-porous fibers - CNT

14

L’utilisation des capteurs pour caractériser la qualité de l’air : quels défis pour quels besoins?

Dispositif

multicapteurs

et traitements

associés

Protocoles et

méthodes de

normalisation

Synthèse et

fonctionnalisation

de matériaux

sensibles

Déploiement

sur le terrain et

aide à la

modélisation

4 Champs exploratoires

http://www.afnor.org/

http://www.cen.eu/


*HDR Philippe Menini

« Du Capteur de Gaz à Oxydes Métalliques vers les Nez Electroniques sans

Fil » - Université P. Sabatier - Toulouse 2011

Nano-porous fibers - CNT

Dispositif

multicapteurs

et traitements

associés

Protocoles et

méthodes de

normalisation

Synthèse et

fonctionnalisation

de matériaux

sensibles

Déploiement

sur le terrain et

aide à la

modélisation


15

L’utilisation des capteurs pour caractériser la qualité de l’air : quels défis pour quels besoins?

Protocoles et

méthodes de

normalisation

Synthèse et

fonctionnalisation

de matériaux

sensibles

Déploiement

sur le terrain et

aide à la

modélisation


http://www.afnor.org/

http://www.cen.eu/


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

http://www.cmc2.fr/

https://www.olfactionsociety.org/

http://www.cost.eu/COST_Actions/essem/Actions/TD1105


Merci de votre attention

Et place à la discussion…

17


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.

Le marché de la domotique en matière de gestion de la QAI

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Multiplicité des capteurs disponibles sur le marché pour la mesure d’in polluant donné

Exemple du NO2 : polluant réglementé de l’air ambiant 24 capteurs recensés comme

permettant la mesure du NO2

Dans le cas du CO : 41 capteurs recensés

M.Aleixandre, M.Gerboles, « Review of Small Commercial Sensors for Indicative Monitoring of Ambient Gas » Chemical Engineering

tarnsactions, Vol.30, pp.160-174, 2012

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