Caractérisation des particules PM10 dans la vallée du Paillon

 

Sommaire :

Contexte et objectifs

Moyens mis en oeuvre

Un dispositif d'étude conséquent

Des méthodes de mesures variées et complémentaires

Contribution des sources

Quels composés analyser ? Pour quelles sources ?

Un outil issu des derniers résultats de recherche dans le domaine des particules

Les principales conclusions

Respect de la réglementation

Les particules en suspension PM10

Les autres polluants

Synthèse et étude complète

Contexte et objectifs

Les Vallées des Paillons : un contexte particulier

Les vallées des Paillons sont situées dans le moyen pays au Nord-est de Nice. Les niveaux de particules PM10 dépassent régulièrement les seuils règlementaires dans ces vallées (pour plus d’informations sur les valeurs réglementaires rendez-vous à la rubrique repères).

Ainsi, les services de l’Etat, la DREAL PACA, ont sollicité Atmo PACA pour améliorer la connaissance sur les particules en suspension dans ces deux vallées et comprendre l’origine des dépassements des valeurs limites.

Les objectifs de l'étude

Cette étude, débutée mi-novembre 2008 et menée durant une année, vise à :

Améliorer les connaissances sur la pollution particulaire dans la vallée du Paillon et mieux comprendre les processus qui en sont à l’origine,

Evaluer, pour les PM10, les contributions respectives des différents émetteurs : niveau de fond terrigène, part de l’activité industrielle, part des transports, écobuage, chauffage...

Estimer l’étendue des zones dépassant la valeur limite en PM10 dans la vallée.

Nombre de dépassements journaliers de 50 µg/m3 en particules PM10 à Contes et Peillon.

Moyens mis en oeuvre

La grande complexité de la phase particulaire, la multitude des sources et la topographie justifient un protocole d’étude important, avec 6 sites échantillonnés, 451 filtres prélevés et un partenariat avec des laboratoires de recherche: le Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement (LGGE) à Grenoble et le Laboratoire Chimie Provence Instrumentation et Réactivité Atmosphérique (LCP-IRA) à Marseille.
Une grande partie des moyens mobiles d’Atmo PACA a été mobilisée pendant près d’un an pour cette étude.

Un dispositif d'étude conséquent

- 2 stations permanentes à Contes et à Peillon

- 4 sites temporaires
au parking du Pilon à Contes,
à la salle polyvalente de Peillon,
au lieu dit Borghéas, site en proximité trafic de la RD21,
à l’Escarène, site rural à l'école communale.

 


Station de Contes la Roseyre


Station de Peillon les Novaines

Des méthodes de mesure variées et complémentaires

des prélèvements sur filtre pour la caractérisation chimique
- 451 filtres prélevés,
- 151 filtres analysés,
- 38 filtres avec plus de 50 composés analysés

Filtres de prélèvement avant et après l'exposition


Carte du périmètre de l'étude et des sites de mesure

des mesures par échantillonneurs passifs pour le dioxyde d'azote, pour évaluer la zone d’impact du trafic.

 

des mesures par pDR (Personal Data Ram) pour les particules

des mesures par Lidar, pour localiser les sources de particules.

 

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Contribution des sources de particules dans les vallées

Quels composés analyser ? Pour quelles sources ?

Connaître la quantité de particules dans l’air et décrypter la composition chimique de l’aérosol

L’étude la composition chimique des particules a été réalisée sur 4 sites en parallèle, par prélèvement sur des filtres spécifiques qui sont ensuite analysés par les laboratoires de recherche partenaires (LGGE et LCP-IRA).
Les normes concernant les particules (PM10) sont basées sur leur concentration en masse dans l’air ambiant, exprimée en µg/m3.

Au total, 451 prélèvements ont été réalisé sur une période de 12h, répartis par site et par saison (été – hiver). Parmi ces filtres, 151 ont été sélectionnés (dépassement, niveau moyen, journée atypique, …) à partir des données issues des stations fixes des 2 vallées.

Enfin, les grandes familles de composés (ci-dessous) ont été analysées sur ces filtres.

Suite au post-traitement de ces résultats, 37 filtres ont été sélectionnés pour une analyse complémentaire des traceurs (74 éléments chimiques) des différentes combustions présentes dans les vallées.
Les analyses portent sur :

La matière organique, (composés contenant du carbone).
Les phases étudiées comprennent le Carbone Elémentaire (suies émises sous la forme de graphite par les sources de combustion) et le Carbone Organique (composés organiques fonctionnalisés, complexes issus d’une grande variabilité de sources – photochimie, nucléation, combustion, …).
Parmi cette dernière phase une quantité importante de traceur des différents types de combustion a été analysée :
le lévoglucosan, traceur de la combustion de biomasse (écobuage notamment),
les hopanes (10) et stéranes sont des traceurs des émissions véhiculaires,
les alcanes (19), les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP – 16), le mannosan, le galactosan, …

La fraction inorganique, (composés sans carbone). Elle est composée essentiellement des ions sulfates (SO42-), nitrate (NO3-), ammonium (NH4+), calcium (Ca2+), … sous diverses formes chimiques.
Cette fraction comprend aussi des traceurs, tel que les métaux lourds, certains sels et une part crustale, dite aussi minérale :
Les métaux lourds, (23), tels que arsenic (As), cadmium (Cd), nickel (Ni), plomb (Pb) qui ont des seuils réglementaires et d’autres métaux tels que le vanadium (V), sont des traceurs de différents type de combustion (fuel lourd, trafic routier, …)
Le silicium (Si) et l’aluminium (Al) sont des composants de la croûte terrestre
le sodium (Na)et le chlore (Cl)sont des indicateurs d’une source marine, …

Un outil issu des derniers résultats de recherche dans le domaine des particules

Les contributions des sources primaires en PM10 ont été calculées à l’aide de deux approches : l’une permettant d’accéder à la fraction crustale (analyses réalisées par le LGGE) et l’autre, approche Chemical Mass Balance (CMB), destinée à quantifier les autres principales sources primaires (analyses réalisées par le LCP-IRA).
L’approche CMB est basée sur une déconvolution des empreintes chimiques établies pour une série de marqueurs de sources organiques et métalliques.

Les sources primaires dont les empreintes chimiques sont bien identifiées et peuvent être déconvoluées avec un bon niveau de confiance (± 20 % sur la concentration calculée) sont :
- la combustion de biomasse (chauffage résidentiel et combustion de déchets verts),
- les émissions véhiculaires,
- les débris d’origine végétale
- la combustion de gaz naturel.

Une des limites est la connaissance préalable des empreintes chimiques des sources.
Ne disposant pas d’empreintes chimiques précises pour les industries présentes dans les vallées, la contribution spécifique de ces sources n’a pas pu être nettement mise en évidence.
Seule la combustion de fuel lourd, au cours de la campagne hivernale, a pu être clairement identifiée et quantifiée sur les sites de Contes et Peillon.

L’étude des contributions et des concentrations en particules met en évidence des phénomènes complexes et variables en fonction des saisons, des conditions météorologiques et des activités locales épisodiques, récurrentes et permanentes.

 

Période estivale

Période hivernale

Sources Permanentes

Sources crustales ~ 50 %
dont activités* cimenteries ~ estimée 20 %

Trafic routier ~ 11 %

 

Particules secondaires ~ 15 à 20 %

Matière organique autre ~ 20 à 25 %

Sources crustales ~ 30 %
dont activités* cimenteries ~ non estimée

Trafic routier ~ 12 % à Peillon et ~ 19 % à Contes

Chauffage au bois ~ 18 %

Particules secondaires ~ 5 à 10 %

Matière organique autre ~ 15 à 20 %

Sources Ponctuelles

Fuel lourd - non détecté

Brûlage déchets verts - trace

Fuel lourd (2 fois) ~ jusqu'à 18 %

Brûlage déchets verts ~ jusqu'à 45 %

Facteur Aggravant

Conditions météorologiques

Stabilité atmosphérique moyenne

Photochimie => particules secondaires

Conditions météorologiques

Stabilité atmosphérique forte

Inversions thermiques nombreuses

* activités cimenteries : carrière, roulage des véhicules, stockage et transport des matières.



Contributions par site et par saison lors de dépassement journalier de 50 µg/m3


Contributions par site et par saison en situation moyenne

1 : en hiver les sites rural et trafic n’étaient pas équipés d’un laboratoire mobile en parallèle des prélèvements.



Les principales conclusions

Sources d’émissions récurrentes ou permanentes

Le trafic routier représente de 11 à 19 % de la masse des particules. Cette source est plus importante pendant les jours ouvrés.
Les activités de la cimenterie hors four (carrière, roulage des véhicules, stockage et transport des matières), contribuent l’été à augmenter la part des sources crustales à Peillon et à Contes.
Elle pourrait être estimée de l’ordre de 20 %. En effet, l’ensemble de ces sources crustales atteint près de 50 % de la masse des particules durant l’été, alors que le site rural à l’Escarène, plus à l’écart, mesure une contribution de 29 %.
Le chauffage au bois représente en hiver 18% de la masse des particules et seulement des traces sont relevées en été.
La combustion du four des cimenteries est quasiment permanente, toutefois du fait de l’absence d’empreintes chimiques précises, la contribution n’a pas pu être mise en évidence.
En dépit d’une analyse fine des composés mesurés, avec et sans fonctionnement des fours, le post traitement des mesures n’a pas permis d’identifier clairement cette combustion. En raison des hauteurs de cheminées, des vitesses et des températures de rejets favorisant la dispersion, cette source ne semble pas contribuer majoritairement aux niveaux de particules dans les vallées.

Sources épisodiques de particules identifiées comme facteur aggravant

La combustion de fuel lourd a pu atteindre jusqu’à 18 % de la masse des particules. La présence de combustion de fuel lourd, est identifiée une fois dans chacune des vallées. Elle peut être associée à l’activité des cimenteries.
Les brûlages de déchets verts peuvent représenter jusqu’à 45 % de la masse des particules. Cette source de particules a été identifiée l’hiver sur les 4 sites de prélèvement.

A ces sources d’émissions s’ajoute l’ influence des conditions météorologiques défavorables dans les vallées. Le régime de brises thermiques associé aux inversions thermiques importantes en toutes saisons favorise l’accumulation des polluants.
Ce phénomène est d’autant plus présent l’hiver, période où les émissions de combustion sont également plus nombreuses.

Respect de la réglementation

Les particules en suspension PM10

sur les stations permanentes

En 2009, la valeur limite annuelle de 40 µg/m3 est respectée à Contes et à Peillon avec respectivement 38 µg/m3 et 32 µg/m3 en moyenne annuelle.
La valeur limite journalière de 50 µg/m3 a été dépassée 53 jours à Contes et 24 jours à Peillon. Avec une tolérance de 35 dépassements, le site de Contes ne respecte pas donc cette valeur réglementaire.

En 2010, toutes les valeurs réglementaires sont respectées dans les deux stations fixes.
Toutefois, les tendances s’inversent entre les deux vallées : une amélioration est mesurée à Contes, passant de 53 à 11 jours de dépassement, tandis qu'une dégradation est observée à Peillon avec 32 jours de dépassements au lieu de 24.

sur les sites temporaires

A Contes, les teneurs relevées dans le quartier du Pilon, au nord du site de la cimenterie, sont comparables à ceux de la station fixe. La pollution s’étend au nord de cette vallée.
A Peillon, sur le site trafic de Borghéas et sur celui de la salle polyvalente de Peillon, le risque de dépassement des valeurs réglementaires est possible, mais atténué par rapport à la station fixe de Peillon située plus en amont.
A l’Escarène, des concentrations plus faibles que dans les vallées sont observées, le risque de dépassement des valeurs réglementaires est faible.

Les autres polluants

Le dioxyde d'azote

Les niveaux observés sur les six sites de mesures respectent la valeur limite réglementaire annuelle (40 µg/m3). Une décroissance rapide des concentrations moyennes annuelles est constatée à proximité des deux stations de Peillon et Contes, avec respectivement 35 µg/m3 sur la RD15 et 25 µg/m3 sur le site de Contes, 31 µg/m3 sur la RD21 et 22 µg/m3 sur le site de Peillon.

Le benzo(a)pyrène et les métaux lourds

Le nombre de prélèvements en B(a)P et métaux lourds n’est pas suffisant pour être représentatif de l’année et réaliser une comparaison avec les valeurs cibles européennes.
Cependant, ces mesures donnent des indications sur les concentrations et les orientations en matière de surveillance pérenne.

Les niveaux en B(a)P à Contes et à Peillon sont plus élevés que ceux mesurés sur les grandes agglomérations de PACA l’hiver et l’été. Un risque de dépassement de la valeur cible annuelle (1 ng/m3/an) existe dans les deux vallées.
Pour les métaux lourds réglementés (As, Ni, Cd, Pb), les concentrations relevées sur les deux sites devraient respecter les valeurs cibles annuelles européennes.

Synthèse et étude complète

Lien vers la synthèse

Lien vers le rapport complet

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Le LIDAR : apporter des informations "inédites"

En parallèle, Atmo PACA réalise, en coopération avec la société Léosphère, dans le cadre d'un programme financé par l’ADEME, une étude expérimentale au moyen d’un LIDAR (Light Detection And Ranging).
Les renseignements recueillis par cet appareil de télédétection (mesure à distance) sont susceptibles d’apporter des informations qu’aucune autre méthode utilisée ne peut fournir.
Le LIDAR permet en effet de connaître à un instant donné la structure verticale et horizontale de l’atmosphère.
La technique consiste à envoyer des impulsions laser dans l’atmosphère et à mesurer leur rétrodiffusion (trajet de retour) en fonction du temps. Le faisceau laser est à la fois diffusé et absorbé par les particules contenues dans l’atmosphère.

Différentes zones de la Vallée et du milieu urbain de Nice font l’objet d’analyses sur la répartition verticale et horizontale des particules dans l’atmosphère.

Les tirs LIDAR, réalisés en altitude (402 mètres) dans les deux vallées, ont permis de détecter la présence de particules issues du panache des cimenteries, mais également issues de la combustion de biomasse à proximité.