Identifier et quantifier les polluants dans l'air

La métrologie est nécessaire pour garantir et maintenir la confiance envers les mesures. Pour que la mesure ait un sens et que les résultats soient incontestables et puissent être comparés à travers le temps et entre d'autres lieux, chaque mesure doit être raccordée à l'étalon de référence national par une chaîne ininterrompue de comparaison ; c'est ce qu'on appelle la traçabilité métrologique. Airparif est un maillon de cette chaîne de traçabilité, il participe au fonctionnement et à la cohérence de la surveillance de la qualité de l'air.

Le dispositif de mesures

Le nombre de stations de mesure et leur répartition sur le territoire répondent à des règles énoncées au niveau européen. Ces règles sont essentielles pour garantir une mesure de qualité et comparable d’une région et d’un pays à l’autre. Pour l'Île-de-France, différents types de stations et d'analyses sont réparties sur un rayon de 100 km autour de Paris et mesurent la qualité de l'air respiré par la population (plus de 12 millions d'habitants dans toute la région) quel que soit leur environnement, à proximité ou loin des sources de pollution. Airparif dispose d'environ 70 stations de mesure, dont plus d’une cinquantaine de stations permanentes, véritables mini laboratoires statiques.

• Les stations automatiques et permanentes 7j/7, et heure par heure 

Les station automatiques assurent une mesure en continu toutes les heures, et permettent un suivi de la qualité de l’air en temps réel. Le choix de la localisation des stations automatiques et des polluants qui y sont mesurés répond en priorité à une préoccupation de santé publique. On distingue deux  typologies : les stations de fond, éloignées des sources de pollution, notamment des voies de circulation, et les stations à proximité du trafic. Cette classification est identique en France et en Europe.

Découvrez en images la station de mesure des Halles (Paris 1^er) :         

• Les stations semi-permanentes en renforcement du réseau à proximité du trafic                 

Avec un réseau d’une vingtaine de stations semi-permanentes le long des voies de circulation, le réseau automatique est renforcé par des mesures au moyen de tubes à diffusion. Cette méthode garantit un suivi régulier mais pas continu et permet de calculer une moyenne annuelle et d’estimer la situation au regard des valeurs réglementaires.                                                                      

• Les analyses différées                                                                                                                 

Certains polluants (les métaux et certains composés parmi les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques - HAP) ne sont pas mesurés de façon automatique et en temps réel par les stations. Leur mesure fait appel à un échantillonnage (sur filtre ou tubes à diffusion) et à des techniques d’analyses différées en laboratoires spécifiques, voire à des campagnes de mesure particulières (dioxines, pesticides, etc.). Consulter la carte des stations du réseau de mesure d'Airparif.                           

De la mesure à l'information

Chaque année, en provenance des appareils automatiques ou des mesures manuelles, près de 6 millions de nouvelles données de pollution convergent vers l'ordinateur central d'Airparif. Pour maîtriser ce flot ininterrompu d'informations, il faut stocker, valider, classifier les données afin de discerner les données moyennes des données de pointes, les comparer aux normes en vigueur et apporter une information à tous sous forme de bilans, de graphiques, de cartes de pollution ou d'indices de qualité de l'air. 

1. Prélever 

Les analyseurs automatiques aspirent l'air à l'extérieur de la station de mesure, au niveau d'une tête de prélèvement, à l'aide d'une pompe. En revanche, les tubes à diffusion s'imprègnent de polluant de manière passive (loi de Fick).

2. Analyser

La concentration de polluants est directement estimée par l’analyseur automatique en fonction des caractéristiques optiques, physiques ou chimiques des polluants. Les prélèvements sur filtres ou sorbant et les tubes passifs nécessitent une analyse en laboratoire.

3. Transmettre

Les signaux électriques fournis par les analyseurs automatiques sont convertis en données numériques par un châssis d’acquisition. Chaque quart d'heure, celui-ci établit pour tous les analyseurs des moyennes quart-horaires à partir des mesures effectuées en continu. Les données sont ensuite transmises, plusieurs fois par jour, aux serveurs d'Airparif puis stockées en base de données. En cas d'épisode de pollution, ces données sont rapatriées automatiquement tous les quart d'heure pour l'ensemble des stations. Quant aux résultats d'analyse en laboratoire, ils sont saisis manuellement dans la base de données.

4. Valider et utiliser

A partir des "données quart d'heure" des stations automatiques, des moyennes pour chaque heure et pour chaque jour sont calculées. Les tubes à diffusion fournissent une information hebdomadaire d’un prélèvement sur une journée par semaine. Toutes ces données sont ensuite validées puis exploitées par les techniciens et ingénieurs d'Airparif. 
Elles alimentent d'autres outils de surveillance comme les modèles pour faire des cartes, des prévisions, évaluer l'impact d'actions de réduction ou l'évolution possible des niveaux de pollution dans les années à venir selon différentes hypothèses (lien rubrique modélisation). Elles permettent également des comparaisons avec les critères de qualité de l'air établis par les directives européennes ou les recommandations de l'Organisation Mondiale de la Santé.

5. Informer

Chaque jour, les données du réseau de surveillance permettent de calculer l'indice de qualité de l'air diffusé, entre autres, sur le site Internet d'Airparif. Utilisées par des modèles, elles permettent de faire des cartes de pollution, et des prévisions de la qualité de l'air et d'épisodes de pollution. Ce sont ces informations qui sont reprises par France 3 Île-de-France dans son bulletin quotidien. 

Les stations de mesure détectent également les épisodes de pollution et Airparif relaye cette information aux autorités, aux médias et au public. 

Les données de chaque station de mesure sont aussi disponibles sur l’Open Data. 

Le calcul de l'incertitude

Lorsque l'on réalise une mesure, le résultat produit est associé avec un certain degré d'incertitude. En effet, selon l'appareil de mesure utilisé, les conditions dans lesquelles sont réalisées les essais et un certain nombre d'autres paramètres occasionnent une dispersion sur les résultats produits. C'est pour quantifier cette variation qu'il est défini une incertitude pour toute mesure produite. 

L'incertitude définit l'intervalle dans lequel la valeur vraie se situe et avec quelle probabilité. Cette incertitude, affectée au résultat de mesure, caractérise la qualité du résultat produit : plus l'incertitude associée au résultat sera faible, meilleur sera ce résultat.

Le calcul de l'incertitude tient compte des différentes composantes de la mesure et de chacune de ses étapes. Les erreurs peuvent être dues au prélèvement, aux caractéristiques des analyseurs (linéarité, reproductibilité en zéro et au point de consigne, temps de réponse, interférents), à l'acquisition des résultats de mesure fournis par l'analyseur, à l'arrondi du résultat de mesure stocké dans la base de données, aux conditions ambiantes (température, humidité, pression, …) ainsi qu'aux erreurs des étalons décrits dans la chaîne d'étalonnage. La justesse du résultat de mesure est liée à l'écart entre l'étalon utilisé et la lecture de cet étalon sur l'analyseur du site de mesure. Cet écart est corrigé sur le site en réglant périodiquement et préventivement l'analyseur.