Métrologie du dioxyde d'azote

• Développer des étalons de référence statiques traçables à haute fraction molaire pour le NO₂ avec une incertitude cible inférieure ou égale à 0,5% et une stabilité supérieure ou égale à 2 ans
• Développer des étalons de référence dynamiques traçables de haute précision pour les faibles fractions molaires de NO₂
• Développer des méthodes analytiques pour quantifier les principales impuretés pouvant se former lors de la préparation d'étalons de référence de NO₂ statiques et dynamiques
• Valider des méthodes spectroscopiques sélectives pour mesurer directement le NO₂ et les comparer avec la méthode de référence telle que décrite dans la norme EN 14211:2012, en utilisant les résultats d’essais sur le terrain
• S'engager avec les parties prenantes pour assurer l'adoption des étalons de référence, des méthodes d'étalonnage et des dispositifs développés dans ce projet par les organismes d'élaboration de normes, les réseaux de surveillance de la qualité de l’air, les fabricants de mélanges de gaz, les fabricants d'instruments de mesure…

Le dioxyde d’azote (NO₂) est considéré comme l’un des plus importants gaz traceurs dans l’atmosphère. Il joue un rôle clé dans la formation d’ozone et de particules secondaires, l’acidification et l’eutrophisation, et influence la capacité oxydative de l’atmosphère avec des implications pour la qualité de l’air et le changement climatique. Le NO₂ est un gaz toxique ayant des répercussions directes sur la santé humaine. Le programme Global Atmosphere Watch (GAW) de l’organisation mondiale de météorologie (WMO) a identifié le NO₂ comme une variable climatique essentielle qui doit être surveillée à l’échelle mondiale en raison de son importance pour la chimie atmosphérique, la qualité de l’air et le climat.

Par conséquent, l’Union européenne (UE) a fixé des valeurs limites pour les concentrations de NO₂ (Directive sur la qualité de l’air - 2008/50/CE), qui sont actuellement dépassées dans 17 États membres de l’UE, ainsi que des limites supérieures pour les émissions annuelles de NOx (Directive nationale sur les plafonds d’émissions (NEC) 2001/81/CE).

En Europe, l’une des principales sources de NO₂ dans les villes est la combustion de combustibles fossiles par les véhicules automobiles. Les véhicules diesel émettent vingt fois plus de NO₂ que les véhicules à essence. Du fait du parc automobile, les émissions de NO₂ en Europe ne diminuent pas assez rapidement, alors que la qualité de vie des citoyens européens ne pourra s’améliorer qu’avec de faibles concentrations de NO₂.

En conséquence, les gouvernements de l’UE sont maintenant soumis à des pressions croissantes pour élaborer des stratégies efficaces de diminution de la pollution atmosphérique et notamment des concentrations de NO₂ dans les plus brefs délais. Mais, pour définir ces stratégies, des améliorations significatives sont nécessaires au niveau de la justesse et de la comparabilité des données de mesure provenant des sites de surveillance de la qualité de l’air.

L’objectif global du projet européen intitulé MetNO₂ était donc de fournir une infrastructure de mesure traçable au système international (SI) pour améliorer la qualité des mesures des concentrations de NO₂ dans l’atmosphère qui répondent aux objectifs de qualité des données établis par le groupe d’experts scientifiques du programme GAW du WMO.

Afin de développer des étalons de référence statiques en bouteille avec des fractions molaires de dioxyde d'azote dans la gamme de 1 μmol/mol à 10 μmol/mol, avec une incertitude élargie de 0,5% et une stabilité supérieure à 2 ans, il est nécessaire de caractériser complètement les impuretés comprenant les principaux composés d'interférence, c'est-à-dire NO_y, et spécifiquement HNO₃, qui se forme par réaction de la vapeur d'eau résiduelle avec le NO₂ dans la bouteille. Le LNE a développé des étalons de référence gazeux pour le NO₂. Plus précisément, les travaux du LNE sur cet aspect ont porté sur la fabrication de mélanges gazeux de NO₂ en bouteille à une concentration de 10 μmol/mol. L’influence du traitement/revêtement interne sur la justesse et la stabilité au cours du temps de la fraction molaire de NO₂ a été testée en fabriquant des mélanges gazeux de NO₂ en bouteille à une concentration de 10 μmol/mol. Les mélanges gazeux ont été fabriqués dans 2 types de bouteille de 2 fabricants différents. De même, ces mélanges gazeux ont été fabriqués dans 2 matrices différentes (air et azote) pour évaluer l’influence de la matrice sur la justesse et la stabilité au cours du temps de la fraction molaire de NO₂. Le processus de fabrication a impliqué de fabriquer des mélanges gazeux intermédiaires de NO dans l’azote à des fractions molaires élevées pour pouvoir atteindre par dilution gravimétrique la fraction molaire ciblée de 10 μmol/mol. De plus, des mélanges gazeux d’oxygène ont été préparés et introduits à la dernière étape de la fabrication pour transformer le NO en NO₂.

Par ailleurs, pour développer des étalons de référence dynamiques de NO₂ dans la gamme de 10 nmol/mol à 500 nmol/mol avec une incertitude élargie de 1%, l'un des principaux défis a été de développer des dispositifs dynamiques capables de fournir ces étalons de référence de haute précision de NO₂ pour l'étalonnage de l'instrumentation sur le terrain dans les stations de surveillance à un coût raisonnable. Ceci a impliqué le développement de méthodes analytiques pour la quantification des impuretés telles que l'eau, les espèces HNO₃, NO_y et N₂O₄ dans le gaz diluant et une étude détaillée des matériaux utilisés pour la construction du dispositif afin de minimiser l'adsorption de NO₂ sur les parois, les tubes et les différents éléments du dispositif dynamique. Le LNE a finalisé les méthodes de quantification des concentrations de vapeur d’eau et de HNO₃ pouvant être présents dans les mélanges gazeux dynamiques de NO₂ en utilisant le générateur portable de NO₂ développé par l’institut de métrologie Suisse (METAS) basé sur la méthode de perméation et un spectromètre IRFT Brüker couplé à une cellule de trajet optique de 96 m.

• Promouvoir l'adoption de nouveaux matériaux de référence primaires du dioxyde d'azote et partager les connaissances sur la production et l'application de ces matériaux de référence
• Impact sur les communautés d'utilisateurs industriels par les échanges de connaissances
• Impact sur la métrologie et les communautés scientifiques par les participations à des congrès et la publication d’articles scientifiques
• Impact sur les normes pertinentes :
  • révision des méthodes de référence et des normes documentaires dans les commissions de normalisation internationale ISO / TC158 (Analyse des gaz) et européenne CENTC / 264 (Qualité de l'air)
  • intégration des nouvelles méthodes développées dans ce projet pour la préparation de matériaux de référence dans les prochaines révisions des normes ISO 6142 et ISO 6145 (production et certification des matériaux de référence) et ISO 19229 (analyse de pureté)
  • révision de la norme EN 14211:2012 entreprise par le CEN TC 264 / WG12
• Améliorer la surveillance atmosphérique à long terme du NO₂, soutenir l'harmonisation des données à travers l'Europe en fournissant une infrastructure de traçabilité SI, améliorer la législation pour les véhicules à moteur
• Permettre le renforcement de la compétitivité des laboratoires nationaux de métrologie européens et des entreprises basées en Europe en améliorant les capacités européennes et en positionnant l'Europe sur les aspects métrologiques
• Améliorer la qualité de vie des citoyens européens et réduire la charge économique des effets de l'exposition au NO₂ sur la santé en facilitant l'évaluation rapide de l'efficacité des stratégies de réduction de la pollution

NPL (Royaume-Uni)

CMI (République Tchèque)

DFM (Danemark)

IL (Finlande)

NILU (Norvège)

TUBITAK (Turquie)

VSL (Pays-Bas)

Aarhus Universitet (Danemark),

Deutscher Wetterdienst (Allemagne),

Forschungszentrum Juelich GmbH (Allemagne)

King's College London (Royaume-Uni)

University of York (Royaume-Uni)

Eidgenoessische Materialpruefungs- und Forschungsanstalt (Suisse)

Imperial College of Science, Technology and Medicine
METAS (Suisse)

PTB (Allemagne)