Développement d’étalons de référence pour les polluants atmosphériques émergents (NH3)

• Développer de nouvelles approches pour la production de Matériaux de Référence Certifiés (MRC) pour l’ammoniac ainsi que de nouvelles méthodes d'analyse
• Assurer la traçabilité des mesures réalisées par les Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l’Air (AASQA) sur le territoire français et pouvoir comparer les données des différentes AASQA dans le temps et dans l’espace

L'ammoniac est essentiellement émis par le secteur agricole, 96% selon les données fournies par EMEP. La France, l’Allemagne, la Belgique, l’Italie et les Pays-Bas sont les principaux pays émetteurs d’ammoniac.

Les principales sources d’ammoniac atmosphérique sont anthropiques et proviennent de la combustion de combustibles fossiles, des centrales électriques, des gaz d'échappement des véhicules et des activités agricoles.

Le dépôt d'ammoniac sur les molécules transportées par les particules contribue à l'eutrophisation et à l'acidification des sols et de l'eau douce et ainsi à une dégradation de la qualité des sols et des eaux. Ces phénomènes ont donc des effets négatifs sur la biodiversité et les écosystèmes.

La pollution atmosphérique se propage au-delà des frontières nationales et sur de longues distances. C'est pourquoi l'ammoniac a été inclus dans le protocole de Göteborg de 1999, révisé en 2012, qui fait partie de la Convention sur la pollution atmosphérique transfrontière à longue distance (Nations unies, 1979). Ce protocole a été établi dans le but de réduire l'acidification, l'eutrophisation et les concentrations d'ozone en fixant des plafonds d'émission à respecter d'ici 2010. Suite à la révision du protocole de Göteborg, la directive (UE) 2016/2284 (Commission européenne, 2016) définit des plafonds d'émission nationaux pour chaque État membre, notamment pour le NH₃. L’ammoniac étant reconnu comme un précurseur des aérosols inorganiques secondaires, le contrôle de ses émissions est important pour réduire les concentrations de PM_2,5 et PM₁₀.

Ceci a conduit les réseaux de surveillance de la qualité de l’air ambiant à réaliser des mesures de concentrations de l’ammoniac sur leurs territoires. Pour atteindre l’objectif de mettre en place une infrastructure métrologique pour la qualité des mesures d'ammoniac, le LNE développe des étalons de référence de NH₃ à des fractions molaires allant de 1 à 400 nmol/mol afin de couvrir la gamme des fractions molaires mesurées dans l’air ambiant et ainsi d’apporter une réponse métrologique plus adaptée au manque de traçabilité des mesures effectuées par les AASQA.

Deux pistes ont été investiguées pour le développement des étalons, l’une basée sur la fabrication de mélanges gazeux gravimétriques en bouteille à une fraction molaire de 10 μmol/mol associée à une dilution dynamique et l’autre reposant sur la perméation en phase gazeuse avec un double étage de dilution.

Au vu de la bibliographie mettant en évidence un manque de stabilité des mélanges gazeux de NH₃ en bouteille, le LNE a retenu la seconde technique par perméation en phase gazeuse.

Le système de génération de NH₃ par perméation gazeuse, co-développé en étroite collaboration avec la société française 2M Process est constitué :

• D’un four permettant la régulation thermique d’un tube à perméation de NH₃ à 0,01°C,
• De plusieurs régulateurs de débit massique (RDM) permettant la dilution du mélange gazeux de NH₃ généré en sortie du four de perméation,
• D’un écran tactile en face avant permettant la commande de différentes fonctions.

Le système comporte deux étages de dilution qui permettent de générer des mélanges gazeux ayant des fractions molaires comprises entre 1 et 400 nmol/mol de NH₃ en fonction des débits de dilution et du taux de perméation du tube.

Il a été montré que le système de génération de gaz étalon de NH₃ par perméation gazeuse ainsi développé est fonctionnel et satisfaisant dans sa conception et son ergonomie.

• Mise en place d’une chaîne nationale de traçabilité métrologique entre le LNE et les AASQA sur le territoire français pour les mesures de concentration d’ammoniac afin d’assurer la traçabilité de ces mesures aux étalons de référence.
• Amélioration de la qualité des mesures des AASQA, permettant ainsi de comparer les données des différentes AASQA dans le temps et dans l’espace. Amélioration de la modélisation et de la prévision des données de surveillance de la qualité de l’air sur le territoire français.
• Mise à disposition de données validées d’ammoniac mesurées par les réseaux nationaux de surveillance de la qualité de l’air pour identifier des changements dus à la mise en application des politiques environnementales, pour réduire les incertitudes des inventaires d'émission actuels et pour fournir des sorties de modèles de prévision de la qualité de l’air robustes.

Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l’Air (AASQA)

2M Process