Les travaux menés par la métrologie française, en collaboration avec l’Institut Fresnel de l’Université d'Aix-Marseille, dans ce projet européen portent essentiellement sur les mesures de teneur en eau. Il est tout d’abord nécessaire de faire un examen du cadre métrologique. Cela passe par l’organisation d’une enquête auprès des utilisateurs finaux sur le besoin d'incertitude et les exigences pour l'étalonnage des équipements en ligne notamment pour les mesures d'humidité. Cette enquête doit permettre de définir les paramètres requis et les méthodologies métrologiques pour mesurer le pouvoir calorifique, la qualification et la quantification des mesures d'impuretés, de cendres et d'humidité. Sur la base des exigences métrologiques définies la ou les méthodes sur lesquelles la traçabilité doit être basée sera sélectionnée en exploitant les travaux du précédent projet européen Metefnet, ce qui orientera les travaux pour le développement des étalons de référence et de transfert de la métrologie française.

• Un contrôle qualité amélioré des biocarburants liquides et solides, avec des mesures comparables
• Un fonctionnement amélioré, une utilisation plus efficace du carburant, une consommation réduite et des émissions minimisées

• CMI (CZ)
• DTI (DK)
• IMBiH (BA)
• INM-RO (RO)
• LNE-CETIAT (FR)
• PTB (DE)
• UME (TK)

http://biofmet.eu/

Développer des méthodes de mesure de substances d’intérêt émergent, harmonisées permettant de fournir des données fiables et traçables répondant aux exigences de la DCE.

L'eau est une ressource cruciale, et pour répondre à la demande en matière de qualité de l'eau, un ensemble ambitieux de directives européennes a été mis en place sous l'égide de la directive-cadre sur l'eau (2000/60/CE) et ses directives filles.

La décision (UE) 2015/495 spécifie une «liste de surveillance» des substances qui doivent être surveillées dans toute l'Europe. Trois hormones,ont été sélectionnées pour être incluses dans cette première liste : le 17-β-oestradiol (E2), le 17-α-éthinyloestradiol (EE2) et l’œstrone (E1). Le but est de disposer de mesures de qualité pour réaliser une analyse des risques liés à leur présence dans les systèmes aquatiques et in fine d’évaluer leur pertinence à devenir des substances prioritaires.

La surveillance des molécules figurant sur la liste devrait générer des données de haute qualité sur l’occurrence de ces substances. Cependant, la Commission Européenne a constaté l'absence de méthodes harmonisées de surveillance répondant aux exigences notamment en terme de limite de quantification. Les limites de détection maximales spécifiées dans la DCE sont de 0,035 ng/L pour EE2 et de 0,4 ng/L pour E1 et E2 ; ce qui est un très grand challenge. De plus Il n’existe actuellement aucune méthode permettant de garantir l’intégrité des échantillons entre l’échantillonnage et l’analyse, ni aucun outil pertinent de contrôle de la qualité permettant d’en garantir la fiabilité.

L’objectif général de ce projet est de développer des méthodes de mesure traçables pour les substances chimiques perturbant le système endocrinien, en mettant l’accent sur trois œstrogènes de la première liste de vigilance de la directive 2013/39 / CE : le 17-beta-estradiol (17βE2), le 17 alpha éthinylestradiol (17EE2) et l’estrone (E1) et ainsi  améliorer la comparabilité et la compatibilité des résultats de mesure en Europe. Deux autres œstrogènes 17-alpha-estradiol (17aE2) et estriol (E3) seront inclus pour démontrer la fiabilité des méthodes développées. Les méthodes développées répondront aux exigences  de la directive 2009/90/CE et de la décision de mise en œuvre de la Commission (UE) 2018/840.

Les objectifs spécifiques du projet sont les suivants:

1. Optimiser et valider des méthodes de référence traçables basées sur la spectrométrie de masse pour l'analyse des 5 composés œstrogéniques dans les eaux brutes, en donnant la priorité à 17βE2, 17EE2 et E1. Les méthodes auront une limite de quantification (LQ) ne dépassant pas 30% de la norme de qualité environnementale NQE avec une incertitude de mesure ≤ à 50% à la NQE
2. Évaluer l’interaction et le partage de 5 composés œstrogéniques, entre la phase aqueuse et les particules en suspension, ainsi que la capacité des méthodes développées à analyser les différentes fractions de la matrice (eau totale, fraction dissoute) en accordant la priorité à 17βE2, 17EE2 et E1.
3. Développer des méthodes de production de matériaux de référence aqueux, aussi proches que possible des échantillons d'eaux réels, avec une homogénéité et une stabilité à court et à long terme prouvées.
4. Améliorer la comparabilité des mesures d'œstrogènes avec certaines méthodes basées sur les effets (EBM) dans des échantillons d'eau brute au niveau réglementaire (NQE). Les méthodes auront été correctement étalonnées et des informations sur les incertitudes seront fournies.
5. Organiser et effectuer une comparaison interlaboratoires (CIL) afin de démontrer la performance des méthodes développées en utilisant le(s) matériau(x) de référence (RM) pour les substances œstrogènes sélectionnées.
6. Contribuer aux travaux des principales organisations de normalisation européennes et internationales, par exemple CEN TC 230 et ISO TC 147 en s'assurant que les résultats du projet sont alignés sur leurs besoins et communiqués rapidement à ceux qui élaborent les normes et à ceux qui les utiliseront pour soutenir la mise en œuvre de la réglementation, et ce sous une forme pouvant être incorporée dans les normes rapidement.

UME (Turquie), MIRS/KI/L05 (Slovénie), MIKES-SYKE (Finlande), BAM (Allemagne), CNRS (France), Institut Jožef Stefan (Slovénie), Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (Italie), Université de Bordeaux (France)

http://projects.lne.eu/jrp-edc-wfd/

Les travaux sont menés dans le cadre du projet européen 19ENV03 impliquant 7 laboratoires nationaux de métrologie. La métrologie française a concentré ses recherches récentes sur le développement et la validation de la modélisation acoustique en fluide thermo-visqueux pour l'étalonnage de pression en cavités fermées ainsi que sur le développement d'un pistonphone laser spécifique pour l'étalonnage primaire de microphones et microbaromètres aux fréquences infrasonores. Le principe général est que le capteur à étalonner est exposé à une pression acoustique calculable, produite dans un coupleur fermé de volume connu qui est entraîné par un piston produisant une vitesse volumique mesurable. Ce pistonphone laser spécifique dédié à l'étalonnage des infrasons est en cours de validation.

D’autre part, la métrologie française développe un dispositif basé sur une cavité Fabry Perot pour effectuer des mesures de pression depuis la pression en régime quasi-statique (40 mHz) à la plage acoustique (20 Hz). Cette instrumentation sera comparée aux autres méthodes avec potentiellement le développement d’une méthode optique d'étalonnage des microphones.

• Nouvelle traçabilité pour les industriels
• Nouvelles possibilités de mesures pour la météorologie qui devrait conduire à une amélioration des modélisations

VINCENT P., LARSONNIER F., RODRIGUES D. et DURAND S., "Analytical modelling and characterisation of an infrasound generator in the air", Applied Acoustics, 148, mai 2019, 476-483, DOI:10.1016/J.APACOUST.2018.12.033

VINCENT P., RODRIGUES D., LARSONNIER F., GUIANVARC'H C. et DURAND S., “Acoustic transfer admittance of cylindrical cavities in infrasonic frequency range”, Metrologia, 56, 2019, DOI: 10.1088/1681-7575/aaee28

• PTB (DE)
• BKSV-DPLA (DK)
• DFM (DK)
• LNE (FR)
• LNE-LCM/CNAM (FR)
• NPL (UK)
• UME (TK)

Développer une procédure générale pour déterminer la pureté des composés organiques étalons.

Comme toute substance chimique, ces étalons de haute pureté s’accompagnent immanquablement de la présence d’impuretés provenant soit du procédé de production (catalyseur, produit secondaire), soit de phénomènes de dégradation ou de contaminations diverses. Ces impuretés et leurs teneurs vont avoir un impact direct sur la quantification et donc sur la justesse des résultats de mesure qui en seront déduits. Il s’avère donc primordial que les LNM soient capables de déterminer la pureté des étalons qu’ils utilisent. C’est pourquoi le LNE s’est attaché à se munir d’une procédure générale pour déterminer la pureté de substances chimiques.

Deux approches peuvent être mises en œuvre : une approche indirecte, appelée « mass balance », consistant à déterminer la pureté d’un composé en quantifiant les différentes impuretés présentes, et une approche directe, basée sur une analyse par comparaison à un étalon de pureté certifiée (calorimétrie différentielle, DSC, ou résonnance magnétique nucléaire, RMN).

Dans le premier cas, il est nécessaire d‘être capable de détecter et de quantifier l’ensemble des impuretés qui accompagnent le composé d’intérêt : l’eau, d’autres molécules organiques (COV, molécules issues de la synthèse par exemple…) et enfin des substances inorganiques (métaux, …). La pureté du composé est alors obtenue par la soustraction de la fraction massique de l’ensemble de ces impuretés à la fraction massique du composé considéré idéalement comme absolument pur. Pour mesurer ces impuretés, le LNE a travaillé sur la mise au point d’une large gamme de protocoles, adaptés aux types de matrice considérés (liquide ou solide), ainsi qu’aux différents outils analytiques qu’il est nécessaire de mettre en œuvre de façon complémentaire. Les impuretés étudiées sont :

• la teneur en eau ;
• les impuretés organiques non volatiles ;
• les COV ;
• les impuretés inorganiques.

Pour assurer la traçabilité de ses mesures, le LNE a développé une procédure générale pour déterminer la pureté des étalons commerciaux qu’il utilise et pour lesquels la traçabilité au SI n’est pas établie lorsque ceux-ci ne sont pas des matériaux de référence certifié par d’autres LNM.

Les différentes approches peuvent être résumées comme selon la figure 1 :

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Pour déterminer la pureté de ces étalons, l’approche suivie au LNE est l’approche indirecte dite « mass balance » pour laquelle :

• les impuretés organiques sont déterminées par chromatographie et notamment par GC-FID, GC-MS, ou l’HPLC-UV/Vis, UPLC-MS/MS par méthode d’étalonnage externe,
• l’eau est déterminée par titration de Karl Fischer,
• les solvants résiduels ou COV sont déterminés par HS-GC-FID ou GC-FID par injection directe,
• et les impuretés inorganiques sont déterminées par ICP-MS.

Dans le cas du Karl-Fischer et des composés liquides par exemple, deux facteurs contribuent à l’incertitude de mesure : la détermination de la quantité d’eau elle-même (m_Vmes), ainsi que celle de la masse d’échantillon prélevée (m_H2O). Leur contribution à l’incertitude de mesure totale u_C va dépendre directement de la teneur en eau présente dans le matériau analysé, comme illustré par les graphes ci-dessous.

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Il a par ailleurs été constaté que l’incertitude des mesures diminue lorsque la prise d’essai augmente, et ce quelle que soit la teneur en eau dans le matériau de référence considéré. Il est ainsi possible de définir une zone de travail pour laquelle l’incertitude des mesures peut être minimisée.

Bien que la mise en œuvre de tous ces outils (GC-FID, GCMS, l’HPLC-UV/Vis, UPLC-MS/MS, Karl Fischer, HS-GC-FID, GC-FID, ICP-MS) soit très consommatrice de temps et souvent d’échantillons, cette approche est encore, à ce jour, celle recommandée par le CCQM.

En parallèle, le LNE dispose également d’un protocole pour déterminer la pureté de ses étalons par RMN-q, développé en collaboration avec l’université d’Orsay.

Afin de valider les méthodes développées, le LNE participe régulièrement aux essais d’inter-comparaison de détermination de pureté de composés organiques, proposés depuis 2007 par le Bureau International des Poids et Mesures (BIPM). Le LNE, par exemple, a ainsi déterminé la pureté de « molécules modèles », comme l’aldrine, insecticide de faible polarité et poids moléculaire moyen, la valine, un acide aminé de forte polarité et de faible poids moléculaire ou encore l’hormone 17-β-estradiol (polarité et poids moléculaire faibles). En participant à ces campagnes, le laboratoire peut démontrer qu’il est capable de déterminer le plus précisément possible, et avec une faible incertitude associée, la pureté d’un composé cible donné, ce qui lui permet par la suite de faire reconnaître ses compétences à d’autres molécules présentant des propriétés voisines.

- Dépôt de CMC (meilleures possibilités d’étalonnages et de mesurages) auprès du BIPM

- Production de nouveaux Matériaux de Référence Certifiés (MRC)

"Final report on key comparison CCQM-K55.b (aldrin): An international comparison of mass fraction purity assignment of aldrin", S. Westwood et al., Metrologia, 49, 1A, 2012, 128–143, DOI: 10.1088/0026-1394/49/1A/08014.

I.C.M.M.O. (UMR 8182, Université Paris-Sud)

Il existe actuellement un manque d'étalons traçables et de procédures d'étalonnage harmonisées pour mesurer les particules en suspension dans l'air. En outre, les méthodes de mesure des PM10 et des PM2,5 (concentration en masse de particules) dans le cadre de la directive européenne sur la qualité de l'air 2008/50/CE doivent être améliorées, afin d'assurer la comparabilité des données locales mesurées par des instruments reposant sur des principes de fonctionnement différents.

Par conséquent, des méthodes de référence pour mesurer les PM10 et PM2,5 et des méthodes d'étalonnage pour les instruments utilisés pour ces mesures sont nécessaires.

La chimie des aérosols (analyse de la composition élémentaire) fait également partie de la réglementation existante et il est nécessaire de comprendre leurs origines, leur comportement, leur devenir et leurs impacts dans l'environnement (c'est-à-dire les effets sur la santé et le climat). Des méthodes validées pour la détermination des principaux composants des PM sont nécessaires ainsi que des procédures fiables pour les instruments standard tels que les spectromètres de taille de particules à mobilité (MPSS) et les compteurs de particules de condensation (CPC). Les techniques modernes d'analyse par rayons X ont le potentiel de permettre l'analyse chimique quantitative des particules en suspension dans l'air directement à leurs sources d'émission. Par conséquent, les nouvelles techniques de rayons X traçables SI sont un desideratum de développement.

Les procédures développées dans le cadre du projet européen AEROMET décrivent un ensemble de tests qui pourraient être utilisés pour démontrer l'équivalence des instruments PM automatiques avec la méthode de référence, ou pour les étalonner de façon routinière. Les éléments essentiels de la procédure ont été démontrés expérimentalement. De plus, l'incertitude élargie dans la détermination de la concentration massique de PM de référence reste bien inférieure à 15 %.

Par ailleurs, des techniques mobiles de spectroscopie à réflexion totale de rayons X combinées à des techniques d'échantillonnage de particules à fractionnement de taille ont été utilisées avec succès pour quantifier les compositions de particules élémentaires sur le terrain pour une analyse en temps réel. Des analyses ICP-MS et TXRF basées sur la SR physiquement traçables ont été utilisées pour l'analyse complémentaire des échantillons de terrain à des fins de validation.

• Contribution dans des comités de normalisation européens et internationaux
• Lancement d’activités de développement d’instrumentations pour plusieurs parties prenantes
• Les résultats du projet fourniront des améliorations méthodologiques et des innovations pertinentes dans la surveillance des aérosols ambiants afin de surmonter les lacunes existantes dans l'analyse des PM

• PTB (Leader)
• BAM,
• CMI,
• DFM,
• INRIM,
• LNE,
• NILU,
• NPL,
• CIEMAT,
• DTI,
• FORCE,
• IJS,
• IRSN,
• LUND,
• MTA-EK,
• NTUA,
• PMO,
• TROPOS,
• UNICAS,
• BRUKER NANO
• METAS,

http://www.aerometproject.com/

Les aérosols qualifiés de carbone suie intéressent la communauté scientifique et les décideurs politiques depuis le début du XXe siècle en raison de leur rôle dans le changement climatique et de leurs effets sur la santé. Le carbone suie a été identifié comme le deuxième agent de forçage climatique le plus important après le CO₂. De plus, les études sur les effets à court terme sur la santé suggèrent que le carbone suie est un meilleur indicateur de substances particulaires nocives provenant de sources de combustion que la concentration massique de PM. Les sources dominantes ont cependant changé au fil des décennies, allant de la combustion domestique et industrielle du charbon vers les émissions de combustion liées aux véhicules, avec des contributions plus récentes de la combustion du bois.

Ces aérosols ont été largement caractérisés par diverses méthodes optiques depuis le début du XXe siècle étant donné la simplicité de fonctionnement des instruments basés sur ces méthodes. Néanmoins, la traçabilité de ces mesures est entravée par le fait que les instruments déterminent l'absorption des particules collectées sur un filtre fibreux. Bien que la mesure d'absorption optique elle-même puisse être effectuée avec précision, la présence du filtre a un effet important en raison de la diffusion interne à l'intérieur du filtre qui peut augmenter l'absorption d'un facteur 5 et donc biaiser les mesures. Ces effets sont actuellement traités avec des facteurs de correction implémentés dans les instruments.

C'est la nécessité de remplacer ces facteurs de correction par des facteurs d'étalonnage correctement déterminés qui ont été au cœur du projet européen intitulé Black Carbon. Ces facteurs de correction sont souvent intégrés dans le coefficient d'absorption massique utilisé pour convertir le coefficient d'absorption de la lumière en une concentration massique particulaire. Mais, l'absence de cadre métrologique, voire de cadre normatif pour le carbone suie a été mise en évidence en 2013 par l'Agence européenne pour l'environnement (AEE) ainsi que par le BIPM-GAWG Particulate Workshop en avril 2015 sachant que différents types d'instrument de mesure donnent des résultats pouvant varier jusqu'à 30% et qu’aucune procédure n’existe pour fournir une traçabilité nécessaire à des résultats justes.

Durant le projet, les propriétés physiques des aérosols pertinentes pour les mesures du carbone suie ont été clairement définies, de manière à clarifier comment la traçabilité au SI peut être établie. Des matériaux de référence ainsi qu'une méthode pour leur introduction contrôlée en laboratoire ont été développés. Le projet a également permis de travailler sur une méthode primaire traçable pour déterminer les coefficients d'absorption des aérosols. Ce procédé de laboratoire, traçable au SI et bien caractérisé doit permettre de déterminer les coefficients d'absorption des aérosols à des longueurs d'onde spécifiques.

Le LNE a été impliqué sur les travaux liés au développement de matériaux de référence de par l’implication de trois générateurs d’aérosols candidats. Deux premiers générateurs étaient associés à la nébulisation d’aérosols à partir de suspensions de graphite colloïdal et de billes de polystyrène latex noires. Le troisième mettait en œuvre deux électrodes de graphite entre lesquelles une décharge électrique pulsée permet la désorption de particules de carbone avant leur transport dans un gaz vecteur. Puis une comparaison interlaboratoires a été organisée afin de comparer les différentes solutions techniques proposées par les partenaires du projet.

• Etablissement d'un comité des parties prenantes
• Avantage aux fabricants européens d'instruments liés au carbone suie, qui auront un accès rapide à des installations d'étalonnage traçables pour leurs instruments actuels, et qui utiliseront également ces installations pour développer des conceptions innovantes plus rapidement
• Amélioration de l’exactitude et de la comparabilité des mesures de carbone suie dans les réseaux de surveillance des aérosols à travers l'Europe, grâce au développement de matériaux de référence pour le carbone suie, des installations nationales primaires et des mécanismes d'étalonnage traçables
• Les résultats du projet devraient servir de base à de nouvelles normes documentaires pour la surveillance du carbone suie par des organisations européennes et internationales d'élaboration de normes comme le CEN et l'ISO
• Potentiellement, législation révisée sur la qualité de l'air, basée sur le carbone suie, pour laquelle des méthodes de mesure fiables sont disponibles
• Mesures améliorées utilisées directement dans les projets de mesures d'aérosols atmosphériques au sein de l'UE, affinant les modèles de changement climatique et les propositions d'atténuation, et permettant d’améliorer la qualité des conclusions des études de cohorte sur la santé qui examinent les effets sanitaires de la pollution atmosphérique

M. Gini, P. Fetfatzis, E. Diapouli, S. Vratolis, E. Asmi, J. Backman, T. Müller, M. Gysel-Beer, K. Vasilatou, M. Ess, F. Gaie-Levrel, K. Ciupek, J. Saturno, A. Nowak, A. Wiedensholer, P. Quincey, K. Eleftheriadis, Overview of the winter black carbon campaign in Athens, European Aerosol Conference (EAC2020), Online - Hosted by GAeF Gesellschaft für Aersosolforschung e.V., 31 août – 4 septembre 2020.

B. Romshoo, T. Müller, A. Nowak, J. Saturno, P. Quincey, K. Ciupek, K. Vasilatou, M. Ess, K. Eleftheriadis, M. Gini, F. Gaie-Levrel, A. Wiedensohler, Laboratory generated soot: Application for optical modelling at various stages of ageing, European Aerosol Conference (EAC2020), Online - Hosted by GAeF Gesellschaft für Aersosolforschung e.V., 31 août – 4 septembre 2020.

• NPL (Royaume-Uni)
• IL (Finlande)
• PTB (Allemagne)
• NCSR DEMOKRITOS (Grèce)
• TROPOS (Allemagne)
• FHNW (Suisse)
• METAS (Suisse)
• PSI (Suisse)

http://www.empirblackcarbon.com/

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Le projet européen, coordonné par le NPL, a pour objectif d’initier un centre européen virtuel d’observation du climat et de la Terre depuis l’espace, en rassemblant non seulement les spécialistes des mesures (capteurs et traçabilité) mais aussi les spécialistes de la météorologie, et de réaliser un laboratoire de mesure en orbite qui permettrait d’effectuer des mesures avec les mêmes incertitudes que celles obtenues en laboratoire.

Les travaux sont répartis entre 12 partenaires et sont organisés en 4 lots de tâches techniques :

1.  Étalonnages des instruments avant embarquement ;
2. Développement de références pour l’étalonnage à bord ;
3. Mesures à bord pour assurer la traçabilité des instruments ;
4. Mise en œuvre d’un laboratoire dans l’espace pour les mesures de données sur le climat.

Le projet a débuté le 1^er octobre 2011 pour une durée de 3 ans. Le LCM est impliqué dans le lot de tâches techniques n° 4 pour le développement de la liaison par fibre optique entre le monochromateur et le radiomètre à étalonner pour des mesures entre 200 nm et 2 450 nm.

Les différents faisceaux de fibres ont été définis suivant le cahier des charges fournit par le NPL dont les principales caractéristiques sont : un taux de transmission de 70 % au minimum, une couverture totale du spectre solaire (200 nm – 2 450 nm), une compatibilité avec l’environnement spatial et des pertes induites par le déplacement des faisceaux (déplacement de 30 cm) entre le radiomètre cryogénique (CSAR) et le radiomètre de mesure (PTR) inférieures à 0,05 %.

Le choix du type de fibre a été fait. Il y aura 2 types de faisceaux : UV/visible de 200 nm à 1 000 nm et visible/IR de 1 000 nm à 2 500 nm. Les premiers faisceaux ont été livrés et testés en 2013 : contrôle optique de l’état de surface des extrémités, vérification de l’arrangement des fibres à l’intérieur du faisceau et mesure de la transmission du faisceau de fibres, puis test de la stabilité mécanique des faisceaux de fibres.

En conclusion, les premiers faisceaux réalisés et testés en 2013 ne sont pas assez performants. La raison principale est le mauvais positionnement des fibres dans le faisceau. Ce mauvais positionnement induit une transmission optique trop faible. Une autre proposition a permis d’augmenter d’environ 25 % le nombre de fibres dans chaque faisceau et de modifier l’arrangement des fibres afin de minimiser les espaces vides. Les caractéristiques de transmission du faisceau de fibres répondent finalement au cahier des charges exigé pour ce projet européen. Le faisceau a donc été transmis au NPL en septembre 2014 pour une qualification plus complète après intégration dans le système de mesure radiométrique destiné aux mesures dans l’espace.

• Disposer de mesures traçables des rayonnements optiques réalisées vers la Terre depuis l’espace afin de donner confiance aux mesures réalisées et du crédit aux analyses des résultats obtenus ;
• Réaliser des mesures radiométriques dans l’espace avec des incertitudes aussi faibles que celles réalisées en laboratoire.

ETIENNE R. et DUBARD J., “Emrp-env04: traceable radiometry for remote measurement of climate parameters”, 16^e congrès international de métrologie, Paris, France, 7-10 octobre 2013, DOI: 10.1051/metrology/201314009.

Partenaires du JRP-ENV04 :

• NPL (United Kingdom),
• Aalto (Finland),
• INRIM (Italy),
• JRC (Commission européenne),
• LNE (France),
• Mikes (Finland),
• PTB (Germany),
• SFI Davos (Switzerland),
• BUW (Germany),
• DLR (Germany),
• FGI (Finland),
• FZJ (Germany).

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Les travaux sont répartis entre 11 partenaires et sont organisés en 4 lots de tâches techniques :

1. Réduire la chaîne de traçabilité des mesures d’éclairement spectrique pour le spectre solaire UV afin de réduire les incertitudes de mesure avec les spectroradiomètres ;
2. Améliorer les techniques de caractérisation du rayonnement solaire avec des spectroradiomètres à matrice ;
3. Améliorer le spectroradiomètre portable de référence UV « QASUME » ;
4. Étude de nouvelles technologies utilisables pour améliorer les incertitudes de mesure.

Le projet a débuté le 1^er août 2011 pour une durée de 3 ans. Le LCM est impliqué dans les lots 2 et 4 pour l’estimation des incertitudes des spectroradiomètres à matrice et le développement d’un spectroradiomètre à barrette de photodiodes optimisé pour la mesure du spectre entre 290 nm et 400 nm et avec une minimisation de la lumière parasite.

Les causes d’incertitudes sur les mesures réalisées avec des spectroradiomètres à matrice ont été inventoriées et présentées aux partenaires du projet en 2012. En 2013, un logiciel a été réalisé sous MATLAB pour évaluer les incertitudes de mesure du rayonnement solaire selon la méthode de Monte-Carlo et le guide d’utilisation a été rédigé. La donnée de sortie est la fonction de distribution de probabilité (Probability Distribution Function, PDF) de l’éclairement solaire à quelques longueurs d’onde à partir de laquelle on peut déterminer l’éclairement solaire et l’incertitude associée correspondant respectivement à la valeur moyenne et l’écart type de la distribution PDF.

Le développement d’un spectroradiomètre à barrette de photodiodes optimisé pour la mesure du spectre entre 290 nm et 400 nm et avec une minimisation de la lumière parasite s’effectue en collaboration avec Jobin Yvon. Le spectroradiomètre a été caractérisé concernant la lumière parasite et le caisson thermalisé a été testé du point de vue mécanique et thermique. Pour réduire le taux de lumière parasite le LCM propose de présélectionner des bandes spectrales à l’aide de filtres spécifiques. Les optiques d’entrée incluant les filtres et les obturateurs ont été réalisés. Le spectroradiomètre est de type VS140 de chez Jobin Yvon. Le principe du spectroradiomètre modifié est indiqué sur la figure 1.

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Différentes configurations de filtres (épaisseur et type de filtre) ont été caractérisées du point de vue de la transmission. Puis des mesures ont été faites pour évaluer l’influence de la lumière parasite sur l’ensemble du système modifié.

Site du projet:

http://projects.pmodwrc.ch/env03/

Amélioration de la fiabilité des mesures (traçabilité et incertitudes) du rayonnement UV dont les valeurs entrent dans de nombreux modèles de prédictions et des programmes de prévention (climat, environnement, santé).

DUBARD J. et  ETIENNE R., “Monte Carlo uncertainty evaluation of UV solar spectral irradiance measurements using array spectroradiometer”, 7^th Workshop on Ultraviolet radiation measurements (UVNET), Davos, Suisse, 27-28 août 2013.

DUBARD J., VALIN T., ETIENNE R. et EBRARD G., “EMRP-ENV03: Traceability for surface  spectral solar ultraviolet radiation”, 16^e Congrès International de Métrologie, Paris, France, 7-10 octobre 2013, DOI: 10.1051/METROLOGY/201318001.

Partenaires du JRP-ENV03 :

• SFI Davos (Switzerland),
• EJPD/METAS (Switzerland),
• PTB (Germany),
• VSL (Netherlands),
• CMI (Czech Republic),
• LNE (France),
• INRIM (Italy),
• Aalto (Finland),
• CMS (Austria),
• Kipp&Zonen (Netherlands),
• IMU (Austria).

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La détermination expérimentale de la puissance est basée sur des mesures de pression acoustique sur des microphones. La puissance acoustique est ensuite évaluée par calcul, sous diverses hypothèses et conditions imparfaitement respectées. L'objectif de ce projet est de développer et caractériser une source sonore étalon primaire puis de la disséminer via des étalons de transfert que deviendront les sources sonores de référence actuellement utilisées.

Source sonore étalon primaire

L’objectif de cette partie est la réalisation d’un étalon primaire du watt acoustique dans l’air. Celui-ci est basé sur un corps solide vibrant (piston) bafflé. La puissance sonore de ce dispositif peut être déterminée à partir de la vitesse de vibration de la surface du corps, mesurée par interférométrie laser, et de plusieurs autres grandeurs comme la pression statique et la température. Les différents candidats à devenir les sources primaires reposent sur deux techniques : un pot électrodynamique ou un « moteur » de haut-parleur. Le pot électrodynamique est une source de vibration couramment utilisée en laboratoire. Celui-ci pilote le mouvement d’un piston métallique. Ce dernier doit avoir autant que possible un mouvement d’ensemble et le moins possible de mouvements parasites, due à son manque de rigidité et à ses modes/fréquences propres en haute fréquence. L’autre méthode consiste à utiliser un « moteur » de haut-parleur qui pilote un piston plus léger. Le guidage du piston dans un mouvement unidirectionnel et libre est difficile à bien réaliser. Dans ce projet, des sources primaires ont été développées par le PTB, le SP, l’INRiM et le TUBITAK UME.

Diffusion de l’unité « watt acoustique aérien »

L'objectif de cette partie est de développer un système pour la diffusion de l’unité watt acoustique en utilisant des étalons de transfert appropriés. Celle-ci a permis d’examiner si les sources sonores de référence aérodynamiques existantes pouvaient servir d’étalon de transfert. La réponse a été positive à condition d’en connaitre la sensibilité aux conditions atmosphériques. L'incertitude de la puissance sonore émise par les étalons de transfert a été déterminée. L'objectif a été que cette incertitude soit seulement légèrement supérieure à l'incertitude de l’étalon primaire. Le LNE a développé un appareil de balayage (appelé « scanning apparatus ») permettant une mesure automatisée de la puissance acoustique obtenue en mesurant la pression acoustique sur une demi-sphère de 2 m de rayon centrée sur une source étalon qui affleure le sol.

Au LNE, contrairement à d’autres partenaires, un seul microphone est utilisé, déplacé sur chaque position par un dispositif automatique, et contrôlé par un logiciel qui gère à la fois l'appareil de balayage et l'acquisition de l'analyseur de signal acoustique. Un premier mouvement est fait le long d'un rail décrivant un arc vertical de 90°. Le deuxième mouvement consiste à déplacer cet arc autour d'un axe vertical pour couvrir toute la surface hémisphérique. Un troisième mouvement déplace le microphone sur le rayon de 1 cm pour évaluer l'intensité par deux étapes.

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Site internet du projet :

http://www.ptb.de/emrp/sib56-home.html

• Mise en œuvre d’une chaîne de traçabilité des mesures de puissances acoustique
• Rédaction de documents de référence pour l’étalonnage et la mesure de la puissance acoustique
• Transfert de connaissances via des projets de normes ISO

CELLARD P., ANDERSSON H., BREZAS S. et WITTSTOCK V., “Automatic sound field sampling mechanisms to disseminate the unit watt in airborne sound”, Proceedings of the INTER-NOISE 2016, 45th International Congress and Exposition on Noise Control Engineering,  Towards a Quieter Future, Hambourg, Allemagne, 21 – 24 août 2016, 6757-6761.

BREZAS S. , CELLARD P. , ANDERSSON H. , GUGLIELMONE C. et KIRBAS C., “Dissemination of the unit Watt in airborne sound: aerodynamic reference sound sources as transfer standards”,In: Proceedings of the INTER-NOISE 2016, 45th International Congress and Exposition on Noise Control Engineering,  Towards a Quieter Future, Hambourg, Allemagne, 21 – 24 août 2016,  6762-6770.

Laboratoires nationaux de métrologie :

• PTB (DE),
• INRIM (IT),
• SP (SE),
• TUBITAK (TK)

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L’impact acoustique des activités humaines courantes, tel que le transport, routier commence à être examiné sérieusement dans la gamme de fréquence des infrasons. Sur le plan physiologique, en dessous de 20 Hz, la sensibilité de l’oreille humaine décroît très rapidement à mesure que la fréquence diminue. Pour autant, il est avéré que l’oreille humaine est capable de percevoir les sons dès quelques Hz, si tant est que leur intensité soit suffisamment élevée. Bien qu’il n’y ait pas encore de preuves tangibles d’effets physiologiques ou psychologiques des infrasons, plusieurs troubles comme la fatigue, des symptômes dépressifs ou anxieux, de l’irritabilité, des maux de tête, des troubles de la vigilance ou de l’équilibre et des nausées ont été décrits. Certaines de ces réactions pourraient être dues à la mise en vibration de l’oreille interne mais aussi de certains organes digestifs, cardio-vasculaires, respiratoires ou bien des globes oculaires.

Le besoin métrologique dans ce domaine commence à être considéré sérieusement par les instances nationales et internationales. La mise en place d'un groupe de travail au sein du S30J de l'Afnor en 2009 ainsi que l'organisation d'une comparaison clé sur ce domaine par le BIPM (CCAUV-A-K2 publié en 2009) confirment l’importance croissante des infrasons. Néanmoins, malgré ces études des avancés aussi bien technique que théorique sont encore nécessaires pour arriver à une fiabilité des mesures acoustiques dans le domaine des infrasons.

Le LNE a entrepris la réalisation d’un pistonphone laser. Ce type d’instrument permet, en mesurant le mouvement d’un piston dans une cavité au moyen d’un laser, de déterminer la pression en connaissant simplement l’impédance acoustique de cette cavité. L’intérêt sera d’obtenir des niveaux plus élevés que par la méthode de la réciprocité et par conséquent un meilleur rapport signal/bruit. Le système sera basé sur le principe développé par le département métrologie des pressions statiques du LNE pour la réalisation du fluxmètre gazeux de référence.

• Meilleure fiabilité des mesures acoustiques dans le domaine des infrasons
• Ce projet permettra en particulier d’apporter la traçabilité nécessaire au raccordement des microbaromètres de la série MB2000 développés par le CEA et reconnus par la communauté scientifique pour leur robustesse et leur fiabilité

• CEA DAM,
• Université du Maine