Les prélèvements d'air

Principe de mesure : Le prélèvement d’échantillons d’air ambiant avec des canisters est une technique utilisée depuis plus de 20 ans. Elle a été principalement développée aux Etats Unis. Le prélèvement est effectué dans une bouteille à dépression de 6 litres surmontée d’une électrovanne programmable qui commande l’ouverture et la fermeture du canister, et d’un système de régulation du débit «veriflow» qui garantit un échantillonnage à débit constant jusqu’à l’obtention d’une pression proche de la pression atmosphérique. Le veriflow permet uniquement le prélèvement sur 24h avec un débit de 3,5 mL/min.

Figure : Schéma de principe du canister

Cet équipement permet de prélever un échantillon complet d’air avec tous ses composants gazeux. C’est la technique d’analyse qui détermine les composés recherchés dans l’échantillon prélevé. Pour les réseaux de la surveillance de qualité de l’air rattachés au Laboratoire Interrégional de Chimie Grand Est, la recherche porte sur les 31 COV précurseurs de l’ozone définis dans l’annexe VI de la directive européenne 2002/3/CE du 12/02/2002 :

Analyse des prélèvements de canisters: l’analyse des COV précurseurs de l’ozone s’effectue par chromatographie en phase gazeuse couplée à un détecteur à ionisation de flamme. La principale difficulté de la mesure de ces composés est liée à leurs faibles concentrations dans l’atmosphère. Il est donc nécessaire de procéder à une pré-concentration de cet échantillon permettant ainsi d’augmenter la quantité de matière à analyser. Le système analytique est donc constitué (Figure 16) :

 d’un désorbeur thermique automatique permettant de prélever un échantillon de l’air présent dans le canister, la pré-concentration des COV, leur désorption et leur injection dans le chromatographe
 d’un chromatographe équipé de deux colonnes capillaires et d’un système de commutation de colonne
 de deux détecteurs à ionisation de flamme (FID)
 d’une ligne de transfert reliant l’unité de désorption thermique au chromatographe

Figure : Schéma de principe de l'analyse d'un canister par FID

Le prélèvement sur un substrat actif

Principe de mesure : Le prélèvement sur cartouches adsorbantes thermodésorbables est mis en oeuvre grâce au préleveur UMEG GPS T15. Il permet de mesurer 11 COV toxiques, dont cinq sont cités dans la liste de l’OMS (1996) et six sont compris dans la liste de la norme TO-14 de l’EPA.

Les cartouches adsorbantes sont constituées d’un tube en verre contenant deux adsorbants séparés par de la laine de quartz, le Carbosieve SIII (qui est un adsorbant hydrophile piégeant les COV les plus volatils de C₂ à C₅) et le Carbotrap B (35 mm) qui est un adsorbant hydrophobe pour les composés plus lourds de C₆ à C₁₂.

Un système de prélèvement automatique de cartouches d’adsorbants a été conçu par l’UMEG (Organisme Allemand pour le contrôle de l’environnement, Karlsruhe). Ce préleveur «UMEG GPS T15» est constitué :

 d'une pompe
 d'un régulateur de débit massique
 d'un clavier de commande
 d'un écran de contrôle
 d'un lecteur de disquette
 d'un chargeur pouvant contenir 15 cartouches (dont le premier emplacement est occupé par un tube vide pour la purge avant chaque prélèvement)

Figure : Préleveur UMEG

Ce préleveur permet donc de programmer le prélèvement d’air ambiant sur quatorze cartouches, soit directement sur le clavier de commande, soit avec une disquette où sont enregistrées les consignes de prélèvement, soit avec le stylo du transpondeur transmettant les consignes de prélèvement directement de l’ordinateur sur le chargeur. Avant chaque prélèvement, il faut renseigner les paramètres communs à tous les tubes: le numéro de la station de mesure, le nombre de mesures c’est à dire le nombre de tubes à prélever (quatorze au maximum) et la tolérance sur le débit (0,010 L/min). Il faut également renseigner, pour chaque cartouche, le numéro d’identification (numéro de la cartouche), le départ (date et heure du début de prélèvement), le débit (67 L/min) et le volume total à prélever (4 L). Cette division du prélèvement en plusieurs fractions permet une étude de l’évolution des concentrations en COV au cours de la journée ce qui n’est pas possible avec les autres préleveurs qui donnent des résultats moyennés sur des temps plus importants (la journée pour les canisters et la semaine pour les tubes passifs). Dès la fin des prélèvements, les cartouches sont retirées du chargeur, fermées hermétiquement avec des bouchons Swagelok et placées au réfrigérateur (4°C) jusqu'à leur analyse.

Analyse des prélèvements des cartouches UMEG: L’analyse des COV s’effectue par chromatographie en phase gazeuse couplée à un détecteur à ionisation de flamme et un spectromètre de masse. Cette technique d’analyse repose sur les mêmes principes que l’analyse des COV précurseurs de l’ozone (désorption / pré-concentration / séparation / identification et quantification). Pour les réseaux francs-comtois, c'est le Laboratoire Interrégional de Chimie Grand Est qui se charge de cette opération.

Les prélèvements de poussières et de gaz

Les techniques de référence pour l'analyse des métaux lourds, des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques ou bien encore des pesticides dans l'air ambiant sur des appareils capables d'effectuer des prélèvements des poussières et gaz de l'air. Dans les réseaux francs-comtois, les prélèvements sont effectués sur des Partisols «speciation». Le Partisol speciation fonctionne avec des impacteurs PM₁₀ (permettant de ne conserver que les particules de taille inférieure à 10 µm de diamètre) et fonctionne avec un débit de 10 L/min ou 16,7 L/min (soit 1 m³/h). Le Partisol spéciation permet le prélèvement en parallèle de plusieurs échantillons d'air. Selon les polluants observés, les techniques d'analyse des échantillons sont adaptées pour permettre la meilleure détection des composés avec des incertitudes minimales.

Figure : Préleveur Partisol spéciation utilisé en campagne de mesure des pesticides

Figure : Préleveur Partisol spéciation utilisé en campagne de mesure des métaux lourds

Figure : Vue du système de prélèvement du préleveur Partisol Spéciation