Améliorer la détection des particules et autres polluants gazeux industriels par télédétection optique

Environnement

Programme PRSE 2 : Plan Régional Santé Environnement 2 - 2009-2014
• Objectif Action 6 : Réduire l'exposition à la pollution aux particules

Les émissions diffuses de gaz et particules, c'est à dire de polluants émis sans contrôle par certains sites industriels, constituent un problème environnemental important. Les méthodes de télédétection dans le domaine optique (visible, proche infrarouge et infrarouge thermique) peuvent être utilisées pour la détection et le suivi de ces émissions. En particulier la mesure par spectrométrie infrarouge par transformation de Fourier (FTIR) devrait permettre, à partir d’instruments légers et portables embarqués sur véhicule mobile, la restitution précise en quelques minutes du champ tridimensionnel de certains polluants émis au voisinage des sites.
Il serait ainsi possible d’obtenir une série temporelle de champs de polluants sur un site donné, et d’en déduire l’ensemble des émissions du site.
Le potentiel des techniques de mesures par spectrométrie infrarouge à transformation de Fourier pour la détection de certains polluants industriels (par exemple HCl, certains COVs …) est déjà démontré, et des études en cours mettent en oeuvre ces techniques, par exemple pour des applications dans l’industrie chimique et pharmaceutique. Mais certains verrous scientifiques et techniques restent à lever, ce qu’il est proposé de faire dans le présent projet.
Le projet servira à définir et à mettre en place l’interface indispensable entre les spécialistes de la mesure, ceux de la modélisation de la diffusion et de la transformation chimique des polluants et les autorités de contrôle de la qualité de l’air.
L’étude proposée s’inscrit dans une dynamique scientifique très riche. Elle se place, notamment, dans la continuité du programme FORMES (Primequal, LCP-LGGE) dont les résultats ont mis en évidence l’impact très important en termes de nombre de particules submicroniques du pole industriel de Fos/Berre sur la qualité de l’air marseillaise. Cette proposition pourra également s’appuyer sur des programmes de recherche tels que APICE (soumis au programme MED) visant à étudier l’impact des activités portuaires, au sens large de terme, sur la qualité de l’air des grands ports méditerranéens (Marseille, Barcelone, Gènes, Venise, Thessalonique) ou ChArMEx, composante atmosphérique du chantier méditerranéen, dont une des principales actions vise à caractériser les sources des particules en milieu méditerranéen.

* Objectifs PRSE 2
- Action 6 Réduire l'exposition à la pollution aux particules
- Sous-action 6.3 Améliorer les connaissances sur l’exposition aux particules en vue de cibler les actions à mener en intégrant les diversités des territoires
- Mesure 6.3.1 : Actions de recherche
- Projet 6.3.1.3 : Améliorer la détection des particules et autres polluants gazeux industriels par télédétection optique

* Objectifs généraux
- Permettre la détection et le suivi de polluants émis de façon diffuse
- Proposer un mode opératoire pour une utilisation opérationnelle de ce type de mesure

* Objectifs opérationnels
- Mettre en oeuvre la télédétection des émissions diffuses industrielles par spectrométrie infrarouge à transformation de Fourier
- Valider expérimentalement le potentiel et la performance de cette approche pour fournir des estimations fiables d’émissions
- Réaliser un démonstrateur sur un site industriel

- Validation des champs 3D pour les espèces d’intérêts pour la qualité de l’air, communes aux approches 3D et aux mesures au sol
- Etablissement d’empreintes chimiques caractéristiques de ce type de pollution pouvant être déconvoluées par la suite en sites émetteurs/récepteurs
- Quantification de l’impact de ces sources sur les niveaux de concentration de particules et plus largement sur la qualité de l’air rencontré dans des environnements très urbanisés tels que Marseille, Martigues ou autres agglomérations directement sous l’influence des émissions industrielles
- Analyse approfondie de la capacité et des seuils de détection des polluants d’intérêt, dans le cadre de la détection d’émissions diffuses industrielles
- Optimisation du mode opératoire de mesure, afin d’exploiter au mieux la configuration des sites (exploitation des contrastes thermiques et des sources chaudes par exemple), et afin
d’obtenir une restitution fine des structures spatiales 3D des polluants atmosphériques au voisinage immédiat des sources d’émission
- Optimisation de la méthode d’inversion tomographique des champs de polluants, en intégrant dans la méthode une simulation fine de la spectroscopie et du transfert radiatif des espèces mesurées, et en utilisant toute l’information disponible a priori de manière indépendante (par exemple à partir de modélisation) sur l’état thermodynamique et chimique de la zone de mesure
- Validation des mesures obtenues par télédétection, se basant sur des mesures chimiques in situ simultanées
- Analyse et définition d’un produit exploitable issu de ces mesures, adapté à la problématique spécifique des émissions diffuses industrielles
Parmi les espèces dont il serait envisageable de réaliser la télédétection par FTIR, on peut citer les espèces suivantes : NH3, CH3OH, HCOOH, H2CO, acétone, PAN, moyennant une étude détaillée indispensable des seuils de détection et de la géométrie d’observation des sites.
La capacité de ces techniques à détecter d’autres espèces polluantes, par exemple d’autres COVs ou certains HAPs, est également à l’étude. La télédétection par spectrométrie infrarouge étant limitée à la détection de polluants gazeux uniquement, des méthodes de télédétection complémentaires, à partir de photomètres solaires ou par mesure lidar, seront examinées pour la détection des polluants particulaires (PM2.5 et PM10).
Il s’agira également d’étudier, par les moyens instrumentaux de haute technologie embarqués à bord de la plateforme MASSALYA (Université de Provence), les caractéristiques physico chimiques des particules (distribution granulométrique et composition chimique sur des pas de temps de quelques minutes) et des composés organiques volatils précurseurs.

Atmo PACA, Airfobep, Réseau de surveillance de la qualité de l’air, Collectivités locales, LPMAA, LCP, URML PACA

Suivie

Autre

Etude et recherche, Actions liées à la réglementation

* Indicateurs qualitatifs
- Atteinte des objectifs
- Réalisation des productions attendues

Départemental, Territorial

Berre-l'Étang, Fos-sur-Mer, Gardanne, Marseille

Bouches-du-Rhône

Aix-en-Provence, Marseille, Martigues, Salon-de-Provence

ENVIRONNEMENT - Plan national santé-environnement 2 (2009-2013)

Richard BRU richard.bru@noveltis.fr