Association Les Amis de la Mesure
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La mesure en continu des polluants atmosphériques

Daniel DUVOID
Ingénieur divisionnaire de l'industrie et des mines en détachement

Les appareils de mesure des polluants atmosphériques n'appartiennent pas aux catégories visées par le décret du 3 mai 2001 relatif au contrôle des instruments de mesure et ne relèvent donc pas du champ de la métrologie légale (hormis pour les gaz de moteurs automobiles).

Toutefois, des procédures d'évaluation, de qualification ou de certification sont mises en oe'uvre dans la plupart des pays industrialisés. Car, le contrôle de la pollution atmosphérique exige des appareils de mesure en continu donnant des valeurs ne pouvant pas être contestées par les parties en présence : responsables de l'émission des gaz polluants, administration, société civile (associations). Le passage en certification est d'ailleurs souvent rendu obligatoire par le pays qui importe des appareils de cette catégorie, par exemple aux États-Unis.

Par leur diversité d'approches, ces procédures ne facilitent pas les échanges commerciaux ou les partenariats entre les pays, et augmente le coût global des appareils pour le fabricant.

Quelle est la situation actuelle en France ? Quels sont les travaux en cours au plan européen ? Dans quel sens pourrait-on aller pour une évolution positive sur ce secteur de la métrologie ?

Une instrumentation française très présente sur le marché mondial

Avec l'élaboration des réglementations relatives au contrôle de la pollution atmosphérique, dès le début des années soixante-dix, le Ministère chargé de l'Environnement a affiché une volonté politique forte de voir se développer une industrie capable de répondre aux besoins nationaux en appareils de mesure en continu.

Parce que des hommes comme Jean Claude Oppeneau(1) ont cru en cette politique, parce qu'ils y ont engagé leur intelligence et leur énergie, et aussi parce que quelques chefs d'entreprise ont pris le risque d'un pari difficile, la France occupe désormais, en ce domaine, un rang quasi équivalent à celui des États-Unis au niveau mondial.

Il faut se souvenir qu'à l'époque du début de la politique de contrôle de la pollution, nous étions nettement devancés par l'Allemagne, le Japon et surtout, les États-Unis. Aujourd'hui, les deux principaux fabricants français couvrent toute la gamme des appareils (voir encart sur les polluants mesurés) aussi bien à l'émission que dans l'air ambiant et réalisent jusqu'à 70 % de leur chiffre d'affaires à l'export. Ces industriels sont ainsi directement confrontés aux exigences normatives et réglementaires des marchés étrangers.

Un système de certification français à consolider

Concernant les mesures à l'émission, un système de « qualification de type » a été mis en place vers la fin des années soixante-dix pour les appareils de mesure des poussières dans les cheminées.

La mesure de la concentration de poussières circulant dans un conduit est particulièrement difficile. D'autre part, la pollution par les poussières représentait un enjeu important pour la qualité de l'air.

Cela a justifié une stratégie de qualification pour garantir la validité des données de mesure et permettre ainsi la réussite d'une politique de réduction de cette pollution sur l'ensemble des grosses installations classées pour la protection de l'environnement (ICPE) au titre des émissions particulaires.

Ce système de qualification a servi de référence pour les poussières pendant près de 25 ans, mais n'a pas été étendu à d'autres polluants gazeux à l'émission sur les cheminées.

Concernant les mesures dans l'air ambiant, le ministère chargé de l'Environnement préconise que les appareils de mesure en continu des poussières ou des gaz soient soumis à une « évaluation ». Cette évaluation, pratiquée par l'Institut national de l'environnement industriel et des risques (Ineris), n'est pas reconnue à l'étranger, mais un groupe de travail « NF Environnement » prépare une certification NF, ce qui pourrait donner à la France plus de poids dans les discussions internationales.

Sur l'Europe, ça bouge, mais il y a encore fort à faire

Le groupe de travail « CEN TC264/GT22 » est chargé par le Comité européen de normalisation (CEN) d'élaborer une certification européenne qui porterait aussi bien sur les appareils à l'émission que dans l'air ambiant. Mais, on sait que les approches des principaux partenaires (Grande-Bretagne, Allemagne et France) sont notablement différentes. L'échéance prévue pour 2006 sera-t-elle tenue ?

Des pistes et des objectifs pour une certification utile à l'environnement

La certification des appareils de mesure en continu des polluants atmosphériques nous paraît devoir répondre à 3 enjeux :

Garantir la qualité des mesures

Les données sur la pollution de l'air s'inscrivent à la fois dans un cadre réglementaire et dans un contexte de « garantie publique » plus large.

La réglementation relative aux ICPE impose des mesures à l'émission et les valeurs obtenues sont rapportées aux exigences prévues dans les arrêtés d'autorisation. Des évolutions sont d'ailleurs attendues avec le projet de norme prEN 14181 qui définit les procédures de contrôle, par des laboratoires accrédités, des appareils de mesure en continu sur les IPCE.

Sur un autre plan, les données de surveillance de la qualité de l'air sont garantes des conséquences pour la santé des populations. Une certification des appareils fournisseurs de telles données paraît donc aller de soi.

Permettre le développement des techniques

Pour disposer de données de mesure de qualité, il faut savoir favoriser le progrès des techniques de mesure.

C'est particulièrement vrai sur le domaine étudié ici : faibles teneurs à mesurer, interférences des différents composés présents dans une atmosphère polluée, représentativité des échantillons mesurés etc.

Autant de contraintes qui obligent à faire appel aux dernières technologies disponibles. Ce n'est pas un hasard si les constructeurs consacrent entre 10 et 12 % du montant de leur chiffre d'affaires à l'effort de recherche. La métrologie de l'environnement est une filière jeune, elle continue d'évoluer rapidement. Aussi, une des qualités majeure d'un système de certification est de permettre une évolution des modèles d'appareil avec un coût global de révision des certificats, non dissuasif. La certification des moyens d'essais du fabricant et de son système de management de la qualité peut constituer une alternative. Inciter ainsi le constructeur à mieux gérer la traçabilité de ses équipements d'étalonnage ou matériaux de référence ne peut qu'élever la qualité de sa production.

Faciliter les partenariats industriels

La situation de notre industrie est très tournée vers l'exportation.

Cela doit nous inciter à participer activement à la construction d'un système de certification harmonisé, au moins à l'échelle européenne, mais également dans une vision plus mondiale du marché. Certes, il faudra accepter d'infléchir nos positions actuelles et nos systèmes établis, mais surtout, il faudra écouter et tenir compte de l'expérience des industriels français, car ils connaissent bien les systèmes étrangers dont les exigences font partie de leur quotidien.

Laissons le mot de la fin à Jean-Claude Oppeneau(*), un homme dont les convictions et l'optimisme ont très souvent forcé la réussite dans l'issue de dossiers difficiles, ce qui ne saurait faire de mal sur notre sujet ?

« Je crois en l'importance de la métrologie de l'environnement. Elle est porteuse d'équité entre les acteurs, qu'ils appartiennent au secteur économique ou à la société civile. Elle est l'outil essentiel d'une politique de gestion concertée de nos ressources naturelles. Dans ce contexte, je n'ai aucun doute de l'intérêt de certifier les appareils de mesure en continu de la pollution atmosphérique. Mais pas à n'importe quel prix.

L'instrumentation française en ce domaine est dynamique, allons avec elle, suivons sa dynamique pour une certification européenne qui soit à l'écoute du reste du monde.

Trois mots pour guider la réflexion : Pragmatisme, souplesse et confiance

  • Pragmatisme et simplicité : Réutilisons ce qui marche dans les systèmes étrangers;
  • Souplesse : En rester à l'essentiel dans la chaîne de mesurage pour faciliter les évolutions;
  • Confiance : S'appuyer directement sur les essais du constructeur dans un processus de certification prenant en compte les dispositions d'assurance de la qualité.

Trois mots importants dans toute entreprise humaine, trois mots qui m'ont paru appropriés lorsqu'on réfléchit à un système de certification utile à l'environnement, donc à nous tous ».

Les polluants mesurés en continu

La mesure des polluants atmosphériques en continu fait appel à deux grandes catégories d'appareils :

  • Les appareils de mesure dits « à l'émission » qui sont destinés à mesurer les concentrations de gaz ou de poussières dans les cheminées des installations industrielles. Les gammes de concentration sont de l'ordre de 1 mg/m3 à plus de 1 000 mg/m3 pour les poussières et jusqu'à 10 000 ppm (partie par million) pour les Composés Organiques Volatils par exemple. Autre particularité : les conditions de circulation des gaz dans un conduit ont une grande influence sur le résultat, si bien que le choix de la section de mesure et la chaîne de prélèvement ont autant d'importance que la chaîne de mesurage proprement dite (cela explique sans doute la logique américaine de certification sur site).Les paramètres mesurés à l'émission sont principalement les poussières (ou particules en suspension), les Oxydes d'Azote (NOx), le CO, le CO2, le SO2, les Composés Organiques Volatils (COV), HCL, Hg etc.
  • Les appareils de mesure dits « dans l'air ambiant » sont, quant à eux, destinés à mesurer les teneurs de polluants présents dans l'air que nous respirons à l'extérieur des habitations ou des locaux industriels. Les gammes de concentration à mesurer sont de l'ordre de quelques µg/m3 à quelques centaines de µg/m3.

Ces faibles concentrations ont demandé l'adaptation à la mesure en continu sur le site, de méthodes de mesure relevant jusque-là du laboratoire.

On retrouve, pour l'air ambiant, les mêmes paramètres qu'à l'émission, avec en plus quelques gaz qui nécessitent une surveillance particulière tels que l'ozone ; ce gaz n'est pas émis par une source spécifique de pollution, mais il est le produit de réactions ayant lieu entre divers polluants dans l'atmosphère, réactions activées par le rayonnement solaire.

Les principes de mesure sont globalement les mêmes que ceux employés pour les mesures à l'émission. Comme à l'émission, 'on doit maîtriser les conséquences des facteurs d'influence (température, gaz interférents etc.) mais les interférences ont souvent plus de poids dans l'incertitude liée au résultat en raison des faibles concentrations du polluant à mesurer.

Le modèle américain

Aux États-Unis, la certification des appareils de mesure de la pollution est mise en oeuvre par 'l'Environmental Protection Agency (EPA). La certification y étant obligatoire, les fabricants français doivent donc s'y soumettre pour vendre sur ce marché et sur tous ceux qui exigent la certification EPA (notamment Mexique, Brésil, Moyen-Orient, Chine et Asie du Sud Est).

Pour l'air ambiant, le processus est celui de la certification de type. Les essais de certification sont réalisés par un organisme agréé par l'EPA. Ils peuvent être aussi réalisés par le constructeur de l'appareil à condition qu'il utilise des équipements d'essai et des méthodes reconnus par l'EPA.

Un constructeur français a opté pour cette solution qui s'avère moins chère et plus enrichissante au plan technique que de faire réaliser l'opération aux États-Unis par un organisme agréé.

Pour l'émission dans l'industrie, le processus américain apparaît assez lourd. C'est en effet chaque installation et chaque ligne de prélèvement et de mesure qui doivent être validées obligatoirement sur le site par un laboratoire agréé. Le coût de la certification est donc élevé. Il représente environ le tiers du coût total de chaque installation de mesure.

Relevons, pour terminer sur les méthodes américaines, une observation sur les processus d'essais : Il s'agit de la méthode dite du « seven days drift test ». On introduit en tête du prélèvement de l'appareil le ou les gaz étalons, une fois par jour, pendant 7 jours. L'appareil ne doit pas au cours de cette période s'écarter de plus de 2,5 % des valeurs de référence dans les conditions normales de fonctionnement sur le site, c'est-à-dire tous facteurs d'influence confondus. Protocole simple et efficace, à l'image du pragmatisme américain bien connu !


Note :

  • Jean Claude Oppeneau : Directeur Adjoint Action Internationale à l'ADEME. Directeur des programmes de recherche au Ministère de l'Environnement de 1973 à 1993 et Conseiller Technique du Ministre (1981-1986 et 1988-1992).