Évaluation des contributions des différentes sources aux teneurs en Composés Organiques Volatils en atmosphère urbaine par l’utilisation de deux modèles sources-récepteur (PMF et CMB)

L’application de modèles sources-récepteur aux mesures de composés organiques volatils est présentée au travers de deux cas d’études dans différents sites urbains français.

Le premier cas est une étude réalisée dans le cadre du Laboratoire Central de Surveillance de la Qualité de l’Air (LCSQA). Elle concerne l’analyse de données de mesures horaires de COV réalisées par les Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l’Air (AASQA) de février 2002 à décembre 2003 pour trois sites urbains français (Stras bourg, Marseille, Grenoble). Deux modèles sources-récepteur ont été mis en œuvre sur ce jeu de données.

Le modèle Positive Matrix Factorization (PMF) a permis de distinguer cinq facteurs communs aux trois sites qui ont pu être associés à des profils de sources connues : « échappement automobile », « évaporation essence », « fuites de gaz » et « biogénique » et « chauffage domestique ». La comparaison des contributions de sources modélisées par le PMF et le modèle chemical mass balance (le CMB) a montré une certaine cohérence notamment avec une contribution majoritaire attribuée à la source « échappement automobile » pour les trois sites. Toutefois, le CMB se limite à déterminer la contribution des profils de sources qui ont été au préalable donnés en entrée de modèle. Dans l’approche PMF, le nombre de sources est ajusté, ce qui a ainsi permis de discerner des profils de source supplémentaires et notamment l’apport de sources lointaines. Cela conduit à une surestimation de la source « échappement automobile » de 10 à 20 % suivant les sites lors de l’utilisation du modèle CMB.

Pour le deuxième cas d’étude, le modèle sources-récepteur PMF, a été appliqué sur un jeu de données composé de la mesure horaire (soit 453 échantillons) en mai-juin 2007 à Paris de 21 COV comprenant des alcanes, des alcènes, des composés aromatiques, des composés oxygénés (acétone et méthanol) et azotés (acétonitrile). Ce modèle a permis d’extraire sept facteurs à l’origine des concentrations en COV, suggérant l’influence des sources suivantes : « échappements automobiles », « évaporation des essences », « industries lointaines », « fuite de gaz naturel », « source locale », « biogénique » et « combustion de bois ». La mesure des COV fonctionnalisés, tels que les composés oxygénés a permis de pointer l’influence d’une source additionnelle importante.

La détermination de la contribution des facteurs modélisés a montré la contribution majoritaire des sources de COV liées aux activités de trafic (39 %), ainsi que la contribution d’une source identifiée comme « industries lointaines » (35 %). En outre, l’étude des variations journalières de la contribution des sources a mis en évidence la forte dépendance de l’origine des masses d’air, dans la contribution de la source « industries lointaines ».

Les sources identifiées et leurs contributions « locales/ régionales » ont été comparées aux données de l’inventaire local d’émissions (AIRPARIF, 2009) et des différences significatives entre les résultats des deux approches ont été trouvées notamment concernant le secteur « usage de solvants » fortement surestimé par l’inventaire.

Ce dernier résultat met donc en évidence l’importance de l’utilisation d’outils tels que les modèles sources-récepteur associés à des observations dans l’évaluation de la qualité de l’air, outils d’évaluation totalement indépendants et complémentaires des données d’inventaire.