Campagne d’observations longue (LOP)

Comme indiqué dans le chapitre 1, la zone d’étude choisie concerne la communauté de Dunkerque, dont le grand port maritime regroupe de nombreuses installations industrielles, notamment sidérurgiques et pétrochimiques, ainsi que la première plateforme énergétique du Nord-Pas de Calais. La combinaison des émissions des différentes sources industrielles et des sources urbaines conduit régulièrement à des problèmes de pollution atmosphérique sur Dunkerque. Par exemple, en 2014, 17 épisodes de pollution due aux particules PM10 ont été observés dans le Nord-Pas de Calais (15 régionalement et 2 sur le territoire de la communauté urbaine de Dunkerque) (AtmoNPdC 2015).

Le site de mesure sélectionné (Port-Est) (51°3,12’ N ; 2°21,24’ E ; 6,6 m) a été décrit dans le chapitre 1. Tous les outils analytiques sont présentés dans le Tableau 2-9 avec leur résolution temporelle, les espèces ou paramètres mesurés, et les limites de détection pour les mesures chimiques (la précision pour les mesures physiques).

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Tableau 2-9 : Instrumentation déployée dans le cadre de la campagne longue

a

(Ng et al. 2011b) b calculé pour un temps d’intégration 5 min et un débit de 5 litres par minute

(A) La station principale est une pièce climatisée avec une température constante maintenue à 20°C. L’ACSM y a été déployé afin de mesurer les concentrations en aérosols submicroniques non réfractaires avec une résolution temporelle d’environ 30 min. Les limites de détection sont de l’ordre de quelques dizaines à quelques centaines de ng m^-3. Les aérosols ambiants ont été prélevés par un cyclone PM2,5 (URG-2000-30EQ) avec un débit de 3 L min^-1 et sont transportés à l’intérieur de tubes en acier inoxydable jusqu’à l’instrument. Le temps de résidence dans les tubes est d’environ 5 s. L’échantillon d’air atteignant l’ACSM est séché en amont par une membrane Nafion (PD-200T-12 MPS, Perma Pure) afin de maintenir une humidité relative inférieure à 80%, ce qui assure une efficacité de collecte indépendante de ce paramètre (voir section 2.2.1.3). En pratique, l’humidité relative dans la ligne de prélèvement en aval de la membrane Nafion était toujours inférieure à 30%. La perte en particules dans la ligne de prélèvement entre la tête et l’entrée de la membrane Nafion a été calculée en fonction de leur taille en utilisant le module Particle Loss Calculator (PLC) disponible sous Igor (von

Mesures chimiques Instrumentation Paramètre mesuré Fréquence Informations complémentaires Limite de détection

Aérosol ACSM PM₁-NR 30 min Spéciation

chimique (NO3^-, NH₄^-, SO₄^2-, Cl^-, Org) a NO₃^- : 0,012 µg m^-3 NH4⁺ : 0,284 µg m^-3 SO₄^2- : 0,024 µg m^-3 Cl^- : 0,011 µg m^-3 Org : 0,148 µg m^-3 Aéthalomètre Carbone suie

et PM aromatiques (PM₁) 5 min 880 nm (visible), quantitatif pour le carbone suie 370 nm (UV), qualitatif pour les

aromatiques

b 0,09 µg m^-3

Gaz Analyseur CO₂ CO₂ 10 min 0,5 ppmv

Analyseur SO₂ SO₂ 15 min 1,0 µg m^-3 Mesures physiques Instrumentation Paramètre mesuré Fréquence Informations complémentaires Précision (1σ) Paramètres dynamiques et météorologiques Anémomètre ultrasonique Direction (DV) et vitesse (VV) du vent, température, turbulence 15 min Turbulence, stabilité atmosphérique VV : 0,01 m s^-1 DV : 0,4° T : 0,01 K σw : 0,01 m s^-1 Lidar Doppler Direction et

vitesse du vent, profil vertical ~1 s VV: 0,5 m s^-1 DV : 0,1° Station météorologique Humidité relative, ensoleillement, température, pression, précipitation 15 min HR : 1% Ensoleillement : 1 W m^-2 T : 0,1°C Pression : 0,1hPa Précip. : 0,2 mm

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der Weiden et al. 2009), qui montre que plus de 99,6% des particules comprises entre 0.5 et 2.5 µm ont été échantillonnés (Figure 2-26b). Le schéma de la tête de prélèvement et les paramètres entrés dans le module PLC sont présentés en Annexe 2(Figure A2-2 et Tableau A2-2). L'instrument a été décrit en détail dans la section 2.2.2.

(a)

(b)

Figure 2-26 (a) Schéma de l’installation dans le site Port-Est ; (b) Perte en particules due à la ligne de prélèvement de l’ACSM (calculée à l’aide du module PLC (von der Weiden et al. 2009))

Un aéthalomètre (AE42, MAGEE SCI) a également été installé pour la mesure quantitative du carbone suie (λ= 880nm) et qualitative des HAP (λ= 370nm) dans les PM1. Sa résolution temporelle est 5 minutes. L’air ambiant a été prélevé via une tête de prélèvement PM1 (modèle SCC-1.197, BGI Inc.) fonctionnant à un débit d’échantillonnage de 5 L min^-1 assuré par l’instrument. La limite de détection de 0,09 µg m^-3 a été calculée comme étant 3

ACSM Analyseur CO2 Aéthalomètre Cyclone PM 2,5 3 L min-1 Tête PM1 5 L min-1 Tête de prélèvement gazeuse Dryer Nafion Analyseur SO2(ATMO)

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fois l’écart-type du bruit électronique dont l’amplitude dépend du temps d’intégration et du débit de prélèvement.

L’analyseur SO2 (Modèle AF21M, Environnement S.A) a une résolution temporelle de 15 minutes et a été calibré une fois par mois par le réseau de surveillance Atmo NPdC en utilisant un étalon SO2 standard (AIR LIQUIDE, 200 ppb). La limite de détection de 0,5 ppmv représente.

Un analyseur de CO2 (VS-3000, HORIBA) a également été déployé afin d’ajuster a posteriori les signaux de l’AMS utilisé dans la campagne intensive à la masse m/z 44 pour tenir compte de la contribution variable (notamment en raison des émissions industrielles proches) du CO2

gazeux à cette masse. L'analyseur de CO2 a été calibré 3 fois au cours de la campagne, au début, pendant et à la fin en utilisant un standard de gaz de CO2 (PRAXAIR, > 99,9%, 997 ppm).

(B) Un anémomètre ultrasonique (uSonic-3 Scientific, METEK, Allemagne) était déployé sur un site proche (distance inférieure à 1 km), d’une part pour la mesure de la vitesse et de la direction du vent, et d’autre part pour la quantification des flux turbulents (voir section 2.3.1 et le Tableau 2-7).

(C) Un LIDAR Doppler (WLS100, LEOSPHERE) et une station météo classique sont localisés au bâtiment MREI 2 (Maison de la Recherche en Environnement Industriel de Dunkerque ; 51°2,14’ N ; 2°22,05’ E). Le LIDAR, outre qu’il peut mesurer la vitesse et la direction du vent ainsi que les turbulences à plus haute résolution temporelle (~1s), a permis le suivi des panaches d’aérosols et des brises pouvant affecter le site. La station météo a enregistré les paramètres tels que la température, l'humidité relative, les précipitations, la pression, le rayonnement solaire avec une résolution de 15 minutes.

Les trois sites de mesures principaux (reportés en Figure 2-27) sont : (A) la station de mesures de Port-Est gérée par Atmo Nord-Pas-de-Calais qui y mesure le SO2 en continu. L’ACSM, l’aéthalomètre et l’analyseur de CO2 sont installés dans la station. (B) l’anémomètre ultrasonique, et (C) la station météo et le Lidar doppler localisé au bâtiment MREI 2 (Maison de la Recherche en Environnement Industriel de Dunkerque ; 51°2,14’ N ; 2°22,05’ E). Les distances inter-sites sont inférieures à 2 km.

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Quatre secteurs sont distingués selon les directions du vent auxquelles le site est soumis : marin (M, 271°-70°), urbain (U, 71°-140°), industriel-urbain (IU, 141°- 225°), et industriel (I, 226° - 270°).

Figure 2-27 (Haut) Localisation des sites : (A) station de Port-Est, site des mesures chimiques ; (B) marégraphe, anémomètre ultrasonique ; (C) Bâtiment MREI, station météo et Lidar Doppler (Bas) M = secteur marin, U = secteur urbain, IU = secteur industriel-urbain, I = secteur industriel)