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Caractérisation chimique et minéralogique de la pollution atmosphérique particulaire dans le milieu urbain de l'agglomération lyonnaise

Février 2000 RP 50041-FR

Réùigi sous la rcsponsabiliti (le A. Séron et N. Guigues Avec fa collaboration de Ph. Négrel et A. Besse

Février 2000 50041-FR

Caractérisation de la pollution atmosphérique de f'agglomération lyonnaise

Mots clés : pollution particulaire, impacteur, Lyon, aérosol, PM10

En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :

Séron A., Guigues N., Négrel Ph., Besse A. (2000) - Caractérisation chimique et minéralogique de la pollution atmosphérique particulaire dans le milieu urbain de l'agglomération lyonnaise. Rap BRGM RP 50041-FR, 110 p., 13 tig., 9 tabi.

@ BRGM. 2000, ce docurnenl ne peut étre repraduil R, 1olzIilC ou en p a i e sans I?wlo&ation expresse du BRGM.

2 Rapport BRGMiRP 50041-FR

Sommaire

Liste des figures ............................................................................................................... 5

Liste des tableaux ............................................................................................................ 6

Liste des clichés ............................................................................................................... 7

Liste des annexes ............................................................................................................. 8

Préambule ....................................................................................................................... 9

introduction .................................................................................................................. 11

1 . Moyens et méthodes de prélèvement des poussières .................................................. 12

1.1 Matériel utilisé pour le prélèvement des poussières en milieu

urbain ................................................................................................................... 12

1.2 Prélèvements réalisés sur le site Orléanais 14

1.3 Méthodologie de mise en service et arrêt des impacteurs sur les sites de . . prelevement ................................................................................................................... 15

1.4 Stratégie de prelèvement .............................. 15

1.5 calibration des impacteurs ........................................................................................... 16

1.6 Prélèvements AU-DESSUS du batiment du Service Géologique Régional

du BRGM ..................... ... ....................................................................................... 17

1.7 Prélèvements AU-DESSUS des batiments de la cite administrative ............................. 17

2 . Résultats expérimentaux ............................................................................................ 19

. . 2.1 donnees issues des prelevements ................................................................................. 19

Rapport BRGM /RP 50041-FR 3

Caraci6nsafion de la pollution afmosph6rique de l'agglorn6rafion lyonnaise

. . . . 2.1.1 Conditions de prelevement ........................................................... 19 2.1.2 Résultats des prélèvements ................................................................ 20

. . . . . 2.2 Caractensation des poussieres ..................................................................................... 21

2.2.1 Caractérisation par Microscopie Electronique à Balayage .................. 21 a) Méthode ...................................................................................... 21 b) Caractérisation des échantillons .................................................. 21 . . . .

2.2.2 Caractérisation chimique ................................................................... 32 a) Mesure de la teneur en carbone ................................................... 32 b) Analyses chimiques des cations métalliques ................................ 33

2.2.3 Caractérisation minéralogique ........................................................... 44 a) Méthode .................................................................................... 44 b) Caractérisation des échantillons .................................................. 44

2.2.4 Caractérisation par spectroscopie infrarouge ...................................... 44 a) Méthode ...................................................................................... 45 b) Caractérisation des échantillons .................................................. 45

2.2.5 Caractérisation granulométrique et texturale ...................................... 49 a) Protocole de récupération des poussières déposées sur filtres, pour une caractérisation granulométrique ............................. 49 b) Méthode de caractérisation granulométrique ............................... 50 c) Caractérisation granulométrique .................................................. 51

....................................................................................................................... Conclusion 53

Bibliographie .................................................................................................................. 55

Rapport BRGM/RP 50041-FR

Caractérisation de la pollution atmosphérfque de I'agglomération lyonnaise

Liste des figures

............ Figure 1 : Représentation de I'impacteur et de son principe de fonctionnement 13 ....... Figure 2 : Localisation des points de prélèvement dans l'agglomération lyonnaise 18

Figure 3a : Histogrammes de distribution des concentrations dans I'air de Ca, Mg. Be. Sr. Rb. Fe et Ti .................................................................................................... 36

....................... Figure 3b : Histogrammes de distribution des concentrations dans l'air 37 de Cu. Zn, V. Ni. Cr. W. Pb et Sb ................................................................................ 37

............... Figure 4a : Corrélation entre les teneurs en calcium et magnésium dans l'air 38 .................... Figure 4b : Corrélation entre les teneurs en calcium et Baryum dans l'air 38

Figure 4c : Corrélation entre les teneurs en zinc et plomb dans l'air ............................ 38 Figure 4d : Corrélation entre les teneurs en fer et zinc dans l'air .................................. 38 Figure 5a : Histogrammes de distribution des concentrations dans les poussières de Ca,

Mg. Be. Sr. Rb. Fe et Ti ....................................................................................... 40 Figure 5b : Histogrammes de distribution des concentrations dans les poussières de Cu.

Zn. V. Ni. Cr. W. Pb et Sb ................................................................................... 41 Figure 6a : Corrélation entre les teneurs en calcium et magnésium dans les poussières 42 Figure 6b : Corrélation entre les teneurs en cdcium et baryum dans les poussières ...... 42 Figure 6c : Corrélation entre les teneurs en strontium et mbidium dans les poussières . 42 Figure 6d : Corrélation entre les teneurs en vanadium et strontium dans les poussières42

................. Figure 7 : Proportions relatives des cations métalliques dans les poussières 43 ............... Figure 8 : Signatures IR du filtre vierge (A) et avec poussières (préf . 8) (B) 46

... Figure 9 : Spectre IR de l'échantillon 7. après soustraction du signal du filtre vierge 47 Figure 10 : Spectre IR de I'échantillon 8. après soustraction du signal du filtre vierge . 47 Figure 11 : Spectre IR de I'échantillon 11. après soustraction du signal du filtre vierge .

............................................................................................................................ 48 Figure 12 : Spectre IR de I'échantillon 12. après soustraction du signal du filtre vierge .

............................................................................................................................ 48 Figure 13 : principe de l'extraction par contre-filtration sous pression ......................... 49

Rapport BRGM /RP 50041-FR

Caracténsaiion de la pollution atmosphérique de i'agglom6ration lyonnaise

Liste des tableaux

Tableau 1 : conditions relatives aux prélèvements ....................................................... 19

Tableau 3 : Teneur en carbone et composés organiques dans les poussières ................. 32

Tableau 4 : Analyse semi-quantitative du filtre relatif au prélèvement 3 et d'un filtre vierge .................................................................................................................. 33

Tableau 5 : Concentration en cations métalliques dans l'air ....................................... 34

Tableau 6 : Quantités moyennes en cations métalliques. dans 1 et 20 m3 d'air , ............ 39

Tableau 7 : Concentration en cations métalliques dans les poussières .......................... 39

Tableau 8 : Rendements d'extraction par contre-filtration ........................................... 50

Tableau 9 : Caractéristique granulométriques de quelques prélèvements ..................... 51


Caractérisation de la pollution atmosphérique de I'agglomération lyonnaise

Liste des clichés

. . Cliché 1 : Filtre en silice. vierge .................................................................................. 23

Cliché 2 :Vue générale d'un filtre après prélèvement (Prélèvement 7) ......................... 24

Cliché 3 : Vue générale d'un filtre après prélèvement (Prélèvement 8) ........................ 24

Cliché 4 : Vue générale d'un filtre après prélèvement (Prélèvement 11) ...................... 25

Cliché 5 : Vue générale du filtre après prélèvement (Prélèvement 12) ......................... 25

Cliché 6 : Morphologies caractéristiques de particules de nature organique (Prélèvement 11) ...................................................................................................................... 26

Cliché 7 : Vue de 2 particules organiques d'origine animale ou végétale (Prélèvement 7) ............................................................................................................................ 26

Cliché 8 : Vue d'une particule organique d'origine animale ou végétale (Prélèvement 7) ............................................................................................................................ 27

Cliché 9 : Aspect caractéristique d'une particule de gypse (Prélèvement 7) ................. 27

.......... Cliché 10 : Différentes morphologies des particules de gypse (Prélèvement 11) 28

Cliché 11 : Particule très bien cristallisée de gypse (Prélèvement 12) .......................... 28

Cliché 12 : Illustration de petites particules riches en éléments lourds (Prélèvement 11) . ........................................................................................................................ 29

Cliché 13 : Illustration. par la technique des électrons secondaires. des petites particules riches en éléments les plus lourds (Prélèvement 12) ............................................ 29

Cliché 14 : Visualisation. par la technique des électrons rétrodiffisés. sur la même plage que celle du cliché 13. de particules riches en éléments les plus lourds . . (Prelevement 12) ................................................................................................. 30

Cliché 15 : Morphologie caractéristique d'une particule riche en fer (Prélèvement 7) .. 30

Cliché 16 : Particule sphérique riche en fer (Prélèvement 8) ........................................ 31

Rapporf BRGM Rf 50041-FR

Caractérisation de la pollution atmosphérique de l'agglomération lyonnaise

Liste des annexes

ANNEXE 1

Données relatives

ANNEXE 2

. ,. a 1 etalonnage des impacteurs ..................................................... 56

. . Conditions relatives aux prélèvements ........................................................................ 63

ANNEXE 3

Microscopie électronique à balayage

Résultats des analyses par EDS ................................................................................... 73

ANNEXE 4 . , Données de la mineralogie .......................................................................................... 83

ANNEXE 5 , . Courbes granulometnques ........................................................................................... 84

Rapport B R G W 50041-FR

Caracf6risation de la pollution atmosphtSnque de l'agglomération lyonnaise

Préambule

Dans l'atmosphère, l'aérosol recouvre l'ensemble des particules en suspension dans I'air. II est généralement admis une coupure à 2 pm entre les particules fines (< 2pm) et les particules grossières (> 2 Mm). En milieu urbain. cet aérosol est constitué d'un . ,

mélange compiexe de p&icules d'origines naturelles. et d'origines anthropogéniques (Berner & Berner, 1987). Les particules naturelles sont représentées principalement par les embruns marins et par les poussières issues de l'érosion des sols(Bemer & ~ e m e r , 1987). Quatre sources anthropogéniques sont les principaux émetteurs de particules. La combustion des moteurs, en particulier ceux à énergie diesel qui sont en augmentation croissante (Collectif, 1996), les incinérations d'ordures (Pacyna, 1986), les activités industrielles (Pacyna, 1986) et l'impact des activités agricoles (Alloway, 1990). Les émissions d'aérosols anthropogéniques essentiellement constitués de carbone, soufre, composés organiques et métaux toxiques ont des caractéristiques physico-chimiques (chimie, minéralogie et granulométrie) notablement différentes de celles des particules naturelles (Nriagu, 1989).

L'impact, en terme de santé publique, de la présence de particules dans I'air urbain est bien établi (Collectif, 1995). Les affections respiratoires aiguës augmentent en corollaire avec les niveaux de pollutions principalement estimés par les taux de Seaux, No et particules en suspensions (mesurés par fumées noires, PM10 et PM2.5). Dans les 20 m3 inhalés en moyenne chaque jour par un être humain, les poussières d'une taille supérieure à 10 pm sont retenues au niveau des voies aériennes supérieures. Les particules comprises entre 10 et 3 Pm se déposent au niveau de l'axe trachéo- bronchique. Les particules inférieures à 3 pm pénètrent jusqu'aux alvéoles pulmonaires (Collectif, 1995).

Des études sur l'aérosol urbain en Grande Bretagne (Harrison & Jones, 1995) et en France (Jaffrezo et Colin, 1988) ont montré que la majeure partie des particules est comprise dans une gamme de taille allant de 0.1 à 10 pm totalement compatible avec la gamme de particules pénétrant les voies respiratoires (Collectif, 1995; 1996). Dans ces mêmes études, les taux moyens de particules d'un diamètre aérodynamique inférieur à 10 pm (PMIO) sont de l'ordre de 25 pdm3 ce qui donne 500 pg de particules inhalées par jour par un être humain vivant en milieu urbain.

A court terme, la présence de particules en suspension dans I'air urbain aura des incidences sur le transport des polluants jusqu'aux alvéoles pulmonaires; sur l'attaque des muqueuses nasales et sur l'accroissement de la susceptibilité aux infections pulmonaires. Les effets sur le long terme ne sont pas mesurés actuellement.

A titre d'exemple, les éléments chimiques toxiques, comme les métaux ou les éléments vecteurs d'acidité, se trouvent associés à des particules dont la taille varie de 5 qm à 20 pm (John et ai., 1990). L'association entre éléments toxiques et taille des particules

Caracfénsaiion de la polluiion atmosphérique de I'agglom&ation lyonnaise

induit la possibilité pour ces éléments de pénétrer jusqu'aux alvéoles pulmonaires et provoquer des effets en terme de santé. Des études récentes dans différents milieux urbains démontrent des teneurs très élevées en éléments polluants (métaux traces ...) : Harrison & Jones (1995) en Grande Bretagne; Lee et al. (1994) et Harrison & Williams (1982) en Grande Bretagne; Molnar et ai. (1993) en Hongrie; Prodi et al. (1992) en Italie et Kasahara et ai. (1992) en Autriche et au Japon.

L'ensemble de ces constatations incite à développer des actions de recherches sur la pollution atmosphérique en milieu urbain avec une approche globale couvrant les domaines de la minéralogie et de la chimie. Face à l'augmentation croissante de la pollution atmosphérique en milieu urbain et à ses conséquences en terme de santé publique, plusieurs axes de recherche et de développement au travers des réseaux de mesures installés au sein des grands sites urbains sont égaiement mis en place en application de la nouvelle loi sur I'air.

Afin de mieux prévoir l'impact, en terme de santé publique, de la présence de ces particules en milieu urbain, une caractérisation globale de l'aérosol urbain est nécessaire. Cette caractérisation fait partie intégrante des recommandations élaborées actuellement par le Comité de la Précaution et de la Prévention. Pour caractériser l'aérosol en suspension dans I'air urbain, l'étude réalisée propose une approche intégrative qui prendra en compte l'aspect physique et chimique de l'aérosol urbain.

Rapport BRGM%RP 50041-FR

Caracft+nsation de la pollution afmosph~nque de I'agglomt+ration lyonnaise

Introduction

Bien que peu nombreuses, les différentes études menées sur l'aérosol urbain montrent que la majeure partie des particules est comprise dans une gamme de taille allant de 0.1 à 10 pm totalement compatible avec la gamme de particules pénétrant les voies respiratoires. A court terme, la présence de particules en suspension dans l'air urbain aura des incidences sur le transport des polluants jusqu'aux alvéoles pulmonaires; sur l'attaque des muqueuses nasales et sur l'accroissement de la susceptibilité aux infections pulmonaires. Les effets sur le long terme ne sont pas mesurés actuellement. Ces constatations incitent à développer des actions de recherches sur la pollution atmosphérique en milieu urbain avec une approche globale couvrant les domaines de la minéralogie et de la chimie. Le BRGM et 1'Ecoie Normale Supérieure de Lyon disposent d'un savoir faire en matière d'analyses chimiques et minéralogiques qu'ils ont jusqu'à présent peu appliqué au secteur de la pollution atmosphérique. Le projet de recherche dont les premiers résultats font l'objet du présent rapport correspond au thème 6 : Pollutions atmosphériques en site urbain du Programme fédérateur Environnement du Xième Plan Etat-Région.

L'étude décrite dans ce rapport porte sur la réalisation et la caractérisation de prélèvement de poussières atmosphérique dans l'agglomération lyonnaise. L'approche utilisée prend en compte l'aspect physique, chimique et cartographique de l'aérosol urbain par une vision instantanée et intégrative.

L'objectif visé est de caractériser les poussières composant l'aérosol et de quantifier l'impact des rejets de poussières dans le milieu atmosphérique. La pollution atmosphérique globale est étudiée à partir de l'analyse physico-chimique quantitative et qualitative des poussières collectées. L'observation des éléments physico-chimiques réalisée dans l'agglomération lyonnaise devrait permettre de fonder les actions publiques visant à réduire voire à éliminer les pollutions et les nuisances.


Caractérisation de la pollution atmosph6rique de l'agglomération lyonnaise

1. Moyens et éthodes de prélèvement des poussières

1.1 MATERIEL UTILISE POUR LE PRELEVEMENT DES POUSSIERES EN MILIEU URBAIN

L'outil utilisé pour réaliser le prélèvement des poussières dans I'air urbain est un préleveur-impacteur, de type Andersen 230 Series HI-Volume Cascade Impactor modèle, SA 235. Le débit de l'appareil, ajustable de 20 à 60 SCFh4 (Standard Cubic Feet per Minute) (34 à 100 m3k), est contrôlé à plus ou moins lSCFh4 dans des conditions standards de température et pression ( 2 5 T et 760 mm Hg). Le flux d'air passant à travers le système est maintenu constant grâce à une sonde électronique qui ajuste automatiquement la vitesse du moteur lors des variations de tension, température, pression ou de perméabilité du filtre. En maintenant ainsi, avec une précision suffisante, le flux d'air traversant le préleveur, une détermination précise de la concentration particulaire de I'air analysé peut ensuite être calculée.

Les particules contenues dans le flux d'air collecté subissent, dans l'appareillage, une première coupure granulométrique dont le seuil, voisin de 10 pm, dépend du débit utilisé pour réaliser le prélèvement ainsi que de la forme et la densité des particules collectées. La fraction la plus grossière est alors arrêtée avant accélération dans le système et se dépose sur une plaque métallique où elle peut éventuellement être récupérée. Le flux d'air ne contenant alors plus que la fraction la plus fine est accélérée avant son entrée dans l'impacteur proprement dit. Ce système composé d'une série de chicanes permet la séparation granulométrique de l'aérosol en 5 fractions dont les dimensions haute et basse sont directement conditionnées par la vitesse des projectiles dans le système et donc par le débit de l'appareillage. La fraction résiduelle la plus fine est récupérée avant la sortie sur un filtre global.

Cet appareillage peut aussi être utilisé comme un préleveur global. Après coupure à lOpm, I'ensemble des particules correspondant à la fraction la plus fine (-10 pm) est collecté sur un filtre global. C'est cette configuration qui a été retenue pour I'ensemble des prélèvements présentés dans ce rapport. Elle permet la récolte de quantités importantes de poussières en des temps raisonnables qui permettent de mener dans des conditions correctes les analyses granulo-chimiques.

Ce type d'appareillage outre sa possible utilisation pour une collecte fractionnée de l'aérosol urbain résente le double avantage de permettre un travail à très fort débit P Cjusqu'à 100 m k ) . Cette caractéristique le rend apte à collecter des quantités importantes de poussières dans des temps raisonnables ce qui évite les effets moyennant de collectes trop prolongées. D'autre part, l'ensemble de la partie active de l'appareil (zone de collecte) est réalisé dans des matériaux inertes vis à vis de la corrosion ce qui

12 Rapport BRGIWRP 50041-FR

Caractérisation de la pollution atmosphérique de /'agglomérafion lyonnaise

Figure 1 : Représentation de l'impacteur et de son principe de fonctionnement

Rapport BRGMRP 50041-FR


le rend tout à fait adapté à un fonctionnement prolongé en plein air et dans des atmosphères potentiellement agressives.

1.2 PRELEVEMENTS REALlSES SUR LE SITE ORLEANAIS

Les appareils de collecte réceptionnés en juin 1999 ont tout d'abord subi un certain nombre de tests.

Les premiers ont été réalisés sur le site BRGM d'Orléans, dans un local technique couvert et fermé, dévolu principalement au traitement mécanique de minéraux industriels. Ce site a été choisi pour des raisons d'accessibilité mais aussi pour les teneurs élevées en poussières qu'il était censé receler. Ce choix s'est, après les premiers tests, révélé très favorable car les niveaux d'empoussièrement mesurés sont très proches de ceux rencontrés en milieu urbain.

Ils nous ont permis, en premier lieu, de procéder à l'assemblage des différents éléments constitutifs des appareils et de nous familiariser avec leur fonctionnement.

Le premier test, réalisé en effectuant une récupération cumulée des PMIO, avec un débit quasi maximum du système de prélèvement de 56 CFM s'est déroulé sur 7 heures. Une masse de 23.8 mg de PMI0 a été récupérée ; ce qui ramené à la concentration de l'aérosol (42 &m3) montre que l'on se trouvait alors dans des conditions pas trop éloignées de celles d'un aérosol urbain (25 pg/m3). Ceci nous a permis de constater qu'un temps minimum de fonctionnement d'un préleveur en milieu urbain, de l'ordre de 80 à 130 heures, est nécessaire pour réunir un échantillon suffisant d'une masse voisine de 200 à 300 mg.

Deux tests ont ensuite été menés en utilisant la configuration préleveur/impacteur. Le premier nous a conduit, suite à des problèmes techniques, à affiner la procédure de mise en place des filtres de collecte dans les différents étages du dispositif d'impaction. Le second essai a permis une collecte fractionnée de 107 mg de PMI0 réparties sur les différents étages. Le débit de l'appareil, utilisé pour cette collecte, était de 32 CFM, ceci pendant une durée de 95 heures. Ces 2 tests prolongés pendant plusieurs dizaines d'heures ont clairement montré que le débit de l'appareil, contrôlé de façon continue grâce à l'enregistrement de la réponse d'une sonde à fil chaud, est parfaitement stable dans le temps. Ceci permet d'envisager des prélèvements prolongés de plusieurs jours sans nécessiter une surveillance humaine trop astreignante.

L'ensemble de ces tests nous ont, par ailleurs, permis de définir une procédure de mise en service et arrêt des impacteurs sur site qui est décrite en détail ci-dessous.

Rapport 5 R G M . P 50041-FR

Caractérisation de la pollution atmosph6nque de I'agglom6ration lyonnaise

1.3 METHODOLOGIE DE MISE EN SERVICE ET ARRET DES IMPACTEURS SUR LES SITES DE PRELEVEMENT

Lors de la mise en place des impacteurs sur un site de prélèvement, une bâche plastique propre couvrant environ 9mZ (3m X 3m) est étendue au sol afin d'éviter que le rejet de la pompe ne fasse voler les particules déposées sur celui-ci, qui seraient alors prélevées et considérées comme des particules en suspension dans l'air. L'impacteur est ensuite solidement fixé au centre de cette bâche. Le débit de la pompe, mesuré en continu à I'aide d'une sonde à fil chaud, est alors réglé à la valeur souhaitée en présence d'un filtre de collecte globale dévolu à ce seul usage. Le filtre de collecte (20 cm X 25 cm) en fibres de verre est alors mis en place sur la grille inférieure du système d'impaction. Un disque d'enregistrement débithemps est mis en place sur son support et le cadran horaire est mis à l'heure. Ce dispositif permettra, une fois le prélèvement terminé, d'apprécier la stabilité du débit de I'impacteur. il permet, par ailleurs, de contrôler si aucun dysfonctionnement du moteur (coupure de l'alimentation électrique ou usure mécanique) n'a perturbé le prélèvement. Pour compléter ce dispositif, le préleveur est équipé d'un compteur horaire qui permet de comptabiliser son temps de fonctionnement. Ce dispositif permet donc aussi de vérifier, en l'absence d'une surveillance continue, si l'appareil n'a pas subi d'arrêt intempestif durant la période supposée de prélèvement.

Après le temps adéquat de prélèvement l'ensemble de I'appareillage est arrêté (pompe et enregistreur). Cette étape peut être réalisée automatiquement si le programmateur est utilisé. Le temps de fonctionnement de l'appareil tel que donné par le compteur horaire est noté. La partie haute du capot de l'impacteur est ouverte, afin de procéder à la récupération des particules d'un diamètre aérodynamique supérieur à IOpm. Cette opération est effectuée à l'aide d'un pinceau et d'une spatule. Ces particules sont déposées dans un tube Cauber taré pour être ensuite pesées. L'étage de l'impacteur ayant recueilli les PM10 est alors ouvert avec précaution afin d'en sortir le filtre collecteur. Ce dernier est rapidement et délicatement déposé dans un sac référencé et taré.

1.4STRATEGIE DE PRELEVEMENT

Comme nous l'avons spécifié au préalable, l'option retenue pour les premiers échantillonnages a consisté à collecter de façon globale les particules d'un diamètre aérodynamique inférieur à 10 pm, de façon à obtenir des échantillons de masse suffisante pour réaliser l'ensemble des caractérisations requises dans des conditions adéquates. Dans ce même ordre d'idées, les temps de prélèvement ont été choisis de telle façon que la quantité de poussières collectées soit maximale sans toutefois moyenner les résultats sur des périodes trop longues. Les durées de collecte utilisées s'étalent entre 100 et 280 heures. Elles nous ont permis de réunir entre 100 et 700 mg de poussières.

Rapport BRGM iRP 50041-FR

Caractérisation de la pollution atmosphérique de /'agglomératx>n lyonnaise

1.5CALIBRATION DES IMPACTEURS

Afin de permettre la détermination précise du débit utilisé pour chaque prélèvement, il est nécessaire de réaliser une calibration des préleveurs. Cet étalonnage est obtenu en fixant à rentrée du système, à la place des filtres de collecte, un orifice de calibration à ouverture variable. Le moteur de l'impacteur étant connecté directement au secteur, il travaille alors à son régime maximum. Le débit mesuré par la sonde à fil chaud, placée en aval de I'orifice calibré, mesure donc un débit fixé par la seule ouverture de ce dernier. La calibration consiste en la mesure simultanée des indications de la sonde à fil chaud (1), données directement par un enregistreur, et de celles d'un manomètre à eau WO), mesurant la dépression en aval de l'orifice calibré. Une série de couples (i, H20) est obtenue en modifiant l'ouverture de I'orifice, le tracé du graphe 1 = f(H20) permet de supprimer les points défaillants tout en conservant un nombre de points suffisant. Les valeurs sélectionnées sont ensuite comgées grâce aux formules 1 et II qui permettent de tenir compte de l'influence de la température et de la pression. De plus, la formule 1 réintroduit la valeur H20 dans la courbe de calibration de I'orifice. Une régression linéaire peut alors être réaiisée en reportant ces valeurs comgées sur un graphe Q, = î?$). Une telle calibration des appareils doit être effectuée à chaque intervention sur les moteurs.

avec : - Q, : débit réel du préleveur (m3/min), - H20 : lecture de la dépression sur le manomètre à eau (Inches H20), - Ta : température ambiante (K), - P, : pression atmosphérique (mm Hg), - m : pente de la courbe de calibration de I'orifice, - b : ordonnée à l'origine de la courbe de calibration de I'orifice, - IC : débit comgé des valeurs de pression et température ( S O , - 1 : valeur du débit en lecture directe (SCFh4).

Pour chaque prélèvement, la moyenne des valeurs de 1, mesurées par la sonde à fil chaud, peut grâce à cette relation être comgée de façon à obtenir la valeur réelle du débit moyen utilisé. Les courbes de calibration utilisées pour les prélèvements mentionnés dans ce rapport sont reportées en annexe 1.

Rapport BRGMiRP 50041-FR

Caracf&fsation de la po//ution atmosphérique de I'agg/om&ation lyonnaise

1.6 PRELEVEMENTS AU-DESSUS DU BATIMENT DU SERVICE GEOLOGIQUE REGIONAL DU BRGM

Situation du bâtiment : Ce bâtiment, excentré par rapport au m u r de la cité lyonnaise (Figure l), a été choisi, du fait de sa facilité-d'a&&, comme site de référence. Il est situé au Nord de l'agglomération, à proximité du parc de la Tête d'or. Du fait de cette situation privilégiée, il était supposé subir principalement l'influence du trafic routier, les usines susceptibles de générer une pollution atmosphérique particulaire étant elles localisées au sud de l'agglomération

Description de la campame de prélèvement : La campagne de prélèvements au-dessus du bâtiment du BRGM à Lyon s'est déroulée entre les mois de juillet 1999 et septembre 1999. Elle a comporté 5 périodes de collecte qui nous ont permis d'une part de tester in situ le matériel et d'autre part de suivre l'influence des conditions météorologiques et anthropomorphiques sur les quantités et nature des poussières collectées. Cette campagne a, en effet, comporté des périodes de temps chaud et calme mais aussi des périodes venteuses. De la même façon se sont succéder d'un point de vue anthropomorphique des périodes d'activité moyenne (juillet), faible (août) et forte (septembre).

1.7PRELEVEMENTS AU-DESSUS DES BATIMENTS DE LA CITE ADMINISTRATIVE

Situation des bâtiments : Ces bâtiments sont centrés au m u r de la cité lyonnaise (Figure 1). Ils doivent donc nous permettre d'aborder la caractérisation de l'aérosol urbain sur un site où la circulation automobile est très intense. D'autre part, ils se situent, par rapport au site du BRGM, plus au Sud et donc plus près des sites industriels susceptibles de générer une pollution atmosphérique. Les bâtiments composant le site de prélèvement s'élèvent à 15 (2-a) et 35 (2-b) mètres de hauteur.

Description de la campame de prélèvement : La campagne de prélèvements au-dessus des batiments de la cité administrative de Lyon s'est dkrouiée entre les mois d'octobre 1999 et novembre 1999. Elle a comporté 3 périodes de collecte qui nous ont permis d'évaluer l'influence de l'altitude du site de prélèvement ainsi que celle de sa localisation sur les quantités et la nature des poussières collectées.


CaractBrisation de la pollution atmosphenque de I'agglomBration lyonnaise

Figure 2 : Localisation des points de prélèvement dans l'agglomération lyonnaise. (1 : BRGM, 2 : Cité administrative)


Caractérisation de la pollution afmosphérique de I'agglomération lyonnaise

2. Résultats expérimentaux

2.1 DONNEES ISSUES DES PRELEVEMENTS

2.1.1 Conditions de prélèvement

Au cours de chacun des prélèvements, un certain nombre de paramètres ou d'événements ont été consignés sur des fiches permettant par la suite de refaire l'historique du prélèvement. Ces renseignements qui concernent les durées de prélèvement, les conditions météorologiques, la localisation des prélèvements ainsi que le paramétrage du préleveur sont résumés dans le tableau 1 qui suit ainsi que dans les tableaux de l'annexe 2. Deux données différentes caractérisent le temps de prélèvement. Elles sont issues d'une part pour celle dite « théorique » des données de date et heure de mise en service et arrêt de I'impacteur et d'autre part pour celle dite ((compteur » des données issues du compteur horaire totalisant directement le temps de fonctionnement des moteurs. Par ailleurs, les données météorologiques ont aussi été collectées auprès de la station de l'aéroport Lyon-Bron de façon à disposer de valeurs moyennes sur la journée pour la température (annexe 2). Tous les prélèvements réalisés pendant la période d'essais n'ont pas tous pu être exploités de façon optimale. En effet, certains d'entre eux ont été interrompus par des problèmes techniques divers (coupure de courant, usure des moteurs, saturation des filtres, ...) ce qui justifie le fait que toutes les techniques analytiques n'ont pas été appliquées de façon systématique. Certains sont même appams comme totalement inexploitables, d'où leur absence dans les tableaux de l'annexe 2.

/ Prélèvement 1 Période Site 1 Durée effective 1 Débit absolu 1

Tableau 1 : conditions relatives aux prélèvements

(no) 1 2 3 5


16 au 21/07/99 21 au 26/07/99 26 au 30/07/99

26/08 au

1 1 1 1

(h) 121.79 116.69 98.43 167.80

(m3/min) 1.57 1.56 1.54 0.77

Caractérisation de la pollution atmosphérique de /'agglomération lyonnaise

2.1.2 Résultats des prélèvements.

Après récupération des filtres, la quantité de poussières est déterminée par pesée des filtres déposés dans les sacs avec lesquels ils ont été préalablement tarés. Les valeurs obtenues sont consignées dans le tableau 2 ci-dessous.

p ré lève ment 1 Débit 1 Durée / Masse de compteur

Tableau 2 : Données massiques concernant les résultats des prélèvements 1, 3 ,6 ,7 ,8 , 11 et 12 &a surface utile du filtre est de 410 cm2).

Concentration de poussières dans l'aérosol urbain

-10 pm

On constate, en examinant les valeurs consignées dans Ie tableau 2, que les quantités de PM10 collectées, pour des durées de prélèvement n'excédant pas en général 120 heures et pour un débit constant voisin de 50 SCFM, sont comprises entre 220 et 416 mg. Ces valeurs semblent en premier lieu parfaitement compatibles avec les analyses à réaliser et les temps de collecte sufisamment limités pour éviter de moyenner les résultats sur des périodes prolongées Les masses de poussières recueillies lors des prélèvements 1 et 3, ramenées à une durée standard de 120 heures, restent voisines de 300 mg. Le prélèvement 6 bien qu'il présente une masse similaire de poussières collectées ne peut être directement comparé aux prélèvements précédents. En effet, cette opération qui s'est poursuivie sur une durée dépassant 282 heures a conduit à une saturation progressive du filtre entraînant une chute du débit du préleveur. Il est malgré tout intéressant de noter que, bien que le débit moyen utilisé lors de ce prélèvement soit resté notablement inférieur à ceux des essais 1 et 3, la masse normée de poussières collectées est supérieure. Ceci semble pouvoir être conélé avec le fait que Lyon a subi un pic de pollution le 09/09/99. Les prélèvements 7 et 8 qui ont été réalisés en parallèle, à la même altitude, respectivement au sommet du bâtiment du BRGM et au sommet d'un bâtiment situé au m u r de Lyon, ont permis de récoltée des quantités de particules de l'ordre de 400mg. La masse de poussières collectées ne semble pas être ici influencée de façon importante par la situation géographique du site de prélèvement.

Masse de -10pm normée pour 120 h de

prélèvement à un débit de 1.5 m3/min

CaractéBsation de la pollution atmosph6nque de I'agglorn6rafion lyonnaise

Les prélèvements 11 et 12, réalisés au m u r de Lyon, à des altitudes respectives de 35 et 15 m, conduisent à des masses normées de poussières piégées de 377 et 352 mg. Il semble donc que l'altitude ait ici une influence notable sur la concentration des poussières dans l'air urbain. On remarque, par ailleurs, que les concentrations en PM10 dans l'air restent très proches des valeurs habituellement mesurées en milieu urbain (25 pg/m3) durant la période estivale (prélèvements 1 et 3). Au contraire, les prélèvements 7 et 8 et, de façon moins marquée, 11 et 12 révèlent des taux d'empoussièrement de l'aérosol urbain bien supérieurs aux moyennes habituellement mentionnées en milieu urbain. Ces valeurs, issues de prélèvements réalisés durant le mois d'octobre, approchent la valeur de 4oVg/m3. L'influence anthropomorphique apparaît ici très clairement puisque les creux de pollution correspondent à la période des vacances estivales.

2.2 CARACTERISATION DES POUSSlERES

2.2.1 Caractérisation par Microscopie Electronique ti Balayage

La morphologie des particules composant l'aérosol urbain est un facteur primordial dans le degré de toxicité à l'échelle humaine. Une étude a donc été menée sur un certain nombre de prélèvements afin de permettre une visualisation des caractéristiques morphologiques et texturaies des particules. Cette étude avait pour but principal de visualiser la morphologie des particules recueillies mais aussi de relier éventuellement leur morphologie et leur chimie.

Ces caractérisations ont été réalisées directement sur des portions de filtres en silice sur lesquels ont été collecté les poussières d'une taille inférieure à 10 Pm. Afin de préserver au maximum l'aspect originel des particules, seule une métallisation, permettant d'éviter les problèmes de charge de l'échantillon peu conducteur sous le faisceau électronique, a été appliquée aux échantillons. L'appareil utilisé est un microscope électronique à balayage JEOL JSM 6100 à 25 KV de tension. Les images ont été acquises en mode électrons secondaires lors des études de morphologie et en mode électrons rétrodiffusés pour la recherche des éléments les plus lourds. Des analyses en dispersion d'énergie ont pu être réalisées grâce à l'analyseur EDS de marque Kevex Super Quantum.

6) Caracférisafion des échantillons

Afin de bien visualiser l'aspect de départ des filtres de silice vierges des clichés ont été réalisés sur ces derniers. Le cliché 1 montre une distribution homogène de fibres assez longues de plusieurs centaines de microns de petit ou gros diamètres, proches de 0,l ou de 4 Fm. L'analyse de ce même filtre (figure 1, annexe 3) montre que ce dernier est composé exclusivement de silicium et d'oxygène.


Caractérisation de la pollufion atmosphérique de /'agglomération lyonnaise

Les images « d'ensemble » (clichés 2 à S), réalisées à un grandissement de 500 sur les prélèvements 7, 8, 11 et 12, montrent un dépôt discontinu de particules dont certaines dimensions géométriques peuvent dépasser 20pm. Contrairement aux indications données par la granulométrie laser, on ne semble pas mettre ici en évidence de particules d'un diamètre supérieur à 50pm. La majorité des particules, qui semblent selon leur nature, plus ou moins aplaties, ne présentent pas de forme bien définie. Quelques particules montrent néanmoins des géométries sphéroïdale ou elliptique marquées. Les 4 prélèvements ne se distinguent pas de façon très marquée par la morphologie de leurs particules. Néanmoins, le prélèvement 7 réalisé sur le bâtiment du SGR-BRGM Rhône Alpes paraît, au vu du cliché 2, présenter une granulométrie inférieure à celle des prélèvements réalisés au m u r de la cité lyonnaise.

La matière organique présente en quantité importante dans ces prélèvements, comme mis en évidence par les analyses de carbone organique, semble apparaître à la fois sous la forme d'un revêtement continu de certaines fibres probablement du à la présence d'hydrocarbures mais aussi sous la forme de particules individualisées. Ces particules sont fréquemment d'une taille supérieure à 10pm et prennent des formes diverses tel qu'illustré sur les clichés 6 à 8. De nombreuses particules plaquettaires ont été visualisées (cliché 6) qui présentent une surface très lisse ou au contraire assez rugueuse et accidentée. Des entités d'origine animales ou végétales ont été observées dans le prélèvement 7. Elles se présentent sous la forme d'objets sphéroïdaux ou ovoïdes illustrés sur les clichés 7 et 8. Les objets tel celui présenté sur le cliché 8 semblent être assez nombreux dans le prélèvement 7 si l'on se réfère au cliché 2. La présence de tels éléments peut aisément s'expliquer par la proximité du site de prélèvement avec des espaces verts importants @arc de la tête d'or) ainsi que par celle d'une végétation dominant les lieux. La nature organique des éléments visualisés est déduite de l'analyse chimique qui révèle en général une forte teneur en carbone associée à la présence de façon minoritaire d'autres éléments, le silicium, issu des fibres du filtre, étant souvent le seul à émerger de façon marquée du bruit de fond (figures 2 et 3, annexe 3).

La phase cristalline la plus communément rencontrée dans l'ensemble des échantillons étudiés est le gypse, un sulfate de calcium hydraté dont un certain nombre de particules sont illustrées sur les clichés 6 et 9 à 11. Ces particules bien que polymorphes semblent majoritairement bien cristallisées. Elles se présentent sous la forme d'un empilement de cristallites et peuvent atteindre une taille de 20pm. Leur identification est obtenue grâce à une signature chimique caractéristique présentée sur les figures 4 à 6 de l'annexe 3, qui révèlent en général la présence du couple calcium souEe accompagné parfois par le silicium et l'oxygène des fibres du filtre ainsi que par d'autres éléments en traces.

Nous avons pu montrer grâce à l'utilisation d'image obtenue par les électrons rétrodiffusés que les éléments de petite taille sont en général riches en éléments métalliques plus lourds comme le fer, le cuivre, le plomb, le chrome ou le tungstène. Ces éléments se trouvent habituellement accompagnés des éléments standards du système que sont le calcium, le soufre, le silicium et l'oxygène. Ces observations sont parfaitement illustrées par les clichés 12, 13 et 14 réalisés sur les prélèvements 11 et 12 en électrons secondaires et en électrons rétrodiffisés. Ces prélèvements, réalisés au cceur de Lyon, semblent être particulièrement riches en fer. On trouve, à coté des

22 Rapport BRGM/RP 50041-FR

Caractérisation de la pollution atrnospht5nque de I'agglom6ration lyonnaise

particules de gypse et de matière organique de grande taille, des particules dont la taille est en général voisine du micron et en tout cas inférieure à 5p1, qui apparaissent plus brillantes lorsque l'image est obtenue à l'aide des électrons rétrodiffisés. Une analyse effectuée sur ces particules révèle en général une teneur élevée en Fe, Cu ou Pb comme le démontrent les spectres présentés sur les figures 7 à 13 et 15-16 de l'annexe 3. Ces éléments sont, comme le prouvent les analyses, présents sous des formes oxydées. Les particules riches en fer ont une morphologie très spécifique en forme de bille (clichés 15 et 16). Dans certains cas, ces éléments ((lourds » ne constituent pas la base de la particule. Ils peuvent être agglomérés dans un liant probablement organique comme dans la particule illustrée sur le cliché 17 pour laquelle la vue utilisant la technique des électrons rétrodiffisés montre des zones brillantes constituées de Cr, Ti, et Pb (figure 17, annexe 3) et d'une matrice plus foncée donc constituée d'éléments plus légers, probablement composée de matière organique. Mais, dans la majorité des cas, ce sont des particules individualisées ou seulement «collées» à la surface de particules organiques qui sont visualisées (cliché 12).

Quelques particules dont l'analyse (figure 14, annexe 3) semble révéler la nature argileuse ont aussi été identifiées dans le prélèvement 12 (clichés 13 et 14).

Rappori BRGM R P 50041 -FR

Caract6risafion de la pollution afmosph6rique de I'agglom6ration lyonnaise

Clic

Caraciérisation de la pollution atmosphérique de I'agglomération lyonnaise

Clic

26 Rapport B R G W 50041-FR

Cliché

Caractérisation de la pollution atmosphérique de i'agglomérafion lyonnaise

(G = gypse)


Caractensation de la pollufion atmosph&ique de I'agglom6mfion lyonnaise

(G = gypse)

(G =gypse)


Caraciérisation de la pollution atmosphérique de l'agglomération lyonnaise

Cliché (MO =matière organique, FeICulPb =particule riche en FelCuiPb)

Il).

Cliché 13 : Illustration, par la technique des électrons secondaires, des petites particules riches en éléments les plus lourds (Prélèvement 12)

Rapport BRGM R P 50041-FR 29

Caracfénsation de la pollotion atmosphérique de I'agglom~ration lyonnaise

Cliché 14 : aue celle du cliché 13, de particules riches en éléments les pius lourds (Prélèvement 12). (MO = matière organique, Arg = argile, G = gypse, Fe/Pb =particule riche en Fe/Pb)

(Fe = particule riche en fer)

Rapport BRGWRP 50041-FR

Caractérisation de la pollufion atmosphérique de I'agglomérafion lyonnaise

Cliché 17

(Fe = partic;le riche en fer)'

lourds . . dans une matrice de nature probablement organique.


Caractérisation de la pollution atmosphérique de i'agglomération lyonnaise

2.2.2 Caractérisation chimique

La caractérisation chimique des particules inférieures à 10 pm dans les poussières atmosphériques de l'agglomération lyonnaise a été principalement réalisée à l'aide de deux techniques d'analyses. Ainsi, la détermination de la teneur en carbone organique sur les échantillons 7, 8, 11 et 12 a conduit à la détermination du pourcentage de matière organique dans les poussières. Par ailleurs, une analyse par ICP-MS a permis de quantifier les teneurs des échantillons 1, 2, 3, 5 et 6 en cations métalliques majoritaires.

a) Mesure de la feneur en carbone

Des mesures de la teneur en carbone total et carbone inorganique ont été réalisées sur des portions des filtres utilisés pour les prélèvements 7, 8, 11 et 12, ainsi que sur un filtre vierge. Les résultats sont consignés dans le tableau 3 ci-dessous. La limite de détection de la technique utilisée étant de 0.01%, on note que les échantillons ne contiennent pas à l'échelle de I'analyse de carbone inorganique. Par contre, le carbone organique qui peut ici être confondu avec le carbone total représente jusqu'à 2% de la masse du filtre.

Tableau 3 : Teneur en carbone et composés organiques dans les poussières,

Prélèvement

Le tableau 3 présente les teneurs en carbone organique dans les poussières. Ces valeurs dépassent 21 % de la masse de poussières collectées dans le cas des prélèvements réalisés sur la cité administrative et ceci quelle que soit l'altitude du prélèvement. Les teneurs des échantillons 7 et 8, prélevés antérieurement, sont sensiblement inférieures. De façon inexpliquée, le prélèvement 8 réalisé au centre de Lyon présente une teneur en carbone inférieure à celle mesurée simultanément sur le site du BRGM. A partir de ces teneurs en carbone organique, une estimation de la teneur des poussières en composés organiques a été réalisée. Celle-ci prend pour hypothèse que ces composés contiennent 80% de carbone, ce qui correspond à la valeur moyenne pour un hydrocarbure ou un goudron. Grâce a ce calcul, on peut estimer la teneur maximale en composés organiques mesurée comme étant voisine de 27% de la masse de poussières piégées.

Rapport BRGWP 50041-FR

Teneur en carbone organique

corrigé du blanc dans lefiltre

Carbone inorganique

Teneur en carbone organique &ns les

poussières

Teneur estimée en composés

organiques dans les poussières


b) Analyses chimiques des cations métalliques

L'ICP-MS permet de déterminer rapidement et simultanément les teneurs d'un grand nombre d'éléments dans le domaine des faibles concentrations. Le principe est le suivant : l'échantillon, sous forme aqueuse, est introduit dans une chambre de nébulisation puis dans une torche à plasma d'argon, ce qui permet sa ionisation. Un spectromètre de masse (quadripôle) est ensuite utilisé pour la détection. Les échantillons ont subi une attaque acide (HF et H N 0 3 de qualité ultra pur) et ont été repris dans H N 0 3 IO %. Une Eaction des poussières, correspondant à la matière organique, n'a pas été dissoute par cette méthode. La limite de détection de la méthode employée est de 0.01 pg sur filtre et l'incertitude est de 10 %.

Choix des éléments à analyser Une analyse semi-quantitative a été réalisée sur deux échantillons : un filtre vierge (blanc) et l'échantillon issu du prélèvement 3. Les éléments qui ont été ainsi déterminés sont : Ag, Al, As, Ba, Be, Bi, Ca, Cd, Ce, Co, Cr, Cs, Cu, Eu, Fe, Ga, Gd, Ge, Hf, Hg, K, La, Li, Mg, Mo, Mg, Mo, Na, Nb, Nd, Ni, Pb, Pr, Rb, Sb, Sc, Se, Sm, Sn, Sr, Ta, Tb, Te, Th, Ti, Tl, U, V, W, Y, Zn, Zr. Les résultats obtenus (Tableau 4) permettent de classer les cations métalliques selon leur concentration. Une correction par rapport au blanc a été effectuée, en tenant compte de

Tableau 4 : Analyse semi-quantitative du filtre relatif au prélèvement 3 et d'un filtre vierge


Elément Filtre

Concentration (,g surfiltre) blanc 1 3 1 3 comté du

Caracfénsation de la pollufion atmosphérique de /'agglomération lyonnaise

la surface de filtre analysée. Les 15 éléments choisis pour effectuer une analyse quantitative sont : 1 alcalin (Rb), 4 alcalino-terreux (M& Ca, Sr, Ba), 8 métaux de transition (Ti, V, Fe, Cr, Ni, Cu, Zn, W) et 2 métaux lourds (Pb, Sb). Ces éléments sont issus de différentes sources naturelles ou anthropiques. Ainsi, Mg est d'origine marine, Ca, Fe, Ti, Sr et Rb proviennent principalement de l'érosion des sois. Les sources naturelles dans le cas des métaux de transition et métaux lourds sont en général insignifiantes en milieu urbain. En général, Pb est émis par les voitures, Cu, Zn et Cr sont particulièrement émis par l'industrie métallurgique, et V, Sb et Ni proviennent de la combustion de charbon ou de pétrole.

Analyse quantitative des poussières Seuls les résultats concernant les échantillons 1, 2, 3, 5 et 6 sont présentés (Tableaux 5, 6 et 7), les échantillons 7, 8, 11 et 12 étant en cours d'analyse. Les teneurs des 15 éléments choisis sont exprimées en qg/m3 ou en % dans les poussières. Dans le premier cas, il est possible d'étudier la variabilité dans I'air des teneurs en polluants métalliques et dans le deuxième celle de la nature des poussières.

Dans l'ensemble les résultats des 5 échantillons sont cohérents. Une valeur anormalement élevée en Titane a été mesurée dans l'échantillon 1, provenant probablement d'une pollution locale (par exemple due à la dispersion de pigments de peinture).

Concentrations dans f 'air

Tableau 5 : Concentration en cations métalliques dans I'air


Caract6risation de la pollution atmosphérique de l'agglomération lyonnaise

Les différents cations métalliques peuvent être classés selon leur concentration dans l'air : Ca 700 - 1400 r&m3 Fe, Mg 200 - 600 ~ l g / m ~ Ti (sauf prélèvement 1) 100 - 150 tlg/m3 Ba, Cu 30 - 80 ~ l g / m ~ Pb, Zn 10 - 50 q / m 3 V, Ni, Cr, W, Sb, Sr, Rb 1-10 71g/m3

Ces résultats, en comparaison avec ceux obtenus en milieu urbain par Harrison & John (1995) en Angleterre par exemple, montrent que les particules atmosphériques de Lyon sont particulièrement enrichies en calcium et magnésium, mais ne contiennent pas de sodium et de potassium. En ce qui concerne le plomb, la valeur moyenne observée à Lyon est 3 fois moins importante que celles mesurées dans les grandes villes en Angleterre (100 ~ lg /m~) . Par contre les concentrations des autres métaux sont similaires.

Des histogrammes de distribution permettent d'étudier la variabilité dans le temps par élément (Figures 3a et 3b). En ce qui concerne les alcalins et alcalino-terreux, ainsi que le cuivre et le vanadium, les concentrations maximales sont observées pour le prélèvement 5. Par contre les concentrations en fer, Unc, plomb et antimoine sont maximales pour le 6. Enfin le chrome et le tungstène sont plus concentrés pour l'échantillon 1.

Les évolutions pratiquement similaires de certains éléments permettent de suggérer soit une origine identique, soit l'influence de l'un sur l'autre. Ainsi, par exemple, une forte corrélation a pu être mise en évidence entre Ca et Mg, et entre Ca et Ba (Figures 4a et 4b). Bien que les sources de ces éléments dans l'atmosphère soient différentes (Mg est principalement d'origine marine alors que Ca est d'origine continentale), l'association de ces alcalino-terreux semble importante. De même, des corrélations entre différents métaux (Pb, Zn, Fe) ont été observées (Figures 4c et 4d).


Caractérisation de la pollufion atmosphérique de l'agglomération lyonnaise

1600, Calcium

I

Baryum 80 , 1

500 . Magnésium

Rubidium 2.0 7

Fer

Strontium 5 -,

Titane

E . 01

O

Fiyre 3a : Histogmmes de distribution des concentrations dans l'air de Ca, Mg, Ba, Sr, Rb, Fe et Ti


Caracf6nsation de la pollution atmosphérique de I'agglomérafion lyonnaise

Cuivre 100 , - l

Zinc

c 20 10

O xim 1 2 3 5 6

Vanadium 2.- ,

- 1L - - -

I l I I 1

1 2 3 5 6

Chrome

40 , Plomb

10 , Nickel

Tungstène 4

3 Ë 3 2 c

1

O

Antimoine 10 ,

Figure 3b : H i s t o g m e s de distribution des concentrations dans l'air de Cu, Zn, V, Ni, Cr, W, Pb et Sb


Caractérisafion de la pollotion afmosph8nque de I'agglomération lyonnaise

Figure 4a : Corrélation entre les teneurs en calcium et magnésium dans I'air

Figure 4b : Corrélation entre les teneurs en calcium et Baryum dans l'air

Figure 4c : Corrélation entre les teneurs en zinc et Figure 4d : Corrélation entre les teneurs en fer et plomb dans l'air zinc dans l'air

Enfin, en considérant une valeur moyenne sur ces 5 prélèvements (tous effectués sur le site du SGRBBRGM), ainsi qu'un volume moyen d'air de 20 m3, respiré par un individu en 24 h, il est possible d'estimer la quantité quotidienne moyenne inhalée par un individu pendant la période juillet - septembre (Tableau 6).

Rapport BRGWRP 50041-FR

Camct6risation de la pollofion atmosphérique de I'agglomémtion lyonnaise

Tableau 6 : Quantités moyennes en cations métalliques, dans 1 et 20 m3 d'air,

Elément

estimées apartir des prélèvements 1; 2,3,5 et 6

Concentrations dans les poussières Les données des concentrations dans les poussières (glg de poussières) sont présentées dans le tableau 7 pour les échantillons 1,2,3, 5 et 6. Le même classement des éléments est obtenu si l'on considère la concentration dans l'air ou dans les poussières.

Quantité moyenne dans 1 m3 #air

Rapport BRGM hW 50041-FR

Quantité moyenne respirée par une

Caractérisation de la pollution atmosphérique de I'agglomérafion lyonnaise

8 , Calcium Magnésium

3 ,

Baryum Strontium l 0.020 1

Rubidium 0.008 -7

Fer

Fiyre Sa : Histogrammes de distribution des concentrations dans les poussières de Ca, Mg, Ba, Sr, Rb, Fe et Ti


Caractérisation de la pollution atrnosphénque de I'agglorn6ration lyonnaise

Cuivre Zinc

S ::ml 0.15 O 10 s 6-m 0.08

0.05 0.00 0.00

1 2 3 5 6 1 2 3 5 6

Vanadium Nickel m Chrome Tungstène

0.03 , 0.016 -I

5 6

Plomb Antimoine 0.15 7 1 0.04 ,

Figure 5b : Histogrammes de distribution des concentrations dans les poussières de Cu, Zn, V, Ni, Cr, W, Pb et Sb

La variabilité de la nature des poussières (Figures 5a et Sb) est plus marquée pour certains éléments comme Ca, Mg, Ti, Ba, Cu (écart-type relatif de l'ordre de 30 - 40 %). Par contre, pour des métaux comme Fe, Zn et Pb, leur composition est relativement stable (écart-type relatif sur la moyenne de l'ordre de 6 - 10 %). Les histogrammes de distribution des concentrations dans les poussières pour les alcalins et alcalino-terreux (Figure 5a) ont des allures similaires (maxima pour les prélèvements 2 et 5). Cependant

Rapport BRGM R P 50041-FR 41

Caractérisation de /a pollution atmosphérique de I'agglomhtion lyonnaise

la densité de poussières dans I'air étant variable, ces histogrammes sont très différents de ceux pour les concentrations dans I'air (Figure 3a). De même que pour les concentrations dans I'air, des corrélations ont pu être observées entre le calcium et le magnésium ou le baryum (Figures 6a et 6b), entre le strontium et le rubidium ou le vanadium (Figures 6c et 6d) par exemple.

Figure 6a : Corrélation entre les teneurs en calcium et magnésium dans les poussières

Figure 6c : Corrélation entre les teneurs en strontium et rubidium dans les poussières

Figure 6b : Corrélation entre les teneurs en calcium et baryum dans les poussières

Figure 6d : Corrélation entre les teneurs en vanadium et strontium dans les poussières

Rapport BRGtWRP 50041-FR

Caractérisation de la pollution atmosphérique de I'agglomérafion lyonnaise

Figure 7 : Proportions relatives des cations métalliques dans les poussières


Caraciérisation de la polluiion atmosphérique de I'aggloméraiion lyonnaise

Enfin, la F iyre 7 montre que, à l'exception du prélèvement 1 qui est fortement contaminé en titane (60 % des cations métalliques), le calcium représente entre 43 et 52 % des cations métalliques, le fer entre 15 et 31 %, le magnésium entre 12 et 19 %, le titane entre 5 et 7 %, le cuivre et le baryum entre 2 et 3 %, et le plomb entre 1 et 2 %. Si ces éléments sont regroupés selon leur nature chimique, les alcalino-terreux sont majoritaires (57 à 74 %) devant les métaux de transitions et le plomb (43 à 26 %).

2.2.3 Caractérisation minéralogique

Une caractérisation minéralogique des échantillons 7, 8, 11 et 12 a été réalisée par difiaction de rayons X @RX) de façon à mettre en évidence les espèces cristallines présentes dans les poussières.

a) Méthode

La caractérisation minéralogique des prélèvements est réalisée par difiactométrie des rayons X. L'appareillage utilisé est un difiactomètre Siemens D 5000 automatisé. Le balayage a été réalisé de 4 à 84" en 28 avec une vitesse de 0,02°/seconde, sur des échantillons tournants constitués de parties des filtres chargés de particules.

b) Caractérisation des échantillons

Un diffractogramme a été enregistré sur le filtre de silice vierge afin de connaître sa contribution au signal obtenu pour les filtres chargés. Des fragments des filtres issus des prélèvements 7, 8, 1 I et 12 ont été étudiés. Les diffractogrammes, présentés en annexe 4, montrent que un fond continu très important du à la présence d'une quantité importante de matériaux amorphes ou très mal cristallisés. En particulier, dans le cas du prélèvement 7, aucun signal relatif à une phase cristalline n'a pu être observé par DRX . Les échantillons 8, 11 et 12 présentent majoritairement des phases cristallines de type sulfate. Plus particulièrement du sulfate de calcium de type gypse dans le cas des échantillons 11 et 12. Mais on révèle aussi la présence de sulfate de fer (mélantérite, rozénite) , de magnésium (epsomite), d'ammonium (mascagnite), de sodium (thénardite) ainsi que celle de sulfates mixtes de fer et potassium oarosite), de potassium et de sodium (aphthitalite). Quelques traces de mica, de feldspath, dalunite, de souee élémentaire, de calcite et de plagioclase ont aussi été détectées dans certains des prélèvements.

2.2.4 Caractérisation par spectroscopie infrarouge

Une étude par spectrométrie infrarouge en transmission a été réalisée sur les prélèvements 7, 8, 11 et 12. Le but principal était de caractériser d'éventuelles espèces non cristallines présentes dans les échantillons et de confirmer les conclusions des études microscopique et cristailographique.


Caracténsafion de la pollufion atmosphérique de i'agglomération lyonnaise

a) Méthode

L'appareillage utilisé est un spectrophotomètre à transformée de Fourier de marque Bruker type Equinox IFS55. Les caractérisations ont été menées en transmission sur des pastilles de KBr à 0,2% d'échantillon. Les échantillons de poussières étant « imprégnés » dans les filtres en silice, il nous a fallu gratter ceux-ci afin d'en détacher la couche supérieure qui contenait les poussières. Aussi, les spectres obtenus correspondent à la réponse des poussières additionnée à celle des fibres de silice entraînées lors de la phase de récupération. Un traitement mathématique des spectres, consistant en la soustraction de la réponse d'un filtre vierge de celle des poussières, a été nécessaire afin de permettre l'exploitation de ces données. Ce calcul a été effectué sur l'ensemble des spectres de manière identique. Le résultat est présenté sur la figure 20 dans le cas du prélèvement 8.

6) Caractérisation des échantillons

Pour mémoire, le spectre d'un filtre vierge est présenté sur la figure 8. Il s'agit du spectre d'une silice amorphe, caractérisé par ses raies à 1128, 1063, 804,482 et 459 cm' '. Le spectre du filtre 8 brut est donné sur la figure 8. Il montre clairement la contribution du filtre vierge associée à celle des poussières. Le signal des filtres 8, 7, 11 et 12 (Figures 9 à 12), après traitement, présente toujours les composantes relatives à la réponse de la silice. Celles-ci peuvent être interprétées soit comme la présence d'une pollution particulaire de cette nature, soit comme la persistance du signal issu du filtre vierge. Par ailleurs, des bandes caractéristiques des ammoniums à 3138, 3030, 1713 et 1400 cm", sont associées à celles, situées à 2426, 1767, 1385, 835 et 615 cm-', caractérisant des nitrates L'association de ces 2 résultats semble indiquer la présence de nitrate d'ammonium en quantité importante dans l'ensemble des échantillons étudiés par spectroscopie infrarouge. Ce composé n'a pas été mis en évidence par DRX du fait de son caractère amorphe. En accord avec les études par microscopie et la caractérisation minéralogique, la présence de sulfate de calcium, de type gypse, est confirmée grâce aux bandes caractéristiques situées à 1690, 1628, 650 et 615 cm-'.mais ce minéral ne semble présent, au regard de l'intensité des bandes, que dans des proportions très faibles. La matière organique, quantifiée par analyse chimique, apparaît ici sous la forme de pics caractéristiques des groupements CH2 et CH3 situés à 2960,2925,2873 et 2856 cm-'.



1.6

1.4

1.2

1 ,O

3 , 0.8 0 rn

% 0.6

0.4

0.2

0.0 40W 35W 30W 25W 20W 15W IMK) 500

Nbra d'onde (cm-1)

Fiçure 8 : Signatures IR du filtre vierge (A) et avec poussières @rd'. 8) (B).


Caractérisation de la pollution atmosphérique de /'agglomération lyonnaise

Nbre d'onde (cm-1)

Figure 9 : Spectre IR de I'échantillon 7, après soustraction du signal du filtre vierge.

1 I O t I I I 8

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Nbre d'onde (cm-1)

Figure 10 : Spectre IR de l'échantillon 8, après soustraction du signai du filtre vierge.


Caracférisation de la pollution atmosphérique de /'agglomération lyonnaise

8 I t I I , , I 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

Nbre d'onde (cm-1)

Figure 1 1 : Spectre IR de l'échantillon 11 , aprés soustraction du signal du filtre vierge.

Nbre d'onde (cm-1)

Figure 12 : Spectre IR de l'échantillon 12, après soustraction du signal du filtre vierge


Caractérisation de la pollufion atmo~phéri~~e de l'agglomération lyonnaise

2.2.5 Caractérisation granulométrique et texturaie

a) Protocole de récupération des poussières déposées sur filtres, pour une caractérisation granulométrique

Les poussières une fois collectées sur le filtre, le problème essentiel fût de mettre au point la méthode qui permettrait une extraction optimale en vue d'une caractérisation granulométrique.

\ Suspension d e poussières extraites

Figure 13 : principe de l'extraction par contre-filtration sous pression

Plusieurs voies ont été explorées dont l'extraction par centrifugation, le lavage par barbotage, la contre-filtration sous pression, etc. .. A terme, il s'est avéré que seule une contre-filtration sous pression (Figure 13), a permis une récupération suffisante des poussières. Cette méthode est basée sur l'utilisation d'un système de filtration sous pression MiIlipore. Elle consiste à faire circuler le fluide de lavage sous pression en traversant le filtre depuis sa zone vierge vers la face chargée de celui-ci. La solution de lavage utilisée contient des dispersants, un agent mouillant et son pH est ajusté à une valeur de 10. Les agents dispersants utilisés sont I'hexamétaphosphate de sodium (HMl' à 5mg/g) et un copolymère acrylamiddacrylate de bas poids moléculaire (Dispex à 5mgig). L'agent mouillant est le Teepol. Cette procédure présente néanmoins l'inconvénient majeur de permettre uniquement la récupération des espèces insolubles dans l'eau alors que la spectroscopie inFrarouge montre clairement que les sels d'ammonium représentent une part importante des poussières.

La procédure de récupération des poussières est la suivante : 1. Découpe dans le filtre global d'un disque de 9 cm de diamètre ; 2. Mise en place du disque dans le système d'extraction, sur une grille support ;

Rappori BRGM R P 50047-FR 49

Caractérisation de la pollution atmosphérique de i'agglornération lyonnaise

3. Mouillage du disque avec quelques gouttes de la solution d'extraction ; 4. Fermeture du système et mise en contact, pendant 10 minutes, du filtre avec un

volume de 250 ml de la solution d'extraction ; 5. Extraction sous pression d'air comprimé ; 6. Extraction avec des volumes additifs de solution jusqu'à atteindre un volume de 500

mi.

b) Méthode de caractérisation granulométrique.

Les mesures granulométriques ont été menées en diffractométne laser (hélium-néon de longueur d'onde 632,s qm) sur un appareillage Malvern de type MasterSizer S. Avant chaque analyse une mesure de «blanc » est réalisée sur une suspension extraite d'un filtre vierge, dans des conditions identiques à celles utilisées pour les filtres porteurs de poussières, ceci afin de supprimer un éventuel signal issu de la mesure de fibres arrachées par action mécanique au filtre lors de la filtration sous pression. La suspension de poussières après introduction dans la cuve d'analyse du granulomètre est maintenue en agitation par un agitateur à hélice. La dispersion des particules est, avant analyse, optimisée par ultrasonnage in situ durant 15s. La réponse granulométrique est ensuite obtenue après addition de 15000 analyses permettant la prise en compte de la totalité du volume de suspension introduit dans la cuve du granulomètre.

Les caractérisations granulométriques ont été réalisées directement sur les suspensions de poussières après extraction par contre-filtration sous pression. Les taux de récupération des poussières sont mentionnés dans le tableau 8. Ces valeurs ont été obtenues : 1. soit en utilisant les masses du filtre avant et après extraction ainsi que la masse du

filtre vierge, déduite par calcul de la densité moyenne des filtres, 2. soit en utilisant la masse du filtre après extraction et les masses du filtre avant

extraction et du filtre vierge obtenues par calcul.

On note tout d'abord un écart significatif entre les deux séries de valeurs mentionnées dans le tableau 8. Ceci trouve sa justification dans le biais introduit par la seconde méthode qui utilise une valeur moyenne de la densité de poussières sur le filtre pour estimer la masse du filtre avant extraction. Néanmoins, mêmes si les valeurs obtenues par la première méthode sont plus proches de la réalité, les 2 séries de valeurs restent du même ordre de grandeur et permettent une estimation de la représentativité de l'échantillon analysé. Bien que les extractions aient été menées dans des conditions identiques sur l'ensemble des prélèvements mentionnés, il est remarquable de constater à quel point le

Prélèvement no Rendement d'exiraction 1 Rendement d'extraction 2

Tableau 8 : Rendements d'extraction par antre-filtration.

1 75.6 70.2

3 83.9 78.5

6 -

86.4

7 - 69.4

11 - 40.9

8 78.5 74.1

12 76.01-

66.6176.3

CaractiMsation de la polluiion atmosph6rique de I'agglorn6ration lyonnaise

comportement des échantillons au cours de ce processus peut être variable. En effet si les extractions réalisées sur les prélèvements 3 et 6 permettent une récupération des poussières supérieure ou égale à 80%, au contraire le prélèvement 11 reste réfractaire à un tel traitement puisque seuls 40% des poussières piégées ont pu être récupérées pour une caractérisation manulométriaue. En movenne l'ensemble des échantillons oemet - un taux de récupération supérieur à 75% qui ne reste compatible avec une mesure granulométrique conservant une certaine représentativité. II est clair malgré tout que les fkactions de poussières qui ne peut être récupérée par ce procédé appartiennent probablement à la classe granulométrique la plus fine ou aux espèces chimiques ayant le plus fort pouvoir d'accrochage sur les fibres de silice composant le filtre. La caractérisation granulométrique, en l'absence d'un taux de récupération de 100%, reste malgré tout une approximation de la distribution réelle.

c) Caractérisation granulométrique

Les analyses ont été réalisées sur les échantillons issus des prélèvements 1,3, 6, 7, 8, 11 et 12. Les résultats sont présentés synthétiquement dans le tableau 9 ci-dessous. Les courbes de distribution granulométrique mesurées par diffraction laser sont reportées en annexe 5.

D, : diamètre des particules correspondant à x% de passant cumulé. PM10 : proportion de particules dont le diamètre est inférieur à IOpm. Span : facteur caractérisant l'étalement de la distribution granulométrique, défini par :

span = (d90-dtoYdso

L'étude granulométrique réalisée a permis de montrer que les poussières après récupération par contre-filtration présentent un fort degré d'agglomération. En effet, les valeurs élevées du paramètre d99, situées entre 13 et 159 Fm, apparaissent totalement incompatibles avec la coupure théorique de l'appareil de prélèvement qui doit se situer, en fonction des conditions de prélèvement utilisées, aux alentours de 10 Fm. L'étude menée par microscopie électronique, sur les filtres recouverts de poussières, n'a d'ailleurs pas mis en évidence de particule d'une taille supérieure à 20pm. Seules les particules issues du prélèvement 7 (figure 13) semblent avoir été correctement dispersées au cours des phases de récupération et d'analyse. L'analyse


Caractérisation de la pollufion atmosph6rique de I'agglomération lyonnaise

révèle alors que 99% des particules ont un diamètre inférieur a 12,74 pm et qu'il n'existe pas de particule d'un diamètre supérieur à 16,57 pm, ce qui est en bon accord avec la coupure théorique de I'impacteur. On remarque, par ailleurs, que dans ce prélèvement 90% des particules ont un diamètre inférieur à 8,11 pm et qu'elles constituent donc des particules susceptibles de progresser assez loin dans les voies respiratoires humaines. Les particules les plus petites rencontrées ici sont d'un diamètre voisin de 0,3 pm alors que pour l'ensemble des prélèvements elles sont comprises entre 0,2 et 0,3 pm. On remarque d'autre part, pour ce prélèvement, que la pente de la distribution est assez forte ce qui confirme une distribution resserrée caractérisée par une faible valeur (2) du paramètre appelé Span, sachant qu'une granulométrie étalée entre 0,l et 100 pm donnera une valeur de Span voisine de 4.


Caracférisafion de la pollution atmosphérique de I'agglom6ration lyonnaise

Conclusion

Des prélèvements de poussières atmosphériques ont été réalisés à l'aide d'un préleveur- impacteur dans l'agglomération lyonnaise. Cet appareillage, permettant de travailler à des débits élevés jusqu'à 100 m3/h, nous a permis de collecter des quantités de poussières suffisantes pour réaliser une caractérisation physico-chimique avancée des échantillons. Les prélèvements de poussières ont été réalisés de Juillet à Novembre sur deux sites distincts de l'agglomération lyonnaise. Ces sites différent à la fois par leur positionnement géographique mais aussi par leur environnement. Par ailleurs, des prélèvements ont été menés sur le site de la cité administrative, située au coeur de la cité, à des altitudes différentes.

Les prélèvements révèlent en premier lieu un taux d'empoussièrement variable de I'air en fonction de la période de collecte. Si les périodes d'été coïncident avec des teneurs habituelles en poussières de l'ordre de 25 à 30 pg/m3 ; les prélèvements réalisés au mois d'octobre font apparaître des teneurs en poussières élevées voisines de 40 pg/m3.

Les études menées sur les différents prélèvements par microscopie électronique à balayage montrent que la granulométrie des particules est inférieure à 15pm Ce résultat est conforté par l'étude menée en granulométrie laser qui montre qu'un échantillon de poussière correctement dispersé ne possède pas de particule d'une taille supérieure à 17 pm. Ceci est parfaitement cohérent avec la coupure aérodynamique à 10 pm réalisée par le préleveur. Nous avons montré par ailleurs, grâce à cette technique, que l'ensemble des échantillons prélevés, malgré un taux d'agglomération important, étaient composés de plus de 10% de particules inférieures à lpm. Particules dont la taille très réduite permet un cheminement prolongé dans les voies respiratoires humaines. L'étude de microscopie a mis en évidence la présence de particules d'un diamètre voisin de 1 pm riche en métaux (Fe, Cu), voire en métaux lourds (Pb). La phase cristalline la plus commune, au vu des résultats de microscopie et de diffraction des rayons Y est un sulfate de calcium : le gypse. Cette phase apparaît néanmoins comme minoritaire au regard des résultats de l'étude de spectroscopie infrarouge qui révèle une teneur très élevée des poussières en nitrate d'ammonium. L'absence de signal, relatif à ce composé, en diffraction des rayons indique le caractère amorphe du produit. Celui-ci semble être issu, d'après les données de la littérature, de la recombinaison dans I'air d'émanations d'ammoniac, issue d'industries utilisant ou produisant ce composé, avec les composés oxygénés de l'azote de I'air (NO,). Les échantillons de poussières comportent aussi une part importante de particules de matière organique dont la morphologie semble assez variable. La quantité de composés organiques présents dans les échantillons a été évaluée, par analyse du carbone organique, à 25% en moyenne. Ces particules d'origine anthropogénique sont issues des phénomènes de combustion liés à l'activité humaine. L'analyse par ICP-MS de 15 cations métalliques dans les poussières prélevées entre juillet et septembre a permis de mettre en évidence la présence principalement d'alcalino-terreux (Ca, Mg, Ba), de métaux de transition (Ti, Fe, Cu, Zn), et de métaux


Caracfénsafion de la pollufion atmosphérique de I'agglomérafion lyonnaise

lourds (Pb). Les autres éléments (V, Ni, Cr, W, Sb, Sr, Rb) restent négligeables ( < 0.03 % dans les poussières). Par ailleurs des corrélations fortes ont été observées entre certains éléments, notamment Ca et Mg, suggérant une source d'émission commune.

Cette étude qui a permis de dégager un certains nombre de caractéristiques essentielles de l'aérosol urbain lyonnais sera prochainement complétée. En particulier les analyses des prélèvements 7,- 8 11 et 12 en terme de teneur'en cations métalliques devraient rapidement aboutir. De la même façon, au regard des analyses chimiques, les analyses isotopiques des prélèvements vont pouvoir être effectuées afin de cibler l'origine des éléments détectés.


Caraciérisation de la pollution atmosphérique de I'agglom8rafion lyonnaise

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Caracftsnsation de la pollution atmosphérique de l'agglomération lyonnaise

A N N E Z 1 Données relatives à l'étalonnage des impacteurs


Caracfénsation de la pollution afmosphénque de I'agglomérafion lyonnaise

ic (SCFM)

Etaionnage du 13107199, prélèvements 1,2 et 3

Caracf6nsation de la pollotion atmosph6rique de I'agglom6rafion lyonnaise

HZ0 (Inches H20)

Etalonnage du 01/09/99, prélèvement 8


Camct6risafion de la pollution ami0Sphéri~~e de I'agg/om6rafion lyonnaise

O 1 2 3 4 5 6 7 8

HZ0 (Inches HZO)

Etalonnage du 02/09/99, prélèvements 5 et 6


Caracférisation de la pollofion atmosphérique de I'agglomération lyonnaise

+ I I 1 I

2 3 4 5 6 7 8 1

H20 (Inches H20)

Ic (SCFM)

Etalonnage du 14110199, prélèvement 7



O 1 2 3 4 5 6 7

HZ0 (Inches HZO)

1.1 -

I D -

- 0,9- L- .- E A E ;ii 0,s - CI

0.6 l 2 , , , , , , . ,

16 18 20 22 24 26 28 30 32

lc (SCFM)

Etalonnage du 1511 1/99, prélèvement 11


Caract6nsation de la pollution atmosphérique de I'agglorn6ration lyonnaise

'*O] / 0.9 l ' i l l ' l ' l ' l ' l ' l '

22 24 26 28 30 32 34 36 38

Ic (SCFM)

Etalonnage du 15/11/99, prélèvement 12



ANNEXE 2 Conditions relatives aux prélèvements

Rapport BRGM R P 50041-FR

CaractMsation de la pollution atmosphérique de I'agglomération lyonnaise

Prélèvement 1 Période Site 1 Réglage du débit 1 Etalonnage 1 1

Compteur

le 16/07/99 1 le 21/07/99

Du 16/07/99 au 21/07/99

Début d'analyse

f

16/07/99 à 15 h 00

Pression 1 Température 1 Conditions météo 1 Vent

moyennes

à 17 h 00 21/07/99 1000 25 Nuageux

1 (SGRmRGM) Fin d'rmalyse

(mbar} 1003

19/07/99 à 10 h 00 19/07/99 à17 h00 20107199 à S h 3 0 20/07/99

période Conditions relatives au prélèvement no 1, réalise sur le site 1.

- (SCEM~ 51

Durée théori~ue

PC) 29

998

995

1000

997

Rapport B R G M P 50041-FR

- du

13/07/99

Débit absolu

C'C)

Nuages + soleil

29

33

24

35

Nordlnord-est rafales

Soleil voilé 1 Pas deveut

(mbarj

- Nuageux

Soleil

( S C W 24.1

- -

-

Données météo de Lyon-Bron et débit corrigé des valeurs de P et T correspondantes. 994 32.19

Caractérisation de la pollution atmosphérique de i'agglom6rafion lyonnaise

Prélèvemetlt

2

Compfeur 0

116.69

t

21/07/99

I à 14 h 45

Conditions relatives au prélèvement no 2, réalisé sur le site 1.

Période

Du 21/07/99 au 26/07/99

Début d'analyse

14 h 45 le 21/07/99 Pression

(mbar) 1001

à 9 h 0 0 22/07/99 à 17 h 00 23/07/99

Site

1

Réglage du débit (SCFiM)

51

23 1 Soleil + nuages 1 Vent du nord 22/07/99


Etalonnage du

13/07/99 (SGRIBRGM) Fin d'analyse

11 h 4 0 le 26/07/99 Température

("(3 29

1000

1002

1003

cc)

Durée théorique fi)

116.92

Conditions météo

-

26

17

(mbarJ

Débit absolu (m3/min)

1.56

Vent

(SCF1M) 21

- Nuages + soleil

Vent d'ouest fort

Vent de nord-

Données météo de Lyon-Bron et débit corrigé des valeurs de P et T correspondantes. 995 32.01

Caractérisation de la pollution atmosphérique de I'agglomémtion lyonnaise

Prélèvement Période Site Réglage du débit Etalonnage ( S c m du

3 Du 26/07/99 1 50 13/07/99 au 30/07/99 (SGRIBRGM)

Compteur Début d'analyse Fin d'analyse Durée fhéorique Débit absolu fi) fi) (m3/min) 98.43 12 h 20 15 h 00 98.33 1.54

le 26/07/99 le 30107199 t Pression Température Conditions météo Vent

(mbar) TC) 26/07/99 997 30 - - à 12 h 20 26/07/99 996 32 - - à17h45 27/07/99 996 23 Soleil Pas de vent à8h30

Conditions relatives au prélèvement no 3, réalisé sur le site 1

Rapport BRGhWRP 50041-FR

IC ~SCEM) 31.61

T TC) 23.8

Données météo de Lyon-Bron et débit corrigé des valeurs dc P et T correspondantes.

P (mbar) 990


Prélèvement

5

Compteur FI

167.80

Période

Du 26/08/99

t

26/08/99

au 02/09/99 Début d'anuiyse

11 h 00

à 11 h o 0

Site

1

le 26/08/99 Pression (mbar)

999

26/08/99 à 17 h 00

(SGWBRGM) Fin d'analyse

10 h 53

-

à 8 h 3 0 27/08/99 à 16 h 00 30/08/99

Réglage du débit ( s c m )

21

le 02/09/99 Température

Px7 30

998

à 17 h30

Etalonnage du

02/09/99

Durée théorique fi)

167.88

29 1 SoleiVnuages 1 Pas devent

27/08/99

1000

995 fort

à S h 3 0 31/08/99 à 18 h 00 01/09/99


0.77

Conditions météo

SoleiVnuages

à 8 h 3 0 01/09/99 à 1 7 h30 02/09/99

Vent

Pas de vent

33

30

998

1001

à 10 h 00

Soleil 1 Pas devent 1001

31/08/99

1000

1002 nord

à 10 h 53 Moyenne sur la

période

Rapport BRGM R P 50041-FR

22

-

Soleil

999 21

28

21

T c"C) 22 -

-

Vent du nord

Soleil 1 Pas devent

30

21

02/09/99 1 -

Conditions relatives au prélèvement no 5, réalisé sur le site 1.

999

Soleil

Soleil

- 1 - 1 Vent du nord

Données météo de Lyon-Bron et débit comgé des valeurs de P et T correspondantes.

P (mbar)

994

Léger vent du nord

Pas de vent

Soleil

Soleil

26

IC (SCFM)

13.21

Vent du nord fort

Léger vent du

Soleil moyeu

Vent du nord moyen

Caractérisation de la pollution atmosph6rique de I'agglom&iation lyonnaise

Prélèvement Période Site Réglage du débit Etalonnage ( S e m du

6 Du 02/09/99 1 46.6 02/09/99 au 14/09/99 (SGRIBRGM) 50130

Compteur Début d'analyse Fin d'anaiyse Durée théorique Débit absoiu f i ) fi) (m3/min)

282.4 15 h 00 9 h 3 0 282.5 1.39 le 02/09/99 le 14/09/99

t Pression Température Condifions météo Vent (mbar) ("c)

02/09/99 1000 28 Soleil Vent faible à 15 h 00 03/09/99 995 21 Soleil Pas de vent à 10h00 03/09/99 995 28 Soleil Veut du sud- à 1 5 h 3 0 ouest 08/09/99 1001 28 Soleil Veut faible du à 17 h30 nord-est 09/09/99 1005 22 Soleil Pas de vent

à 18 h 00 10/09/99 1007 21 Soleil 1 Pas devent à 8 h 3 0 10/09/99 1005 32 Soleil Vent faible du à 16 h 00 nord 14/09/99 995 22 Soleil Pas de vent

1 période Conditions relatives au prélèvement no 6, réalisé sur le site 1.


(Y) (m bar) (SCl;iM) 29.29 21.3

Données météo de Lyon-Bron et débit comgé des valeurs de P et T correspondantes. 993

Caracférisation de la pollution ahnosphérique de t'agglornémtion lyonnaise

Prélèvement

7

Compteur FI

t

15110199 à 14 h30 18110199

1 116.8 1 14h30 1 1 0 h 5 0 1 116.3 1 1.42 1

Période

Du 15110199 au 20110199

Début d'analyse

à 9 h 3 0 19110199 à 9 h 3 0 20110199

le 15110199 Pression ( m e ) IO03

992


période


990

987

c"c)

Etalonnage du

14110199

Débit absoiu (m3/min}

Site

1 (SGIUBRGM) Fin d'analyse

le 20110199 Température

TC) 16

10

Conditions relatives au prélèvement no 7, réalise sur le site 1.

993

Réglage du débit (SCFu)

51

Durée théorique FI

11

16

(mbar}

Conditions météo

Nuages

Nuages

13

(SCFu) 12.1

Vent

Vent du nord faible

Pas de vent - Pluie, nuages

Soleil

Pas de vent

- Nuages

Données météo de Lyon-Bron et débit comgé des valeurs de P et T correspondantes. 988

Pas de vent

31.63

Caractérisafion de la pollution atmosphérique de I'agglomération lyonnaise

Prélèvement

8

Compteur cizi

117.2

t

Réglage du débit fscm

52

Durée théorique

15110199 à 11 h 20

Etalonnage du

01109199

Débit absolu

Période

Du 15110199 au 20110199

Début d'analyse

11 h 20 le 15110199 Pression

faible

Site

2 (Cité

administrative) (Ait 15m)

Fin d'analyse

(mbar) 1004

18110199 à 13 h 50

1 période Conditions relatives au prélèvement no 8, réalisé sur le site 2.

. 8 h 30

le 20110199 Température

- -

à 8 h 3 0

PC) 14

993

Moyenne sur la [ 996

Rapport BRGIWRP 50041-FR

fi) 117.2

Conditions météo

10 1 Nuages, pluie 1 Pas devent

20110199

T PC) 12

(m3/min) 1.49

Vent

Nuages Vent de nordluord-est

990

Vent faible 12

Données météo de Lyon-Bron et débit corrigé des valeurs de P et T correspondantes.

P hW

988

Nuages

IC ( S e m ) 32.24

- 11 Soleil


Prélèvement

Comuteur


période

Période Site

Du 15/11/99 au 19/11/99 (Cité

administrative)

le 15/11/99 le 19/11/99 Pression 1 Température

I Conditions relatives au prélèveme

Régiage du débit Etalonnage (SCFu) du

52 15/11/99

I

Durée théorique 1 Débit absoiu 1

Conditions météo Vent

Nuages, neige, Veut du Nord pluie - -


IC ml+f" 31.70

T ("c)

2.8 Données météo de Lyon-Bron et débit corrigé des valeurs de P et T correspondantes.

P (mbar)

989

Caracténsafion de la poliution atmosphérique de I'aggiom6ration Iyonnaise

Prélèvement

12

le 15/11/99 1 le 18/11/99 t Pression 1 Température

Compteur FI

82.1

(mbar) ("CI 15/11/99 1 - Froid

Période

Du 15/11/99

18/11/99 Arrêt

Moyenne sur la

au 19/11/99

Début d'anuiyse

12 h 40 I

Conditions météo Vent

Site

2

Nuages, neige,

(Cité administrative)

(Att l5m) Fin d'anuiyse

22 h 40

période Conditions relatives au prélèvement no 12, réalisé sur le site 2.

Réglage du débit fSCEMI

51

Eîulonnage du

15/11/99

Durée théorique FI 82



1.40

("c p 2.8

Données météo de Lyon-Bron et débit eomgé des valeurs de P et T correspondantes. 989 31.70

Caracft'rsation de la poilution atmosphérique de i'agglomérafion lyonnaise

ANNEXE 3 Microscopie électronique à balayage

Résultats des analyses par EDS


Caracférisafion de la pollution atmosphérique de I'agglomérafion lyonnaise

Figure 1 : Analyse du filtre de silice avant prélèvement (cliché 1).

Figure 2 : analyse d'une particule ovoïde d'origine animale ou végétale (prélèvement 7, cliché 7).


Caract6risafion de la pollution atmosph6rique de I'agglom6ration lyonnaise

Figure 5 : Analyse d'une particule d'origine animale ou végétale (prélèvement 7, cliché 8).

Figure 4 : analyse d'une particule de gypse illustrée cliché 6 (prélèvement 11 , cliché 6).


Caracfénsation de la pollution atmosphérique de l'agglomération lyonnaise

Rangel0 kev

Figure 5 : Analyse d'une particule de gypse (prélèvement 7, cliché 9).

Figure 6 : Analyse type d'une particule de gypse (Prélèvement 12, cliché 11).


Caractérisafion de la pollufion atmospht'nque de I'agglornérafion lyonnaise

Spectnim AS Cl 1A9 Range:20 keV

Figure 7 : Analyse d'une particule (A) , nche en fer (prélèvement 11, cliché 12).

L Ill

Figure 8 : Analyse d'une particule (B) , nche en cuivre (prélèvement 11, cliché 12)


Caractérisation de la pollution atmosphérique de i'agglorn6rafion lyonnaise

Figure 9 : Analyse d'une particule (C) , riche en plomb (prélèvement 1 1, cliché 12).

Figure 10 : Analyse d'une particule @) riche en fer, présentant des traces de chrome et cuivre (prélèvement 12, clichés 13 et 14).


Caracfénsation de la pollufion afrnosphérique de i'agglornérafion lyonnaise

Figure 1 1 : Analyse d'une particule (E) , riche en plomb (prélèvement 12, clichés 13 et 14).

Figure 12 : Analyse d'une particule (F), à la morphologie sphérique, riche en fer (prélèvement 12, clichés 13 et 14).


Caractérisation de la pollution atmosph6rique de I'agglomémtion lyonnaise

Figure 13 : Mise en évidence par analyse d'une particule (G) , riche en fer (prélèvement 12, cliché 13 et 14).

S p e c i r h AS i.1ZAD Range:20 keV'

Figure 14 : Analyse associant du gypse et une espèce minérale de nature argileuse (H) (prélèvement 12, clichés 13 et 14).


Caraci6nsafion de la pollufion ahnosph&ique de I'agglorn6rafion lyonnaise

Spëefium FE BILLE Ranga2O keV

oo*" ' , " . . . " " , " . . ' " " ' . ' . ' -m. , , . . , . ,,.O. . . . , , . . . .$a. . . . . . . . 6 1 8 " . . , . " . < . ' . . , . . . , . , 70

. ,. . , . . . .$,. . . . , . . . . 10 2.0'

Figure 15 : Analyse d'une particule sphérique riche en fer (prélèvement 8, cliché 15).

Jpecfnim FE BILLE Range20 keV.

Figure 16 : Analyse d'une particule sphérique riche en fer (prélèvement 7, cliché 16).


Caractérisation de la pollufion atmosphérique de I'agglomération lyonnaise

Figure 17 : Mise en évidence par l'analyse du «noyau » lourd d'une particule composite (prélèvement 1 1, cliché 17).

Rapport BRGiWRP 50041-FR

Caractérisafion de la pollution atmosph&ique de I'agglomBration lyonnaise

ANNEXE 4 Données de la minéralogie


MentiJiGa tion minéralogique de 4 échantillons osés sur filtres et référevtcés :

2

François PILL

Janvier 2000 ANAICMIINTl00127

Orléans, le 26 janvier 2000

Demandeur :

Monsieur A. SERON EPIDEM

Service Analyse et Caractérisation Minérale Unité Caractérisation minérale No Note: ANA/CMI/NT/00/27/fp/çm ViRéf. : NiRéf. :

Identification minéralogique de 4 échantillons déposés sur filtres et référencés : 1-7 ; 1-8 ; 1-11 et 1-12

Auteur : François Pillard

19 Pages O Tableau(x) O Figure(s) 1 Annexe Documents associés Résumé Les échantillons sont déterminés par difiactométrie des rayons X à parti]

de leur diagramme de poudre. Les essais sont réalisés directement sui une portion de filtre chargée en particules.

Mots-Clés : Diffraction des rayons X - Minéralogie - 1-7 ; 1-8 ; 1-1 1 et 1-12

Observations : Sauf accord préalable du BRGM, le présent document ne peut être reproduit que dans son intégralité. Les résultats exprimés ne concernent que les échantillons soumis à essais.

Devenir des éer'aanfillons : Rendus au client [XI - Archivés 1 an - Archivés plus longtemps suivant demande du client .... ans

Intérêt documentaire oui C] - non [XI Diff~ision Groupe BRGM : uniquement au demandeur de i'étude El

Restreinte : personnes mentionnées par le demandeur de i'étude Libre (avec l'accord du demandeur)

Client extérieur : confidentielle pour toute étude - résultats a

uniquement au demandeur

~ n s Technicien ayant effectué la préparation : Auteur(s) : François PILLARD

BRGM Service Analyse et Caractérisation Minérale

B.P. 6009 - 45060 ORLEANS CEDEX 2 - France - Tel. (33) 02.38.64.34.34

Identification minéralogique de 4 échantillons déposés sur fiftres et référencés : 1-7 ; 1-8 ; 1-11 et 1-72

MMERALOGJE DETERhlLNATIVE PAR DIFFRACTOMETRIE DES RAYONS X

Appareillage : SIEMENS D 5000 automatisé

Conditions expérimentales :

-Balayage de 4 à 84"2@ sur filtres chargés en particules - Vitesse de balayage de : 0,02"2 Blseconde - Echantillon tournant

Traitement des spectres : Logiciel DifEnc AT

/ RESULTATS 1 Echantillon témoin (non chargé)

Le diffractograrnme obtenu permet d'enregistrer le bruit de fond important provoqué par le filtre seul. il servira de base de comparaison pour différencier les pics présents obtenus a partir des filtres chargés en particules.

Aucun pic de diffraction significatif ne peut être envisagé. Tout le dépôt est amorphe aux rayons X ou trop peu chargé en particules minérales cristallisées.

Echantillon 2-8

Une fraction minérale cristallisée en traces est présente :

Mélantérite : FeS04.7H20 Thénardite : Na2S04 Alunite : K20.3A1203.4S03.6H~0 Mica : silicate de K, Al hydroxylé K-Feldspath (microcline) : KAISi308

BRGM - ANA/CMlmlT/00/27

Identification minéralogique de 4 échantil/ons déposés sur filtres et référenc6s : 1-7 ; 1-8; 1-1 1 et 1-12

=_=

.-"--"-

Fraction minérale cristallisée en infratraces :

Gypse : CaS04.2H20 Soufre élémentaire Jarosite : :e(S04)2(0H)6 Aphthitalite : K3Na(S0& Mascagnite : (N&)zS04

Echantillon 1-12

Fraction minérale cristallisée en infiatraces :

Gypse Calcite : CaC03 Mélantérite Rozénite : FeS04.4H20 Plagioclase : Na(Si3Al)Os Epsomite : MgS04.7H20

BRGM - ANNCMI/NT/00/27

Identification minéralogique de 4 échantillons déposés sur filtres et référencés : 1-7 ; C8 ; 1-11 et 1-12

ANNEXE

* Pour chaque échantillon présentant une fraction cristallisée

- Le difftactogramme interprété.

- Le diagramme brut.

- La liste des valeurs (d en A et 1 en coups et sur base 100).

- Le diffractogramme avec les valeurs de chaque pic.

- pour le témoin et le no 1-7 (sans pics significatifs)

- Le diagramme brut.

BRGM - ANA/CMl/NT/00/27

2-Theta - Scale B R G M 17-Jan-2000 15:57

O

1'0 1'5 2'0 2'5 $0 95 4'0 45 5'0 55 6'0 6'5 7'0 7'5 0'0 C: \USERDATA\15968. RA W 15968 TMOIN (CT: 1. OS, SS: 0.020dg, WL: 1.789OA0)

O O

O

C: \USERDATA\15970. RAW 15970 1 - 8 (CT: 1. Os, SS: 0.020dg, WL: 1.7890A0, DX: + ,000) 22-0633 * FeS04.7H20 M e l a n t e r i t e , syn (WL: 1.7890Ao) 46-1383 % KA12 (Si3B) 010 (OH, F) 2 B o r o r n ~ ? - - ~ ~ ' '

- l M (WL: 1.7890Ao) 37-1465 * Na2S04 Thena rd i t e syn(WL: :

? - O f i l f i n K?O ? A l m ? Asn? fik20 A l u p i t c 0

2-Theta - Sca le 8 R G M 18-Jan-2000 15:08

O O

1 1 1 1 1 1 I 1

2-Theta - Scale B R G M 18-Jan-2000 15:OB

1 1 , , , . < < , , . . > , I I . + I I , . I I . a . . . . I I . * " . ' . r

1'0 1% 20 $5 3'0 3'5 4'0 45 80 do & 7'0 7l5 do C: \USERDATA\15970. RAW 15970 1 - 8 (CT: 1. OS, SS: 0.02069, WL: 1.789OA0)

DIFFRAC /AT - - PRINTDIF V1.O *** 25-Jan-2000 15:40:42

Dump of file: C:\USERDATA\l5970.DIF (25-Jan-2000 15:40:30) Sample name : 15970 1 - 8 (17-Jan-2000 18:16:42) D 5 M W - Program: DEFAULT . DQL

Wavelength 1: 1.78897 Wavelength 2 : 1.79285

Range # 1 Raw data measured from 2 theta = 4.000 to 84.000 Step size : 0.020 Time/step : 1.0 Peak width: 0.300 Threshold : 1. O

2 theta 10.460 17.613 17.892 21.045 22.150 24.244 24.803 25.501 26.269 29.131 29.410 31.500 31.796 32.831 33.808 36.461 38.485 42.450 46.513 48.328 53.913 57.333 58.660 63.825 64.035 65.152 65.571 69.131

2-Theta - S c a l e B R G M 25-Jan-2000 1 3 4 0 O I I I 1 l I l O

I I

0 1 45 5'0 55 do & ' " ' 7 ' 0 " "k" " s'O

C: \USERDATA\15970. RAW 15970 1 - 8 (CT: 1. Os, SS: 0.020dg, WL: 1.7890Ao)

O O

O

C: \USERDATA\15971. RAW 15971 1 - Il (CT: 1. Os, SS: 0.02069, WL: 1.7890A0, DX: - ,140) 33-0311 * CaS04.2H20 Gypsum, syn(WL: 1.7890Ao) 24-1206 C S S u l f u r [WL: 1.7890Ao) 22-0827 1 KFe3 504 2 (OH) 6 J a r o s l t e . syn (WL: 1.7890Ao) 20-0928 I K3Na I ~ 0 4 j 2 ~pnthltali t e . sl;n.IWL: 1: 789QAoi 44-241 3 D [NHcl) 2504 .Mh~c .~gn i.t& s;m ( L. 1 .7891)t901

2-Theta - Scale 8 R G M 18-Jan-2000 08: 25

0 1 1'0 1% 2l0 $5 3'0 3'5 4'0 4s 5'0 5s 6'0 6s 7'0 h"" 8'0 " '

C: \USERDATA\ 1597 1. RAW $597 1 1 - Il (CT: 1. OS, SS: 0.020dg, WL: 1.7890Ao)

DIFFRAC / AT - - PRINTDIF V1.O *** 25-Jan-2000 15:50:42

Dump of file: C:\USERDATA\1597l.DIF (25-Jan-2000 15:50:28) Sample name : 15971 1 - 11 (17-Jan-2000 19:24:12)

Wavelength 1: 1.78897 Wavelength 2: 1.79285

Range +t 1 Raw data measured £rom 2 theta = Step size : 0.020 Time/step : Peak width: 0.300 Threshold :

O

4l5 s'0 5b 6'0 & " " 7 ' 0 ' " ' ? 5 " " 8'0 I C: \USERDATA\15971. RAW 15971 1 - Il (CT: 1. Os, SS: 0 . 020dg, WL: l.789OA0)

2-Theta - Sca le B R G M 25-Jan-2000 15: 50

O O

O e d

ffl a O

O O

O

O O

O b

I 1 t 1 l l 1 1

- -

- 1

C: \USERDATA\15972. RAW 15972 1 - 12 (CT: 1. Os, SS: 0.020dg. WL: 1.7890A0) 33-0311 * CaS04.2H20 Gypsum, s n (WL: l.789OAol 47-1743 C CaC.03 C a l c i t e (WL: 1. 'f 890Ao) 22-0633 * FeS04. TH20 M e l a n t e r i t e , syn (WL: l.78.90Aol 16-0699 1 FeS04.4H20 Rozen i te (WL: 1.7890Ao) 10-0393 * Na (Si3A1) 08 A l b i t e , d i s o r d e r e d [WL: 36-0419 * MgS04.7H20 Epsornite, syn (WL: 1.7890

2-Theta - Sca le B R G M 18-Jan-2000 15: 17

O O

1 1 1 1 1 1 1 I

2-Theta - Sca le B R G M 18-Jan-2000 08:26

l

l'0 1'5 2'0 25 3'0 95 4'0 45 5'0 5'5"" 6'0 " " 6% " " f ' " ' * O 8'0 C: \USEROATA\15972 .RAW 15972 1 - 12 (CT: 1. Os, SS: 0.020dg, WL: 1.7890A0)

DIFFRAC / AT - - PRINTDIF V1.O *** 25-Jan-2000 15:54:52

Dump of file: C:\USERDATA\15972.DIF (25-Jan-2000 15:54:38) Sample name : 15972 1 - 12 (17-Jan-2000 20:31:40) D5MEnS - Program:DEFAlLT.DQL Wavelength 1: 1.78897 Wavelength 2: 1.79285

Range # 1 Raw data rneasured £rom 2 theta = 4.000 to 84.000 Step size : 0.020 Time/step : 1. O Peak width: 0.300 Threshold : 1. O

-N- 2 theta . 1 13.564 2 21.033 3 23.058 4 24.244 5 24.524 6 26.269 7 28.223 8 32.901 9 34.297 10 38.485 11 40.789 12 44.977 13 46.164 14 48.747 15 49.026 16 49.934 17 51.330 18 57.333 19 62.499 20 66.269 21 66.967 22 74.087 23 75.414

2-Theta - S c a l e B Fi G M 25-Jan-2000 15: 54 O l 1 1 1 1 1 1 1 O

O

4l5 5'0 5'5 6'0 6'5 7'0 7'5 d0 I

C: \USERDATA\15972. RAW 15972 1 - 12 (CT: 1. Os, SS: 0.020dg, WL: 1,789OAo)

Caracférisation de la pollution atmosphérique de l'agglomération lyonnaise

ANNEXE 5 Courbes granulométriques

Rapport BRGlWRP 50041-FR

Rapport Tailles Malvern INFORMATIONS SUR LE PRODUir

IDENTIFICATION: Poussières N"d'Exennim: 11 Mesuré le: Jeu 13 Jan 2MX) 16:44 Fichier: POLLPART N" d'Enregistrement: 28 Analysé le: Jeu 13 Jan MW 16:44 Répertoire: C:\SIZERSWA\ Type de Résultat Analyse Commentaires: poussières prélèvement 1-1 filtre 1

Extradion par iilhation ss p ( 3 bars) HMP + Dnpex + Teepal+ pH 10.0 Blanc surf ik, 15s US dans la cuve d'analyse

Résiduel: 0.Ml %

INFORMATIONS SUR LINSTRUMENT Gamme: 3WRF mm Longueur Faisceau: 0.50 mm Préparateur: MS17 Obscuiatim: 3.5% Présmaiion: 3$$D [Fraunhofer] Modèle d'Analyse: Polydispe~ Modiimtions: Aucune

RESULTAT DE IA MESURE Type de D'biribuüon: Volume Concentration = 0.W88 %Vol Densité = 2700 g 1 wb. cm Specific SA. = 0.5998 q. m 1 g Diamehes: D (v, 0.1) = 1.57 D (v, 0.5) = 7.67 pm D (v. 0.9) = 40.01 pm D 14.31 = 16.76 um D i3.21= 3.70 u Sean = 5.WSEXX) Uniformité = 1.708EXX) -

Volume (56)

Diametre des Particules @m.) Maivem Instruments Lld. Mastersizer S long bed Ver. 215 Maivern. UK Serial Number: 33265106 Tel:=+[44] (0)1684892456 Fw+[44] (0)1684-â92789

p. 16 03 Feb W 15:Ol

Rapport Tailles Malvem INFORMATIONS SUR LE PRODUiT

IDENTIFICATION: Poussières N'd'Exsution: 12 Mesuré le: Ven 14 Jan MW 1623 Fichier: POLLPART No d'Enregistrement: 32 Analysé le: Ven 14 Jan MW 1623 Répertoire: C:EKERSU)ATA\ Type de Résultat: Analyse Commentaires: pussres prélèvement 13 filtre 1

Extraciion par filtration ss p ( 3 bars) HMP + Dis= + Teerd + DH 10.0 Réaiusié Blanc sur f;k, 1% US dans la cuve &nalyse

INFORMATIONS SUR LlNSTRUMENT Gamme: 3CüRF mm Longueur Faisceau: 0.50 mm Prépamteur: MS17 Obwuraiion: 4.0 % Présentation: 3$$0 [Fraunhofer] Modele d'Analyse: Polydisperse Résiduel: 0 . W % Modifications: Aucune

DE LA MESURE RESULTAT Type de Dishibution: Volume Concentration = 0 . W %Vol Diametres: D (v, 0.1) = 1.25 pm D 14, 31 = 9.27 vm D 13.21 = 3.07 um

Den& = 2.7W g Icub. cm D (v. 0.5) = 6.12 pm Span = 3.328E+O0

Volume (96) IO, - 1 O0 //

Maivern Instntmenis Ltd. Mastets~er S long bed Ver. 2.15 Maivern, UK Serial Number: 3nm-lW Tel:=+[44] (0)16&1892456 Fw+[b(] (0)1€84892789

p. 17 03 Feb W 15:M

Rapport Tailles Malvem INFORMATIONS SUR LE PRODUIT

IDENTIFICATION: Poussières No d'Executbn: 9 Mesuré le: Mar 11 Jan MW 13 : s Fichier: POLLPART N' d'Enregistrement: î 2 Analysé le: Mar 11 Jan 2WO 1355 Réperinire: C:iSIZERS!DATA\ Type de Résultat: Analyse Commentaires: pausiéres prélèvement 14 filtre 1

Exiradion par fihiion ss p ( 3 bars) HMP + Dispex + Teepl+ pH 10.0 Blanc sur filtre. 15s US dam la cuve d'analyse

INFORMATIONS SUR L'INSTRUMENT Gamme: =RF mm Longueur Faisceau: 0.50 mm Préparateur: MS17 Obscuration: 8.1 % Présentation: 3$$D [Fraunhofer] Malèle dAnalyse: Polydispene Résiduel: 2 . m % Modiicatiom: Aucune

RESULTAT DE LA MESURE Type de Dibution: Volume Concenttaüon = 0.0240 %Vol Densité = 2.700 g 1 cub. cm SpeFmc S A = 0.5183 sq. m I g Dimetres: D (v, 0.1) = 2.W pm D (v, 0.5) = 7.09 pm D (v, 0.9) = 18.19 gm D 14'31 = 8.85 gm D [3,2] = 4.29 pm Span = 2.283EIW Uniimité = 7.061E-01

Ml le lm luml 6.53 7.72 s w 10.46 1221 14.22 18.57 19.31 2249 28.20 ?au 35.58 41.43 48.27 5823 65.51 78.32 88.91

1m.m 120.67 140.53 la77 190.80 mZ8 23885 301.88 351.46 409.45 47101 S55.71 847.41 7543

Volume (Dm)

Taille Sup luml 7.72 9.w 10.48 1221 14.22

75.52

88.88

1W.W iwm 1w.w 1w.w 1w.w lw.w rmw m m 1m.w 1w.w lw.w 1w.w 1w.m 1w.w 1w.w 1w.w 1w.w lm.w 1w.w lw.w rwm

Maivern imfnimenis Ud. Masiersizer S bng bed Ver. 2.15 Malvern, UK Senal Number. 33265106 Tel:=+[44) (0)1684-892456 Fax3441 (0)1684892789

p. 18 03 Feb W 15:02

Rapport Tailles Matvern INFORMATIONS SUR LE PRODUiT

IDENTIFICATION: P~1~~1'éres Wd'Execulim: 9 Mesuré le: Mer 12 Jan MW 15:41 Fichier: POLLPART N" d'Enregistrement: 25 Analysé le: Mer 12 Jan MW 1541 Réprtoire: C:iSIZERSUIATA\ Type de Résultat: Analyse commentaires: passières prélèvement 1-7 filtre 1

Emadnxr par filmiion ss p ( 3 bars) HMP + Di- +Teepol+ pH 10.0 Blanc sur f ih, 15s US dans la cuve d'analyse

INFORMATIONS SUR L'INSTRUMENT Gamme: 3WRF mm Longuwr Faisceau: 0.50 mm Préparateur: MS17 Otbwraüon: 3.5 % Présentation: 3$$D [Fraunhofer] Mcdéle d'/\nalyse: Polydisperse Résiduel: 3.831 % Modifications: Aucune

RESULTAT DE LAMESURE Type de Disiribution: Volume Cooçenhation : Diarnetres: 0 (v.0.1) = 1 D [4.31= 4.13 vm 0 13.21 = 2.4

Tailla ln1 Wm) 0.M 0.m 0.07 0.08 om 0.11 0.13 0.15 0.17 020 0.23 o n 0.31 0.38 0.42 049 0.58 0.87 0.78 0.91 1.w 1.24 1 .M 1 .m 1.95 228 2.65 3.03 3 80 4.19 4.m 5.69

?nsité = 27W g 1 cub. cm Speafic SA. = 0.9166 sq. m 1 g (v, 0.5) = 3.46 pm D (v, 0.9) = 8.11 pm ban = 2W5E+00 Uniformité = 6.221E-01

Volume (%)

PsevnRB B B . 3 83.06 86.49 88.71 me2 1m.w 1M.M rmw IDJW 1m.w 1m.w 1m.m 1m.w lm.m imm rmw 1mw m m 1m.m lm.m lm.w lm.m 1m.m 1OOm m m

Malvem Instniments Ltd. M a l m . UK p. 19

03 Feb W 1503

Rapport Tailles Malvem INFORMATONS SUR LE PRODUi?

IDENTIFICATION: Poussières N'd'Exsution: 10 Mesuré le: Mer 12 Jan 2WO 16:41 Fichier. POLLPART N" d'Enregistrement: 26 Analysé le: Mer 12 Jan 2WO 16:47 Répwtoire: C:\SIZERSWATA\ Type de Resultat: Analyse Commentaires: pussières prélement 18 fiiîre 1

Ex(radK>n par filtration ss p ( 3 bas) HMP + Diipex + T w p l + pH 10.0 Blancsur filtre. 15s US dam la cuve ffanalyse

INFORMATIONS SUR L'INSTRUMENT jamme: JWRF mm Longueur Faisceau: 0.50 mm Préparateur. MSi7 Obscuration: 3.7 % 'réseniaiion: 3$$D [Fmunhofer] Modèle d'&lyse: Polydisperse Résidud: 0.753 % Medkatiuns: Aucune

RESULTAT DE LAMESURE : O.W67%Vol Densité = 2.700 glcub. cm Specriic S.A. = 0.8396sq. m/g .15 pm D (v. 0.5) = 4.40 pm D (v. 0.9) = 13.53 pm 5 um Span = 281 1 E+W) Unifomiié = 9.[#)6E01

Volume

Taille Sut>fpml 7.72 9.w 10.48

1m.m tmw 1m.w

1w.w imw

1w.w 1m.w imw im.03 1W.M 1w.w 1W.W iww 1w.w imw

Volume (Sb)

Diametre des Particules @m.)

Maivern Imrnimenis Ltd. Masiersizer S long bed Ver. 215 Malvern, UK Serial Number. 33265106 Tel:=+[44] (0)1684-892456 Fax:+[44] (0)1684-892789

P. 2Q 03 Feb CXI 1303

Rapport Tailles WIalvern INFORMATIONS SUR LE PRODUIT

IDENTIFICATION: PouMeres N" dExecuîion: 9 Mesuré le: Mer 12 Jan 2MX) 10:& Fichier: POLLPART N" d' Enregistrement: 24 Analysé le: Mer 12 Jan MW <O:& Reperîoire: C:iSIZERSüIATA\ Type de Résultat: Arialyse Commentaires: poussieres prélèvement 1-1 1 fiRre 1

Extradion par fiHraiion sç p ( 3 ban) HMP + Diy>ex+ Teepal + pH 10.0 Blanc sur filtre. 15s US dam la cuve d'analyse

INFORMATIONS SUR L'INSTRUMENT Gamme: 3WRF mm Longueur Faisceau: 0.50 mm Préparateur: MS17 Obswralion: 3.9 % PrésenWion: 3$$D [Fraunhofer] Modèlec?hiyse: Poiydkpene Rbsiduel: 3.067 % Mcdificaüons: Aucune

RESULTAT DE LA MESURE Type de Distribution: Volume Concentration = 0 . W %Vol Densité = 2.7W g icub. cm Speîific SA. = 0.9663 sq. m i g Diametres: D (v, 0.1) = 1 .O2 pm D (v. 0.5) = 3.69 pm D (v, 0.9) = 11.49 Pm D [4.3] = 5.21 pm D p, 21 = 2.30 pm Span = 2.836EW Unifmité = 8.8ïOE-01

Teille Int ("m) 0.05 o f f i 0.67 0.08 0.09 0.11 0.13 0.15 0.17 0.20 0.23 o n 0.31 0.36 0.42 0.49 0.58 0.67 0.76 0.91 1 .ffi 124 1 .& 1.58 1.95 226 265 3.09 3.60 4.19 4.88 5.69

Diametre des Particules (pm.) Malvern imtniments Ud. Masiersizer S long bed Ver. 2.15 Malvern. UK

p. 21 Sena1 Number: 33265106 03 Feb W 15:M

Tel:=+[44] (0)1684892456 Fax:+[44] (0)1684892789

an % 0 m 000 0.m 0.m 0.m 0.110 om 0.m om om 0.05 0.17 0.31 0.50 o n 1.m 1.36 1.76 227 270 3.19 3.67 4.13 4.59 5.W 5.46 5.95 6.17 6.38 6.43 6.28 5.m

Talllesup ("ml Offi 0.07 008 O09 0.H 0.13 0.15 0.17 0.20 0.23 0.27 0.31 0.33 0.42 0.48 0.58 0.67 0.78 0.91 1.06 1.24 1.14 1.88 1.95 228 265 3.09 3.60 4.19 4.88 5.88 6.63

Paaram 0.m 0.m 003 0.m 0.02 0.W am O.M 0.00 0.W 0.05 0.22 0.53 1.03 1.76 278 4.14 5.90 8.12

10.82 14.01 17.67 21.81 28.3 33.42 36.88 42.74 48.90 65.28 61.71 67.89 n s i

Tailla In1 (pm) 6.63 7.72 9.00

10.48 1221 1422 3e.n 19.31 2249 2320 3053 35.58 41.43 48.z 58.23 61.51 76.P 88.91

103.58 12aW 140.58 163.77 1s[l.80 222.26 258.95 301.88 351.48 m . 4 6 4T.01 555.71 647.41 754.23

an % 5.37 4.70 3.97 3.24 282 2.11 1.67 1.23 0.80 0.33 0.m 0.00 0.m 0.00 0.00 om 0.m 0.m 0.03 0.W 0.m 0.00 0.m O.@ 0.W 0.02 0.M 0.m 0.m 0.00 0.w am

Tai1Ias"p (um) 7.72 9.M

10.48 1221 1422 16.57 19.31 2248 2320 S.53 38.58 41.43 4827 58.23 85.51 76.32 88.91

103.58 120.67 14(1.58 l m 7 7 180.80 zza m85 m.58 ~ 1 . 4 6 4m45 4 n m 55571 8I7.41 756.23 678 67

R r u n t o h 7 9 8 85.88 87.96 9120 g i63 85.94 97.61 gaz35 89.64

1ui.m 1m.w lm.m lm.m m m 1W.M 1CCK.l <mm imm 1m.m 1m.m lM.M m m 1m.m imm 1m.m 1m.m 1oam 1 M W <mm 1W.W ioow 1m.m

Rapport Tailles Malvem INFORMATIONS SUR LE PRODUK

IDENTIFICATION: Poussiéres N" d'Exewtion: 13 Mesuré le: Ven 14 Jan 20W 17:15 Fichier: POLLPART N' d'Enregistrement: 33 Analysé le: Ven 14 Jan 2WO 17:18 Répertoire: C:iSiZERS\DATA\ Type de Résultat: Analyse Commentaires: paussiéies prélévernent 1-12 RHre 2

Extradion par m o n a p ( 3 ban) HMP + Dispex + Teepl +pH 10.0 Blanc sur filtre, 15s US dans la cuve d'analyse

A

INFORMATIONS SUR L'INSTRUMENT Gamme: 3WRF mm Longueur Faisceau: 0.50 mm Préparateur: MS17 Obscuration: 2.1 % Présentation: 3$$D [Fraunhoier] Modèle d'Analysa: Poiydi i rse Résiduel: 0.974 % Modiicatiom: Aucune

RESULTAT DE LAMESURE Type de Distribution: Volume Concentration = 0 . W %Vol Densiié = 2.7W g 1 cub. cm Speafic S A = 0.8334 sq. rn l g Diametres: D (v, 0.1) = 1 .17 vm D (v. 0.5) = 4.25 pm D (v, 0.9) = 19.36 Pm D [4,3] = 10.05 pm D [3,2] = 2.67 ~m Span = 4.278E+W UnifomRé = 1.847E+W

Volume (%)

Diametre des Parücules (pm.) Malvern lmtruments Ud. Mastersizer S long &ed Ver. 2.15 Maivwn, UK Serial Number: 33265106 Tei:=+[44] (0)16&e892456 Fax:344] (0)1686892789

P. 22 03 Feb W 15:M

BRGM

SERVICE EAU Unité Gestion de la Ressource et Impacts environnementaux

BP 6009 - 45060 ORLEANS Cedex 2 - France - Tél. : (33) 02.38.64.34.34

SERVICE DES ACTIONS REGIONALES Service Géologique Régional Rhône-Alpes

29, Bld du 11 Novembre - B.P. 2059 -69616 VILLEURBANNE Cedex- France - Tél. : (33) 04 72 82 11 50