Depuis plusieurs semaines en contact , nous nous sommes tout de suite entendu sur le principe du partage et la nécessité de laisser une trace sur internet. Je vous laisse décrouvrir son article sur la pollution atmosphérique et les appareils de mesures totalement justifié sur FrogeTech. Je ne vous cache pas ma fierté de vous présenter Paolo qui devrait produire prochainement d'autres informations de même qualité dans le thème Eco-conception & Environnement .
Je parlerai ici de pollution atmosphérique et de mesures des polluants, qui constituent mon domaine d'activité. Je partirai pour ce faire de la définition donnée par Wikipédia : la pollution de l'air (ou pollution atmosphérique) est un type de pollution défini par une altération de la pureté de l'air, par une ou plusieurs substances ou particules présentes à des concentrations et durant des temps suffisants pour créer un effet toxique ou écotoxique.
Cette définition semble déjà suffisamment claire. Mais arrêtons-nous un instant sur les mots concentrations et temps. Ces gaz et ces particules responsables des phénomènes de pollution représentent seulement un pourcentage infime des gaz composant l'air. L'atmosphère terrestre est composée de 21 % d'oxygène (O2), de 78 % d'azote (N2) et de 1 % d'autres gaz dont une très petite partie, de l'ordre de 0,0001%, constituée de polluants à l'état gazeux ou particulaire.
Ce petit pourcentage de composés présents dans l'air suffit à nous polluer la vie ou, en d'autres termes, à porter atteinte à la planète et à ses habitants. Prenons l'exemple du fameux dioxyde de carbone (CO2), gaz très stable, issu des processus de combustion, qui s'accumule dans l'atmosphère et qui a la propriété d'absorber de la lumière et de restituer l'énergie absorbée sous forme de chaleur. Le CO2 a une concentration atmosphérique de l'ordre de 382 ppmv (parties par million en volume), soit 0,0382 %en volume, son taux moyen annuel augmentant de 1,2 à 1,4 ppmv par an ! Cela suffit pourtant à faire de ce gaz l'une des causes de l'augmentation de la température moyenne de la planète, l'ennemi public numéro un pour la plupart des médias. Attention, le CO2 n'est pas toxique ni en aucun cas nocif pour la santé de l'homme, c'est son comportement physique de « générateur de chaleur » qui est en cause.
En ce qui concerne le temps suffisant pour créer un effet toxique, celui-ci peut être de l'ordre de quelque dizaines de minutes dans le cas d'une pollution au monoxyde de carbone (CO, très nocif au contraire de son frère CO2) localisée dans l'air intérieur, de quelques heures dans le cas des phénomènes urbains de smog photochimique, de quelques jours quand une situation exceptionnelle de stabilité atmosphérique s'installe en ville.
Le décor étant planté, où est-ce que je me situe dans tout cela ? J'ai débuté ma carrière par l'étude des phénomènes qui régissent la pollution atmosphérique. Les polluants, une fois émis par les différentes sources (industries, centrales thermoélectriques, circulation routières, incendies, etc.) se mélangent, interagissent entre eux, sont transportés sur des distances parfois très longues (de l'ordre de 1000 km !), bref : ils ont « une vie ». L'étude de cette « vie » est le métier du chercheur en pollution atmosphérique, mon métier d'origine. Pour exercer ce métier, les outils dont on dispose sont les lois de la physique et de la chimie et les mesures des polluants sur le terrain. A l'aide de techniques d'échantillonnage et d'analyse, parfois développées par ses soins, le chercheur réalise des mesures sur le terrain puis traite les données relevées, étudie les écarts avec ses hypothèses, fait des corrélations avec d'autres bases de données (météo par exemple), analyse l'historique, pour finalement arriver à expliquer un certain nombre de processus et les phénomènes de pollution associés.
Et nous voilà arrivés aux mesures.
Détecter les polluants et les mesurer, soit déterminer leurs niveaux de concentration dans l'air, cela sert avant tout à comprendre, à lier entre eux les phénomènes observés et à démontrer ces liens par des données quantifiables, par des noms (types de polluant) et des chiffres (niveaux de concentration). Les mesures servent aussi à contrôler et prévenir, ou mieux, à faire des prévisions sur l'évolution de la qualité de l'air.
Mais la mesure n'est pas une affaire si simple car, comme nous venons de le voir, les concentrations de polluants dans l'air sont très faibles, de l'ordre de quelque ppm ou même de quelque ppb (partie par milliard, 1 mole de gaz sur 1 000 000 000 moles d'air). Mesurer des ppm et ppb demande l'utilisation de techniques sensibles et précises, à savoir de techniques capables de discerner un composant parmi les milliers présents dans l'air et de répondre de manière répétable et exacte à ses variations de concentration.
La plupart des techniques de mesures des gaz dans l'atmosphère se fondent sur des principes physiques et physico-chimiques. Une propriété physique propre à un gaz et variant proportionnellement à la concentration de ce gaz est utilisée et l'intensité de sa réponse analysée. Par exemple, pour mesurer l'ozone (O3), nous utilisons sa propriété d'absorption des radiations UV à une fréquence déterminée (253,7 nm). La quantité de radiation absorbée est proportionnelle à la quantité de molécules présentes dans notre échantillon. La loi qui met en relation intensité lumineuse et concentration est la loi logarithmique de Beer-Lambert.
Nous avons donc un gaz, une propriété physique et une loi qui établit un lien entre eux. Il faut maintenant exploiter ces informations pour obtenir « la mesure ». Mettre en pratique une technique de mesure à travers la réalisation d'un appareil qui prélève un échantillon d'air, l'analyse et fournit une réponse en temps plus au moins réel : tel est mon métier aujourd'hui. J'ai commencé ma carrière par l'étude des polluants dans l'atmosphère, l'analyse des évolutions de leurs niveaux de concentration, les réactions chimiques, les procès physiques, les phénomènes de transport et l'interprétation de phénomènes de pollution qui en dérivent. Je suis ensuite passé au développement des méthodes de mesure des polluants. Disons qu'avant, en tant que chercheur, j'étais devant les appareils et j'exploitais les données, maintenant je suis tombé dedans !
D'où démarre-t-on quand on développe un appareil de mesure ? Tout d'abord d'un besoin. Aujourd'hui, les chercheurs ne sont pas les seuls utilisateurs d'appareils de mesure de polluants. Il y a les collectivités locales et nationales qui, sous forme d'associations (comme en France) ou sous forme de sociétés, constituent les réseaux de surveillance de qualité de l'air. Il y a les organismes de santé publique. Il y a les industriels qui ont l'obligation de contrôler leurs rejets atmosphériques... Il y a, tout bêtement, un marché.
Un nouveau besoin peut naître d'une nouvelle norme sur la mesure d'un gaz, d'une nouvelle loi qui abaisse le seuil d'alerte d'un polluant et donc la limite de détection de l'appareil de mesure, ou encore de la découverte d'un nouveau polluant, qu'il deviendrait nécessaire de contrôler. Une fois défini le besoin, il faut choisir la technique. Nous pouvons à ce stade partir dans toutes les directions, faire des brainstormings interminables, sortir l'idée du siècle, mais arrive un moment où il faut être pragmatique et choisir parmi les techniques connues et surtout reconnues et normées. Les « bonnes idées », il faut les garder en veille et les sortir au moment voulu. On y reviendra. Pour l'heure, il faut savoir qu'un appareil de mesure de pollution utilisant une technique non reconnue par les normes internationales est pratiquement invendable. Une municipalité ou un industriel ne peuvent pas démontrer la validité de leurs mesures si ces mesures sont prises avec l'alambique du professeur Tournesol de service. Cela peut avoir des implications très importantes. Par exemple, un industriel poursuivi en justice pour avoir émis des rejets atmosphériques hors des limites consenties par la loi a tout intérêt à fournir à la justice des valeurs certifiées, pour avoir une chance de démontrer son innocence. Le même discours vaut a contrario pour la collectivité qui a intenté le procès.
Le choix se fait donc sur une technique normée. La plupart des techniques de mesure des gaz dans l'atmosphère ont été développées à partir des années 70 quand les problèmes de pollution ont commencé à être d'actualité et ces techniques sont aujourd'hui acquises et normées. Les normes ISO décrivent les principes régissant toutes les méthodes de mesure de référence. Les normes EN normalisent ces techniques au niveau européen.
Le travail du concepteur d'appareil de mesure commence ici et travaille nécessairement en équipe. Quelqu'un comme moi connaît très bien les principes d'échantillonnage et de mesure, la chimie et la physique de ce que l'appareil est censé mesurer, mais il a besoin de partager ses connaissances avec le bureau d'étude et le développeur informatique pour mettre en pratique ses idées, de la rédaction du cahier des charges à l'industrialisation du produit final. Et là, c'est tout le monde qui doit être innovant, proposer des solutions, trouver de nouveaux matériaux, appliquer les nouvelles technologies aux méthodes existantes afin d'en améliorer la sensibilité et la précision. Et combien cela est passionnant !
Je reviens donc sur l'utilité de la « nouvelle idée », sur la « vraie innovation », avant d'être pris à tort pour un conservateur. J'ai vu que sur ce blog la question est toujours d'actualité.
Même si on part d'une technique archiconnue, d'un principe de mesure désormais utilisé par tout le monde, on doit pouvoir innover. Si, par exemple, pour la mesure d'un gaz, nous avons décidé d'appliquer une technique optique classique fondée sur l'absorption de la lumière à une certaine longueur d'onde, rien ne nous empêche d'aller chercher le dernier cri dans le domaine des lentilles pour mieux focaliser notre signal, et d'améliorer la puissance de calcul de notre appareil avec l'utilisation d'un nouveau processeur, ou de développer un logiciel d'interface graphique ergonomique. De surcroît, une fois réalisé ce nouvel appareil qui répond aux besoins et aux normes, il pourra être installé aisément partout dans le monde et une partie des bénéfices engrangés sera réinjectée dans le développement de la toute nouvelle technique de mesure (notre « bonne idée » de départ) qu'on aura sortie du tiroir. Après, le processus de reconnaissance internationale de notre innovation passera par diverses étapes de tests de validation en laboratoire et sur le terrain, éventuellement par le dépôt d'un brevet, puis par la valorisation des résultats obtenus auprès des comités de normalisation. Au final, si l'idée était vraiment bonne, notre nouvelle technique sera normée et nous serons les porteurs de cette évolution sur le marché des appareils de mesure.
Helsinki-141107
Se termine ainsi ce petit voyage très personnel dans le monde de la mesure de la pollution atmosphérique. Cette expérience n'est pas exhaustive, nombreux sont les sujets qui n'ont pas étés abordés et d'autres, à peine effleurés, que je pourrais approfondir par la suite. Pour l'instant, nous avons vu comment fournir l'outil (ou au moins quelques outils) pour comprendre la pollution de l'air. Bien se servir de cet outil pour analyser les problèmes et fournir des solutions reste un sujet d'actualité.
Paolo Bruno 27/03/08
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