5 campagnes de mesures en gare d’Avenue Foch pour une meilleure connaissance de la pollution de l’air

Dans un contexte de préoccupation croissante de la population et des pouvoirs publics sur la Qualité de l’air, notamment vis-à-vis de l’exposition aux particules fines, la Direction des Gares d’Ile de France et l’AEF se sont données pour objectifs de mieux connaître la composition des particules fines dans l’air des gares souterraines et de déterminer l’origine de ces particules ! L’objectif visé est de contribuer à la mise en place de solutions adaptées à la réduction de la concentration de celles-ci.

Les caractéristiques de ces particules demeurent en effet encore relativement mal connues malgré de nombreuses études déjà réalisées depuis des années. On sait qu’elles proviennent majoritairement de l’usure du matériel roulant au contact des infrastructures ferroviaires (freinage, contacts roue/rail, ballast…), ce qui dans des environnements clos, peut conduire à des concentrations relativement élevées de ces particules majoritairement métalliques.   

Pour mieux cerner cette problématique, l’AEF a réalisé 5 campagnes de mesures de septembre 2020 à mai 2021, afin de prendre en compte l’influence des variations saisonnières, dans la gare souterraine d’Avenue Foch sur la ligne du RER C.  Ces mesures ont été réalisées en collaboration avec l’INERIS (Institut national de l’Environnement Industriel et des Risques), le BRGM (Bureau de Recherches Géologiques et Minières) et AirParif (Organisme en charge de la surveillance de la Qualité de l’air en Ile de France).

Cette étude avait notamment pour but : 

• La caractérisation physico-chimique des particules fines (concentration, composition chimique, caractéristiques physique et morphologique, dispersion spatiale) ; 
• L’identification des sources d’émissions et leur contribution. 

De nombreux équipements de pointe ont été déployés à cette occasion, et notamment des moyens de mesure innovants tels que : 

• l’analyseur Xact qui permet la mesure quasiment en temps réel de la concentration en éléments métalliques des PM10 (particules de diamètre inférieur à 10 micromètres) ; 
• plusieurs microcapteurs afin de déterminer la dispersion spatiale des PM dans la gare 
• un compteur de particules ELPI+ permettant d’obtenir des informations sur la concentration des particules ultrafines (nanoparticules). 

On peut ainsi constater à titre d’exemple, sur la figure ci-dessous la proportion importante de composés métalliques dans les particules PM10 et leur variation au cours de la journée.

Les observations au microscope électronique (images suivantes) montrent des morphologies variées des particules prélevées dans l’air de la gare, qui traduisent des mécanismes de formation différents. Par exemple, les particules en forme d’écaille proviennent de phénomènes d’abrasion tandis que les particules sphériques sont produites par échauffement lors du freinage mécanique ou encore du contact roue/rail. Les prochaines analyses de la composition chimique des particules selon leur morphologie apporteront plus d’informations concernant l’origine de ces particules (freins, roues, rail, …).

Des mesures sur le toit de la gare ont également été mises en place pour compléter cette étude. Ces mesures permettent de caractériser les particules présentes dans l’air extérieur afin de déterminer dans quelles mesures ces particules « extérieures » contribuent à la pollution présente dans l’air de la gare.

Les données produites durant ces 8 mois de mesures vont être analysées par un outil statistique : le modèle PMF 5.0. Développé par l’US EPA (Agence de protection de l’environnement des Etats-Unis), ce modèle mathématique est largement utilisé dans le cadre de recherche de sources d’émissions de PM10 dans l’air ambiant. Cette analyse statistique devrait permettre d’identifier les sources d’émissions des particules (profil d’émission de chaque source) prélevées sur le quai et de déterminer la contribution de ces sources (la « quantité » de chaque source)aux particules. Les résultats sont attendus avant la fin de l’année !

Que sont les nanomatériaux ?

Un nanomatériau est un matériau dont au moins une dimension est à l’échelle nanométrique (1 nanomètre équivaut à 1 milliardième de mètre), c’est-à-dire, comprise approximativement entre 1 nm et 100 nm, ou qui possède une structure interne ou de surface à l’échelle nanométrique. Ils sont notamment constitués de nanoparticules (3 dimensions nanométriques), nanofibres (2) et nanofeuillets (1).

Pourquoi trouve-t-on des nanomatériaux dans l’univers industriel ?

Dans l’industrie, de plus en plus de matériaux constitués et/ou contenant des particules de dimensions nanométriques sont développés et utilisés dans de multiples applications, ce qui peut donner lieu à une exposition directe soit des salariés lors des procédés de fabrication, soit des usagers lors de leur usure. Cependant, les entreprises n’utilisant pas directement les nanomatériaux peuvent tout de même s’y retrouver confrontées dans le cadre de leurs procédés. Dans ce contexte nous parlerons de particules ultrafines (PUF). Ainsi, divers procédés peuvent être concernés comme les procédés de combustion (ex : diesel),  mécaniques (ex : polissage) ou encore thermiques (ex : soudage).

Le domaine ferroviaire n’est pas épargné par ce risque du fait de nos activités de l’entretien, de la maintenance et de l’exploitation standard de nos installations et matériels. Il est donc important pour la SNCF, et plus particulièrement pour les entités en charge de la maintenance du matériel roulant, de prendre en compte les risques potentiels d’exposition de leurs salariés à ces particules.

L’AEF s’est doté d’équipements permettant de caractériser et de contrôler l’exposition des travailleurs à ces particules, notamment :

• Un compteur de particules (P-Trak) permettant d’évaluer les concentrations
• Un impacteur basse pression à détection électronique (ELPI+), visant à l’évaluation de la distribution de la taille des particules

L’ELPI+  – Un analyseur pour la mesure des nanoparticules

L’exposition aux nanomatériaux est une problématique de santé publique

Il n’existe pas à l’heure actuelle de prise en compte spécifique de l’état « nano » pour établir une valeur limite d’exposition professionnelle (VLEP). Celle-ci reste en effet liée à la nature chimique et à la notion de fraction pouvant se déposer dans les voies respiratoires. Les connaissances actuelles permettent cependant d’avancer que :

• L’état nano augmente la toxicité d’un produit chimique, à masse égale.
• Chaque nano-objet possède une toxicité propre.

Ainsi, il est souvent nécessaire, afin d’apprécier la toxicité pertinente des nanoparticules, d’explorer la littérature toxicologique qui peut faire état de seuils toxiques plus sévères que les valeurs limites réglementaires.

Le contexte réglementaire des nanomatériaux

Les nanomatériaux sont considérés actuellement comme toutes les autres substances chimiques par la réglementation européenne sans qu’il soit tenu compte de leur pouvoir très pénétrant dans l’organisme. C’est pourquoi, la commission européenne a voté une évolution qui interviendra d’ici 2020 afin d’exercer un contrôle spécifique sur les nanomatériaux. La France avait déjà de son côté initié un contrôle avec l’obligation pour les industriels de déclarer sur la plateforme en ligne R-NANO leurs produits contenant des substances à l’état de nanoparticules (art. L.523-1 et -3 du code de l’environnement).

Une évolution normative pour évaluer l’exposition professionnelle aux nanomatériaux

L’AFNOR a, de son côté, publié en novembre 2018 la norme NF EN 17058 qui définit les méthodes d’évaluation de l’exposition par inhalation aux nano-objets et à leurs agglomérats ou à leurs agrégats sur les lieux de travail. Elle permet ainsi de palier la lacune qui existait dans les méthodes visant les aérosols classiques.

Les outils sont donc à présent disponibles pour intégrer le risque nano à votre évaluation des risques en vous faisant accompagner par l’AEF, de la définition de la démarche aux prélèvements dans l’air.