Un nouvel outil de synchronisation de la vidéo et de la mesure des polluants 

La métrologie en temps réel des polluants, au poste de travail ou dans l’air ambiant, se développe rapidement ces dernières années.  La plupart des équipements de mesure des polluants (gaz, vapeurs ou particules) ne permettent en effet qu’une mesure intégrée sur des durées relativement longues, pouvant atteindre quelques heures.  Pourtant l’exposition des travailleurs à des agents chimiques peut s’avérer très variable en fonction des différentes tâches ou opérations qu’ils accomplissent. Il est alors particulièrement utile, en termes de prévention, d’identifier les phases les plus émettrices en polluants, afin de pouvoir spécifiquement agir sur celles-ci. 

Pour cela, il est souvent indispensable de coupler le mesurage avec une observation de l’activité par vidéo.  L’AEF, spécialiste de la mesure de l’exposition au poste de travail, s’est doté d’un outil de synchronisation des mesures et des images (technologie CAPTIV), qui permet l’enregistrement, la visualisation et l’analyse de multiples données pour des applications industrielles, en études des facteurs humains et des postes de travail. Pour répondre aux différentes activités et contraintes du milieu ferroviaire, le choix de l’équipement vidéo s’est portée vers une caméra portative, non encombrante, à grande autonomie, dotée d’une option infra-rouge permettant d’obtenir des images aisément exploitables en milieux sombres ou mal éclairés, du type galerie souterraine ou tunnel. Cette caméra est alors portée par un agent de l’équipe Hygiène industrielle en charge des mesurages. 

Cette technologie représente alors une aide précieuse pour le préventeur, mais ne permet pas de vérifier le respect des valeurs limites d’exposition professionnelles (VLEP), pour lesquelles la réglementation exige le prélèvement des substances chimiques et leur analyse différée.

Il existe de nombreuses autres applications potentielles de cette technologie. L’AEF l’a ainsi utilisée lors d’une campagne de mesures de la concentration en particules fines à l’intérieur d’une gare souterraine. Des pics de concentration sont en effet parfois observés dans la journée ou au cours de la nuit. Afin d’identifier l’origine de ces pics de concentration, une webcam fixe alimentée par USB ne limitant ni l’autonomie, ni l’espace mémoire a été installée sur le quai. La photo ci-dessous montre ainsi un pic en PM10 (particules de diamètre inférieur à 10 um) et l’arrivée simultanée d’un RER en gare d’Avenue Foch.  Cette technologie a ainsi permis de faire une corrélation entre des pics de particules nocturnes et le passage de trains de travaux.

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 !

Une expertise pour identifier l’origine de cette pollution 

En 2019, l’infiltration de plusieurs planchers de Régio 2N par des liquides de composition inconnue a provoqué leur détérioration.   L’AEF a donc été saisie pour identifier la nature de ces liquides ainsi que les causes à l’origine des fuites.  

Pour réaliser cette investigation, les experts de l’AEF se sont rendus dans un Technicentre pour réaliser un arbre des causes et effectuer des prélèvements directement sur les planchers infiltrés. L’arbre des causes défini à l’issue de cette journée a permis de formuler  5 hypothèses pouvant expliquer ces événements. 

De retour à l’AEF, les échantillons de liquide prélevés ont subi de nombreuses analyses à l’aide des équipements de l’AEF et de son partenaire, le Laboratoire Central de la Préfecture de Police de Paris : spectrométrie infrarouge à Transformée de Fourier (IRTF), Chromatographie en phase gazeuse couplée à un spectromètre de masse (GC-MS), Chromatographie ionique haute performance (CIHP), Spectrométrie à Fluorescence X… . 

Des analyses identiques ont été réalisées sur un échantillon de produit de nettoyage intérieur utilisé sur site, principal suspect des infiltrations.   

Le liquide infiltré dans le plancher s’est avéré avoir les caractéristiques des produits de détergence et de nettoyage (un PH alcalin, la présence de bicarbonate de potassium,  d’ions sulfates, de calcium…). L’absence de phosphates dans ce liquide a cependant permis de montrer qu’il ne correspondait pas exactement au produit de nettoyage analysé.   

Cette expertise a permis de conclure que les opérations de nettoyage intérieures des sols utilisant ce produit étaient vraisemblablement à l’origine de l’infiltration dans les planchers de Régio 2N, ce qui a conduit à leur remise en conformité. 

L’AEF partenaire du projet TOXinTRANSPORT : Caractérisations toxicologiques in vitro, chimiques et physiques de particules prélevées dans l’air d’habitacles de transport en roulage

Dans le domaine de l’exposition aux particules, la communauté scientifique, mais aussi les personnes en responsabilité  comme les autorités, les exploitants, les services HSE, aspirent depuis de longues années à disposer de métriques permettant de s’approcher au plus près de l’impact réel sur le vivant. En d’autres termes, si la mesure de la taille, de la concentration en masse ou en nombre, de la composition chimique en métaux, HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques), etc., sont des approches largement reconnues et exploitées, il existe une attente en matière d’évaluation de la réactivité chimique des particules inhalées, et au-delà de leur effet sur le système pulmonaire : le projet TOXinTRANSPORT, financé par l’ADEME (Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie) pour une durée de 3 ans, a pour ambition de travailler dans cette direction.

Le projet a pour objectif principal de contribuer à l’émergence de nouveaux paramètres permettant de s’approcher de l’impact des particules inhalables sur le vivant. Pour ce faire, de nouvelles méthodologies de mesure vont être améliorées/développées et testées en conditions réelles exigeantes (micro-environnements). Les données produites par ces nouvelles approches seront intégrées et testées par des outils et spécialistes de l’expologie.

Dans le cadre du projet TOXinTRANSPORT, l’Agence d’Essai Ferroviaire s’est associé à 5 autres laboratoires, afin de travailler conjointement sur la problématique des particules. L’AEF apporte sa connaissance du monde ferroviaire et ses compétences en termes de conduite de campagne de mesures de Qualité de l’Air. 

Le but du projet est d’évaluer l’apport des méthodes de caractérisation de la toxicité des particules (PM) en complément de méthodes de caractérisation chimique et physique pour étudier des environnements marqués par des particules de natures différentes tels que celles rencontrées dans des habitacles de transports en roulage (ferroviaires souterrains vs. automobiles) ou des souterrains (quais vs. parkings souterrains). 

Une première campagne de mesure a été réalisée en mars 2020. Le site de mesure est une station gare souterraine où circulent des RER du réseau francilien gérée par la SNCF (collaboration avec Gares&Connexions).

Deux baies de mesure ont été installées sur le quai afin d’accueillir l’ensemble des appareils de mesure nécessaires dans le projet (photo). Des contraintes particulières ont été mises en œuvre pour prendre en compte la présence du public : délimitation d’un périmètre de travail pour la sécurité des voyageurs sur le quai, ou encore par exemple, la limitation au maximum de la présence d’objets visibles.

Les données obtenues au cours de cette campagne sont en cours de traitement et d’analyse. 

Une deuxième campagne de mesure est en cours de réalisation. Les mesures sont réalisées dans une rame RER du réseau francilien gérée par la SNCF (collaboration avec Transilien).