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 !

La qualité de l’air est l’une des préoccupations majeures des français. C’est dans l’optique d’y répondre toujours mieux que le troisième Plan National Santé Environnement (PNSE3) intègre un Plan d’actions sur la qualité de l’air intérieur. Ce dernier prévoit notamment la mise en œuvre d’actions en vue d’améliorer la qualité de l’air dans les espaces clos, dont la mise en place d’une surveillance dans les Enceintes Ferroviaires Souterraines.

Objectif : 25 gares testées en 2 ans.

Débutée en 2016, cette campagne de mesures va s’étendre sur 2 ans, concerner pas moins de 25 gares, dont 2 de références qui vont faire l’objet de mesure en continu durant cette période :

• L’une à Magenta, sur le quai du RER E
• L’autre à Saint-Michel Notre Dame, sur le quai du RER C

Des mesures en temps réel.

Lors de la campagne, chaque gare est équipée d’un analyseur de poussières qui délivre en temps réel la mesure en concentration en particules grossières (PM 10) et en particules fines (PM 2,5). Des mesures de concentrations en métaux et en dioxyde de carbone (CO2) sont aussi menées.

Résultats ?

Les analyses ont notamment permis de mettre en évidence une relation entre les teneurs en particules, la fréquentation et le trafic ferroviaire, mais également que les chiffres pouvaient varier en fonction de la typologie de la gare (souterraine ou aérienne), son ancienneté ou encore son système de ventilation.

Pour consulter l’ensemble des analyses et suivre les évolutions, rendez-vous sur http://www.iseo.fr/sncf/index.html