COV - Campagne de mesures atmosphériques des Composés Organiques Volatils par échantillonnage passif

La campagne d'échantillonnage des Composés Organiques Volatils (COV) réalisée par l'Institut Ecocitoyen avait comme objectif de caractériser la présence en COV atmosphériques au sein d'une zone d'étude sous influences multiples. La campagne de mesures s'est déroulée durant deux mois, entre avril 2015 et juin 2015. Une campagne d'étude du développement des pétunias, plante bioindicatrice de l'exposition aux COV, a été réalisée dans le même temps. Chaque station d'étude était ainsi composée d'un dispositif destiné à l'échantillonnage des COV, associé à six plants de Petunia hybrida pour la bioindication de la pollution atmosphérique. 17 stations d'étude ont été échantillonnées pour préciser la connaissance de l'exposition en COV d'un territoire incluant l'une des plus importantes Zone Industrialo-Portuaire (ZIP) d'Europe, entraînant un rejet atmosphérique de COV avoisinant 4 000 tonnes déclarées en 2012. Ces installations industrielles étant au cœur du questionnement concernant l’exposition de la zone aux COV, ce sont six stations de prélèvement (quatre à Fos-sur-Mer, une à Port-de-Bouc, une à Lavéra) qui ont été positionnées au plus proche de la ZIP de Fos. Pour tenter de mieux comprendre la diffusion et les sources potentielles de COV au sein de ce territoire d'étude, les cartouches ont été placées selon un gradient de distance par rapport aux zones d'émission, avec cinq dispositifs de prélèvement (deux à Port-Saint-Louis-du-Rhône, deux à Istres et un à Carry-le-Rouet) dans un paysage à dominante urbaine se situant entre 10 km et 20 km à distance de la ZIP et trois autres (deux à Miramas, une à Grans) à une distance de plus de 20 km incluant une zone totalement rurale (Grans). L’hétérogénéité des sources d'émissions de COV permet d’étudier et d’évaluer l’impact de ces influences multiples. De ce fait, l'Institut Ecocitoyen a également mesuré l'impact d'une source d'émissions autoroutière en positionnant trois cartouches de prélèvement dans un milieu rural, à des distances respectives de 40 m, 110 m et 170 m de l'autoroute A54. Ce sont au total 15 COV, appartenant majoritairement aux hydrocarbures monoaromatiques et aux alcanes, qui ont été mesurés.

Résultats

Les stations les plus éloignées de la zone industrielle (Carry-le-Rouet, Grans et Miramas) affichent les concentrations moyennes en COV les plus faibles observées lors de cette étude, avec moins de 5 µg/m³ en moyenne. Les stations de Port-Saint-Louis-du-Rhône et celles implantées à proximité de l'autoroute A54 présentent également des teneurs en COV comparables aux stations les plus éloignées de la ZIP. Les résultats des stations situées à Istres montrent des teneurs en COV en légère augmentation. Les concentrations observées apparaissent influencées par les conditions météorologiques durant la campagne de prélèvement. Le mistral, qui a été prédominant à l’exception de la première quinzaine, est lié à des concentrations plus faibles et semble donc favoriser la dispersion des COV.
C'est en se rapprochant au plus près du complexe industriel de Fos-sur-Mer que les concentrations moyennes en COV sont en nette augmentation. La teneur atmosphérique en COV observée à Fos-sur-Mer témoigne d'une contamination quasiment doublée par rapport aux stations éloignées de toutes sources importantes en COV, comme à Miramas et Grans. De même, la station située à proximité du complexe pétrochimique de Lavéra révèle une concentration moyenne en COV importante comparée aux autres stations d'étude. Il est ainsi clairement visible que les teneurs en COV étudiées ici sont en nette augmentation à l'approche d'installations industrielles. Au regard des moyennes de concentrations mesurées sur l'ensemble de l’étude, les teneurs relevées à Port-de-Bouc sont relativement importantes : quatre fois supérieures aux sites éloignés de toutes sources potentielles, comme les stations de Grans ou Carry, et deux fois supérieures aux stations ayant une forte proximité à un complexe industriel comme Fos et Lavéra. La ville de Port-de-Bouc semble ainsi être particulièrement exposée à des rejets atmosphériques de COV.

Niveaux d'exposition en BTEX

Les BTEX (benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes) sont des hydrocarbures monoaromatiques dont les origines anthropiques sont majoritairement pétrolières ou pétrochimiques. Ils sont utilisés comme solvants et comme matières premières pour la synthèse de nombreux produits chimiques. Les BTEX sont tous liquides dans les conditions ambiantes, très volatils et très inflammables. Leur solubilité leur confère une bonne mobilité dans les eaux et dans les sols, pouvant entraîner d'importants impacts environnementaux du fait qu'ils deviennent facilement accessibles aux micro-organismes sous forme solubilisée. Les BTEX sont toxiques pour l’organisme humain, le benzène est cancérogène et le toluène, l'éthylbenzène et o-xylène sont toxiques et mutagènes.
Pour les BTEX, les résultats, détaillés par périodes de 15 jours, montrent des concentrations limitées lors des mois de mai et juin, en comparaison avec la première quinzaine d’exposition. L'ensemble des stations situées à Grans, Grans-Route, Miramas et Carry-le-Rouet, affichent des teneurs totales en BTEX toujours inférieures à 5 µg.m-3. C'est en se rapprochant de la ZIP de Fos que les concentrations atmosphériques en BTEX augmentent. Ce sont les stations localisées à Fos-sur-Mer, Lavéra et surtout à Port-de-Bouc qui témoignent des teneurs en BTEX les plus importantes, supérieures à 4 µg.m-3 en moyenne, sur toute la période d'étude. La station de Port-de-Bouc présente notamment une teneur moyenne en BTEX de 4 µg.m-3 sur l'ensemble des deux mois d'exposition. On note également que, lors de la première quinzaine de prélèvements, la station de Port-de-Bouc témoigne d'une concentration moyenne de 2,05 µg.m-3 en benzène, dépassant ainsi l'objectif de qualité fixé par la réglementation française.
Les mesures de toluène réalisées à Port-de-Bouc permettent d’apporter des renseignements importants sur la présence et l’impact des sources d’émission de BTEX avoisinantes. La proximité de ces sources est tout d’abord indiquée par le fait que le toluène a un temps de vie court (1 jour). La réactivité du toluène étant supérieure à celle du benzène, le calcul du rapport entre ces deux composés permet d'analyser l'âge des masses d'air. Des rapports élevés sont représentatifs de masses d'air jeunes n'ayant pas encore subi de transformations photochimiques. Au sein de la station de Port-de-Bouc, le rapport entre le toluène et le benzène est particulièrement important, confirmant la présence d'une source en BTEX relativement proche de cette station, ou d'une source adjacente particulièrement enrichie en toluène. Les concentrations atmosphériques en toluène et benzène relevées sur les stations de Lavéra et de Fos-sur-Mer amènent aux mêmes conclusions.

Niveaux d'exposition en alcanes

Les alcanes, également appelés les hydrocarbures saturés ou paraffines, sont à l’état liquide dans les conditions ambiantes de pression et de température. De nombreux alcanes entrent dans la formulation de divers produits comme les colles, peintures et les encres d’imprimerie. Les octanes et hexanes entrent dans la composition de divers carburants pétroliers, du naphta pour la pétrochimie et sont aussi utilisés comme solvants. Les alcanes sont irritants pour la peau et peuvent provoquer des somnolences ou des vertiges. En fortes concentrations, ils présentent également un risque d'effets graves pour la santé en cas d'inhalation prolongée, comme une altération de la fertilité. De manière générale, les sites de Fos-sur-Mer, Port-de-Bouc et Lavéra présentent les teneurs moyennes en alcanes les plus importantes sur l'ensemble de la période d'échantillonnage. L'hexane, qui ne dépasse pas une valeur de 0,5 μg.m-3 pour la majorité des stations, se voit multiplié par un facteur de trois à cinq sur ces trois villes. Avec plus de 2, μg.m-3 en moyenne sur toute la période d'échantillonnage, la station de Port-de-Bouc affiche les teneurs en hexane les plus importantes. Fos-sur-Mer ainsi que Lavéra partagent également des teneurs moyennes supérieures à la tendance générale de toutes les stations avec respectivement des concentrations de 1,5 μg.m-3 et 1,2 μg.m-3. En observant l'évolution des teneurs en alcanes sur l'ensemble de la période d'étude, il est clairement visible que l'hexane est le composé organique qui domine les quatre quinzaines d'échantillonnage parmi les alcanes échantillonnés ici. Les stations de Fos-sur-Mer, Port-de-Bouc et Lavéra affichent les teneurs en hexane les plus élevées en comparaison à toutes les autres villes étudiées. La fragmentation des résultats en 14 jours de prélèvements fait apparaître des concentrations nettement plus importantes sur la première quinzaine, comparées aux trois quinzaines suivantes. Ces résultats sont en adéquation avec ceux obtenus pour les BTEX, confirmant une grande dispersion des COV par mistral. De la même manière que les teneurs observées en BTEX sur l'ensemble des stations échantillonnées, les teneurs en alcane semblent être directement liées à la distance d'échantillonnage par rapport aux industries. Les stations à prédominance rurale ou routière affichent des teneurs moyennes en alcane comparables sur toute la durée d'étude, alors que les stations caractérisées par une exposition industrielle (Fos-sur-Mer, Lavéra et Port-de-bouc) se distinguent par des teneurs moyennes beaucoup plus importantes. Comme pour les BTEX, l'influence routière ou urbaine semble limitée par rapport à l'exposition industrielle. Les teneurs importantes en hexane enregistrées à Fos-sur-Mer et Port-de-Bouc pourraient mettre en évidence une ou plusieurs sources relativement proches, de par la faible durée de vie de l'hexane dans l'atmosphère.

Autres COV étudiés

Quatre autres COV ont été mesurés durant cette étude. Le styrène et le 1,2,4-Triméthylbenzène, deux hydrocarbures monoaromatiques, sont largement utilisés dans le domaine industriel. Le styrène est utilisé pour la fabrication de nombreux plastiques, tandis que le 1,2,4-Triméthylbenzène entre dans la composition de résines plastiques et de peintures. L'ETBE (ethyl tert-butyl ether), qui appartient à la famille des éthers, est un additif pour oxygéner les carburants et entre donc couramment dans le cycle de production d'essence à partir de pétrole brut. Pour finir, le tétrachloroéthylène est un liquide utilisé comme solvant, nettoyant à sec ou comme intermédiaire de synthèse, notamment dans la fabrication des hydrocarbures fluorés. Les moyennes les plus élevées sont observées à Port-de-Bouc, présentant notamment une importante teneur en 1,2,4-triméthylbenzène, dont la concentration moyenne est de trois à six fois supérieure aux autres stations. La première quinzaine est marquée par des teneurs plus élevées comparée aux autres périodes de l'étude. Après Port-de-Bouc, ce sont les stations de Fos-sur-Mer et Lavéra qui affichent les concentrations les plus fortes en 1,2,4-trimethylbenzene et ETBE, alors que le styrène et le tétrachloroéthylène présentent peu de disparités. Le 1,2,4 triméthylbenzène semble le plus indicateur de l'exposition industrielle. Avec un temps de vie de 5h dans l'atmosphère, il a un rayon de diffusion relativement faible par rapport à ses sources d'émission. Les teneurs importantes en 1,2,4-trimethylbenzene mesurées au sein de la station de Port-de-Bouc, qui semblent être décroissantes en s'éloignant du point majeur de Port-de-Bouc, pourraient ainsi mettre en évidence une source majeure de COV proche de cette station qui pourrait impacter les zones avoisinantes comme Fos-sur-Mer ou Lavéra.

Évaluation de l’effet du trafic routier

Le gradient de distance par rapport à l'autoroute montre que la station proche de l'A54 (40 m) ne présente pas de teneurs en COV supérieures aux deux autres stations placées respectivement à 110 m et 170 m, ce qui limite l'influence du trafic routier sur les niveaux d'exposition aux COV. Ainsi, les quantités significativement plus importantes de COV analysées au sein des stations de Fos-sur-Mer, Port-de-Bouc et Lavéra apparaissent très peu influencées par le facteur routier, ce qui indique que les sources industrielles sont responsables d'une très grande majorité des concentrations en COV observées ici. De plus, l'étude des BTEX et des alcanes n'ayant pas révélé un impact urbain visible, l'exposition industrielle semble être prépondérante sur l'ensemble de nos stations d'études.

Publications

- 2016 : Campagne de mesures atmosphériques des Composées Organiques Volatils par échantillonnage passif