Black carbon (carbone suie)

La mesure du black carbon (BC) permet de distinguer la part des particules issue de la combustion de la biomasse (chauffage au bois, brûlage des déchets végétaux) de celle des combustibles fossiles (transports, chaudières fuel, industrie).

AtmoSud s’est dotée à partir de 2014 d’analyseurs de carbone suie (ou black carbon) permettant de caractériser la composition des très fines particules. Le carbone suie est mesuré dans la fraction PM2.5 mais se retrouve principalement sur les particules de diamètre inférieur à 1 μm (PM1). Le BC est issu de la combustion incomplète de combustibles d’origine fossile ou biomassique. Ses sources principales sont :

  • la combustion des moteurs (diesel essentiellement),
  • le chauffage résidentiel au bois, au fioul et au charbon,
  • la production d’électricité,
  • le brûlage de déchets verts et agricoles,
  • les incendies de forêts.

L’intérêt porté au black carbon résulte de ses impacts sanitaires et climatiques.

Choix et typologie des sites :

Dans son guide pour la mesure du BC (cf. https://www.lcsqa.org/system/files/documents/LCSQA2019-Guide_mesure_BlackCarbon_par_AE33_VF03-Approuv%C3%A9CPS15122020.pdf) par les AASQA, le LCSQA précise les modalités de choix des sites d’implantation des analyseurs de ce polluant :

La priorité d’installation des AE33 est donnée à des sites urbains de fond. Néanmoins, l’implantation complémentaire d’AE33 sur un ou plusieurs sites de proximité automobile reste intéressante, en particulier dans le cadre de l’évaluation spécifique de l’efficacité de mesures de réduction des émissions de l’axe routier étudié.

Technologie :

En l’absence de normalisation métrologique à ce jour, les AASQA se sont majoritairement équipées de l’AE33. Il s’agit d’un aéthalomètre multi-longueurs d’onde, fabriqué par « Magee Scientific ».

AE33

Le réseau BC d’AtmoSud :

La conception du réseau de surveillance AtmoSud des analyseurs de BC tient compte des orientations nationales, tout en intégrant les spécificités et les besoins locaux de la Région Sud Provence-Alpes-Côte d'Azur.

En 2021, ce réseau équipé avec des AE33 intègre :

  • les sites de mesure « urbains de fond »,
  • Marseille Longchamp,
  • Nice Arson.

Ces 2 sites disposent de mesure NO2 réglementaire et de comptage de particules :

  • le site d’intérêt, en trafic routier,
  • Marseille Rabatau.

Ce site dispose de mesure NO2 réglementaire.

En 2021, et à l’exception du site de Nice Arson (en mai, juin et juillet), le taux de fonctionnement des analyseurs de BC d’AtmoSud est proche de 90 %. Ce taux élevé démontre la maîtrise de la mesure du BC par AtmoSud.

Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre
Marseille Longchamp 87,2 % 99,4 % 98,1 % 99,6 % 98,9 % 96,1 % 99,1 % 98,5 % 92,5 % 99,3 % 92,9 % 99,3 %
Marseille Rabatau 96,1 % 98,7 % 99,6 % 99,2 % 98,0 % 98,1 % 99,3 % 96,2 % 97,5 % 90,5 % 98,6 % 95,0 %
Nice Arson 98,1 % 99,3 % 98,4 % 88,9 % 46,8 % 0,0 % 11,3 % 96,4 % 99,4 % 98,3 % 92,1 % 98,8 %

Tableau des taux de fonctionnement des aéthalomètres en 2021

Les niveaux de concentration en black carbon total sont globalement à la baisse depuis 2015, sur les deux sites urbains de fond de Marseille Longchamp et Nice Arson (le site urbain de proximité trafic de Marseille Rabatau ayant été équipé en 2021). La contribution de la combustion de fuel fossile est majoritaire mais semble diminuer en 2020 et 2021, probablement en lien avec la crise sanitaire.

Sur les 2 sites de fond urbain, à Marseille et à Nice, le BC issu de la combustion de bois (BCwb) a augmenté les 2 dernières années. Alors qu’une baisse est constatée pour les niveaux de BC issu de la combustion de fuel fossile (BCff).

Les niveaux en combustion de fuel fossile sont nettement plus élevés sur le site trafic de Marseille.

En 2021, la fraction de BC attribuable à la combustion de fuel fossile BCff reste largement majoritaire dans les 3 points de mesure. Elle atteint son maximum (87 %) sur le site de typologie trafic à Marseille Rabatau.

L’examen des profils journaliers en période hivernale démontre :

  • la contribution du trafic routier au BCff, maximum aux heures de pointe (trajets domicile – travail),
  • la contribution du chauffage domestique au BCwb, maximum en soirée.

Les mesures de BCff et BCwb peuvent être utilisées pour estimer la concentration en PM10 attribuable à ces deux familles de sources, notées PMff et PMwb.

Les méthodes pour réaliser cette estimation sont issues d’études du LCSQA pour la contribution biomasse (1) et de la littérature scientifique pour la contribution fossile (2).

Il est à noter que les émissions primaires à l’échappement automobile sont comprises au sein de la fraction liée à la combustion d’hydrocarbures (PMff), mais que ces estimations n’intègrent pas les particules issues de l’abrasion de la chaussée, des pneus, des freins.

Elles ne tiennent pas compte non plus de l’influence de l’échappement automobile sur la formation d’aérosols secondaires à partir des émissions de précurseurs gazeux (dont les NOx, issus à 60 % du transport au niveau national).

En 2021, sur le site urbain trafic de Marseille Rabatau, la contribution PMff est légèrement plus importante que sur les stations de fond urbain avec 13,9 % contre 12 %. Les contributions PMwb sont cependant plus importantes sur les sites urbains de fond. 24 % et 27 % contre 12 % sur le site urbain trafic.

La contribution « Autres » des PM10 reste majoritaire. Elle est attribuable aux autres sources primaires ou secondaires.

Les niveaux de concentrations en PM10 tendent à diminuer ces dernières années mais la part de carbone suie issue de la combustion d’hydrocarbures tend à stagner, entre 10 et 15 %. La contribution des PMff reste relativement stable alors que la part des PMwb est plus variable, entre 10 et 25 %. Cette grande variabilité peut être attribuée à la différence de températures d’un hiver à l’autre, mais également d’éventuels feux de forêt par exemple.