Les gouvernements, les organisations internationales et les entreprises doivent prendre des décisions complexes et interdépendantes pour atteindre ces objectifs ambitieux en matière de développement durable pour l’environnement, la société et l’économie. Ces décisions dépendent de la disponibilité de données environnementales fiables dont la qualité a été assurée.

La métrologie, à travers l'obtention de données fiables et robustes, permet aux utilisateurs de s'assurer que celles-ci sont en adéquation avec leurs besoins.

Le LNE dispose d’outils métrologiques permettant de répondre aux défis de la qualité spatio-temporelle des données et développer des méthodes de référence afin de :

• Soutenir les infrastructures de surveillance de la pollution environnementale,
• Améliorer les observations pour la compréhension et l'évaluation du changement climatique et des cycles biogéochimiques.

Le LNE au service de la surveillance environnementale

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La réglementation environnementale évolue au fil du temps pour répondre aux nouvelles observations, acquérir de nouvelles connaissances et mieux appréhender les effets des substances chimiques sur la santé humaine et l'environnement. Cela pose un défi permanent aux différents acteurs de la surveillance environnementale (ministères, infrastructures de mesure…). Au fur et à mesure que les niveaux de polluants à surveiller diminuent et que de nouveaux types de polluants sont identifiés, les outils et protocoles de mesure doivent être constamment améliorées et/ou adaptées pour permettre une surveillance adéquate et efficace pour un nombre sans cesse croissant de composés.

Surveillance de la qualité de l’air et de l’eau

Pour répondre à ces défis, le LNE développe des bancs, des méthodes et des matériaux de référence, permettant d’établir la traçabilité métrologique et donc la comparabilité des résultats de mesure, dans les domaines de la surveillance de la qualité de l’air et de l’eau au travers de son implication dans les laboratoires de référence de l’Air (LCSQA) et de l’Eau (AQUAREF).

LCSQA

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Créé en 1991, le Laboratoire Central de Surveillance de la Qualité de l’Air (LCSQA) est l‘organisme chargé d’assurer la coordination technique du dispositif de surveillance de la qualité de l’air en France.

Il est composé de trois partenaires dont les métiers se complètent pour assurer cette mission : l’Institut National de l'Environnement Industriel et des Risques (INERIS), le Laboratoire National de métrologie et d’Essais (LNE) et l'Ecole Nationale Supérieure Mines-Telecom Nord Europe (IMT Nord Europe).

Etant reconnu en France et en Europe comme laboratoire national de référence, il apporte un appui stratégique, scientifique et technique au ministère en charge de l’environnement et aux Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l’Air (AASQA), dans la mise en œuvre de la surveillance réglementaire de la qualité de l’air ambiant tout en contribuant au développement, à la modernisation et à l’harmonisation des réseaux de surveillance.

LCSQA

AQUAREF

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AQUAREF, laboratoire national de référence pour la surveillance des milieux aquatiques, est né de la nécessité de renforcer l'expertise française dans le domaine de la surveillance des milieux aquatiques à partir de la mise en réseau des compétences et des capacités de recherche des cinq établissements publics directement concernés: BRGM, IFREMER, INERIS, Inrae, LNE.

AQUAREF existe depuis 2007 et a montré depuis sa création sa capacité technique et scientifique à répondre à des questions critiques pour la surveillance des milieux aquatiques tant en chimie qu’en hydrobiologie pour satisfaire aux besoins de surveillance générés par la DCE.

L'activité d'AQUAREF s'articule autour des 3 missions suivantes, pour une surveillance des milieux aquatiques harmonisée en France métropolitaine et dans les DOM :

• Elaborer des règles relatives aux processus de mesure, de prélèvement et d’analyse afin de fiabiliser la qualité des données de surveillance
• Constituer une force de proposition pour l’anticipation de la surveillance
• Représenter la France dans les groupes d’experts techniques européens

AQUAREF

Les hormones : une préoccupation croissante pour l’environnement

Parmi la liste des substances à surveiller dans l’environnement, les hormones représentent une préoccupation croissante comme en témoigne leur inclusion dans la première « Watch list » (Directive 2013/39/EC) et leur incorporation dans les futures listes de substances pertinentes à surveiller en Europe. Ces substances sont, en effet, capables d’interférer avec le système hormonal des organismes vivants, entrainant des effets néfastes sur le développement, la croissance et la reproduction de ces organismes.

Le projet EDC-WFD, piloté par le LNE, a développé des méthodes de mesure traçables pour les substances chimiques perturbant le système endocrinien, en mettant l’accent sur trois œstrogènes de la première liste de vigilance de la directive 2013/39 / CE : le 17-beta-estradiol (17βE2), le 17 alpha éthinylestradiol (17EE2) et l’estrone (E1) et ainsi améliorer la comparabilité et la compatibilité des résultats de mesure en Europe.

A partir des travaux réalisés dans ce projet, un projet de norme internationale a été rédigé (publication prévue en 2024).

La mise en œuvre d’analyses selon cette norme permettra de disposer de données comparables dans le temps et l’espace, et ainsi pouvoir surveiller l’état chimique des masses d’eaux.

JRP EDC-WFD

Les microplastiques et les nanoplastiques dans l’environnement et dans la chaine alimentaire

Face aux préoccupations grandissantes dues à la présence des micro et nanoplastiques dans tous les compartiments environnementaux et leur impact sur la biodiversité, il devient de plus en plus urgent et critique de développer et d'harmoniser des méthodes d'identification chimique, de caractérisation physique et de quantification des micro/nanoplastiques (SMPs/NPs) libérés dans les eaux usées, dans l'eau potable, les aliments et les matrices environnementales. Ce besoin est devenu une exigence dans le plan d'action de l'UE pour l'économie circulaire (PAEC) de l’Union Européenne.

Dans ce contexte, le LNE contribue au projet PlasticTrace, « Metrological traceability of measurement data from nano to small-micro plastics for a greener environment and food safety ». Des approches analytiques complémentaires sont développées, optimisées, comparées et harmonisées, conduisant à l'établissement d'une traçabilité métrologique des mesures et de validation de méthodes afin de disposer d’analyses robustes et de données fiables. Des matériaux de référence nouveaux et pertinents pour l'environnement seront aussi développés dans le cadre du projet.

PLASTICTRACE.EU

Evaluer les performances des systèmes d'émission portables pour les mesures près des routes

La législation européenne fixe des limites pour les oxydes d'azote (NOx) et les particules fines (PN) émises par les gaz d'échappement des véhicules, qui sont l'une des principales causes de la pollution de l'air. Il est également établi des limites à ne pas dépasser pour les PN et les NOx pour les essais sur route comparés aux essais en laboratoire. Les essais sur route sont réalisés à l'aide de systèmes d'émission portables (PEMS) qui permettent d'effectuer des essais en conditions réelles, mais dont les performances métrologiques ne sont pas complètement évaluées. Par conséquent, ceci conduit à mettre en évidence un besoin d’étalons de référence, ainsi que de lignes directrices qui ne sont pas encore disponibles.

Le LNE participe au projet EMPIR "Improved vehicle exhaust quantification by portable emission measurement systems metrology" (MetroPEMS), qui développe de nouveaux étalons et de nouvelles procédures d'étalonnage pour les trois éléments clés d'un système PEMS, à savoir la détermination des concentrations de NOx, le nombre de particules (PN) et le débit massique des gaz d'échappement. Sur la base de ces nouvelles mesures, un instrument PEMS amélioré basé sur des méthodes traçables est en cours de développement et de validation afin d'étendre les performances pour des fractions molaires de NO2 inférieures à 10 μmol/mol et jusqu'à 2500 μmol/mol. Ces travaux permettront d’améliorer la comparabilité des mesures de la qualité de l'air dans l'ensemble de l'UE et d’aider les fabricants à se conformer à la législation actuelle et future.

METROPEMS

Le recyclage des déchets électroniques: une contribution à l'économie circulaire

Les éléments critiques pour la technologie (Technical Critical Elements : TCE) sont des matériaux essentiels pour les technologies de haut niveau, dont l'approvisionnement dans l'UE est difficile. Le recyclage est une solution durable pour résoudre ce problème, mais il existe encore des difficultés liées à l'analyse des flux de déchets.

Le LNE coordonne le projet MetroCycleEU (Metrology for the recycling of Technology Critical Elements to support Europe’s circular economy agenda) dont l'objectif global est de permettre la détermination traçable aux SI des TCE au niveau du μg/g dans les déchets miniers urbains. Des méthodes d’analyses et des matériaux de référence appropriés sont développés pour améliorer le recyclage du TCE dans le contexte de l'économie circulaire.

METROCYCLE.EU

 

Le LNE accompagne la communauté scientifique du climat 

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L'accord de Paris de 2015 vise à limiter l'augmentation de la température de la Terre à moins de 2 °C, avec un objectif de moins de 1,5 °C, par rapport aux niveaux préindustriels, afin de réduire les risques et les impacts du changement climatique.

Les observations des variables climatiques essentielles (ECV) et des variables océaniques essentielles (EOV),  à la base des services d'information environnementale sont nécessaires pour soutenir la science du climat et mieux prévoir les changements futurs. Elles aident les scientifiques à évaluer les risques climatiques, alimentent les modèles de prévision et peuvent orienter les décisions politiques sur les mesures d'atténuation et d'adaptation.

Mieux maitriser les mesures de l’acidification de l’océan

L'océan est une ressource naturelle et économique essentielle pour l'industrie alimentaire, le tourisme, les transports, la régulation du climat et la préservation de la biodiversité.

Depuis le début de la révolution industrielle, plus du quart des émissions de dioxyde de carbone générées par les activités humaines a été absorbé par les océans, entraînant l’augmentation de son acidité et la diminution de la concentration des ions carbonates.

Ces ions carbonates sont pourtant essentiels au processus de calcification de plusieurs organismes marins, comme les coraux, pour la formation de leur exosquelette. Ils sont également nécessaires au développement de certaines espèces de plancton, base de la chaîne alimentaire aquatique. En 2009, une étude a estimé à 50% la diminution du processus de biocalcification chez les coraux d’eau froide en mer Méditerranée, exemple d’une conséquence directe de l’acidification de la mer.

L’acidification des océans étant un phénomène climatique complexe et long, la qualité des données attendue doit permettre d’évaluer les tendances à long terme avec un haut niveau de confiance.

Depuis plusieurs années, le LNE développe des méthodes de référence pour la mesure d’acidité de l’eau de mer, notamment le pH en échelle totale et l’alcalinité totale, pour accompagner la communauté océanographique. Ces deux paramètres étant clef dans l'étude de l'acidité des océans.

JRP SAPHTIES

Solution tampon de pH marin

Mieux maitriser les mesures des composés organique volatiles

Les composés organiques volatils (COV) sont des précurseurs de l'ozone et des aérosols, contribuant directement et indirectement au forçage radiatif et donc au changement climatique. Par conséquent, des mesures robustes et fiables de COV sont essentielles à long terme et à l'échelle mondiale pour comprendre le changement climatique et lutter contre ses effets. Des étalons de référence traçables et stables dans le temps avec de faibles incertitudes ainsi que des méthodes de mesure validées sont donc indispensables pour mesurer de manière fiable les fractions molaires des COV à court et à long terme.

Le projet EMPIR "Metrology for climate relevant volatiles organic compounds" (MetClimVOC) vise à améliorer la qualité des étalons gazeux de référence pour les COV oxygénés prioritaires, les terpènes et les COV halogénés, en mettant l'accent sur la diffusion de ces étalons sur le terrain dans les stations de mesure. En outre, il a également comme objectif de valider des techniques de mesure permettant ainsi de garantir la traçabilité des mesures et de fournir des bilans d'incertitude réalistes et complets des mesures de surveillance des COV.

metclimvoc

Evaluer les mesures d'atténuation visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre

L'augmentation de la demande alimentaire mondiale implique la mise en place de nouvelles pratiques de production alimentaire, à savoir une croissance du nombre de ruminants, un changement rapide de l'utilisation des terres et l'utilisation d'engrais azotés. Ces nouvelles pratiques accélèrent les émissions d’ammoniac et de gaz à effet de serre, ce qui contribue en particulier à la pollution de l'air, du sol et au changement climatique.

Le LNE coordonne le projet européen « On farm quantification of ammonia and greenhouse gas emissions from livestock production – quantiAGREMI », dont l’objectif est de fournir une infrastructure métrologique pour les mesures réalisées sur le terrain, afin de les rendre traçables au SI, permettant ainsi d’améliorer la justesse et la fiabilité des données d’émissions d’ammoniac et de gaz à effet de serre provenant des étables ainsi que celles des empreintes d'azote.

Ce projet conduira à terme à une quantification plus fiable des émissions du bétail, permettant ainsi aux décideurs politiques d'établir des stratégies de réduction efficaces.

QuantiAGReMI

Le LNE accompagne les industriels dans leurs démarches d’innovation

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La surveillance de l’environnement (analyse de l’air, de l’eau et des sols) englobe l’identification et la quantification de substances réglementées ou non, telles que par exemple les paramètres de base (pH, nitrates…), les polluants dits émergents ou les produits de transformation.

Traditionnellement, cette surveillance se fait par échantillonnage et prélèvement, puis analyse en laboratoire.

Compte-tenu des évolutions et des nouveaux enjeux de la surveillance de l’environnement, portés notamment par la mise en place de directives et réglementations ambitieuses, il est désormais devenu indispensable de faire évoluer ces pratiques.

Disposer de données de mesure fiables et opposables est de ce fait déterminant et renforcé, dans le domaine de la surveillance, où le principe du « pollueur-payeur » s’applique.

Ainsi, selon le contexte, les objectifs et les cibles, différentes stratégies complémentaires de surveillance sont actuellement proposées :

• Méthodes en ligne, dérivées des méthodes en laboratoire : les analyses sont effectuées en continu, sans grande perturbation du milieu, sur des outils situés à proximité du terrain
• Méthodes portables dérivées des méthodes en laboratoire : les analyses sont réalisées grâce à des instruments portables, miniaturisés, et à proximité du milieu
• Sondes pour mesures in situ des paramètres physico-chimiques
• Bioessais : mesure de la réponse biologique d’un organisme
• Echantillonneurs intégratifs- passifs : accumulation de substances sur un support immergé dans le milieu, puis extraites et analysées au laboratoire

Les enjeux de la surveillance de l’environnement par ce type d’outils concernent aussi bien leurs performances métrologiques (sensibilité, spécificité, robustesse) que leur maniabilité et leur coût en réponse aux enjeux de la transition écologique (Empreinte Carbone, directive efficacité énergétique).

Ces technologies sont un levier de croissance important, comme l’a constaté le CGDD en 2011 en analysant les forces-faiblesse des filières de la croissance verte.

L’évaluation de ce type d’instruments est réalisée par des laboratoires indépendants, tels que le LNE à partir des caractéristiques indiquées par le fabricant et les normes nationales ou internationales en vigueur.

La métrologie apporte une réponse afin de valider la démarche, évaluer les performances de ces outils en les comparant notamment aux méthodes traditionnelles ou permettre leurs raccordements au SI, comme le montrent les exemples ci-dessous.

 

Evaluer les performances des capteurs pour l’analyse des particules et des composés gazeux

Les systèmes capteurs sont des outils émergents qui permettraient, notamment, une surveillance continue et spatialisée à coût modéré des composés gazeux et particulaires.

Le LNE dispose d'une plateforme métrologique instrumentée dédiée à l'évaluation métrologique de systèmes capteurs unique en France de par la diversité des systèmes de génération disponibles (gaz et aérosols) et la fiabilité des instruments de mesure de référence (instruments traçables au système international (SI)).

Elle se compose d’une enceinte climatique régulée en température et humidité, qui elle-même intègre une chambre d’exposition dans laquelle sont placés les systèmes capteurs à tester. Cette chambre comporte deux voies d’injection reliées à différents types de systèmes de génération d’aérosols, de polluants et interférents gazeux pour les gaz et pour les aérosols. Des instruments de référence traçables au SI sont connectés à la chambre d’exposition afin de réaliser en continu des mesures de référence pour les gaz et les aérosols.

Ces essais en laboratoire peuvent également être valorisés pour l’obtention de la certification AIR QUALITY SENSOR proposée par l’Ineris, qui cible à la fois les gaz et les particules.

Evaluer les performances des capteurs dans le domaine de la qualité de l’eau

 Le LNE a conçu, construit et validé un banc d’essai pour évaluer les performances et qualifier des dispositifs de mesure en continu et portables, selon les exigences et les protocoles décrit dans la norme NF EN 17075 (2018). Les paramètres potentiellement ciblés sont la turbidité, les nutriments (nitrates, ammonium, phosphates), la matière organique, le chlore libre, l’oxygène dissous ainsi que quelques micropolluants comme les métaux.

Les applications visées pour les dispositifs de mesure en continu et portables sont l’eau potable, les eaux de surface (rivière) et les eaux résiduaires (rejet station de traitement des eaux urbaines). Les gammes de mesure sont adaptées pour chaque paramètre à chaque application visée, en tenant compte de la réglementation en vigueur.

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Une certification pour qualifier les méthodes de biosurveillance

La qualité de l’eau et des milieux aquatiques est un enjeu majeur de santé publique et un élément clé pour lutter contre le déclin de la biodiversité. Des méthodes de biosurveillance ont été développées pour y répondre. La mesure biosurveillance recouvre les méthodes biologiques permettant d'avoir une estimation de la qualité de l’eau en se basant sur l'exposition de biomarqueurs à des polluants tout en prenant en compte l’effet cocktail. Pour renforcer la confiance des acteurs impliqués dans l'évaluation de la qualité de l’eau et des milieux aquatiques le LNE propose une certification des méthodes de biosurveillance.

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Publications

Production of a reference material for seawater pHT measurements by a National Metrology Institute; Gaëlle Capitaine, Daniela Stoica, Thibaut Wagener, Paola Fisicaro; Marine Chemistry 252 (2023) 104244, https://doi.org/10.1016/j.marchem.2023.104244

Inter-laboratory Comparison between Particle and Bacterial Filtration Efficiencies of Medical Face Masks in the COVID-19 Context      A. Fouqueau, J. Pourchez, L. Leclerc, A. Peyron, Y. Montigaud, P. Verhoeven, T. Macé, A. Bescond, D. Thomas, A. Charvet, M. Ghijselings, P. Hars, F. Polyn, F. Gaie-Levrel  Aerosol and Air Quality Research, 23, 220252, https://doi.org/10.4209/aaqr.220252

Characterisation and quantification of titanium dioxide nanoparticles in food simulants by single particle inductively coupled plasma-tandem mass spectrometry using a high efficiency sample introduction system; Isabel Bastardo Fernández, Rachida Chekri, Johanna Noireaux, Paola Fisicaro, Petru Jitaru; Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy 208 (2023) 106782, https://doi.org/10.1016/j.sab.2023.106782

Validation of an isotope dilution mass spectrometry (IDMS) measurement procedure for the reliable quantification of steroid hormones in waters; Elodie Mirmont, · Amandine Bœuf, · Mélissa Charmel, Béatrice Lalere, Sophie Lardy‑Fontan; Analytical and Bioanalytical Chemistry (2023) 415:3215–3229, https://doi.org/10.1007/s00216-023-04698-4

The food additive titanium dioxide hinders intestinal production of TGF-β and IL-10 in mice, and long-term exposure in adults or from perinatal life blocks oral tolerance to ovalbumin; Bruno Lamas, Laurence Chevalier, Eric Gaultier, Christel Cartier, Laurent Weingarten, Xavier Blanc, Paola Fisicaro, Caroline Oster, Johanna Noireaux, Lauris Evariste, Natalia Martins Breyner, Eric Houdeau; Food and Chemical Toxicology 179 (2023) 113974, https://doi.org/10.1016/j.fct.2023.113974

Air pollution monitoring: development of ammonia (NH3) dynamic reference gas mixtures at nanomoles per mole levels to improve the lack of traceability of measurements; Tatiana Macé, Maitane Iturrate-Garcia, Céline Pascale, Bernhard Niederhauser, Sophie Vaslin-Reimann, Christophe Sutour; Atmospheric measurement technique, https://doi.org/10.5194/amt-15-2703-2022

Passive sampling as an alternative strategy to monitor metals and PAHs trends at an upstream and rural catchment: a French case study, N. Guigues, S. Lardy-Fontan, A. Villeneuve, P. Mansuit, S. Welsch, B. Lalere, 2022 ; SN Applied sciences ; Vol 4 ; n°4 ; art n°104, https://doi.org/10.1007/ s42452- 022-04990-5

Titanium and Titanium dioxide (nano-) particles in small watersheds under different land-uses; Jia-Lan Wang, Enrica Alasonati, Paola Fisicaro, Marc F. Benedetti; Journal of Hazardous Materials 422 (2022) 126695, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126695

Method for preparation of a candidate reference material of PM10 and PM2.5 airborne particulate filters loaded with incineration ash-Inter comparison results for metal concentration; Alexandre BESCOND, Caroline Oster, Paola Fiscaro, Sharon Goddard, Paul Quincey, Lamprini-Areti Tsakanika, Theopisti Lymperopoulou, Maria Ochsenkuhn-Petropoulou. Atmosphere 2021, 12, 67.