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La qualité de l’air, intérieur et extérieur, étant un domaine d’intérêt majeur, il est important de connaître la façon dont l’ammoniac se forme.

L’ammoniac, un gaz polluant complexe

Précurseur de particules fines (aérosols secondaires) et favorisant l’acidification et l’eutrophisation des milieux, l’ammoniac – NH3 pour les intimes – est un gaz polluant atmosphérique ayant un impact sur la santé humaine, sur l’environnement et sur la biodiversité. 94 % des émissions d’ammoniac sont issues des activités agricoles, et liées pour moitié aux fertilisations (CITEPA 2021).

L’ammoniac participe aux évènements de pollution particulaire dans les grandes villes. La compréhension de ces épisodes de pollution n'est pas complète et nécessite des observations précises des concentrations d’ammoniac pour caractériser finement les processus physico-chimiques de l’atmosphère. Les chercheurs travaillant sur le projet AMICA pointent cependant la difficulté à mesurer la concentration ambiante d’ammoniac dans l’air étant donné la nature réactive de cette molécule qui s’adsorbe (elle se « colle ») aux surfaces. Et pour cause : la technologie des analyseurs d’ammoniac est encore en pleine évolution pour améliorer la sensibilité de cette mesure.

Comment réduire les émissions d’ammoniac et la quantité d’aérosol dans l’air ?

En région parisienne, de nombreux projets tournent autour de la qualité de l’air. « C’est un enjeu important, d’autant plus qu’il y a des obligations légales ! La France est régulièrement sanctionnée car elle ne tient pas ses engagements de réduction de concentration de particules fines dans l’atmosphère » précise Benjamin Loubet, directeur de recherche. Les aérosols peuvent provenir de pays limitrophes, d’autres régions Françaises ou être fabriqué localement… Et pour diminuer leur concentration, il faut diminuer les émissions des précurseurs, dont l’ammoniac fait partie, mais aussi mieux comprendre comment l’ammoniac conduit à la formation d’aérosols. C’est pour cette raison qu’il est important de faire des mesures en régions urbaines, et caractériser des épisodes où les concentrations sont élevées…

 « Il y a une démarche globale pour estimer les émissions d’ammoniac de façon opérationnelle. Pour poser un cadre, nous avons besoin de mesures. Or, l’ammoniac n’est pas trivial à mesurer. Résoudre les problèmes d’échantillonnage et d’analyses pour arriver à mieux mesurer les émissions (quantité de gaz émise par une surface ou déposée dessus pendant un temps donné) et les concentrations (quantité de gaz présent dans un échantillon d’air) d’ammoniac dans l’atmosphère est essentiel » expose Benjamin Loubet.

Appréhender les performances de différents analyseurs d’ammoniac

Pour évaluer les différents types d’analyseurs d’NH3 dans l’atmosphère, une campagne d’inter-comparaison s’est déroulée pendant un mois, en octobre 2021, sur le site de l’INRAE à Thiverval-Grignon (78), à proximité de la ferme AgroParisTech. Un site idéal car situé à proximité d’une zone agricole, et donc, d’une source d’ammoniac. Cette campagne de mesures a regroupé 8 laboratoires de recherche : LISA, LATMOS, LSCE, ECOSYS (INRAE Grignon), IMT Nord Europe, GSMA Reims, SAS (INRAE Rennes), et le Laboratoire SAM (Sensing of Atmospheres and Monitoring) de l’Université de Liège. Les différents analyseurs ont été comparés sur une large gamme de concentrations d’ammoniac allant de la concentration atmosphérique ambiante à des concentrations boostées par une source d’ammoniac surfacique artificielle (peigne d’émission) de 400 m2.

Technologie CRDS (Cavity Ring Down Spectroscopy), faisceau laser, miroir réfléchissant, lumière infrarouge, photoacoustique, chimie luminescence, électrochimiques, badges alpha… Différentes technologies d’analyseurs et différentes méthodes de mesure ont été utilisées lors de cette étude. « Les tubes Delta, par exemple, sont des pièges acides » précise Alain Fortineau, ingénieur d’étude à l’unité Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes. « Il s’agit de tubes dont la surface interne est recouverte d’acide citrique, capables de piéger l’ammoniac. Une petite pompe prélève l’air ambiant, et en fonction du temps de passage dans le tube et de l’analyse de ce qui est piégé, on peut savoir quelle a été la concentration ambiante sur une durée déterminée ».

LEFE, qu’est-ce que c’est ?

Cette campagne de mesures AMICA s’est intégrée dans le cadre du projet LEFE-CHAT NH3IDF 2019/2020. Ce projet est porté par Pascale Chelin, chercheuse pour l’unité LISA (Institut Pierre Simon Laplace – IPSL), qui travaille sur la caractérisation des profils de concentration entre la surface et le sommet de l’atmosphère. Les mesures du site ICOS écosystème FR-Gri et de la station météorologique du réseau Agroclim d’INRAE, situées à proximité directe ont été mises à disposition du projet pour interpréter les mesures.

Répondant aux priorités définies lors des prospectives océan-atmosphère, le programme national et inter-organismes LEFE a pour vocation de soutenir des recherches. Le cadre de l’appel d’offres recouvre des questions importantes de recherche fondamentale et de développement mais il s’adresse également à l’émergence de nouvelles approches d’observation et de prévision pour la production de résultats dont la finalité sera utile aux acteurs/décideurs. Généralement, ce sont des projets d’une durée de 2 à 3 ans qui sont financés à hauteur de 20 000 €.

Participants :

•             LISA : Pascale CHELIN, Vincent MICHOUD, Antonin BERGE, Xavier LANDSHEERE

•             LATMOS : Camille VIATTE, Cristelle CAILTEAU-FISCHBACH, Nadir GUENDOUZ

•             LSCE : Jean-Eudes PETIT, Douglas ORSINI

•             ECOSYS INRAE Grignon : Alain FORTINEAU, Pauline BUYSSE, Benjamin LOUBET, Baptiste ESNAULT, Sophie GENERMONT, Céline DECUQ, Erwan PERSONNE

•             IMT Nord Europe : Sabine CRUNAIRE, Pablo ESPINA, Nathalie REDON

•             GSMA : Lilian JOLY, Julien COUSIN, Florian PARENT, Sylvain CAVILLE

•             SAS INRAE Rennes : Chris FLECHARD, Yannick FAUVEL

•             SAM, Sensing of Atmospheres and Monitoring, Université de Liège : Anne-Claude ROMAIN et Marie SCHEUREN