Etude 20  intervalle conf poussieres Airparif
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Etude 20 intervalle conf poussieres Airparif

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Version finale 2005Estimation de l’intervalle de confiance de la mesure des particules aumoyen d’un TEOM : exploitation de mesures de reproductibilité sur siteréalisées par AIRPARIFNovembre 2005Convention: 05000051C. RAVENTOSPREAMBULELe Laboratoire Central deSurveillance de la Qualité de l'AirLe Laboratoire Central de Surveillance de la Qualité de l'Air estconstitué de laboratoires de l’Ecole des Mines de Douai, de l’INERIS et du LNE.Il mène depuis 1991 des études et des recherches finalisées à la demande duMinistère chargé de l’environnement, sous la coordination technique del’ADEME et en concertation avec les Associations Agréées de Surveillance dela Qualité de l'Air (AASQA). Ces travaux en matière de pollution atmosphériquesupportés financièrement par la Direction des Préventions des Pollutions etdes Risques du Ministère de l’Ecologie et du Développement Durable sontréalisés avec le souci constant d’améliorer le dispositif de surveillance de laqualité de l’air en France en apportant un appui scientifique et technique auxAASQA.L'objectif principal du LCSQA est de participer à l'amélioration de laqualité des mesures effectuées dans l’air ambiant, depuis le prélèvement deséchantillons jusqu'au traitement des données issues des mesures. Cette actionest menée dans le cadre des réglementations nationales et européennes maisaussi dans un cadre plus prospectif destiné à fournir aux AASQA de nouveauxoutils permettant d’anticiper les évolutions ...

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Langue Français

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Version finale 2005
Estimation de l’intervalle de confiance de la mesure des particules au moyen d’un TEOM : exploitation de mesures de reproductibilité sur site réalisées par AIRPARIF
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PREAMBULE
Le Laboratoire Central de Surveillance de la Qualité de l'Air
Le Laboratoire Central de Surveillance de la Qualité de l'Air est constitué de laboratoires de l’Ecole des Mines de Douai, de l’INERIS et du LNE. Il mène depuis 1991 des études et des recherches finalisées à la demande du Ministère chargé de l’environnement, sous la coordination technique de l’ADEME et en concertation avec les Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l'Air (AASQA). Ces travaux en matière de pollution atmosphérique supportés financièrement par la Direction des Préventions des Pollutions et des Risques du Ministère de l’Ecologie et du Développement Durable sont réalisés avec le souci constant d’améliorer le dispositif de surveillance de la qualité de l’air en France en apportant un appui scientifique et technique aux AASQA.
L'objectif principal du LCSQA est de participer à l'amélioration de la qualité des mesures effectuées dans l’air ambiant, depuis le prélèvement des échantillons jusqu'au traitement des données issues des mesures. Cette action est menée dans le cadre des réglementations nationales et européennes mais aussi dans un cadre plus prospectif destiné à fournir aux AASQA de nouveaux outils permettant d’anticiper les évolutions futures.
Estimation de l’intervalle de confiance de la mesure des particules au moyen d’un TEOM : exploitation de mesures de reproductibilité sur site réalisées par AIRPARIF
Laboratoire Central de Surveillance de la Qualité de l’Air
Convention 05000051 Financée par la Direction des Préventions des Pollutions et des Risques (DPPR)
NOM Qualité
Visa
Novembre 2005
C. RAVENTOS, C. DEBERT (AIRPARIF), H. MARFAING (AIRPARIF)
Ce document comporte 17 pages (hors couverture).
Rédaction
C. RAVENTOS
Ingénieur à l’Unité Qualité de l’air Direction des Risques Chroniques
Vérification
J. POULLEAU
Responsable adjoint de l'Unité Qualité de l’air Direction des Risques Chroniques
Approbation
M.RAMEL
Responsable LCSQA/INERIS
Direction des Risques Chroniques
1.
2.
TABLE DES MATIERES
RÉSUMÉ...........................................................................................................2
OBJET DE L’ÉTUDE........................................................................................3
3. FICHIERS DISPONIBLES ................................................................................3
4. EXPLOITATION DES COMPARAISONS DE 2 TEOM ....................................3
4.1 Résultats sans classement des données par tranches de concentration ......4
4.2 Résultats avec classement des données par tranches de concentration ......5
5. COMPARAISON DE 1 TEOM À 2 PARTISOLS ..............................................8
5.1 Application du guide « Demonstration of equivalence of ambient air monitoring methods »....................................................................................8
5.1.1 Comparaison des deux PARTISOLS......................................................... 9
5.1.2 Ecarts entre les valeurs mesurées par le TEOM et les moyennes des 2 valeurs mesurées par les PARTISOLS...................................................... 9
5.1.3 Incertitude de la méthode candidate comparée à la méthode de référence ……………………………………………………………………………… 10
5.1.3.1 Valeurs des coefficients des régressions linéaires ............................ 12
5.1.3.2 Incertitude de la méthode candidate ................................................. 13
5.2 Estimation de l’incertitude de la méthode candidate selon la norme NF ISO 13752 .............................................................................................16
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1. RESUME L’objectif de l’étude était, à la demande d’AIRPARIF, d’estimer l’intervalle de confiance de la mesure des particules PM10 réalisées au moyen d’un TEOM, sur la base de résultats de campagnes de mesures au cours desquelles ont été mis en œuvre soit deux TEOM en parallèle, soit un TEOM et deux PARTISOLS (méthode gravimétrique de référence de mesure des particules). Pour chaque type de campagne de mesure, les résultats ont été exploités avec différents outils statistiques : - Campagnes de mesure avec deux TEOM : application des normes NF ISO 5725-2 « Exactitude des résultats et méthodes de mesure – Partie 2 : méthode de base pour la détermination de la répétabilité et de la reproductibilité d’une méthode de mesure normalisée » et XP X 43-331 « Emissions de sources fixes -Détermination de l’intervalle de confiance d’une méthode de mesure en l’absence d’échantillon de référence par mesures parallèles simultanées ». Il a été calculé les intervalles de confiance internes assimilables à une incertitude élargie. L’exploitation statistique des données a nécessité un classement des données par niveaux concentrations. En effet sans classement, les intervalles de confiance sont très dispersés, de 7% à 30% pour les PM10, et donc non exploitables en l’état. Cette dispersion est liée au fait que les niveaux de concentration et la distribution des concentrations sont très différents d’une campagne de mesure à l’autre. Il a également été constaté que pour que les résultats soient comparables d’une campagne à l’autre, il fallait que les résultats de mesure correspondent à des moyennes sur des périodes de temps identiques (moyennes horaires, demi-horaires…), les moyennes étant d’autant plus lissée s que la période d’intégration est forte et les données d’autant moins dispersées. - Campagne de mesure TEOM/PARTISOL : application du guide « Demonstration of equivalence of ambient air monitoring methods », permettant de calculer une incertitude due à « l’écart de comparabilité entre les méthodes » (traduction mot à mot), qui traduit l’écart de la méthode candidate par rapport à la méthode de référence, en prenant en compte les erreurs aléatoires de la méthode de référence. Puis application pour comparaison, de la norme NF ISO 13752 « Qualité de lair – Evaluation de lincertitude dune méthode de mesurage sur site en utilisant une seconde méthode comme référence », qui décrit comment estimer l’incertitude de mesurage sur la base d’une régression linéaire du maximum de vraisemblance. Il est à noter que pour appliquer les deux techniques statistiques conformément en tout point aux prescriptions des documents les décrivant, il aurait fallu disposer de deux jeux de données de TEOM. Sur la base des données disponibles, l’exploitation des données a montré que l’application de la régression orthogonale prévue dans le guide « Demonstration of equivalence of ambient air monitoring methods », conduisait à des coefficients aberrants au regard de la répartition des couples de points sur un graphe représentant les valeurs du TEOM en fonction des valeurs du PARTISOL.
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D’autres types de régression donnant des résultats plus cohérents ont été testées. Les deux méthodes ont conduit à des résultats comparables.
2. OBJET DE L’ETUDE L’objectif de l’étude était, à la demande d’AIRPARIF, d’estimer l’intervalle de confiance de la mesure des particules réalisées au moyen d’un TEOM. Pour ce faire, de types de fichiers de données ont été fournis par AIRPARIF : - Des fichiers correspondant à des mesures en parallèle avec deux TEOM : à partir de ces fichiers il a été calculé des intervalles de confiance internes ; - Un fichier correspondant aux mesures réalisées lors de la campagne à Bobigny en 2005, au cours de laquelle il a été effectué des mesures en parallèle avec un TEOM d’AIRPARIF, deux TEOM associés à des FDMS et deux dispositifs de mesure gravimétriques PARTISOLS. A partir de ce fichier, il a été calculé, selon le guide « Demonstration of equivalence of ambient air monitoring methods », une incertitude des résultats donnés par le TEOM considérée comme méthode candidate, par rapport à la méthode gravimétrique correspondant à la méthode de référence.
3. FICHIERS DISPONIBLES Comparaison de deux TEOM : - Fichier : 1 : Auteuil ; données du 21/12/99 au 04/01/00 668 moyenne demi-horaires PM10 ; 651 moyenne demi-horaires PM2,5 - Fichier 2 : (Site ?) : données du 31/01/01 au 07/02/01 ; 127 moyennes horaires PM10 ; - Fichier 3 : Auteuil : données du 13/06/05 au 06/07/05 ; 1802 valeurs QH PM10 - Fichier 4 : Issy : données du 28/06/05 au 18/07/05 ; 1822 valeurs QH PM10 Comparaison de 1 TEOM à 2 PARTISOL : - : données du 25/01/05 au 06/04/04 ; 59 moyennes journalières valides. Bobigny
4. EXPLOITATION DES COMPARAISONS DE 2 TEOM Objectif : calculer les écarts algébriques entre les deux appareils prélevant dans des conditions identiques en deux points équivalents, et déterminer la « répétabilité » de la méthode de mesure. Selon les normes considérées, la statistique calculée à partir des écarts entre les couples de valeurs porte un nom différent : - de répétabilité varianceSr2dans le cas de la norme ISO 5725-21                                            1 méthode de base pour la NF ISO 5725-2 : Exactitude des résultats et méthodes de mesure – Partie 2 : détermination de la répétabilité et de la reproductibilité d’une méthode de mesure normalisée
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- variance de reproductibilité interneSr2cas de la norme XP X 43-331dans le 2, - variance de reproductibilitéSr,f2dans le cas des normes du WG12 (calculée lors de l’essai sur site), - incertitudeubs2 for the guidance échantillonneurs dans le guide « entre démonstration of Equivalence of ambient air monitoring method »  Cette valeur sera notéeSr2; elle est calculée comme suit : n (Yi,1%Yi,2)2 S1i11 r2n où : Yi,1etYi,2résultats de la ièmemesure pour chaque appareil nnombre de couples de mesure
Dans la norme XP X 43-331 il est calculé à partir deSr, un intervalle de confiance interne, que l’on peut assimiler à une incertitude élargie ; ce terme ne tient compte que des écarts intra-laboratoires ; il ne tient pas compte d’écarts systématiques qu’il pourrait il y avoir par rapport à la valeur « vraie ».  Ic,interne1t1%a´Sr où :t1%afractile d’ordre (1-aStudent à (n-1) degrés de liberté et à) de la loi de un niveau de significationa=0,05. 4.1 RESULTATS SANS CLASSEMENT DES DONNEES PAR TRANCHES DE CONCENTRATION Fichier 1 Fichier 2 Fichier 3 Fichier 4 PM10 PM25 PM10 PM10 PM10 Nombre de données 668 651 127 1799 1829 Cmoy (µg/m3) 35,0 25,2 24,1 47,3 22,3 Cmax (µg/m3 77,2 64,1) 100,7 78,6 337,2 Cmin (µg/m3 2,53) 6,0 9,3 0,8 0,4 Eecna rtµ gm/oy3,n2e647,890,294, - m 5,41  - en % de Cmesurée 17,1 20,3 4,2 10,3 12,7 Ecart max (µg/m3) - en µg/m3 4,2 118,3 22,643,40 24,90 - en % de Cmesurée 109,7 134,8 18,7 108,3 168,2   Ecart min (µg/m3) - en µg/m30,00 0,00 0,00 0,0 0,0 - en % de Cmesurée 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0  Sr -en µg/m316,254,1415,oy5,0,,22,11,356,08862,81 - en % de Cm Ic,interne - en µg/m310,6 31,9 1,8 10,2 5,5 - en % de Cmoy 30,4 8,0 7,3 21,5 24,7                                            2XP X 43-331 : Emissions de sources fixes - Détermination de l’intervalle de confiance d’une méthode de mesure en l’absence d’échantillon de référence par mesures parallèles simultanées
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Où : -données valides égale à la moyenne Cmoy concentration moyenne des  : algébrique des concentrations mesurées par les deux appareils - Ecart a que des valeurs absolues des écarts exprimés en µg/m3yom noitartnecno clae  d %ens mépxirste céraed s et  ud enned elpuoceglbéir moyenne moyen : mesure ; - max et écart min : la valeur en % ne correspond pas forcément à la valeur Ecart econ uµplge/ md3e, vcaest à dire que lécart max exprimé 3en % peut correspondre à un  leurs différent de l’écart max en µg/m - Sr : écart-type de reproductibilité - Ic,interne : intervalle de confiance interne. Commentaireconfiance sont très dispersés, de 7,2% à 30,4%: les intervalles de pour les PM10, et donc non exploitables en l’état. Cette dispersion est liée au fait que les niveaux de concentration et la distribution des concentrations sont très différents d’une série de mesure à l’autre.
4.2 RESULTATS AVEC CLASSEMENT DES DONNEES PAR TRANCHES DE CONCENTRATION Les données ont été exploitées par tranches de concentrat par exemple des tranches de concentrations de 10 µg/m3nfconciaeslle  dtni avreis rsel n de voi) afi( senoi par tranches de concentration étaient du même ordre de grandeur d’un site à l’autre.
- Fichier 1 (AUTEUIL) PM10
Concentration µg/m3
0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 >70
n 26 121 160 128 97 56 44 32
Moyenne µg/m3 8,10 15,56 25,29 34,50 44,30 54,09 64,32 80,46
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Sr µg/m3
1,91 3,00 4,18 5,09 6,15 6,46 9,54 6,77
Sr %
23,56 19,30 16,53 14,76 13,89 11,95 14,83 8,42
Ic µg/m3
3,93 5,95 8,19 9,98 12,21 12,93 19,16 13,83
Ic %
48,43 38,21 32,40 28,93 27,56 23,90 29,79
17,19
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PM2,5 Concentration µg/m3 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 >50
- Fichier 2 Concentration µg/m3 10-20 20-30 30-40 >40
n
75 191 173 97 64 42
n 71 18 16 22
- Fichier 3 (AUTEUIL) Concentration µg/m3n 10-20 85 20-30 274 30-40 426 40-50 303 50-60 280 60-70 190 70-80 120 80-90 66 90<C<150 52
Moyenne µg/m3 7,20 15,52 24,55 34,34 44,73 56,61
Moyenne µg/m3 13,55 25,07 35,81 49,13
Moyenne µg/m3 15,50 25,50 34,95 44,82 55,13 64,58 75,14
84,41 101,30
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Sr µg/m3 2,85 3,22 3,98 4,45 5,74 6,05
Sr µg/m3 0,56 1,11 0,63 1,47
Sr µg/m3 2,04 2,70 3,20 4,36 4,86 5,26 6,73 8,39 10,50
Sr % 39,55 20,77 16,21 12,94 12,82 10,69
Sr % 4,16 4,44 1,76 2,99
Sr % 13,19 10,60 9,15 9,74 8,81 8,15 8,96 9,93 10,37
Ic µg/m3 5,67 6,32 7,80 8,82 11,47 12,23
Ic µg/m3 1,12 2,34 1,33 3,04
Ic µg/m3 4,07 5,30 6,27 8,56 9,52 10,31 13,33 16,69 21,10
Ic % 78,69 40,71 31,77 25,68 25,65 21,60
Ic % 8,28 9,33 3,72 6,19
Ic % 26,24 20,78 17,94 19,09 17,27 15,97 17,74 19,77 20,83
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Fichier 4 (ISSY)
Concentration Moyenne Sr Sr µg/m3n µg/m3µg/m3% 0-10 117 7,50 1,37 18,33 10-20 682 15,73 1,76 11,20 20-30 663 24,19 2,58 10,66 30-40 242 34,14 3,56 10,43 40-50 78 43,81 4,54 10,37 >50 19 56,94 7,49 13,15
Tableau de comparaison des valeurs des 4 fichiers PM10 Ic absolu (µg/m3) Concentration Fi µg/m3chier 1 Fichier 2 Fichier 3 0-10 4,0 10-20 6,0 1,2 4,1 20-30 8,2 2, 4 5,3 30-40 10,0 1,4 6,3 40-50 12,2 3,1 8,6 50-60 13,0 9,6 60-70 19,2 10,3 70-80 13,9 13,4 80-90 16,7 90<C<150 21,1
Ic µg/m3 2,72 3,45 5,05 6,98 9,04 15,73
Fichier 4
2,8 3, 5 5,1 7,0 9,1 15,8
Ic relatif (% de la concentration moyenne de la classe) Concentrati on µg/m3Fichier 1 Fichier 3 Fichier 2 Fichier 4 0-1048,5 36,3 10-2038,28,3 26,3 22,0 20-3032,4 20,9 89,4 20, 30-4029,03,8 18,0 20,5 40-5027, 6 20,76,2 19,1 50-60 23,9 17,327,7 60-7029,816,0 70-80 17,2 17,8 80-90 19,8 90<C<150 20,9
INERIS-DRC/AIRE-05-65032-CRa-n°760-Vf
Ic % 36,29 21,95 20,90 20,45 20,64 27,62
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