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Étude de la pollution atmosphérique de la ville de Bourgas (Bulgarie) par les BTEX et les alcanes

Research of the air pollution in the town of Burgas (Bulgaria) with BTEX and alkanes

Radostin Kutsarov, Stela Naydenova, Todorka Panayotova, Jean Carré et Jean-Marc Chovelon

p. 261-275

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Résumé

Le travail présenté a pour but dʼétudier la pollution aérienne par les BTEX et alcanes légers dans la ville de Bourgas (Bulgarie). Les principales sources recensées étant une raffinerie proche et la circulation automobile, le choix a été fait (après étude du comportement à lʼévaporation des composants de carburants) de suivre uniquement la pollution par les BTEX et alcanes (heptane, octane, nonane) ; les premiers, en particulier le benzène, à cause de leur effet nocif sur la santé humaine, les seconds à cause de leur impact sʼajoutant à celui des BTEX sur la quantité dʼozone troposphérique. Le positionnement des points de prélèvement a été fait en sʼaidant dʼune campagne préliminaire de prélèvements statiques sur charbon actif. Des prélèvements dynamiques ont ensuite été effectués également par accumulation sur charbon actif.
Les analyses ont été faites par couplage GC/MS après extraction au sulfure de carbone des polluants piégés. Les résultats ainsi obtenus montrent une pollution plus grande au niveau des zones à forte densité de circulation avec de brusques variations des concentrations en polluants dues vraisemblablement aux modifications rapides des conditions de circulation urbaine, une pollution plus importante au nord quʼau sud de la ville traduisant lʼimpact de la raffinerie, une pollution maximale en centre-ville (valeurs moyennes sur 15 jours de lʼordre de 500 μg.m–3 en BTEX) et une pollution minimale au voisinage de la mer Noire ou du lac de Bourgas (valeurs moyennes sur 15 jours de lʼordre de 50 μg.m–3 en BTEX) qui montrent bien les influences opposées de lʼémission et de la dispersion.
Lʼexamen du dépassement des normes bulgares dʼexposition de la population a mis en évidence le caractère saisonnier de cette pollution et le calcul de la moyenne obtenue sur lʼensemble des prélèvements pour la concentration en benzène indique que le niveau de pollution est voisin de celui des villes du sud de lʼEurope.

Abstract

A study of the air pollution in BTEX and alcanes (heptane, octane, nonane) of the city of Burgas was carried out with dynamic samplings by pollutant accumulation on active charcoal (a preliminary study with static samplings had already been done before this study), to complete the existing data that are very fragmentary and almost nonexistent in the territory of the city.
The purpose of sampling multiplication was to map pollutants and their time development in order to allow the modelling of pollution (transmission and broadcasting) and the optimization of a more complete observation network within the framework of the Bulgarian thesis of Madam Naydenova. The results published in this thesis were based on measures carried out between 2000 and 2004 and will be used to defend the thesis, planned for 2007.
The collected information (the density of the traffic and the kind of vehicles) corresponds to the 2000-2004 period, but an extrapolation is done for the current period. At the same time the impact was evaluated according to the Bulgarian environmental norms that were in force between 2000 and 2004. These norms were more strict than the European norms (hourly average and annual concentrations) and therefore gave more complete information.
The main potential sources of pollutants are: the LUKOIL refinery situated at about 7 km to the North West of the city (average production at about 7 million tons of oil products), two industrial zones to the North and to the South inside the cityʼs territory, the local and transit car traffic to the south Bulgarian Black Sea coast.
The preliminary campaign of static samplings in the city of Burgas and its surrounding area confirmed these expectations while showing the weakest pollution of the dwelling neighborhoods (except those close to the refinery) in comparison with the pollution of the zones with high traffic density. We had therefore decided to do measures inside the territory of the city with dynamic samplings by accumulation on active coal to high debit (a litre.min–1), following the Bulgarian analytical norm, having good sensitiveness.
The sampling points were placed while taking into account the pollution sources and system of dominant breezes in sea edge. The extraction was done with carbon disulfide and the analysis by coupling GC/MS. The behavior to the evaporation of the components of fuels (refinery and petrol station emissions) and the used sampling and analysis techniques were the same as our BTEX and heptane, octane, nonane study. The obtained results from the dynamic samplings showed a bigger dispersion in comparison with the static samplings, which is logical.
There was a correlation between the variations of the concentration in alcanes and BTEX, the alcanes concentrations were at a higher level.
There is a relation between human activity and pollution – the observed concentrations were higher on working days than on weekends (particularly on Sundays). The average "dynamic" values confirm the observed tendencies to support the static samplings and at the same time these results allowed a brief mapping (concentration level expressed by variation of the base level for each sample point). This outline allows the following conclusions:
-a bigger pollution in zones with high density of the car traffic;
-a more substantial pollution in the North than in the South of the city because of the LUKOIL refinery;
-a maximal pollution in the center of the city (500 μg.m–3 for BTEX) and a minimal pollution on the Black Sea or the Burgas lake coasts (50 μg.m–3 for BTEX) that show the influence of the opposition between emission and dispersion.
These observations were based on the Bulgarian hourly environmental norms for benzene (10 μg.m–3). If we perform an average value of the 47 dynamic samplings, we obtain an average concentration of benzene 14,3 μg.m–3, the reliable values for the samplings were dispersed regularly on weekdays, including weekends. In this way Burgas is on the same pollutant level as other South European cities.
The pollution is higher in winter than in summer, despite the bigger summer traffic (the city of Burgas is a tourist center and there is an increased summer transit).
In our opinion this is the result of the functioning of the heating installations in the wintertime and of a better dispersion of the pollutants in summertime.
These samples were taken between 2001 and 2004. The number of registered cars increases steadily (about 8% per year). This fact did not have an important influence between 2001 and 2004, because the rise in the traffic increase was compensated by a partial renewal of the vehicles with more modern ones.

Entrées d'index

Mots-clés : BTEX, alcanes, pollution urbaine, charbon actif, prélèvements statiques et dynamiques

Keywords: BTEX, alcanes, urban pollution, active charcoal, static and dynamic samplings

Texte intégral

1. Introduction

Ce travail concerne une étude de la pollution de lʼair atmosphérique de la ville de Bourgas en Bulgarie par les BTEX pour plusieurs raisons :

  • il existe déjà des stations de suivi automatique, mais les données ne sont pas suffisamment détaillées par molécule ;

  • leur nombre est limité et lʼutilisation de prélèvements dynamiques et statiques sur matériau adsorbant permet de multiplier les points de prélèvements eux-mêmes, ce qui donne une cartographie plus complète de la pollution et de son évolution dans le temps ;

  • il est possible à partir de cette cartographie de définir la nécessité dʼimplantation de stations de mesures supplémentaires et de localiser leur implantation future ;

  • les résultats obtenus sont indispensables pour la modélisation de lʼémission et la diffusion des composés organiques volatils (COV) dans lʼatmosphère de Bourgas. Cʼest dʼailleurs pour cette raison que nous avons décidé de doser également les alcanes volatils (heptane, octane et nonane), qui font partie des composants principaux des carburants, et constituent donc des marqueurs pour le suivi de la dispersion des polluants.

Ce travail a pris place durant une assez longue période avec des analyses effectuées entre 2000 et 2003. Toutes les informations extérieures (conditions météorologiques, activités industrielles, circulation automobile) se rapportent à cette période, mais lʼévolution actuelle avec ses conséquences sera évoquée dans la conclusion.

Lʼoriginalité de ce travail expérimental a été lʼutilisation pour lʼétude dʼune pollution urbaine de prélèvements dynamiques à débit élevé (jusquʼà un litre.min–1), donc de courte durée (une heure). Ces conditions, habituellement réservées au contrôle des lieux de travail ont permis de mettre en évidence, en plus des tendances générales de lʼévolution du niveau de pollution selon le lieu de prélèvement, des variations brutales des concentrations en polluants et le dépassement des normes de sécurité bulgares concernant les faibles durées dʼexposition aux BTEX (benzène, toluène, éthylbenzène, xylènes).

Le rejet des COV dans lʼatmosphère ayant une double conséquence, toxicité vis-à-vis de la population pour certains produits (dans notre cas les BTEX et plus particulièrement le benzène [1]) et augmentation du taux dʼozone troposphérique par la majorité des COV [2], nous avons suivi les concentrations des deux familles majoritaires BTEX et alcanes légers dans la fraction volatile des carburants automobiles, ce qui permet de prendre en compte à la fois les émanations de la raffinerie, la circulation automobile et ses sources annexes comme lʼactivité des stations-service.

Une extension du réseau de surveillance existant peut être définie par les collectivités locales à partir des tendances observées.

2. Choix dʼune stratégie dʼétude

Le choix de la stratégie dʼétude découle de la situation géographique de Bourgas, de son environnement industriel et des réglementations environnementales bulgares [3] en vigueur durant la période de référence (2000-2003). Ces normes qui ne concernent que les BTEX parmi tous les COV existants sont présentées dans le tableau 1. La législation la plus stricte concerne le benzène, produit qui sera donc suivi en priorité.

Il faut noter que la norme bulgare était plus restrictive que la norme européenne qui limitait seulement une norme dʼexposition annuelle à 10 µg.m–3 de 2001 à 2005 avec diminution régulière dʼun µg.m–3 par an à partir de 2006 pour atteindre la valeur limite de 5 µg.m–3 en 2010 [4]. Nous conserverons donc la norme bulgare qui est plus restrictive et qui sʼappliquait à la fois au moment et sur le territoire de lʼétude. Après 2005 les normes bulgares se sont alignées sur les normes françaises et européennes dans lʼoptique de lʼadhésion à la Communauté européenne [5].

Tableau 1 : Normes environnementales bulgares [3].
Environmental Bulgarian norms [3].

Normes (µg.m–3)

Durée

30 min.

60 min.

24 h

1 année

Benzène

10

10

10

10

Éthylbenzène

20

20

Xylènes

200

100

Toluène

500

250

2.1. Description de Bourgas

Bourgas, quatrième ville de Bulgarie avec 210 000 habitants sur une superficie de 13 km2, est située au bord de la mer Noire. Cette ville est lʼun des plus grands centres industriels du pays. La figure 2 (Cf. 4. Résultats expérimentaux) présente le plan de la ville.

Les entreprises industrielles sont situées dans deux zones : la zone Nord (2,6 km2) et la zone Sud (1,7 km2) qui se trouvent dans la limite de la ville et qui sont très proches des quartiers dʼhabitation. À 12 km dans la direction nord-ouest de Bourgas (donc à lʼextérieur de la figure 1) est située la plus grande raffinerie sur  la  péninsule  Balkanique (« LUKOIL – Neftochim Bourgas » AD). Elle a une capacité de 13 millions de tonnes par an, mais elle travaille depuis plusieurs années à environ 50 % de sa capacité. Dans la raffinerie, on produit différents carburants et combustibles, mais aussi un grand nombre de produits chimiques y compris des hydrocarbures aromatiques, des polymères, du caoutchouc, des fibres synthétiques, etc.

À Bourgas se trouve le plus grand port commercial bulgare et à 8 km dans la direction Sud est situé le seul terminal marin bulgare pour le pétrole brut avec une capacité de 12 millions de tonnes par an. Il y a un aéroport international et une station de chemin de fer.

Les sources potentielles de la pollution de lʼair atmosphérique de Bourgas avec des COV peuvent être groupées de la manière suivante :

  • « LUKOIL – Neftochim Bourgas » AD : dans la raffinerie on brûle environ 1 million de tonnes de combustibles par an, y compris du fioul, du gaz naturel et des produits gazeux obtenus dans la raffinerie. Le rejet des émissions dans lʼatmosphère est réalisé par 58 cheminées et les gaz résiduaires sont brûlés dans 11 torches. Les sources dʼémissions parasites de la raffinerie sont les fuites sur les réservoirs de combustibles et toutes les installations de raffinage et de fabrication, la station dʼépuration des eaux résiduaires, différents gaz des installations et des bassins dʼoxydation (le traitement tertiaire des eaux résiduaires industrielles), qui sont situés à proximité du complexe dʼhabitation « Meden Rudnik » (point de prélèvement n° 9 reporté sur la figure 2) ;

  • le transport automobile important, avec 128 577 véhicules immatriculés à Bourgas en 2000, trafic qui nécessite 51 stations-service dans la ville. Comme dans toutes les villes, les densités de circulation sont très variables dʼun point à un autre (Tableau 2). Il sʼy ajoute le trafic de transit vers le sud de la mer Noire provenant de toute la Bulgarie et de la Roumanie et lʼafflux touristique durant lʼété (sur Bourgas elle-même et les sites historiques voisins de Nessebar au nord et Sozopol au sud) ;

  • les zones industrielles Nord et Sud orientées vers les constructions mécaniques (câbles électriques) et lʼagro-alimentaire (minoterie, huilerie, industrie du vin) et les installations de la Société de chauffage central de Bourgas (zones industrielles Nord et Sud repérées dans la figure 2) ;

  • les chauffages domestiques où on utilise bois et charbon.

A priori, les sources de pollution principales sont la raffinerie LUKOIL qui peut sʼajouter aux pollutions urbaines classiques : circulation automobile, industries sur le site de Bourgas, chauffage et production dʼeau chaude.

2.2. Données environnementales existantes

2.2.1. Stations de mesure de la qualité de l’air à Bourgas, localisation et polluants dosés

La qualité de lʼair atmosphérique à Bourgas a été suivie pendant notre propre étude en utilisant des stations de monitoring, qui fonctionnent plus ou moins continuellement sur le territoire de la ville de Bourgas. Entre 2001 et 2005, sur le territoire de la municipalité de Bourgas, cinq stations ont assuré le contrôle de lʼair, dont trois avec prélèvement manuel, qui fonctionnent du lundi au vendredi entre 8 et 16 heures et deux stations automatiques (Figure 2).

Dans les stations avec prélèvement manuel on mesure SO2, NOx, CO, O3, H2S, NH3, phénol, et la poussière et non les COV. Les deux stations automatiques mesurent les COV totaux non méthaniques, SO2, NOx, CO, O3. Les résultats obtenus par ces cinq stations sont donc en dehors de notre étude. Leur localisation est toutefois intéressante car depuis 2006 les stations automatiques mesurent les BTEX.

Une information supplémentaire peut être obtenue à partir de deux autres stations automatiques OPSIS (stations pouvant être mobiles) qui mesurent en ce qui nous concerne les BTEX et le styrène. Lʼune est située au centre de la ville dans lʼInspection régionale de lʼenvironnement et des eaux (IREE) et est dans le système de monitoring depuis 2003. La deuxième, OPSIS de la firme « LUKOIL – Neftochim Bourgas » AD, est située sur le territoire de la raffinerie (donc en dehors de la figure 2) et elle nʼest pas dans le système de monitoring. Toutefois les résultats obtenus par cette station sont rappelés ci-dessous.

2.2.2. Résultats obtenus (BTEX et plus spécialement benzène)

Les premiers résultats pour les COV existent depuis 1997. Nous retiendrons les résultats concernant le benzène (résultats pour ce polluant présents dans tous les rapports). Dans le rapport pour lʼinfluence de la raffinerie sur lʼenvironnement [6] ont été publiés des résultats obtenus par lʼOPSIS de la firme LUKOIL – Neftochim. Lʼanalyse des données montre que la concentration moyenne mensuelle du benzène dans lʼair atmosphérique sur le territoire de LUKOIL – Neftochim varie de 3 µg.m–3 (août 1998) à 123 µg.m–3 (avril 1997), avec sur certains jours, une concentration environ 12 fois plus élevée que les normes bulgares (10 µg.m–3).

LʼOPSIS dʼIREE a fonctionné de juin 1998 à août 1999. Les concentrations en benzène moyennes mensuelles les plus basses dans le centre de la ville ont été mesurées au mois de juin 1998 (9 µg.m–3) et les plus élevées au mois dʼaoût 1999 (27 µg.m–3) [7]. Cette dernière concentration est trois fois plus élevée que les normes.

Dans la période dʼavril à juin 2002, cette station a fait des mesures dans la ville de Kameno, située à 4 km de la raffinerie dans la direction Ouest. Les résultats obtenus [8] pour le benzène montrent que :

  • la  concentration  moyenne  mesurée  est  de 11,43 µg.m–3 ;

  • la concentration maximale est de 57 µg.m–3 ;

  • dans un grand nombre dʼéchantillons (1 549), la concentration est plus élevée que la norme (10 µg.m–3), ce qui semble montrer lʼimpact de la raffinerie sur son environnement.

2.2.3. Autres mesures : prélèvements actifs par accumulation dans les environs de Bourgas

Suite à une demande de la municipalité de Bourgas, une équipe du Centre national bulgare dʼhygiène, écologie et alimentation et de lʼAcadémie de médecine à Sofia a réalisé une étude sur la pollution de lʼair dans les environs de Bourgas. Les mesures ont été faites en juillet, octobre et novembre 1999 ainsi quʼen mars et juin 2000, par prélèvement actif par accumulation et analyse GC/MS. Les prélèvements ont été effectués dans le quartier Dolno Ezerovo (situé dans la direction sud-est de la raffinerie à environ 3,5 km et à environ 9 km à lʼouest de Bourgas) et dans le village de Vetren (situé à 7,5 km au nord-est de la raffinerie). Les résultats obtenus montrent quʼà Dolno Ezerovo, très souvent les concentrations de polluants sont plus élevées que les normes (pour le benzène jusquʼà sept fois, pour lʼéthylbenzène jusquʼà quatre fois et pour le xylène jusquʼà deux fois [9]). Les concentrations les plus basses ont été mesurées au mois de mars, quand la plus grande partie des installations de la raffinerie nʼa pas fonctionné. On peut noter que les valeurs obtenues pour le benzène sont du même ordre à Kameno (4 km à lʼouest de la raffinerie) et à Dolno Ezerovo (3,5 km au sud-est de la raffinerie), ce qui indique une dispersion équivalente dans ces deux directions. Par contre, aucune pollution nʼa été détectée à Vetren, cette absence de pollution étant due, à notre avis, au fait que cette direction nord-est ne correspond pas aux vents dominants.

2.2.4. Bilan sur les données existantes

Ces résultats sont trop partiels pour dresser une cartographie de la pollution à Bourgas puisquʼune seule station avec mesure des BTEX existe dans la ville.

La rigueur des normes bulgares sur le benzène et le fait quʼelles soient souvent dépassées nous feront choisir ce produit comme traceur.

Les résultats obtenus à proximité de la raffinerie LUKOIL – Neftochim montrent bien que celle-ci a un impact environnemental sur lʼair environnant et que la dispersion horizontale est importante.

2.3. Définition de lʼétude

Dans ce contexte pauvre en résultats, une stratégie complète a dû être mise en place en trois étapes successives.

2.3.1. Choix des COV à suivre

Les sources de pollution prévisibles étant la raffinerie, la circulation automobile et les entreprises de la zone industrielle, les COV émis seront dʼabord les nombreux composants volatils des carburants, les familles majoritaires étant les alcanes et les aromatiques. Nous avons donc choisi de suivre ces deux familles, dʼautant plus quʼune réglementation bulgare sur la composition des carburants est parue au cours de ce travail [10] limitant à un pourcentage maximal volumique de 42 % en hydrocarbures aromatiques et à 2 % en benzène.

2.3.2. Mesures des concentrations moyennes sur 15 jours d’exposition à l’aide de tubes à prélèvement statique

Cette étape préliminaire a pour but de visualiser la pollution atmosphérique sur une période suffisamment longue pour éliminer les variations accidentelles.

Pour ceci, une distribution géographique large des positions de prélèvement doit être effectuée en insistant en direction des sources potentielles, pour en particulier voir si lʼinfluence de la raffinerie sʼétend également en direction de Bourgas.

2.3.3. Mesures des concentrations sur des faibles durées (60 minutes) à l’aide de tubes actifs

La mise en place de ces prélèvements tiendra compte des résultats de la campagne préliminaire, mais du fait de la spécificité des prélèvements actifs, elle sera plus orientée vers les sources à variations rapides dʼémissions, en particulier la circulation automobile. De plus, les mesures dynamiques seront faites uniquement dans la ville pour correspondre à la définition de lʼétude.

2.3.4. Positionnement des points de prélèvement

Le placement de ces points tient compte des spécificités des deux types de prélèvement, et des directions prévisibles de diffusion de la pollution émise : le vent sera un vecteur de la pollution et sera pris en compte dans le positionnement des capteurs dynamiques (vent instantané) et des capteurs statiques (direction moyenne du vent). Cette influence du vent sur la dispersion des polluants peut être évaluée à partir de la rose des vents pour lʼannée 2002 (année où 75 % des prélèvements dynamiques ont été effectués) représentée dans la figure 1.

Comme on peut le voir, le temps à Bourgas est venteux, ce qui est logique pour une ville en bord de mer soumise au régime de brises thermiques (brise de mer Est, Est-Nord-Est et brise de terre Ouest, Ouest-Nord-Ouest et Ouest-Sud-Est). Les moments avec une vitesse du vent inférieure à 0,5 m.s–1 représentent seulement 2,23 % de la période dʼobservation. La vitesse moyenne du vent pour lʼannée est élevée (3,96 m.s–1). La plupart du temps, le vent a une vitesse comprise entre 3,60 et 5,66 m.s–1. Les vents avec une vitesse supérieure à 10,8 m.s–1 représentent 0,8 % du temps.

Une localisation préalable de points de prélèvement possibles a été faite (Tableau 2 et Figure 2). Dans la figure 2, les fonds plus ou moins sombres des points de prélèvement indiquent les concentrations observées à partir de cette étude (les points 5, 6 et 7 placés à lʼextérieur de la ville sont hors de la carte, dans la direction de la raffinerie). La représentation choisie correspond à une largeur de 6 700 mètres et une longueur de 8 750 mètres sur le terrain.

Les mesures de densité de circulation effectuées par la municipalité de Bourgas (Tableau 2) nous ont aidés dans le choix des points de prélèvement. Nous devons noter que très souvent un point subit plusieurs influences. Par exemple, le point n° 2 se trouve dans une zone industrielle, mais il est situé à proximité dʼune route avec un trafic automobile important. Cette classification sommaire nous a conduits à rajouter des remarques dans le tableau 2 où nous essayons de préciser lʼenvironnement du prélèvement (station-service, feu tricolore, zone hospitalière ou hôtelière, transit vers lʼextérieur de la ville, etc.).

Figure 1 : Rose des vents pour lʼannée 2002 obtenue à partir de la station automatique de lʼaéroport de Bourgas.
Compass card for the 2002 year obtained from the Burgas airport automatic station.

Tableau 2 : Numéro et nom des points de prélèvement sur le territoire de Bourgas.
Numbers and names of sampling places on the Burgas territory.

N° *

Nom

Classification

Remarque

1

Station forestière expérimentale

Zone résidentielle

3,7 km du centre***

4

Société de chauffage central de Bourgas

Zone industrielle

Zone portuaire

5

Quartier Dolno Ezerovo

Zone résidentielle

9,1 km du centre***

6

Ville de Kameno

Zone résidentielle

Mairie

7

Quartier Gorno Ezerovo

Zone résidentielle

8,0 km du centre***

8

Quartier Meden Rudnik

Zone résidentielle

6,8 km du centre***

9

Bassins dʼoxydation

Zone industrielle

Route de Konstantinovo

10

Rue Chataldga

Trafic automobile (330 véh.h–1**)

Route de Sozopol

12

Carrefour Maria Luisa et Ivan Vazov

Trafic automobile (1 177 véh.h–1**)

Pont autoroutier

13

Gare routière Sud

Trafic automobile

Dans Z.I. Sud

15

Maison de Neftochimiques

Trafic automobile

Bourgas-centre

16

Poste générale

Trafic automobile (2 310 véh.h–1**)

Bourgas-centre

17

Carrefour Trapezitca

Trafic automobile (1 669 véh.h–1**)

Feu tricolore

18

Carrefour Stefan Stambolov et Struga

Trafic automobile (3 565 véh.h–1**)

Feu tricolore

19

Parc Izgrev

Zone de loisir

Quartier résidentiel

20

Carrefour N. Petkov et S. Stambolov

Trafic automobile (1 331 véh.h–1**)

Feu  tricolore

21

Carrefour S. Stefano et H. Botev

Trafic automobile (1 433 véh.h–1**)

Feu tricolore

22

Carrefour S. Stambolov et Transportna

Trafic automobile (574 véh.h–1**)

Station-service

23

Carrefour Democratia et Gen. Gurko

Trafic automobile (1 127 véh.h–1**)

Feu tricolore

24

Parc au bord de la mer

Zone de loisir

Hôtel Park

25

Carrefour H. Botev et Slivnitca

Trafic automobile (1186 véh.h–1**)

Feu tricolore

* Tous les points initialement prévus nʼont pas été utilisés ici, ce qui explique la numérotation discontinue.
** Densités horaires moyennes de circulation en 2000 (données de la municipalité de Bourgas).
*** Le centre est la mairie de Bourgas. Les distances sont en ligne droite (à vol dʼoiseau).

2.4. Choix des polluants traceurs

Lʼétude au laboratoire de l'évaporation à 20 °C des carburants sans plomb (riches en aromatiques) à l'aide d'un couplage thermogravimétrie/GC/MS (TG/GC/MS) [11] nous a permis de définir les composants majoritaires dans la phase vapeur.

Le spectre obtenu est comparé à celui donné par l'injection directe d'une solution du même carburant (ici le SP 98) dans le dichlorométhane.

La comparaison de ces résultats permet d'évaluer par le rapport relatif des surfaces dans les deux analyses GC/MS la variation de volatilité des composants des carburants : ce rapport est grossièrement constant et maximal (à une valeur dépendant des quantités de carburant injectées dans le GC/MS lors des deux analyses) pour tous les composants ayant une température dʼébullition inférieure à 180 °C. Il diminue ensuite très rapidement puisque seulement des traces sont détectées dans la phase vapeur issue de la thermogravimétrie pour les composants dont la température dʼébullition est supérieure à 200 °C. Il est évident que nous retrouvons dans lʼatmosphère les composants légers à bas point dʼébullition (température dʼébullition inférieure à 180 °C). Ceci est en concordance avec notre choix de BTEX et dʼalcanes analysés puisque le produit de ces deux familles le moins volatil est le décane avec une température dʼébullition de 174 °C. Ceci nous amène donc à retenir les BTEX et heptane, octane, nonane et décane, composés suffisamment lourds pour être présents dans les analyses (éluant après lʼextinction du détecteur de masse), mais suffisamment volatils pour être facilement vaporisés et rester à lʼétat vapeur dans lʼatmosphère dans les conditions de pollution environnementale.

Tous les prélèvements (statiques et dynamiques) ont été faits par accumulation sur charbon actif. Ce matériau a été choisi pour ses grandes capacités dʼadsorption et dʼextraction au sulfure de carbone pour les composés suivis, en particulier les BTEX [12, 13]. En ce qui concerne les alcanes, nous avons éliminé le décane de lʼétude, car ses capacités dʼadsorption et dʼextraction au sulfure de carbone diminuent avec lʼaugmentation de la masse molaire, mais restent acceptables pour le nonane avec un coefficient de désorption de 93 % et un coefficient global dʼadsorption/désorption de 92 % [12].

3. Matériel et méthode

3.1. Prélèvements

3.1.1. Prélèvements statiques

Nous avons, pour cette étude préliminaire, utilisé des tubes à charbon actif Radiello (code 130) installés dans des corps diffusifs (code 120) vissés sur des supports (code 121) placés dans des boîtes de protection de la pluie et du soleil (code 196). Le schéma de lʼensemble de prélèvement utilisé est disponible sur le site Radiello1.

3.1.2. Prélèvements dynamiques

Les prélèvements dynamiques ont été effectués sur des tubes à charbon actif SKC 226.01.

Le pompage est fait à débit élevé (0,75 L.min–1 pour une pompe Higitest et 1 L.min–1 pour une pompe SKC PCEX4) en accord avec les normes bulgares [14], pour limiter les temps de prélèvement à une heure et permettre lʼaspiration effective de lʼéchantillon en zone extérieure soumise au vent [15]. Ces débits étant plus élevés que la prescription AFNOR pour la vérification de lʼair des lieux de travail [13], nous avons systématiquement vérifié le non perçage des tubes par analyse de la partie dédiée à cet usage.

Pour des raisons évidentes de sécurité, les prélèvements dynamiques ont été effectués sur les trottoirs à quelques mètres de la zone de circulation des voitures et à une hauteur dʼenviron un mètre au-dessus du sol, alors que les prélèvements statiques ont été effectués à même distance des voitures, mais à une hauteur voisine de deux mètres au-dessus du sol.

Les prélèvements effectués sont conditionnés dans les emballages prévus par le constructeur, puis placés dans des boîtes hermétiques. Ils sont ensuite conservés en Bulgarie au réfrigérateur à + 7 °C et sont transportés par avion en France pour être analysés. Les analyses ont donc été effectuées par lots correspondant à chaque campagne de prélèvement.

3.2. Extraction et analyse

L'extraction a été effectuée par sonication durant 15 minutes dans deux millilitres (mesurés à la pipette) de sulfure de carbone Fluka référence 84713 exempt de benzène pour les prélèvements statiques et dans un millilitre (quantité déterminée exactement par pesée pour les calculs) de ce même sulfure de carbone pour les prélèvements dynamiques.

L'analyse est effectuée à l'aide d'un couplage GC/MS Agilent Technologies 5890/5973. Le GC est équipé d'une colonne J&W DB-5MS (longueur : 60 m ; diamètre : 0,257 mm ; phase stationnaire : copolymère de diphényl (5 %) et diméthyl (95 %) siloxane).

4. Résultats expérimentaux

4.1. Prélèvements statiques

La phase préliminaire de lʼétude (prélèvements sur tubes passifs RADIELLO) a été réalisée en 2000 et les résultats ont été publiés [16]. Nous rappelons toutefois dans le tableau 3 les résultats obtenus sur lʼensemble des BTEX (choix dʼexpression des résultats cumulés par famille chimique qui avait alors été fait pour limiter lʼinfluence toujours possible des compétitivités dʼadsorption).

Tableau 3 : Concentrations totales en BTEX pour les prélèvements statiques.
Total BTEX concentrations for static samplings.

Point de prélèvement

Période de prélèvement

BTEX,

µg.m–3

1

10.07. – 24.07.2000

130.7

1

24.07. – 07.08.2000

123.3

1

13.10. – 27.10.2000

155.1

4

10.07. – 24.07.2000

97.6

5

10.07. – 24.07.2000

217.3

5

24.07. – 07.08.2000

264.8

6

10.07. – 24.07.2000

28.3

6

13.10. – 27.10.2000

69.8

7

10.07. – 24.07.2000

54.9

9

10.07. – 24.07.2000

37.9

10

10.07. – 24.07.2000

177.9

12

10.07. – 24.07.2000

274.8

15

10.07. – 24.07.2000

177.8

15

24.07. – 07.08.2000

142.0

16

10.07. – 24.07.2000

508.4

16

24.07. – 07.08.2000

424.6

17

24.07. – 07.08.2000

145.3

17

13.10. – 27.10.2000

272.5

18

10.07. – 24.07.2000

223.6

18

24.07. – 07.08.2000

237.8

18

13.10. – 27.10.2000

235.8

19

24.07. – 07.08.2000

115.8

Une première série de 22 prélèvements statiques a été réalisée durant juillet et août 2000. Les prélèvements, systématiquement dʼune durée de deux semaines, ont été répartis sur le territoire de Bourgas et aux alentours dans les zones dʼimpact prévisible de lʼactivité de la raffinerie LUKOIL, dans des zones résidentielles et dans des zones à forte circulation automobile. Deux mesures ont été effectuées en novembre 2000 pour voir si les conditions météorologiques influençaient significativement les résultats.

Lʼexamen du tableau 3 permet les remarques suivantes :

  • les zones résidentielles (points 1, 4, 6 et 7), avec des concentrations en BTEX allant de 28 à 156 µg.m–3, sont a priori moins polluées que les zones à forte densité de circulation (points 10 à 25) avec des valeurs allant de 115,8 à 508,4 µg.m–3 ;

  • le point de prélèvement 5, également en zone résidentielle, présente une concentration totale en BTEX élevée (217 µg.m–3), mais cʼest le point le plus proche de la raffinerie LUKOIL – Neftochim, ce qui semble montrer lʼimpact de ce complexe pétrochimique. Inversement le point de prélèvement 9 a été classé en zone industrielle car il est à proximité des bassins dʼoxydation des eaux usées de la raffinerie. La pollution émise dépend de la charge en COV de ces eaux usées, charge variable qui dépend des conditions dʼexploitation de la raffinerie. De plus, la zone nʼoffre pas dʼobstacle au vent, ce qui favorise la dispersion et entraîne une diminution des concentrations de polluants dans lʼair ambiant ;

  • nous ne notons pas de différence significative avec lʼépoque de prélèvement (été ou automne), ce qui permet de généraliser les observations statiques à toute période de lʼannée.

Tous les points, et seulement ces points (sauf le point 5 déjà évoqué ci-dessus), ayant une concentration en BTEX supérieure à 200 µg.m–3 correspondent systématiquement à des zones de densité de circulation supérieure à 1 000 véhicules par heure, ce qui montre bien la relation entre densité de circulation et pollution. Le point 16 présente les concentrations les plus élevées (508,4 et 424,6 µg.m–3), alors que ce nʼest pas le point où la circulation est la plus élevée, mais cʼest une station de plusieurs lignes de transport en commun urbain.

4.2. Prélèvements dynamiques

Les résultats préliminaires des prélèvements statiques ont montré que les sources principales de pollution de lʼair atmosphérique de Bourgas sont, dʼune part la raffinerie LUKOIL – Neftochim (les polluants étant alors véhiculés par la composante ouest-nord-ouest de la brise de terre), dʼautre part et surtout la circulation automobile dans la ville elle-même, les deux effets sʼajoutant au niveau des zones de circulation automobile. La densité de circulation variant selon lʼheure et le jour, nous avons, dans une seconde partie de lʼétude, effectué, dans la ville seulement, des prélèvements dynamiques pour affiner ces résultats avec des temps de prélèvement beaucoup plus courts de une heure qui permettent de piéger tous les COV suivis et de multiplier les mesures au même point donc de voir lʼinfluence de la période de prélèvement (matin, midi ou soir, jour de travail ou de repos, etc.).

Nous avons reporté dans le tableau 4 la somme des concentrations en BTEX des trois alcanes suivis (heptane, octane, nonane) et totale.

Lʼexamen de ce tableau conduit aux remarques suivantes :

Les concentrations les plus élevées sont dues à lʼactivité humaine : sur les 47 prélèvements effectués, les plus pollués (9 prélèvements avec une concentration BTEX plus alcanes supérieure à 500 µg.m–3) ont tous été effectués durant les jours ouvrables (du lundi au vendredi).

Ces différences de concentration peuvent aussi être dues à la variation de la densité de la circulation : deux prélèvements quasi simultanés au point 13 (11 h 10 à 12 h 10 et 11 h 15 à 12 h 15) donnent des résultats très différents tout simplement parce que lʼun dʼentre eux exclut vraisemblablement en grande partie un pic de densité de circulation (circulation faible un samedi matin, mais qui sʼintensifie rapidement vers midi). Ceci est montré de façon plus évidente en comparant les résultats dʼanalyses sur les points 15 et 17 où on voit que les prélèvements effectués les dimanches aboutissent à des plus faibles concentrations que celles obtenues le samedi, qui sont elles-mêmes inférieures aux résultats du lundi, ce qui renforce la remarque ci-dessus.

Tableau 4 : Concentrations totales en BTEX et alcanes pour les prélèvements dynamiques.
Total BTEX and alcanes concentrations obtained by dynamic samplings.

Point de prélèvement

Date,

 Jour

Heure

BTEX
µg.m
–3

Alcanes
µg.m
–3

Somme
BTEX + Alcanes
µg.m
–3

9

28.08.01

Mardi

17.10

131.6

54.1

185.7

9

31.08.01

Vendredi

19.40

0.4

8.6

9.0

9

01.09.01

Samedi

21.40

0.0

24.2

24.2

9

02.06.02

Dimanche

10.30

12.0

31.6

43.6

13

01.06.02

Samedi

11.10

83.2

17.3

101.2

13

01.06.02

Samedi

11.15

143.9

255.9

399.8

13

02.06.02

Dimanche

15.15

49.5

134.2

183.7

15

01.06.02

Samedi

15.00

50.2

139.4

189.6

15

02.06.02

Dimanche

18.30

29.9

99.3

129.2

15

03.06.02

Lundi

07.45

56.1

171.3

227.4

16

01.06.02

Samedi

16.40

89.7

141.1

230.8

16

07.10.02

Lundi

8.00

68.0

76.0

144.0

16

07.10.02

Lundi

8.00

66.0

74.0

140.0

16

16.10.02

Mercredi

8.00

38.0

147.0

185.0

16

17.10.03

Vendredi

16.00

258.0

280.0

538.0

16

17.10.03

Vendredi

8.00

305.0

183.0

488.0

17

01.06.02

Samedi

16.30

20.4

54.7

75.1

17

03.06.02

Lundi

11.30

20.2

61.9

82.1

17

03.06.02

Lundi

8.00

42.5

120.0

159.1

17

08.10.02

Mardi

8.00

237.0

146.0

383.0

17

08.10.02

Mardi

16.00

217.0

137.0

354.0

17

17.10.02

Jeudi

8.00

80.0

130.0

210.0

17

23.10.03

Jeudi

8.00

1 164.0

746.0

1 910.0

17

23.10.03

Jeudi

16.00

280.0

246.0

526.0

18

22.08.01

Mercredi

18.10

104.9

70.1

175.0

18

03.10.02

Jeudi

8.00

147.0

123.0

270.0

18

03.10.02

Jeudi

15.55

70.0

218.0

288.0

18

15.10.02

Mardi

8.00

53.0

462.0

515.0

18

22.10.03

Mercredi

8.00

710.0

523.0

1 233.0

18

22.10.03

Mercredi

16.00

455.0

328.0

783.0

20

22.08.01

Mercredi

17.00

135.7

85.8

247.3

20

02.10.02

Mercredi

16.00

124.0

125.0

249.0

20

14.10.02

Lundi

8.00

307.0

225.0

532.0

20

24.10.03

Vendredi

16.00

280.0

268.0

548.0

21

01.06.02

Samedi

15.05

67.8

123.1

190.9

21

03.06.02

Lundi

11.50

86.6

123.9

210.5

21

11.10.02

Vendredi

8.00

66.0

103.0

169.0

21

11.10.02

Vendredi

16.00

168.0

208.0

376.0

22

04.10.02

Vendredi

8.00

45.0

106.0

151.0

22

04.10.02

Vendredi

15.50

395.0

220.0

615.0

22

18.10.02

Vendredi

8.00

125.0

114.0

239.0

23

05.10.02

Samedi

8.00

75.0

89.0

164.0

23

05.10.02

Samedi

16.00

76.0

61.0

137.0

23

12.10.02

Samedi

8.00

59.0

102.0

161.0

24

05.10.02

Samedi

11.55

81.0

145.0

226.0

25

06.10.02

Dimanche

8.00

35.0

37.0

72.0

25

06.10.02

Dimanche

16.00

24.0

54.0

78.0

Tableau 5 : Valeurs moyennes obtenues par prélèvements dynamiques.
Average values obtained by dynamic samplings.

Point de prélèvement

Nombre de prélèvements

BTEX
µg.m
–3

Alcanes
µg.m
–3

BTEX+Alcanes
µg.m
–3

9

4

36

30

66

13

3

92

136

228

15

3

45

137

182

16

6

137

150

287

17

8

258

205

463

18

6

257

287

544

20

4

212

176

388

21

4

97

140

237

22

3

188

147

335

23

3

70

84

154

24

1

81

145

226

25

2

30

46

76

Il y a correspondance entre les pollutions en alcanes et BTEX : les points les plus pollués le sont dans les deux familles chimiques et la même correspondance existe également pour les minimums de pollution. De façon générale (30 fois sur 47 prélèvements) la teneur en alcanes est plus élevée. Ceci montre bien que la présence des alcanes ne doit pas être négligée dans lʼévaluation de lʼimpact environnemental de la pollution, en particulier sur les conséquences au niveau climatique.

Le point 9, proche des bassins dʼoxydation de la raffinerie LUKOIL – Neftochim, paraît globalement peu pollué (concentrations totales 185,7 ; 17,6 ; 24,2 ; 43,6 µg.m–3) même si la concentration la plus élevée est due à une présence importante de benzène (77,8 µg.m–3, voir tableau 6), composé dʼailleurs absent des autres prélèvements. Ce pic de pollution est vraisemblablement dû à un apport au moment du prélèvement dans les bassins dʼune phase liquide chargée en benzène.

Ce point apparaît donc comme le moins pollué des lieux de prélèvement. Ce résultat obtenu aussi bien avec les prélèvements statiques que dynamiques confirme la complémentarité des deux types de prélèvements et justifie le choix de prélèvements dynamiques sur les lieux de fortes densités de circulation.

Toutefois, une comparaison entre prélèvements statiques et dynamiques sera plus fiable si lʼon effectue des moyennes sur les valeurs obtenues à partir des prélèvements dynamiques (Tableau 5).

Nous retrouvons dans ce tableau 5 la même relation entre densité de circulation et intensité de pollution : les trois points les plus pollués (16, 17 et 18) correspondent aux trois densités de circulation maximales du tableau 3, le point 18 le plus pollué correspondant ici à la plus grande densité de circulation.

Nous pensons donc que la dispersion des concentrations obtenues est due à la fois aux modifications des paramètres de diffusion des COV issus de la raffinerie LUKOIL – Neftochim et aussi aux variations (quelquefois brutales) des densités de circulation en chaque point de prélèvement.

Il aurait fallu pour conforter ce dernier point effectuer en parallèle avec le prélèvement un comptage des véhicules sur tous les axes de circulation aboutissant au voisinage du lieu de prélèvement et relever les conditions de circulation (circulation fluide ou embouteillages).

Nous nʼavons pas pu, pour des raisons de disponibilités de personnel, effectuer ce comptage en parallèle avec les mesures.

La bonne concordance entre les valeurs moyennes du tableau 5 obtenues pour les concentrations en BTEX et les résultats obtenus précédemment avec les prélèvements statiques (Tableau 3) nous permet de faire une cartographie sommaire de lʼensemble des résultats (Figure 2) en affectant les points de prélèvement de teintes de fond correspondant à la gamme de concentration observée :

• blanc : [BTEX] < 100 µg.m–3 ;

• bleu clair : 100 µg.m–3 ≤ [BTEX] < 200 µg.m–3 ;

• bleu moyen : 200 µg.m–3 ≤ [BTEX] < 400 µg.m–3 ;

• bleu foncé : [BTEX] ≥ 400 µg.m–3.

Dans le cas de plusieurs valeurs obtenues par prélèvements statiques ou par prélèvements dynamiques au même point, la valeur la plus élevée est retenue ; il en est de même lorsquʼil existe des valeurs obtenues par prélèvements statiques et dynamiques au même endroit : la teinte bleu foncé est retenue pour le point 16 (teinte bleu moyen à partir des prélèvements dynamiques et teinte bleu foncé à partir des prélèvements statiques) alors quʼil y a « accord de teinte » pour les autres points ou les deux types de prélèvements existent, à savoir les points 9, 15, 17 et 18.

Lʼexamen de la figure 2 indique plusieurs tendances :

  • une pollution importante le long de lʼaxe de transit vers le sud de la mer Noire ;

  • une pollution plus importante au nord quʼau sud de la ville, ce qui est vraisemblablement dû aux rejets de la raffinerie LUKOIL. Par contre, le port situé au sud de la ville ne semble pas avoir dʼimpact notable : les émissions sont certainement plus faibles que celles de la raffinerie et la dispersion y est plus importante (vents marins) ;

  • un maximum de pollution en centre-ville ;

  • deux zones faiblement polluées, au voisinage de la mer Noire et au voisinage du lac de Bourgas, ce qui semble indiquer une dispersion plus importante due à ces grandes étendues dʼeau propices à lʼeffet des vents. De façon générale, dès quʼune zone nʼest pas protégée des vents, très actifs dans cette région de bord de mer (Figure 2), la dispersion quasi horizontale des polluants gazeux devient un phénomène important.

Figure 2 : Positionnement des sources potentielles de pollution, des stations de monitoring et des points de prélèvement. Valeurs moyennes obtenues pour les BTEX.
Positionning of potential sources of pollution, monitoring stations and sampling places. Average values for BTEX.

5. Comparaison avec les valeurs limites réglementaires

Il est nécessaire, pour évaluer lʼimpact sanitaire, de revenir aux concentrations de chaque composant des BTEX et de les comparer avec les normes bulgares dʼexposition de la population au moment de lʼétude (Tableau 6). Le fait dʼavoir dans cette réglementation les mêmes concentrations pour des expositions de 30 minutes ou une heure que pour 24 heures fait que les valeurs maximales seront plus fréquemment atteintes pour les prélèvements courts, ce qui a justifié notre choix de prélèvements dynamiques à débit élevé. Ce dépassement de la norme est signalé chaque fois par lʼexpression des concentrations en caractères gras dans le tableau 6.

Les valeurs maximales dʼexposition ont été atteintes ou dépassées 15 fois pour le benzène (1 fois au point 9, 2 fois au point 17, 4 fois au point 18, 3 fois au point 20, 2 fois au point 21, 2 fois au point 22, 1 fois au point 24), 6 fois pour lʼéthylbenzène (3 fois au point 17, 1 fois au point 18, 1 fois au point 20, 1 fois au point 22), 2 fois pour les xylènes (1 fois au point 17, 1 fois au point 18) et 1 fois au point 17 pour le toluène.

Il est évident que ces dépassements de normes dʼexposition montrent les lieux les plus pollués et aussi quʼil faut sʼintéresser prioritairement au benzène.

En ce qui concerne le benzène, si la relation entre impact environnemental et densité de circulation existe toujours (le point 18 où la norme bulgare est la plus souvent dépassée (4 fois sur 6 prélèvements) correspond au maximum de circulation), dʼautres effets peuvent intervenir, car nous nʼavons plus la même correspondance impact environnemental/densité de circulation pour les autres points de prélèvement.

Ces prélèvements de brèves durées sont parfaitement adaptés à la mise en évidence du dépassement des normes dʼexposition bulgares sur une heure. Par contre, il est difficile de comparer les valeurs obtenues avec des mesures ou réglementations sur des temps plus longs.

Par exemple, 8 prélèvements sur le point 17 (soit une durée dʼexposition totale de 8 heures) donnent une valeur moyenne de 14,3 µg.m–3 alors que la valeur la plus élevée sur une heure dʼexposition est de 68 µg.m–3. Il en est de même pour le point 18 où 6 prélèvements donnent une valeur moyenne de 24,8 µg.m–3  avec  une  valeur  maximale  de 62,8 µg.m–3 sur une heure.

La moyenne de concentration en benzène sur les 47 prélèvements donne dʼailleurs également une valeur de 14,3 µg.m–3. Cette valeur est tout à fait comparable aux valeurs signalées pour la pollution au benzène dans des villes du sud de lʼEurope en 97/98 (Athènes : 6,2 à 74,2 µg.m–3, Murcie : 2,9 à 47 µg.m–3, Padoue : 1,2 à 43,5 µg.m–3) [17] (valeurs déjà citées dans Pollution Atmosphérique [18]), dʼautant plus que si le rapport (samedi + dimanche)/nombre total de jours a été grossièrement respecté (12/47 = 25,5 % et 2/7 = 28,6 %), aucun prélèvement nʼa été effectué la nuit, période de circulation automobile réduite.

Tableau 6 : Concentrations en BTEX (µg.m–3) pour les prélèvements dynamiques.
BTEX concentrations (µg.m–3) obtained by dynamic samplings.

N° de point

Benzène

Toluène

Éthylbenzène

Somme xylènes

9

77.8

44.2

0

9.6

9

0

0.4

0

0.4

9

0

0

0

0

9

0

9.9

1.2

0.9

13

0

53.0

7.1

23.8

13

0

89.6

11.7

42.6

13

0

40.4

4.7

4.4

15

0

34.8

3.3

12.1

15

0

29.9

0

0

15

0

50.7

5.4

0

16

0

52.2

7.9

29.6

16

0

44.0

11.0

13.0

16

0

44.0

13.0

9.0

16

0

38.0

0

0

16

0

137.0

0

121.0

16

7.0

174.0

1.0

123.0

17

0

15.4

1.7

3.3

17

0

18.2

0

2.0

17

2.7

25.1

3.4

11.3

17

31.0

90.0

27.0

89.0

17

0

104.0

21.0

92.0

17

9.0

41.0

11.0

19.0

17

68.0

769.0

51.0

276.0

17

6.0

161.0

0

113.0

18

62.8

42.1

0

0

18

24.0

77.0

19.0

27.0

18

0

59.0

0

11.0

18

0

43.0

0

10.0

18

46.0

433.0

30.0

201.0

18

16.0

279.0

14.0

146.0

20

77.2

52.3

3.0

3.2

20

13.0

58.0

0

53.0

20

51.0

114.0

31.0

111.0

20

1.0

159.0

5.0

115.0

21

0

41.1

5.6

21.1

21

0

47.8

8.0

30.8

21

12.0

43.0

0

11.0

21

22.0

76.0

13.0

57.0

22

0

31.0

0

14.0

22

105.0

134.0

39.0

117.0

22

15.0

57.0

11.0

42.0

23

7.0

37.0

10.0

21.0

23

0

45.0

0

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Les valeurs en caractères gras sont les points où la réglementation bulgare a été dépassée.

De plus, les prélèvements ont été effectués au niveau des axes routiers. Une étude effectuée à la Réunion [18] au voisinage des stations-service et des axes de circulation indique une diminution rapide de la concentration en benzène lorsquʼon sʼéloigne de ces sources. Les valeurs obtenues dans ce travail sont donc des valeurs maximales, du moins en ce qui concerne lʼinfluence de la circulation automobile.

Les prélèvements ont été effectués en août 2001, juin 2002, octobre 2002 et octobre 2003.

La norme bulgare sur le benzène a été dépassée 2 fois sur 5 (soit 40 % des cas) en août 2001, jamais dépassée en juin 2002, 8 fois sur 22 en octobre 2002 (36 % des prélèvements) et 3 fois sur 7 en octobre 2003 (42 % des cas). Si lʼon tient compte de lʼaugmentation de population et donc de circulation en période de vacances estivales (Bourgas est aussi un lieu de villégiature et de transit : tout le transport vers les villégiatures du bord de la mer Noire au sud de Bourgas traverse la ville et pendant lʼété le nombre dʼautomobiles double) on peut vérifier à la fois la reproductibilité des résultats aux périodes identiques de lʼannée (octobre 2002 et octobre 2003), mais aussi le fait que les concentrations sont plus élevées en hiver quʼen été, ce qui a déjà été observé pour la pollution atmosphérique en benzène en milieu urbain [18, 19] et déjà évoqué dans Pollution Atmosphérique [18]. Par exemple à Catane, en Italie, les valeurs maximales indiquées ont augmenté de 51 % entre lʼhiver 1996 et lʼété 1996.

Ceci, dans le cas de Bourgas, est dû, à notre avis, au fonctionnement en hiver de toutes les installations de chauffage collectives et particulières et au fait que la dispersion est plus importante en été quʼen hiver (paramètres climatiques plus favorables en été). Or, lʼinfluence de la dispersion a été mise en évidence par les comparaisons entre les résultats obtenus.

6. Conclusion

Cette étude de la pollution atmosphérique de Bourgas par les BTEX et alcanes a été entreprise pour déterminer lʼimportance de la circulation automobile sur cette pollution et en évaluer lʼimpact par rapport aux normes bulgares de protection de la population. La norme la plus contraignante sʼappliquant au benzène avec une limite de 10 µg.m–3 pour un temps dʼexposition dʼune heure, nous avons choisi dʼutiliser des prélèvements dynamiques (dʼune durée dʼune heure) par accumulation sur charbon actif.

Le programme a été ambitieux (prélèvements à des temps différents en des points variés) avec un équipement de prélèvement réduit (utilisation de seulement deux pompes) et une limitation de lʼinvestissement humain sur lʼétude due à lʼéloignement entre les partenaires bulgares et français. Nous avons toutefois pu montrer quʼune cause importante de la pollution à Bourgas était la circulation automobile et que les normes de sécurité concernant le benzène étaient dépassées assez souvent dans les rues les plus empruntées par la circulation automobile en hiver et durant la période de vacances estivales. Il faut toutefois tempérer ces dépassements par le fait que toutes ces mesures ont eu lieu dans des rues utilisées essentiellement par la circulation, donc dans des zones où, a priori, la population ne séjourne pas trop longtemps en dehors des déplacements.

Lʼalignement des normes bulgares sur les normes européennes à partir de 2005 fait diminuer la concentration moyenne maximale annuelle (5 µg.m–3 en 2010). Ce double ajustement (prise en compte de la seule moyenne annuelle et diminution de la quantité maximale admissible) est justifié par lʼimpact toxicologique où interviennent des valeurs cumulées. Par contre, lʼancienne norme bulgare en vigueur pendant cette étude présentait lʼavantage de mettre en évidence les dépassements plus ponctuels (moyennes sur une demi-heure ou une heure), ce qui constitue, à notre avis, une approche plus fine des variations de concentrations en fonction de lʼémission et de la dispersion.

Ces mesures ont été effectuées entre 2001 et 2004. Le nombre dʼautomobiles à Bourgas augmente rapidement avec lʼouverture en direction de lʼEurope (128 500 automobiles à Bourgas en 2000 et 180 000 en 2005) alors que les performances environnementales de ces véhicules sʼaméliorent peu, le niveau de vie imposant lʼachat de voitures dʼoccasion (environ 80 % des véhicules avaient plus de 10 ans dʼâge en 2002). Ceci, à notre avis, constitue les plus mauvaises conditions pour la pollution par les hydrocarbures aromatiques monocycliques (HAM), car ces voitures ne sont pas encore équipées de pots catalytiques et leurs moteurs peuvent accepter des carburants sans plomb très chargés en HAM. Toutefois, le relatif rajeunissement du parc automobile dû à lʼouverture du marché paraît compenser les effets dus à lʼaugmentation du trafic (mêmes fréquences de dépassement des normes en octobre 2002 et octobre 2003). Lʼapplication, à partir de juillet 2003, de la réglementation sur la composition des carburants citée plus haut [10] a certainement agi dans le même sens. Son effet sera encore accru puisque ce même arrêté et ses additifs (69/2005, 78/2005, 40/2006 au Journal d’État bulgare) abaisse le pourcentage volumique à 35 % pour les hydrocarbures aromatiques et 1 % pour le benzène à partir du 1er janvier 2007.

Nous avons aussi mis en évidence le rejet dans lʼatmosphère de quantités au moins aussi importantes dʼalcanes légers, lʼensemble de ces rejets participant à lʼaugmentation de lʼeffet de serre sur la climatologie de la planète.

Nous aurions pu avec un matériel de prélèvement plus important multiplier les échantillonnages simultanés en des endroits différents, ce qui aurait permis de mieux mettre en évidence lʼinfluence de la raffinerie LUKOIL, lʼaugmentation de la distance source-cible entraînant des effets identiques sur tous les prélèvements.

Nous aurions pu également focaliser lʼétude en un ou deux points sensibles et faire de façon continue tous les prélèvements au même endroit. Mais lʼinformation aurait été, à notre avis, globalement moins riche, malgré le fait, mis en évidence dans ce travail, que les prélèvements dynamiques de courte durée utilisés sont bien adaptés au suivi des variations rapides de concentration.

La poursuite de ce travail sera la recherche dʼémanations plus spécifiques dues aux activités dans les zones industrielles et la modélisation de lʼémission et la dispersion de tous ces rejets afin de définir les sources les plus polluantes. Ceci devrait permettre dʼagir pour limiter les pollutions existantes et de mettre en place un réseau de surveillance fiable et efficace.

Cette modélisation, abordée dans la partie finale de la thèse de Mme Naydenova, sera ensuite effectuée de la façon la plus complète possible à partir de tous les résultats de mesures acquis (dont le présent travail fait partie) et à venir, des données sur le trafic automobile (avec un suivi précis des conditions de circulation lors des prélèvements) et des déclarations obligatoires des industriels sur la nature et le volume de leurs activités.

Nous continuerons à utiliser les prélèvements par accumulation en élargissant la gamme des matériaux adsorbants (par exemple, silice imprégnée de dinitro-phénylhydrazine (DNPH) pour le dosage des aldéhydes produits par lʼindustrie agroalimentaire, lʼélaboration de matériaux de construction et les moteurs Diesel).

Cette technique, bien que dʼune précision limitée (globalement évaluée à 15 % par lʼASTM [20]) car chaque étape (prélèvement, extraction, analyse) apporte un peu dʼimprécision, présente lʼavantage dʼune bonne stabilisation des prélèvements avant analyse.

Pour compenser lʼobtention tardive des résultats (par rapport aux prélèvements), il est prévu de définir les lieux et conditions de prélèvements par une campagne dʼanalyse sur site (donc avec résultat immédiat) par couplage préconcentrateur/microchromatographe/détecteur de masse (TD/GC/MS) récemment développé au laboratoire dans le cadre des analyses environnementales [21].

Le travail effectué a mis en évidence lʼintérêt de définir des seuils maxima de pollution correspondant aux durées de prélèvements. Cette démarche, correspondant alors à la législation bulgare modifiée à partir de 2006, sera conservée (en définissant si besoin de nouveaux seuils) pour mettre en évidence, de façon statistique, les tendances observées.

Ce travail a été possible grâce à lʼaide de la convention Copirtech ADEME 01 41 370 et du Programme « Rila 16 » dʼAction Intégrée EGIDE 06 277 UL.

Références

1. World Health Organization. Air quality guidelines for Europe. 2nd edition. WHO Regional Publication, European Series, Copenhagen 2000. ISBN 92 890 1358 3; n° 91: 273 p.

2. Popescu M, Blanchard JM, Carré J. Analyse et traitement physicochimique des rejets atmosphériques industriels. Lavoisier, Paris 1998 : 854 p.

3. Arrêté n° 14 pour les normes de concentrations admissibles des substances nuisibles dans lʼair atmosphérique des places dʼhabitation. Journal d’État bulgare 1997 ; 88.

4. Code de lʼenvironnement, législation et réglementation. Commission supérieure de codification. Direction des Journaux officiels (Ed) 2000.

5. Arrêté n° 1 du 16/01/2004 du ministère de lʼEnvironnement, des Eaux et de la Santé sur les normes de concentrations admissibles en benzène et monoxyde de carbone dans lʼair atmosphérique. Journal d’État Bulgare 2004 ; 14.

6. Rapport pour lʼévaluation dʼune installation industrielle en exploitation : « LUKOIL – Neftochim Bourgas » AD sur lʼenvironnement, Sofia 2001.

7. Monitoring de lʼenvironnement. Municipalité de Bourgas, 1992-2000. Bourgas 2001.

8. Programme pour la conduite de la qualité de lʼair de la municipalité de Kameno, 2004.

9. Panev T, Nikolova L. Assessment of the Ambient Air Pollution with Organic Substances of Settlements Near « LUKOIL – Neftochim », Burgas. Hygiène et la protection de la santé 2000 ; v. XLIII ; N 2 : 25-30.

10. Arrêté N 156 du Conseil des ministres sur la réglementation de la qualité des carburants. Journal d’État Bulgare 2003 ; 66.

11. Létoffé JM, Sigala C, Chiriac R, Dutheil C, Carré J. Caractérisation des mélanges complexes dʼeffluents gazeux par couplage TG/GC-MS. Application à la dégradation des matériaux. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2004 ; 76 : 491-505.

12. Norme NF X43-252. Qualité de lʼair – Air des lieux de travail. Échantillonnage et analyse de polluants gazeux sur charbon actif. Prélèvement par pompage. AFNOR 1991, Paris La Défense.

13. Norme NF ISO 16200-1 (X43-272-1). Qualité de lʼair des lieux de travail. Échantillonnage et analyse des composés organiques volatils par désorption au solvant/chromatographie en phase gazeuse. Partie 1 : méthode dʼéchantillonnage par pompage. AFNOR 2001, Paris La Défense.

14. Standard Bulgare 17. 2. 5. 01-81. Protection de la nature. Atmosphère. Les règles pour les prélèvements.

15. Chiriac R. Thèse, INSA Lyon, 2004 : 272 p.

16. Carré J, Kutsarov R, Naydenova S. France-Bulgarian scientific program Copirtech: some preliminary results for air pollution of town Burgas with volatile organic compounds. 14th international symposium Ecology 2005. Sunny beach Bulgaria June 2005 T.2: 90-98.

17. MACBETH, Monitoring of Atmospheric Concentration of Benzene in European Towns and Homes, project LIFE 96 ENV /IT/070, final report, Padua 1999.

18. Bhugwant C, Siéja B, Sacco P. Distribution de la concentration de benzène autour des stations dʼessence de la Réunion. Pollution Atmosphérique 2004 ; 184 : 455-67.

19. Pérez Ballesta P, Parrissat, De Saeger E, Cancenlinha J, Gagatà R. BTX monitoring campaign in the city of Catania, ERLAP, EUR 17272 EN, 1997.

20. Annual book of ASTM standards, 11.03 Atmospheric Analysis, Occupational Health and safety. ASTM, Philadelphia, USA, 1991: D 3687-89.

21. Chiriac RE, Lornage R, Fine L, Carré J, Gass JL, Lagier T. Development of a pre-concentrator-thermo-desorber/ micro-gas chromatograph/mass spectrometer coupling (μTD/μGC/MSD) for on-site environmental analyses. MSD identification and TCD quantification of volatile organic compounds (VOC) emissions from landfills. International Journal of Analytical Environmental Chemistry 2007 ; 87 : 43-55.

Notes

Pour citer ce document

Référence papier : Radostin Kutsarov, Stela Naydenova, Todorka Panayotova, Jean Carré et Jean-Marc Chovelon « Étude de la pollution atmosphérique de la ville de Bourgas (Bulgarie) par les BTEX et les alcanes », Pollution atmosphérique, N° 195, 2007, p. 261-275.

Référence électronique : Radostin Kutsarov, Stela Naydenova, Todorka Panayotova, Jean Carré et Jean-Marc Chovelon « Étude de la pollution atmosphérique de la ville de Bourgas (Bulgarie) par les BTEX et les alcanes », Pollution atmosphérique [En ligne], N° 195, mis à jour le : 14/10/2015, URL : http://lodel.irevues.inist.fr/pollution-atmospherique/index.php?id=1414, https://doi.org/10.4267/pollution-atmospherique.1414

Auteur(s)

Radostin Kutsarov

Université Prof. Assen Zlatarov – Bourgas 8010 – Bulgarie

Stela Naydenova

Université Prof. Assen Zlatarov – Bourgas 8010 – Bulgarie

Todorka Panayotova

Université Prof. Assen Zlatarov – Bourgas 8010 – Bulgarie

Jean Carré

Institut de recherches sur la catalyse et l’environnement de Lyon – UMR CNRS 5256 – Université Claude Bernard Lyon 1 – 43 Bd. du 11 Novembre 1918 – 69622 Villeurbanne Cedex – France

Jean-Marc Chovelon

Institut de recherches sur la catalyse et l’environnement de Lyon – UMR CNRS 5256 – Université Claude Bernard Lyon 1, – 43 Bd. du 11 Novembre 1918 – 69622 Villeurbanne Cedex – France