R&D - Innovation

Métrologie des polluants

La mesure des polluants atmosphériques et de l’air intérieur est au cœur du métier d'ISPIRA depuis l'origine. Mais mesurer ne suffit pas : encore faut-il savoir ce que valent exactement les mesures. Le Groupe a engagé dès 2017 un programme de R&D de long terme consacré à la métrologie des polluants, qui représente à lui seul plusieurs milliers d'heures de travail sur la période.

Le constat de départ : le marché est inondé de microcapteurs de nouvelle génération — capteurs de COV, de particules fines (PM2.5, PM10), de dioxyde d'azote (NO₂), promus comme aussi fiables que les appareils de référence normés ISO, mais dont les performances réelles n'avaient jamais été évaluées. Les déclarations des fabricants, souvent issues des Etats Unis et d'Asie, ne tiennent pas toujours face à l'incertitude de mesure réelle : Les travaux menés par le Groupe montrent que la plupart des microcapteurs disponibles présentent des incertitudes élevées, avec des intervalles de confiance pouvant dépasser 30 %. Cette situation impose de consacrer un travail spécifique à leur étude, à leur qualification et à l’amélioration de leur incertitude. Le Groupe mène ainsi des campagnes d’intercomparaison avec des méthodes de référence afin de caractériser les performances réelles de ces capteurs et de pouvoir les sélectionner et les utiliser de manière pertinente en complément des mesures normées.

Le Groupe ISPIRA a donc développé une méthodologie scientifique propriétaire de calibrage et de qualification des microcapteurs, fondée sur des campagnes d'intercomparaison structurées entre ces nouvelles technologies et les méthodes de référence. Ces travaux couvrent l’évaluation et la qualification de :
•    capteurs de COV (technologie PID), leur comportement en atmosphères industrielles multi-composants, et le développement de facteurs de correction spécifiques aux mélanges rencontrés sur le terrain ;
•    capteurs de particules fines, leur réponse selon la granulométrie, les conditions ambiantes (humidité, température, vitesse de l'air), et leur pertinence pour des déploiements à large échelle en surveillance urbaine et industrielle ;
•    capteurs de NO₂ dans des environnements à sources multiples (trafic, procédés industriels) ;

Ces travaux trouvent des applications concrètes dans plusieurs domaines : pilotage de la ventilation en temps réel dans les bâtiments, surveillance continue des expositions professionnelles en milieu industriel et monitoring de la qualité de l’air urbain dans le cadre des Plans Climat-Air-Énergie Territoriaux (PCAET).
Les programmes de recherche menés par le Groupe ISPIRA ont également permis de développer des modèles de prédiction du risque liés à la qualité de l’air à partir de données capteurs calibrées, ainsi que des outils d’aide à la décision destinés aux collectivités et aux entreprises engagées dans la réduction de leurs émissions atmosphériques et l’amélioration de la qualité de l’air.

Drones et surveillance des émissions industrielles

La surveillance de la qualité de l’air rencontre des obstacles technologiques : mesurer dans des zones inaccessibles, accéder aux propriétés, protéger les équipements... Ces contraintes limitent la couverture réelle des rejets et peuvent conduire à sous-estimer.

Le Groupe ISPIRA a ouvert une voie nouvelle en menant des travaux pionniers sur l'usage des drones comme vecteurs de mesure de la qualité de l'air. Ces recherches, menées en partenariat avec des spécialistes de l'ingénierie drone et des organismes d'analyse de référence, ont consisté à équiper des drones de capteurs embarqués (PID pour les COV, capteurs multi-gaz) et à développer une méthodologie de calibrage et de correction des mesures obtenues par drone par rapport aux méthodes de référence normées (NF EN 12619).

Les premiers résultats, obtenus à l'occasion de campagnes de mesures réalisées sur des sites industriels représentatifs, sont prometteurs : si les écarts absolus entre mesures par drone et mesures de référence restent logiquement significatifs (liés à la dispersion dans le panache, aux débits d'éjection et à la géométrie des conduites), les mesures par drone reproduisent fidèlement les évolutions temporelles des concentrations. Des facteurs de correction ont pu être calculés, ouvrant la voie à une utilisation maîtrisée de cette technologie.

Le Groupe ISPIRA travaille désormais à l'extension progressive de ce programme : élargissement du spectre de polluants mesurables (oxides d’azote, poussières), mesures à plus haute altitude, couplage avec des systèmes de guidage automatique et de transmission de données en temps réel. L'objectif à terme : disposer d'une méthode de surveillance complémentaire des émissions industrielles, adaptée aux situations où les approches traditionnelles sont insuffisantes ou impossible à déployer.

Enrobés bitumineux, HAP et économie circulaire

Le recyclage des chaussées est un enjeu environnemental et économique majeur. Augmenter les taux d'incorporation d'agrégats d'enrobés (RAP) dans les nouvelles chaussées permettrait de réduire considérablement la consommation de ressources vierges et les émissions liées à la production de bitume. Mais cette ambition d'économie circulaire se heurte à un verrou sanitaire : le chauffage des agrégats recyclés génère des émissions de composés potentiellement toxiques, et les outils réglementaires actuels ne permettent d'évaluer qu'une fraction limitée de ces émissions (les 16 HAP classés prioritaires par l'US EPA), laissant dans l'angle mort des centaines d'autres composés — les HAP+ — dont la toxicité chronique est pourtant avérée.

Le Groupe ISPIRA a engagé des travaux de recherche fondamentaux et appliqués sur cette problématique, s'inscrivant notamment dans le cadre du projet ECO-RAP, soutenu par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) en partenariat notamment avec l'Université d’Aix-Marseille. Ces travaux comprennent Pour ISPIRA :
•    le développement de méthodes analytiques innovantes mais simples pour la détection et la quantification des HAP+ dans les fumées d'enrobé (phases gazeuse et particulaire), en dépassant les limites des protocoles actuels ;

Plus largement dans le projet ECO-RAP :
•    l'évaluation de l'éco-génotoxicité des émissions par une approche d'Effect-Directed Analysis (EDA), qui prend en compte les effets combinés des contaminants plutôt que leurs effets individuels ;
•    l'étude des conditions opératoires génératrices d'émissions (température, humidité, nature des liants, taux d'agrégats recyclés) pour identifier les facteurs déterminants et définir des stratégies de formulation moins toxiques ;
•    la construction d'un modèle prédictif permettant d'anticiper la composition et la toxicité des fumées à partir des caractéristiques des matériaux, avec pour ambition de rendre ce modèle accessible à des laboratoires privés dans le cadre d'un protocole analytique simplifié.

Ces recherches, qui mobilisent des chimistes spécialistes de l'analyse de l'air, des toxicologues, des statisticiens-modélisateurs et des experts en ingénierie routière, illustrent la capacité du Groupe ISPIRA à construire des programmes transdisciplinaires ambitieux en réponse à des enjeux de santé publique concrets et complexes.

Traitement des émissions industrielles

Un groupe d'experts en qualité de l'air qui se contente de mesurer et de constater n'accomplit qu'une partie de sa mission. Le Groupe ISPIRA a donc intégré dans sa démarche R&D l'évaluation et le développement de technologies de traitement des émissions industrielles, avec pour objectif de qualifier les solutions les plus efficaces et de contribuer à leur amélioration.

Le programme de R&D dédié à ce sujet, initié en 2017 et toujours en cours, s'est concentré sur les technologies de traitement des COV et des émissions industrielles complexes : lavage physico-chimique, adsorption sur charbon actif, oxydation thermique régénérative, catalyse hétérogène. Des expérimentations en conditions industrielles réelles ont permis de tester ces technologies sur des rejets atmosphériques caractérisés, d'évaluer leur efficacité réelle face aux déclarations des fabricants, et d'identifier les principaux verrous techniques : formation de sous-produits toxiques lors de la dégradation de certains composés, gestion du CO et des NOx, optimisation des températures et des matériaux de catalyseur.

L'ambition de ce programme est de permettre au Groupe ISPIRA d'accompagner ses clients industriels non plus seulement dans le diagnostic de leurs expositions et émissions, mais dans le choix éclairé et la mise en œuvre de solutions de traitement adaptées — une valeur ajoutée déterminante dans un contexte de durcissement réglementaire régulier.

PFAS dans l’air : mesure, traçage et modélisation des polluants persistants émergents

Les substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS) constituent aujourd’hui l’une des classes de polluants émergents les plus préoccupantes pour la santé environnementale. Utilisées depuis plusieurs décennies dans de nombreux procédés industriels et produits de consommation (revêtements antiadhésifs, mousses anti-incendie, textiles techniques, emballages alimentaires), ces molécules se caractérisent par une très grande stabilité chimique et une persistance exceptionnelle dans l’environnement, ce qui leur vaut le surnom de « polluants éternels ».

Si la problématique des PFAS a d’abord été étudiée dans les milieux aquatiques et les sols, la voie atmosphérique est aujourd’hui reconnue comme un vecteur majeur de dispersion environnementale, en particulier à proximité de certains sites industriels ou installations de traitement des déchets. Pourtant, les méthodes de mesure dans l’air restent encore limitées et peu harmonisées, et les mécanismes de dispersion atmosphérique des PFAS demeurent mal documentés.

Dans ce contexte, le Groupe ISPIRA développe un programme de recherche consacré au développement de méthodes fiables de mesure et de modélisation des PFAS dans l’air extérieur autour de sites de traitement des déchets.

L’objectif de ce programme est double : améliorer la compréhension scientifique du rôle de l’atmosphère dans la dispersion des PFAS et développer des outils opérationnels permettant aux collectivités, exploitants et autorités de mieux surveiller ces polluants émergents.

À terme, ces travaux doivent contribuer à structurer des protocoles de surveillance atmosphérique des PFAS encore largement inexistants, et à anticiper les évolutions réglementaires qui devraient intégrer progressivement cette famille de substances dans les dispositifs de surveillance environnementale.

Santé environnementale et perturbateurs endocriniens : les polluants invisibles de demain

La qualité de l'air ne se résume pas aux polluants classiques. Parmi les enjeux émergents les plus préoccupants figure celui des perturbateurs endocriniens (PE) — substances chimiques capables d'interférer avec le système hormonal humain, aux effets chroniques (cancers, troubles neurologiques, diabète, baisse de la fertilité) souvent décalés dans le temps et difficiles à imputer.
Le Groupe ISPIRA a engagé des travaux de recherche pionniers sur la présence des perturbateurs endocriniens dans les environnements bâtis — matériaux de construction, revêtements de sol, produits d'entretien, jouets, mobilier. Ces recherches se sont notamment concrétisées dans le cadre des projets CRECH-PEfree (lauréat de l'appel à projets AQUACIA 2021 de l'ADEME) et EXP’AIR (appel à projet AACT-AIR), consacré à la réduction des composés semi-volatils perturbateurs endocriniens dans l'air et les poussières des crèches des villes de Toulouse et de Lyon.
Ces travaux ont permis d'avancer sur plusieurs fronts scientifiques : identification des principales sources de PE dans les environnements de la petite enfance (phtalates, plastifiants organophosphorés, retardateurs de flamme), évaluation des concentrations en phase gazeuse et particulaire, analyse de l'effet cocktail propre aux mélanges de PE, et développement d'un outil d'aide à la décision permettant de prioriser les actions de réduction des expositions.
En parallèle, le Groupe a mené des recherches en sciences humaines et sociales sur les pratiques des habitants face à la qualité de l'air intérieur : représentations, comportements, leviers de changement. Ces travaux, menés avec le co-financement de Leroy Merlin Source et l’ADEME et conduits avec des sociologues spécialisés, ont produit des résultats originaux sur les ressorts du changement des comportements en matière de QAI — connaissances directement transférables dans les démarches de sensibilisation et d'accompagnement des occupants.

Analyse environnementale avancée : Pyrolyse/GC-MS et identification des sources de pollution

Identifier précisément l'origine des polluants organiques dans des matrices environnementales complexes — résidus en proximité de stations d'épuration, effluents industriels, poussières urbaines — est un défi analytique de premier plan, auquel les méthodes conventionnelles peinent à répondre. Le Groupe ISPIRA a investi dans le développement et la validation d'une approche innovante basée sur la Pyrolyse couplée à la chromatographie en phase gazeuse et à la spectrométrie de masse (Pyrolyse/GC-MS).
Cette technique permet de décomposer thermiquement des composés organiques complexes pour en analyser les fragments et remonter à leur structure moléculaire d'origine — y compris pour des polymères dégradés ou des mélanges où les méthodes classiques échouent à différencier les sources de pollution industrielle et domestique. Les travaux du Groupe visent à valider cette approche dans des contextes environnementaux représentatifs, à définir des protocoles robustes et à ouvrir des perspectives d'application à la surveillance des STEP et des zones industrielles périurbaines.