VILLE DE COUTANCES. Étude de la dispersion atmosphérique des odeurs

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1 VILLE DE COUTANCES Étude de la dispersion atmosphérique des odeurs Janvier 2015

2 IDENTIFICATION ET RÉVISION DU DOCUMENT IDENTIFICATION DU DOCUMENT Projet Maître d ouvrage Document Unité de désodorisation du séchage des boues de la Ville de Coutances Etude de la dispersion atmosphérique des odeurs Version Version 2 RÉVISION DU DOCUMENT Version Date Rédacteur(s) Qualité du rédacteur(s) Contrôle Modifications 1 29/01/2015 H.PIET Ingénieur C.COSTE 2 10/02/2015 H.PIET Ingénieur C.COSTE Corrections mineures Version 2 Page 2/25

3 SOMMAIRE 1. CONTEXTE ET OBJECTIF METHODES Présentation du modèle de dispersion atmosphérique utilisé Les données d entrée du modèle relatives aux émissions Les données d entrée du modèle relatives à la topographie et à l occupation des sols Topographie Occupation des sols et bati Les données d entrée du modèle relatives à la météorologie Direction du vent Vitesse du vent Température Stabilité de l'atmosphère La mise en œuvre des calculs de dispersion atmosphérique RESULTATS DES CALCULS DE DISPERSION ATMOSPHERIQUE CONCLUSION Version 2 Page 3 / 25

4 TABLES DES ILLUSTRATIONS FIGURES Figure 1 : Localisation du rejet odorant... 9 Figure 2 : Visualisation du bâti pris en compte pour les calculs de dispersion atmosphérique Figure 3 : Rose des vents reconstituée par le modèle : station Météo France de Cerisyla-Salle Figure 4 : Point récepteur étudié Figure 5 : Fréquence de dépassement de la valeur seuil de 5 ou E /m 3 Scénario Figure 6 : Fréquence de dépassement de la valeur seuil de 5 ou E /m 3 Scénario Figure 7 : Fréquence de dépassement de la valeur seuil de 5 ou E /m 3 Scénario TABLEAUX Tableau 1 : Caractéristiques du rejet émetteur d odeurs... 8 Tableau 2 : Caractéristiques du bâtiment pris en compte Tableau 3 : Statistiques mensuelles des températures Tableau 4 : Résultats de la fréquence de dépassement de la valeur de 5 ou E /m 3 au niveau du récepteur témoin Version 2 Page 4 / 25

5 1. CONTEXTE ET OBJECTIF Le site de la station d épuration de la a fait l objet de plaintes pour nuisances olfactives. Dans ce cadre, accompagne la dans le diagnostic de la situation olfactive et la recherche de solutions. Une étude de la dispersion atmosphérique des odeurs a ainsi été réalisée, objet de ce présent rapport. Les objectifs de cette étude sont : D évaluer l impact olfactif du site sur son environnement, en termes de fréquence de perception des odeurs du site ; De définir une valeur limite à respecter en rejet, permettant de respecter les critères de qualité de l air acceptables en termes d odeurs. A noter que cette étude de dispersion atmosphérique tient compte des spécificités du site en terme de : Conditions de rejet : les caractéristiques propres aux émissions d odeurs du site, relevées lors de campagnes de mesures antérieures, ont servi de paramètres d entrée au modèle numérique de dispersion ; Conditions de dispersion : la météorologie, la topographie ainsi que l occupation des sols propres au secteur étudié sont intégrés au modèle. Le présent rapport fait état des méthodes et résultats des calculs de la dispersion atmosphérique des odeurs. Version 2 Page 5 / 25

6 2. METHODES 2.1. PRÉSENTATION DU MODÈLE DE DISPERSION ATMOSPHÉRIQUE UTILISÉ Dans le cadre de cette étude, a utilisé un modèle de dispersion atmosphérique de type gaussien. Ce type de modèle, largement répandu pour les études de qualité de l air, présente l avantage d un temps de calcul très court, permettant ainsi l étude d un grand nombre de situations météorologiques. Les modèles gaussiens sont par ailleurs utilisables dans la plupart des configurations de sites industriels. Ainsi, cette étude a été réalisée en utilisant le logiciel de dispersion atmosphérique ADMS 5, Atmospheric Dispersion Modelling System, développé par le CERC, le Cambridge Environmental Research Consultants Ltd et intégrant un modèle de type gaussien de seconde génération 1. Ce logiciel, largement utilisé en Europe, est reconnu en France 2 (INERIS, InVS) pour la modélisation de la dispersion atmosphérique des rejets des installations industrielles, ainsi qu à l international (respecte notamment les recommandations de l US-EPA, l agence américaine de protection de l environnement). Il permet de répondre à l ensemble des éléments demandés par la législation française et européenne sur la qualité de l air. 1 Les outils de «seconde génération» permettent une description plus fine de la turbulence atmosphérique que les approches numériques précédentes. La couche limite atmosphérique est décrite de façon continue et non plus sous la forme de classes de stabilité limitant le nombre de situations météorologiques. Le niveau de turbulence de l atmosphère est par ailleurs caractérisé verticalement en 3 dimensions en tenant compte à la fois de la turbulence d origine thermique et de la turbulence d origine mécanique en fonction des caractéristiques d occupation des sols. 2 voir : INERIS, Guide méthodologique : Evaluation des Risques Sanitaires dans les études d impact des installations classées Substances chimiques, 2003 InVS, Rapport «Incinérateurs et santé, Exposition aux dioxines de la population vivant à proximité des UIOM. Etat des connaissances et protocole d une étude d exposition». Institut de Veille Sanitaire département Santé Environnement, Version 2 Page 6 / 25

7 Les chapitres suivants présentent les paramètres d entrée permettant de tenir compte des spécificités intrinsèques du site : caractéristiques émissives, données météorologiques et caractéristiques concernant l occupation des sols LES DONNÉES D ENTRÉE DU MODÈLE RELATIVES AUX ÉMISSIONS La station d épuration de Coutances, d une capacité de eq/h, traite principalement les effluents de Coutances et en partie les effluents de Saint Pierre de Coutances et Briqueville La Blouette. Elle réceptionne également des eaux usées en provenance d une fromagerie. La STEP dispose depuis 2008 d une serre de séchage solaire, d une surface utile de 850 m², et équipée d un retourneur effectuant des passages réguliers, de jour comme de nuit. A l issue du traitement des eaux usées, les boues sont dirigées vers un épaississeur statique drainé avant envoi vers une centrifugation, pour enfin finir dans la serre de séchage solaire. Les boues sont ensuite évacuées par épandage 2 fois par an. C est cette unité de traitement des boues qui est à l origine de nuisances olfactives. Un ventilateur d une capacité de m 3 /h permet l extraction de l air vicié de la serre et alimente l unité de désodorisation. La désodorisation du traitement des boues est constituée d une tour de lavage. Version 2 Page 7 / 25

8 Le Tableau 1 synthétise l ensemble des caractéristiques des sources prises en compte dans les calculs de modélisation de l impact olfactif du site. Trois scénarios sont considérés : Scénario 1 : émissions représentatives de juillet 2014 avec lavage eau - le débit d odeurs est alors de 322 ou E /h ; Scénario 2 : émissions représentatives de novembre 2014 avec lavage javel - le débit d odeurs est alors de 81 ou E /h ; Scénario 3 : émissions dimensionnées pour garantir l absence de nuisances olfactives la concentration et le débit d odeurs correspondant est alors recherché par «rétro-modélisation». Il s agit, par des tests itératifs, de rechercher les valeurs à l émission permettant d obtenir une fréquence de dépassement de la valeur seuil de 5 ou E /m 3 inférieure à 2% du temps, au niveau des habitations les plus impactées. Source étudiée Caractéristiques du rejet de l unité de désodorisation Scénario 1 émissions de juillet 2014 Scénario 2 émissions de novembre 2014 Scénario 3 dimensionnement zéro nuisance Rejet canalisé Hauteur = 9,8 m Diamètre = 1,4 m Température = ambiante Vitesse d éjection = 12 m/s Débit d air = Nm 3 /h Débit d air = m 3 /h CNO Concentration odeurs = ou E /m 3 Débit d odeurs = 321, ou E /h Rejet canalisé Hauteur = 9,8 m Diamètre = 1,4 m Température = ambiante Vitesse d éjection = 12 m/s Débit d air = Nm 3 /h Débit d air = m 3 /h CNO Concentration odeurs = ou E /m 3 Débit d odeurs = 80, ou E /h Rejet canalisé Hauteur = 9,8 m Diamètre = 1,4 m Température = ambiante Vitesse d éjection = 12.1 m/s Débit d air = Nm 3 /h Débit d air = m 3 /h CNO Concentration odeurs = valeur à rechercher Débit d odeurs = valeur à rechercher Tableau 1 : Caractéristiques du rejet émetteur d odeurs Version 2 Page 8 / 25

9 La localisation du rejet sur la commune de Coutances est précisé sur la Figure 1. Figure 1 : Localisation du rejet odorant Version 2 Page 9 / 25

10 2.3. LES DONNÉES D ENTRÉE DU MODÈLE RELATIVES À LA TOPOGRAPHIE ET À L OCCUPATION DES SOLS TOPOGRAPHIE Le relief a été pris en compte de manière simplifiée grâce à l utilisation d un modèle numérique de terrain (fichier SRTM). Il s agit d un fichier altimétrique au pas de 80 m environ, centré sur le site. Les données topographiques permettent de calculer, au moyen du module Flowstar intégré au modèle ADMS 4, les champs de vent et de turbulence en 3D (résolution de 100 mètres sur 10 niveaux verticaux), de façon à tenir compte des modifications de trajectoires du panache suite au relief. Le relief pris en compte est visualisable sur la figure ci-dessous. Figure 2 : Visualisation du relief Domaine de 3 km Version 2 Page 10 / 25

11 Etude de la dispersion atmosphérique des odeurs Figure 3 : Visualisation du relief Domaine de 8 km centré sur le site Version 2 Page 11 / 25

12 OCCUPATION DES SOLS ET BATI La rugosité est une grandeur qui permet de caractériser les irrégularités d'occupation du sol (présence de bâtiments, de forêts, de la mer, etc). Elle est exprimée avec une unité de longueur (mètre) qui caractérise l épaisseur de la couche qui contient ces éléments d'occupation du sol. La rugosité varie de quelques dixièmes de millimètres (mer calme) à quelques mètres (dans les zones très fortement urbanisées). Cette grandeur est utilisée lors des calculs de dispersion atmosphérique pour estimer la turbulence de l atmosphère d origine mécanique (friction du vent à la surface du sol). Dans le cadre de cette étude, une valeur de rugosité de 0,5 mètre est affectée à l ensemble du domaine d étude. Elle permet de rendre compte d une occupation des sols de type péri-urbaine avec habitat dispersé. Par ailleurs, les bâtiments proches des sources peuvent avoir un effet non négligeable sur la dispersion atmosphérique des polluants, dans la mesure où leurs dimensions sont importantes par rapport aux dimensions des rejets. Le modèle de dispersion atmosphérique utilisé permet de prendre en compte de manière simplifiée l influence aérodynamique des bâtiments sur la dispersion des polluants. Le modèle considère alors l entraînement d une partie du panache dans une zone de recirculation, ou «cavité», en aval du bâtiment, isolée du flux principal. De manière générale, seuls les bâtiments très proches ou accolés à la source, dont la hauteur est supérieure au tiers de la hauteur de la source, sont à considérer. Dans le cadre de cette étude, nous avons donc intégré aux calculs de dispersion atmosphérique la serre, accolée au point de rejet (Figure 4). Les caractéristiques prises en compte sont précisées dans le Tableau 2. Caractéristiques du bâtiment Longueur 110 m Largeur 10 m Hauteur 5,6 m Tableau 2 : Caractéristiques du bâtiment pris en compte Version 2 Page 12 / 25

13 Bâtiment Cheminée de l unité de désodorisation Figure 4 : Visualisation du bâti pris en compte pour les calculs de dispersion atmosphérique Version 2 Page 13 / 25

14 2.4. LES DONNÉES D ENTRÉE DU MODÈLE RELATIVES À LA MÉTÉOROLOGIE Les paramètres météorologiques utilisés pour les calculs de dispersion proviennent : De la station météorologique Météo France de Cerisy-la-Salle, située à environ 11 km à l Est de Coutances pour la vitesse et la direction du vent ainsi que la température. Cette station, est jugée représentative des conditions climatiques observées sur le domaine d étude. De modélisation pour le paramètre de nébulosité. La station météorologique la plus proche disposant de ce type de mesures étant à plus de 60 km (Dinard), ce paramètre a donc été recalculé, pour la zone d étude, à partir de modèles météorologiques. Le fichier météorologique acquis auprès de Météo France comporte 3 ans de données, du 1er janvier 2012 au 31 décembre Cette chronologie est suffisamment longue pour mettre en évidence les comportements climatiques du site. Cette durée est celle qu il convient de retenir a minima pour s affranchir de la variabilité météorologique d une année sur l autre. Le fichier météorologique utilisé pour les calculs est constitué de données horaires soit échéances temporelles. L utilisation d un fichier météorologique réel permet d exprimer les résultats sous la forme de calculs statistiques sur la période considérée, tels que la fréquence de dépassement d une valeur seuil. Version 2 Page 14 / 25

15 DIRECTION DU VENT Sur la période de 3 ans considérée, les vents dominants sont principalement de secteur Sud à Ouest (Figure 5) et dans une moindre mesure Nord-Est (nœuds) Vitesse du vent 0 1,5 3,1 5,1 8,2 (m/s) Figure 5 : Rose des vents reconstituée par le modèle : station Météo France de Cerisy-la-Salle Version 2 Page 15 / 25

16 VITESSE DU VENT La répartition de la vitesse du vent est présentée ci-après : vents calmes, inférieurs à 0,75 m/s : 2 % vents faibles de 0,75 à 3 m/s : 55 %, vents modérés, de 3 à 8 m/s : 41 %, vents assez forts, de 8 à 14 m/s : 2 %, vents forts supérieurs à 14 m/s : < 1 %. Sur la zone d étude, les vents sont majoritairement faibles à modérés TEMPÉRATURE Les températures ont été prises en compte dans les calculs de dispersion atmosphérique. Les statistiques moyennes mensuelles des températures du fichier météorologique sont présentées dans le Tableau 3. Températures moyennes ( C) Températures maximale ( C) Températures minimale ( C) janv. 6,1 13,4-3,7 fév. 4,7 14,4-6,8 mars 7,1 19,3-2,3 avril 8,8 22,8-1,7 mai 11,8 25,5 3,5 juin 14,5 25 2,1 juillet 17,4 28,9 9,1 août 16,8 31,9 8,5 sept 15, oct. 13,0 22,7 3,5 nov. 8,5 16,6-0,3 déc. 6,9 13,9-3,2 Tableau 3 : Statistiques mensuelles des températures Version 2 Page 16 / 25

17 STABILITÉ DE L'ATMOSPHÈRE La turbulence de l atmosphère, ou stabilité atmosphérique, conditionne l ampleur de la dilution et du transport des panaches. Selon que l atmosphère est qualifiée de stable ou d instable, la dilution des polluants est plus ou moins importante et le panache est plus ou moins rapidement rabattu au sol. On distingue généralement la turbulence d origine «mécanique», générée par le cisaillement du vent et la présence d obstacles, et la turbulence d origine «thermique», générée par la distribution de températures. Pour rendre compte de l état de stabilité de l atmosphère, les modèles de dispersion atmosphérique gaussiens de seconde génération utilisent et calculent les paramètres suivants : la longueur de Monin-Obukhov (L MO ). Cette grandeur, qui a une unité de longueur (m), correspond au ratio de la turbulence d origine mécanique sur la turbulence d origine thermique. Elle est déterminée à partir notamment de la connaissance de la vitesse de frottement de l air en surface (calculée en tenant compte de la vitesse du vent et de la hauteur de rugosité), de la température de l air, de la capacité calorifique de l air, etc. la hauteur de la couche limite atmosphérique (h). La couche limite atmosphérique est la zone de la troposphère influencée par la surface terrestre. C est dans cette zone que la dispersion des polluants est observée. Les différentes valeurs prises par le ratio h/l MO permettent globalement de catégoriser l atmosphère comme suit : h/l MO <-0,3 correspond à une atmosphère instable, -0,3 h/l MO < 1 correspond à une atmosphère neutre, h/l MO 1 correspond à une atmosphère stable. La condition de type «neutre» est la plus fréquemment rencontrée (52 % du temps). Version 2 Page 17 / 25

18 2.5. LA MISE EN ŒUVRE DES CALCULS DE DISPERSION ATMOSPHÉRIQUE Les calculs ont été réalisés sur un domaine d'étude de 5 km sur 5 km centré sur le site. Sur ce domaine, une grille de calcul a été établie avec un pas de discrétisation de 50 m environ, soit récepteurs positionnés. Les calculs ont été effectués pour chacun de ces récepteurs. Les calculs de dispersion atmosphérique sont spécifiques aux émissions du site selon les trois scénarios définis au chapitre 2.2. Les concentrations d odeurs dans l'air sont calculées par le modèle de dispersion atmosphérique pour chacune des données horaires contenues dans le fichier météorologique ( échéances temporelles), et pour chacun des récepteurs de la grille de calcul (plus de récepteurs). A partir des concentrations horaires ainsi estimées, on en déduit pour chaque récepteur, la fréquence de dépassement de la valeur seuil de 5 ou E /m 3. Une fréquence seuil de 2 % du temps dans l environnement correspond à la valeur de qualité environnementale généralement admise pour les odeurs (considérée comme le seuil de nuisance). Version 2 Page 18 / 25

19 3. RESULTATS DES CALCULS DE DISPERSION ATMOSPHERIQUE Les figures suivantes présentent les cartes d impact olfactif du rejet de désodorisation, exprimé en fréquence de dépassement de la valeur du seuil de nuisance olfactive de 5 ou E /m 3. Nous rappelons que ces résultats sont présentés pour trois scénarios d émission différents, explicités ci-après. Nous présentons également les résultats pour un point récepteur «témoin» (voir carte ci-dessous) : récepteur représentatif des riverains situés au nord du site, qui sont les plus impactés par les odeurs du site. Figure 6 : Point récepteur étudié Version 2 Page 19 / 25

20 Scénario 1 : émissions représentatives de juillet 2014 avec lavage eau - le débit d odeurs est alors de 322 ou/h. Figure 7 : Fréquence de dépassement de la valeur seuil de 5 ou E /m 3 Scénario 1 Pour ce scénario, la fréquence de dépassement des 5 ou E /m 3 est supérieure à 2% du temps jusqu à environ 800 mètres du rejet, impactant ainsi potentiellement un grand nombre de riverains. Dans un rayon de 100 à 400 mètres du rejet, la fréquence de dépassement peut dépasser les 10 % du temps. Elle atteint 18 % au niveau du récepteur témoin, au nord du site. Version 2 Page 20 / 25

21 Scénario 2 : émissions représentatives de novembre 2014 avec lavage javel - le débit d odeurs est de 81 ou/h. Figure 8 : Fréquence de dépassement de la valeur seuil de 5 ou E /m 3 Scénario 2 Ce scénario met en évidence une nette diminution de l impact olfactif du fait du passage au lavage javel de l unité de désodorisation. La fréquence de dépassement des 5 ou E /m 3 est supérieure à 2% du temps jusqu à environ 250 mètres du rejet. Dans un rayon d environ 150 mètres, la fréquence de dépassement peut dépasser les 10 % du temps. Au niveau du récepteur témoin, au nord du site, la fréquence de dépassement est de 10 % du temps, soit supérieur au critère de qualité de l air habituellement retenu (2% du temps). Version 2 Page 21 / 25

22 Scénario 3 : les émissions sont ici dimensionnées pour obtenir une fréquence de dépassement de la valeur seuil de 5 ou E /m 3 inférieure ou égale à 2% du temps au niveau des habitations les plus impactées. Les tests itératifs ont été réalisés dans l objectif d atteindre cette valeur repère au niveau des riverains situés au nord du site (récepteur témoin). Le Tableau 4 reprend les résultats, au niveau de ce récepteur, pour les trois scénarios considérés. Scénario 1 Scénario 2 Scénario 3 Fréquence de dépassement de la valeur de 5 ou E /m 3 au niveau du récepteur témoin 18 % 10 % 1,7 % Tableau 4 : Résultats de la fréquence de dépassement de la valeur de 5 ou E /m 3 au niveau du récepteur témoin Pour le scénario 3, ces résultats ont été obtenus sur la base des paramètres d émission suivant : Concentration odeurs = 600 ou E /m 3 Débit d odeurs = 41 ou E /h Rejet canalisé Hauteur = 9,8 m Diamètre = 1,4 m Température = ambiante Vitesse d éjection = 12 m/s Débit d air = Nm 3 /h Débit d air = m 3 /h CNO Version 2 Page 22 / 25

23 La figure suivante présente la cartographie de l impact olfactif avec ces paramètres. Carte zoomée : Figure 9 : Fréquence de dépassement de la valeur seuil de 5 ou E /m 3 Scénario 3 Version 2 Page 23 / 25

24 4. CONCLUSION La a chargé de quantifier l impact olfactif de l installation de séchage des boues. Pour répondre à cette problématique, a simulé, au moyen d un modèle mathématique de dispersion atmosphérique, l impact olfactif du site, exprimé en fréquence de dépassement de la concentration d odeurs de 5 ou E /m 3. Les simulations ont tout d abord été réalisées en considérant deux scénarios d émission différents : Scénario 1 : émissions représentatives de juillet 2014 avec lavage eau - le débit d odeurs est alors de 322 ou/h ; Scénario 2 : émissions représentatives de novembre 2014 avec lavage javel - le débit d odeurs est alors de 81 ou/h. Les résultats indiquent une nette diminution de l impact olfactif du fait du passage au lavage javel de l unité de désodorisation. Néanmoins, au niveau des habitations au nord du site, la fréquence de dépassement de la valeur seuil de 5 ou E /m 3 reste supérieure à 2 % (critère d acceptabilité généralement retenu). Nous avons alors recherché le débit d odeurs à atteindre pour atteindre cet objectif de qualité de l air. Il en résulte les éléments suivants : Pour respecter la valeur de 5 ou E /m 3 plus de 2% du temps, au niveau des riverains, le débit d odeurs de l unité de désodorisation doit être inférieur à 41 ou E /h. Version 2 Page 24 / 25

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