Guide méthodologique pour l évaluation des émissions dans l air des installations de production et de transformation de l acier

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1 Guide méthodologique pour l évaluation des émissions dans l air des installations de production et de transformation de l acier Version 5 Décembre 2004

2 SOMMAIRE 1. - OBJET DU GUIDE METHODOLOGIQUE FICHES DE CALCUL PAR POLLUANT Déclaration des émissions de PCDD/F Déclaration des émissions de poussières totales (TSP) Déclaration des émissions de plomb et de ses composés (Pb) Déclaration des émissions de cadmium et de ses composés (Cd) Déclaration des émissions de PM Déclaration des émissions d oxydes d azote (NOx) Déclaration des émissions d oxydes de Soufre (SO 2 )...14 ANNEXE 1. SEUILS DE DECLARATION DES POLLUANTS DANS L AIR ANNEXE 2. FICHES METHODOLOGIQUES DE CALCUL Fiche n 1 : Tous polluants - Calcul à partir de mesures ponctuelles concentration et débit...17 Fiche n 2 : Tous polluants - Calcul à partir de facteurs d émission...19 Fiche n 3 : Tous polluants - Calcul à partir de mesures en continu de concentration et du débit de fumées...21 Fiche n 4 : Tous polluants - Calcul à partir de mesures en continu de concentration et de mesures ponctuelles du débit de fumées...23 Fiche n 5 : Calcul des émissions diffuses de procédé Aciérie électrique...24 Fiche n 6 : Calcul des émissions diffuses de procédé Aciérie de conversion...27 Fiche n 7 : Calcul des émissions diffuses de procédé Autres ateliers...31 Fiche n 8 : Calcul des émissions diffuses de plein air...32 Fiche n 9 : Calcul des émissions de PM Fiche n 10 : Calcul des émissions de NOx et SO 2 à partir de facteurs d émission liés à la consommation de matières premières...36 ANNEXE 3. - DESCRIPTION DES PROCEDES DE FABRICATION Annexe Description du procédé : agglomération...39 Annexe Description du procédé : cokérie...41 Annexe Description du procédé : haut fourneau...43 Annexe Description du procédé : aciérie de conversion...45 Annexe Description du procédé : aciérie électrique...47 Annexe Description du procédé : laminoirs et installations annexes...48 Annexe Description du procédé : installations de combustion...48 ANNEXE 4. - DESCRIPTION DES POLLUANTS ÉTUDIÉS Annexe PCDD/F...49 Annexe 4.2. Poussières totales (TSP)...53 Annexe Métaux (Plomb, cadmium)...55 Annexe Particules fines : PM Annexe Oxydes d Azote...59 Annexe Oxydes de soufre...63 ANNEXE 5. EXEMPLE DE CALCUL D INCERTITUDE... 65

3 1. - OBJET DU GUIDE METHODOLOGIQUE L arrêté ministériel du 24 décembre 2002 relatif à la déclaration annuelle des émissions polluantes achève la transposition en droit français de la Directive Européenne IPPC et impose la déclaration des rejets de polluants dans l eau et dans l air sur une base annuelle. Cet inventaire a pour objectif d estimer les émissions de toutes les sources présentes sur le territoire français. L objet de ce guide est de préciser la méthodologie à utiliser pour établir les émissions annuelles dans l air pour le secteur de la sidérurgie. L annexe 1 précise la liste des polluants à déclarer et les seuils de déclaration. Ce guide précise les méthodes de déclaration des polluants suivants : - dioxines et furanes (PCDD/F), - poussières totales (TSP) - particules de taille inférieure à 10 µm (PM10), - Plomb et ses composés (Pb) - Cadmium et ses composés (Cd) - oxydes d Azote (NO x ) - oxydes de Soufre (SO 2 ) L organisation du document est la suivante : 1. Il présente des informations sur les polluants visés par ce document, une description des procédés de fabrication utilisés en sidérurgie ; la synthèse de ces deux approches permettant d identifier les ateliers concernés par ce guide. 2. Des fiches sont établies par polluant afin de préciser l application des méthodes pour les différents ateliers concernés. Ces fiches précisent les ateliers, les types d émission et renvoient à des méthodes de calcul détaillées en annexe. L application des différentes méthodes dépend de la façon dont sont émis les polluants par les ateliers et des méthodes de quantification ou de mesures qui peuvent être utilisées. Pour chaque polluant, des valeurs guides sont données à titre indicatif. Compte tenu de l amélioration de la fiabilité des mesures et des performances des équipements, ces valeurs devront être remises à jour périodiquement. 1

4 Compte tenu de l état des lieux dressé dans les annexes, il apparaît nécessaire d établir les fiches méthodologiques suivantes : Tableau 1 : Liste des fiches de calcul Fiche n Emission Polluants Intitulé 1 canalisée Tous polluants canalisée Tous polluants 3 canalisée Tous polluants 4 canalisée Tous polluants diffuse de procédé diffuse de procédé diffuse de procédé diffuse de plein air canalisée, diffuse de procédé Poussières totales, Pb, Cd Poussières totales, Pb, Cd Poussières totales, Pb, Cd TSP PM10 10 canalisée NO x -SO 2 Calcul du flux à partir de mesures ponctuelles - concentration et débit Calcul du flux à partir de facteurs d émission - concentration et débit Calcul à partir de mesure en continu - concentration et débit Calcul à partir de mesure en continue de concentration et de mesures ponctuelles de débit Calcul des émissions diffuses de procédé - aciérie électrique Calcul des émissions diffuses de procédé - aciérie à l'oxygène Calcul des émissions diffuses de procédé autres ateliers Calcul des émissions diffuses de plein air Calcul des émissions de PM10 Calcul des émissions de NO x et SO 2 à partir de facteurs d émission liés à la consommation de matières premières Les fiches méthodologiques sont présentées dans l annexe 2. Pour bien appréhender cette démarche, une présentation des grandes phases du process sidérurgique et des polluants émis au cours de ces opérations est nécessaire. L annexe 3 présente une synthèse des procédés de fabrications utilisés en sidérurgie, des émissions associées et des connaissances sur les polluants recensés dans le cadre de ce guide. L annexe 4 présente de façon plus précise les connaissances actuelles sur les polluants visés par ce guide. L annexe 5 est un exemple de calcul d incertitude réalisé pour la fiche n 1 pour 3 sites entre 1999 et

5 2. - FICHES DE CALCUL PAR POLLUANT Le paragraphe suivant présente les fiches de calcul par polluant en distinguant les différentes voies d émission. Chaque fiche est organisée de la façon suivante en décrivant : p p p le polluant ciblé et le seuil de déclaration, les ateliers concernés, les types d émission (canalisée, diffuse d atelier, diffuse de plein air), p les méthodes de calcul à utiliser qui renvoient aux fiches méthodologiques de l annexe 2, p la classe de précision de la mesure. Les ateliers concernés sont classés en 2 catégories distinguant la filière intégrée et la filière électrique. Les types d émission sont au nombre de 3 : ils sont explicités dans le paragraphe poussières de l annexe 4. Les méthodes de mesure recoupent la codification donnée dans le document guide de mise en place de l EPER : - classe M : mesuré, l émission est basée sur des mesures utilisant des méthodes normalisées ou acceptées, Cette approche concerne la plupart des émissions canalisées qui nous intéressent (PCDD/F, métaux, poussières). Les mesures sont réalisées selon des méthodes normalisées, à des fréquences différentes selon les émetteurs. - classe C : calculé, l émission est calculée à partir de corrélations ou de facteurs d émission représentatifs du secteur d émission et reconnus sur le plan national ou international, Cette approche peut être envisagée dans certains cas. En l absence de mesure ou en cas de résultat s éloignant significativement de mesures précédentes, l utilisation d un facteur d émission basé sur les mesures précédentes ou de données issues de la littérature ou d études spécifiques permet de calculer un flux représentatif pour la période considérée. - classe E : estimé, l émission est basée sur des estimations non normatives ou sur une expertise. La classe de précision des mesures est la suivante : P< 15 % : P1 15 % < P < 50 % : P2 p> 50 % : P3 Cette classification est utilisée au titre de la déclaration annuelle des rejets pour répondre aux dispositions relatives à l EPER (directive IPPC). 3

6 Pour les différents secteurs d activité des usines sidérurgiques, le tableau 2 présente les émissions à calculer par polluants selon les types d émission et les ateliers concernés. Tableau 2 : Liste des polluants à inventorier par atelier Atelier Emission canalisée Emissions diffuses de procédé Emissions diffuses de plein air Agglomération TSP, PM10 PCDD/F, Pb, Cd, SO 2, NOx TSP, PM10 Cokerie TSP, PM10 Pb, Cd, SO 2, NOx TSP, PM10 Usine Haut fourneau TSP, PM10 Pb, Cd, TSP, PM10 Intégrée Aciérie à l oxygène TSP, PM10 Pb, Cd TSP, PM10 Pb, Cd Laminoirs TSP, PM10 SO 2, NOx Installations de combustion TSP, PM10 SO 2, NOx Stockage, manutention, trafic routier TSP, PM10 Aciérie électrique TSP, PM10 PCDD/F, Pb, Cd SO 2, NOx TSP, PM10 Pb, Cd Filière Elec. Laminoirs Installations de combustion Stockage, manutention, trafic routier TSP, PM10 SO 2, NOx TSP, PM10 SO 2, NOx TSP, PM10 Cette classification découle de la description des process utilisés et des connaissances sur les émissions présentées dans les annexes 3 et 4. Plus précisément, les tableaux 3 à 5 présentent les numéros des fiches à utiliser pour calculer les émissions par type d émission et par atelier. 4

7 Tableau 3 : Fiches à utiliser pour le calcul des émissions canalisées Atelier TSP PM10 PCDD/F Pb Cd SO2 NOx Usine Intégrée Filière Elec Agglomération 1,2,3,4 9 1,2 1,2 1,2 1,2,3,4 1,2,3,4 Cokerie 1,2,3,4 9 1,2 1,2 1,2,10 1,2,10 Haut fourneau 1,2,3,4 9 1,2 1,2 1,2,10 1,2,10 Aciérie à l oxygène 1,2,3,4 9 1,2 1,2 1,2,10 1,2,10 Laminoirs 1,2 9 1,2,10 1,2,10 Installations de combustion 1,2 9 1,2,10 1,2,10 Stockage, manutention, trafic routier Aciérie électrique 1,2,3,4 9 1,2 1,2 1,2 1,2,10 1,2,10 Laminoirs 1,2 9 1,2,10 1,2,10 Installations de combustion 1,2 9 1,2,10 1,2,10 Stockage, manutention, trafic routier Tableau 4 : Fiches à utiliser pour le calcul des émissions diffuses de procédé Filière Atelier TSP PM10 PCDD/F Pb Cd SO2 NOx Usine Intégrée Filière Elec Agglomération 7 9 Cokerie 7 9 Haut fourneau 7 9 Aciérie à l oxygène Laminoirs Installations de combustion Stockage, manutention, trafic routier Aciérie électrique Laminoirs Installations de combustion Stockage, manutention, trafic routier Tableau 5 : Fiches à utiliser pour le calcul des émissions diffuses de plein air Filière Atelier TSP PM10 PCDD/F Pb Cd SO2 NOx Usine Intégrée Filière Elec Agglomération Cokerie Haut fourneau Aciérie à l oxygène Laminoirs Installations de combustion Stockage, manutention, trafic routier Aciérie électrique Laminoirs Installations de combustion Stockage, manutention, trafic routier

8 DÉCLARATION DES ÉMISSIONS DE PCDD/F Seuil de déclaration : 0,001 kg/an Introduction : Les PCDD/F sont des micropolluants qui peuvent être créés dans toute combustion en présence de carbone, chlore et oxygène. L industrie sidérurgique contribue significativement aux émissions nationales de ce polluant. Toutefois, les inventaires déjà réalisés montrent que le nombre d émetteur est restreint et se limite aux émissions primaires des ateliers de fusion d acier ou de grillage des minerais. Ateliers concernés : Filière intégrée : agglomération de minerai de fer Filière électrique : four à arc Type d émission : Emissions canalisées provenant uniquement des fumées process des ateliers (se reporter à la synthèse des connaissances sur les émissions de PCDD/F annexe 4.1.) Méthode d élaboration des émissions annuelles Les émissions de PCDD/F pour un atelier sont difficilement estimables et nécessitent des mesures régulières. Les méthodes de calcul envisageables sont alors les suivantes : Emissions canalisées Calcul du flux à partir de mesures ponctuelles concentration et débit (fiche n 1) Calcul du flux à partir de facteurs d émission (fiche n 2) Valeurs guides : facteurs d émission canalisée Nombre Ecart Filière Atelier d installations Unité Min Max Moyenne type étudiées µg/t intégrée agglomération 3 1,3 2,8 2,0 0,7 agglo. électrique Aciérie électrique 4 µg/t acier 0,1 4,5 1,2 2,2 Commentaire Les facteurs d émission des agglomérations de minerai sont similaires, la valeur la plus basse étant obtenue pour l installation équipée d une technique d abattement par urée. Pour les aciéries électriques, les facteurs sont beaucoup plus dispersés et traduisent la variabilité des rejets sur ces ateliers liées aux process très différents des installations (paramètres de marche, types d enfournement et qualité d acier élaborée). Précision p> 50 % ou indicateur P3 6

9 DÉCLARATION DES ÉMISSIONS DE POUSSIÈRES TOTALES (TSP) Seuil de déclaration : kg/an Introduction : Malgré les progrès réalisés, l industrie sidérurgique est un émetteur important de poussières. Les émissions concernent tous les ateliers des filières électriques ou intégrées et peuvent provenir de différents phénomènes : réenvols des parcs de matières premières, manutention et transport des matières premières, fusion, transvasement et opérations métallurgiques sur métal liquide. Ateliers concernés : Filière intégrée : tous les ateliers Filière électrique : tous les ateliers Type d émission : Emissions canalisées, émissions diffuses de procédé, émissions diffuses de plein air (voir synthèse des connaissances annexe 4.2.) Méthode d élaboration des émissions annuelles Les méthodes de calcul des flux annuels dépendent des types d émission. On peut recenser les méthodologies suivantes : Emissions canalisées : Calcul du flux à partir de mesures ponctuelles concentration et débit (fiche n 1) Calcul du flux à partir de facteurs d émission (fiche n 2) Calcul à partir de mesures en continu concentration et débit (fiche n 3) Calcul à partir de mesures en continu de concentration et de mesures ponctuelles de débit (fiche n 4) Filière intégrée électrique Atelier Valeurs guides : facteurs d émission canalisée Nombre d installations Unité Min Max Moyenne étudiées Ecart type agglomération 3 g/t agglo cokerie 3 g/t coke Haut fourneau 3 g/t fonte 6,8 27,8 17,0 10,5 Aciérie O 2 3 g/t acier 2,7 16,0 7,3 7,5 Laminoir à chaud 2 g/t acier 0,2 1,5 0,9 0,9 Aciérie électrique 13 g/t acier Laminoir à chaud 7 g/t acier 1, Les émissions spécifiques sont assez variables, elles peuvent dépendre des technologies utilisées (filtres à manches, électrofiltres, ), de leur état (efficacité de dépoussiérage) et du nombre d installations annexes (broyages, traitement divers) existant dans un atelier. 7

10 Emissions diffuses d atelier : Calcul des émissions diffuses de procédé aciérie électrique (fiche n 5) Calcul des émissions diffuses de procédé aciérie à l oxygène (fiche n 6) Calcul des émissions diffuses de procédé autres ateliers (fiche n 7) Filière Atelier Valeurs guides : facteurs d émission diffuse Nombre d installations Unité Min Max Moyenne étudiées Ecart type agglomération 3 g/t agglo intégrée cokerie 3 g/t coke Haut fourneau 3 g/t fonte Aciérie O 2 3 g/t acier électrique Aciérie électrique 10 g/t acier Les émissions spécifiques de poussières les plus importantes sont observées à l aciérie électrique. Pour la filière intégrée, c est l aciérie à l oxygène qui a les émissions spécifiques les plus importantes suivie des hauts fourneaux et de la cokerie. Emissions diffuses de plein air : fiche n 8 Deux sites intégrés déclarent des émissions diffuses de plein air : les émissions spécifiques annuelles en 2003 ont été de 270 g/t et 650 g/t d acier coulé. Précision p> 50 % ou indicateur P3 8

11 DÉCLARATION DES ÉMISSIONS DE PLOMB ET DE SES COMPOSÉS (PB) Seuil de déclaration : 200 kg/an Introduction : La sidérurgie est un émetteur significatif de plomb. Comme les autres métaux lourds, le plomb et ses composés se trouvent sous forme d éléments traces dans les matières premières utilisées. Compte tenu des hautes températures pratiquées dans les réacteurs sidérurgiques, ce métal est vaporisé et se retrouve dans les fumées process des ateliers de la filière à chaud de fabrication de l acier. Ateliers concernés : Filière intégrée : cokerie, agglomérations de minerai de fer, haut fourneau, aciéries à l oxygène, métallurgie secondaire, Filière électrique : four à arc, métallurgie secondaire Type d émission : Emissions canalisées, émissions diffuses de procédé (vois synthèse des connaissances annexe 4.3.). Méthode d élaboration des émissions annuelles Les émissions de plomb pour un atelier sont difficilement estimables et nécessitent des mesures régulières. Les méthodes suivantes peuvent être utilisées : Emissions canalisées Calcul du flux à partir de mesures ponctuelles concentration et débit (fiche n 1) Calcul du flux à partir de facteurs d émission (fiche n 2) Filière Atelier Valeurs guides : facteurs d émission canalisée Nombre d installations Unité Min Max Moyenne étudiées Ecart type agglomération 3 mg/t agglo intégrée cokerie 1 mg/t coke Haut fourneau 2 mg/t fonte 2,9 4,8 3,9 1,3 Aciérie O 2 1 mg/t acier électrique Aciérie électrique 2 mg/t acier Les émetteurs significatifs sont les agglomérations de minerai suivis des fours à arcs. Pour les autres ateliers de l usine intégrée, les émissions spécifiques de plomb après dépoussiérage sont faibles. 9

12 Emissions diffuses de procédé Calcul des émissions diffuses de procédé aciérie électrique (fiche n 5) Calcul des émissions diffuses de procédé aciérie à l oxygène (fiche n 6) Filière Atelier Valeurs guides : facteurs d émission diffuse Nombre d installations Unité Min Max Moyenne étudiées Ecart type intégrée Aciérie O 2 1 mg/t acier électrique Aciérie électrique 4 mg/t acier Les émissions diffuses des aciéries électriques son très dispersées : cela est due aux différences d efficacité de captage des installations et aux process utilisés (matières premières enfournées). Une seule usine intégrée quantifie ses émissions diffuses de plomb à l aciérie à l oxygène (c est le site qui n est pas équipé d un captage secondaire). Précision p> 50 % ou indicateur P3 10

13 DÉCLARATION DES ÉMISSIONS DE CADMIUM ET DE SES COMPOSÉS (CD) Seuil de déclaration : 10 kg/an Introduction : Comme les autres métaux lourds, le cadmium et ses composés se trouvent sous forme d éléments traces dans les matières premières utilisées (minerais, ferrailles). Compte tenu des hautes températures pratiquées dans les réacteurs sidérurgiques, ce métal est vaporisé et se retrouve dans les fumées process des ateliers de la filière à chaud de fabrication de l acier. Ateliers concernés : Filière intégrée : cokerie, agglomérations de minerai de fer, haut fourneau, aciéries à l oxygène, métallurgie secondaire, Filière électrique : four à arc, métallurgie secondaire Type d émission : Emissions canalisées, émissions diffuses de procédé (vois synthèse des connaissances annexe 4.3.). Méthode d élaboration des émissions annuelles Les émissions de cadmium pour un atelier sont difficilement estimables et nécessitent des mesures régulières. Les méthodes suivantes peuvent être utilisées : Emissions canalisées Calcul du flux à partir de mesures ponctuelles concentration et débit (fiche n 1) Calcul du flux à partir de facteurs d émission (fiche n 2) Filière Atelier Valeurs guides : facteurs d émission canalisée Nombre d installatio Unité Min Max Moyenne ns étudiées Ecart type agglomération 3 mg/t agglo intégrée cokerie 2 mg/t coke 14,5 14,5 14,5 0 Haut fourneau 2 mg/t fonte 0,6 2,1 1,4 1,1 électrique Aciérie électrique 2 mg/t acier 1,0 2,3 1,6 0,9 Emissions diffuses de procédé Calcul des émissions diffuses de procédé aciérie électrique (fiche n 5) Calcul des émissions diffuses de procédé aciérie à l oxygène (fiche n 6) Filière Atelier Valeurs guides : facteurs d émission diffuse Nombre d installations Unité Min Max Moyenne étudiées intégrée Aciérie O 2 1 mg/t acier électrique Aciérie électrique 4 mg/t acier 3, Ecart type Les remarques pour les émissions diffuses de Cd sont similaires à celles pour le plomb. Précision p> 50 % ou indicateur P3 11

14 DÉCLARATION DES ÉMISSIONS DE PM 10 Seuil de déclaration : kg/an Introduction : Les émissions de PM 10 de l industrie sidérurgique sont connues de façon très imprécise. Des mesures ne sont pas demandées sur une base régulière par l administration et il n existe pas de méthode normalisée de mesure à l émission en Europe. Des mesures ponctuelles ont été réalisées sur certains émetteurs donnant de premières indications sur les émissions. Des travaux complémentaires sont encore nécessaires pour préciser les émissions de certains émetteurs Ateliers concernés : Filière intégrée : tous les ateliers Filière électrique : tous les ateliers Type d émission : Emissions canalisées, émissions diffuses de procédé, émissions diffuses de plein air (voir synthèse des connaissances annexe 4.4.) Méthode d élaboration des émissions annuelles En l absence de mesures régulières sur les installations, nous préconisons d évaluer les émissions de PM 10 à partir des émissions de poussières totales du site en utilisant : Calcul des émissions de PM 10 (fiche n 9) Précision p> 50 % ou indicateur P3 12

15 DÉCLARATION DES ÉMISSIONS D OXYDES D AZOTE (NOX) Seuil de déclaration : kg/an Introduction : Les oxydes d azote se forment au cours de la combustion. On trouvera donc des oxydes d azote dans les gaz et fumées provenant de tous les procédés faisant appel à ce type de réaction rapide et à haute température (fours, chaudières). Les émissions de NOx sont principalement dues à la combustion des gaz sidérurgiques et des combustibles utilisés au cours du process. Les principaux émetteurs sont l agglomération, la cokerie, les chaudières et les fours de réchauffage. Ateliers concernés : Filière intégrée : cuisson à l agglomération de minerai de fer, cokerie, métallurgie secondaire, laminoirs Filière électrique : four à arc, métallurgie secondaire, laminoirs Type d émission : Emissions canalisées provenant uniquement des fumées process des ateliers (voir synthèse des connaissances annexe 4.5). Méthode d élaboration des émissions annuelles Les émissions de NOx pour un atelier peuvent être estimées ou nécessiter des mesures régulières. Les méthodes de calcul envisageables sont alors les suivantes : Emissions canalisées Calcul du flux à partir de mesures ponctuelles concentration et débit (fiche n 1) Calcul du flux à partir de facteurs d émission (fiche n 2) Calcul du flux à partir de facteurs d émission liés à la consommation de matières premières (Fiche n 10) Filière intégrée électrique Atelier Valeurs guides : facteurs d émission diffuse Nombre d installations Unité Min Max Moyenne étudiées Ecart type agglomération 3 g/t agglo cokerie 3 g/t coke Haut fourneau 3 g/t fonte Aciérie O 2 3 g/t acier Laminoir à chaud 3 g/t acier Aciérie électrique 12 g/t acier Laminoir à chaud 9 g/t acier Pour la filière intégrée, l agglomération et la cokerie ont les émissions spécifiques les plus importantes. Les laminoirs à chaud de l aciérie électrique ont des émissions dispersées liées au process utilisés mais aussi à la taille des installations qui peut être très différente. Précision p> 50 % ou indicateur P3 13

16 DÉCLARATION DES ÉMISSIONS D OXYDES DE SOUFRE (SO 2 ) Seuil de déclaration : kg/an Introduction : Les émissions de SO 2 sont principalement dues à la teneur en soufre des matières premières utilisées (charbons, minerais). Les principaux émetteurs d un site sidérurgique sont, comme pour les NOx, l agglomération, la cokerie, la centrale soufflante et les fours de réchauffage des laminoirs. La filière électrique consomme peu de matières premières soufrées et est un faible émetteur de SO 2 comparé à la filière intégrée. Ateliers concernés : Filière intégrée : cuisson à l agglomération de minerai de fer, cokerie, haut fourneau, aciérie à l oxygène, métallurgie secondaire, laminoirs, centrales thermiques Filière électrique : four à arc, métallurgie secondaire Type d émission : Emissions canalisées provenant uniquement des fumées process des ateliers (voir synthèse des connaissances annexe 4.6). Méthode d élaboration des émissions annuelles Les émissions de SO 2 pour un atelier peuvent être calculées à partir de l analyse des matières premières ou mesurées. Les méthodes de calcul envisageables sont alors les suivantes : Emissions canalisées Calcul du flux à partir de mesures ponctuelles concentration et débit (fiche n 1) Calcul du flux à partir de facteurs d émission (fiche n 2) Calcul du flux à partir de facteurs d émission liés à la consommation de matières premières (Fiche n 10) Filière intégrée électrique Atelier Valeurs guides : facteurs d émission canalisée Nombre d installations Unité Min Max Moyenne étudiées Ecart type agglomération 3 g/t agglo cokerie 3 g/t coke Haut fourneau 3 g/t fonte Aciérie O 2 3 g/t acier Laminoir à chaud 3 g/t acier Aciérie électrique 8 g/t acier Laminoir à chaud 7 g/t acier 1,2 22,9 8,8 7,1 L agglomération et la cokerie ont les émissions spécifiques les plus importantes. Les émissions des aciéries électriques peuvent être très variables selon les process et traitements réalisés dans les ateliers. Précision p> 50 % ou indicateur P3 14

17 ANNEXE 1. SEUILS DE DECLARATION DES POLLUANTS DANS L AIR 15

18 ANNEXE 2. FICHES METHODOLOGIQUES DE CALCUL Fiche n 1 : Tous polluants - Calcul du flux à partir de mesures ponctuelles concentration et débit Fiche n 2 : Tous polluants - Calcul du flux à partir de facteurs d émission Fiche n 3 : Tous polluants - Calcul à partir de mesures en continu concentration et débit Fiche n 4 : Tous polluants - Calcul à partir de mesures en continu de concentration et de mesures ponctuelles de débit Fiche n 5 : Calcul des émissions diffuses de procédé aciérie électrique Fiche n 6 : Calcul des émissions diffuses de procédé aciérie à l oxygène Fiche n 7 : Calcul des émissions diffuses de procédé autres ateliers Fiche n 8 : Calcul des émissions diffuses de plein air Fiche n 9 : Calcul des émissions de PM 10 Fiche n 10 : Calcul des émissions de NOx et SO 2 à partir de facteurs d émission liés à la consommation de matières premières 16

19 FICHE N 1 : TOUS POLLUANTS - CALCUL À PARTIR DE MESURES PONCTUELLES CONCENTRATION ET DÉBIT Méthode classe M Calcul du flux annuel de polluant (kg/an) Les informations disponibles proviennent de mesures ponctuelles généralement réalisées dans le cadre de mesures réglementaires : - Qi : débit de fumée sec exprimé en Nm 3 /h sec 1 - Ci : concentration mesurée exprimée en mg/nm 3 sec 2 - Ti : nombre d heures de marche de l installation relatives à la concentration Ci et au débit Qi Lorsqu il est calculé à partir de mesures ponctuelles, le flux annuel de polluant F exprimé en kg/an peut être établi à partir de la formule suivante : F = i C i Q i T i / 10 6 Le flux évalué sera d autant plus précis que le nombre de mesures réalisées est important. Dans la pratique, l indice i peut varier de 1 (une mesure annuelle) à 12 (une mesure mensuelle). L utilisation de cette méthode dépend alors, quand le nombre de mesures est faible, de la représentativité des mesures par rapport à un cycle de fonctionnement annuel. Le flux annuel émis par le site est la somme des flux émis par toutes les cheminées. 1 Nm 3 : m 3 normalisé ramené aux conditions de pression et température standards (273 K, 1013 hpa) 2 Nm 3 : la concentration et le débit doivent être exprimés aux mêmes conditions de teneur en oxygène 17

20 Evaluation de l incertitude Il existe les incertitudes suivantes pour la méthode : - l incertitude liée à la mesure du débit - l incertitude liée à la mesure de concentration - l incertitude liée au taux de marche étant considérée comme négligeable Ces deux premières incertitudes permettent d évaluer l erreur relative sur une évaluation d un flux d émission ponctuel avec : Er mesure_flux = (Er mesure_débit 2 + Er mesure_conc 2 ) 1/2 Pour tenir compte des différentes mesures réalisées, on évalue l incertitude liée à la reproductibilité de l évaluation du flux dans l année qui suit une loi de Poisson. Les erreurs absolues et relatives sont calculées sur un certain nombre de mesures réalisées dans un atelier avec les formules ci-dessous : Erreur absolue reproductibilité = (t x écart-type)/(n 1/2 ) Où t est la valeur de Student à (n-2) degrés de liberté au seuil de confiance 95% (t = 1,86), N est le nombre de mesures. Erreur relative reproductibilité = erreur absolue/moyenne L incertitude sur un flux de polluant est calculée de la manière suivante, Er signifiant erreur relative : Er flux_annuel = (Er mesure_flux 2 + Er reproductibilité_flux 2 ) 1/2 Un exemple de calcul des incertitudes liées aux mesures (reproductibilité et prélèvement) réalisées entre 1999 et 2000 pour 3 sites est disponible en Annexe 5. 18

21 FICHE N 2 : TOUS POLLUANTS - CALCUL À PARTIR DE FACTEURS D ÉMISSION Méthode classe C Calcul du flux annuel de polluant Certains sites préfèrent calculer les émissions annuelles de polluants à partir de facteurs d émission établis à partir d un historique de mesures. L intérêt de cette méthode, par rapport à la méthode de la fiche n 1, est de permettre, quand les mesures sont rares et entachées d une forte incertitude, de lisser éventuellement les fluctuations dans le temps et d avoir des résultats plus homogènes. Cette méthode est préférable à l utilisation d un facteur d émission par défaut car elle est spécifique au site concerné. Toutefois, dans le cas où une baisse significative des émissions est attendue par les progrès réalisés (modification de process, investissement antipollution), cette méthode ne doit pas être utilisée et l utilisation de mesures récentes est préférable. Le facteur d émission Fe est déterminé à partir de mesures. Pour chaque mesure, il est calculé à partir de la production réalisée pendant la mesure : - Q : débit de fumée sec exprimé en Nm 3 /h sec 2 - C : concentration mesurée exprimée en mg/nm 3 sec 2 - T : durée de la mesure en h - P : P production réalisée pendant la mesure (tonne de production) Q * C * T Fe = P Le site peut alors calculé les émissions de deux méthodes. Fiche 2.1. : Pour chaque mesure d indice i, on conserve le facteur Fei calculé précédemment : - Fei est le facteur d émission indice i en kg/t de production relatif à la production Pi - Pi est la production de l atelier exprimé en tonne relatif au facteur d émission indice i et la production annelle P = i P i Le flux annuel de polluant est calculé de la façon suivante : F = i FePi i Le flux annuel émis par le site est la somme des flux émis par toutes les cheminées. 2 Nm 3 : m 3 normalisé ramené aux conditions de pression et température standards (273 K, 1013 hpa) 2 Nm 3 : la concentration et le débit doivent être exprimés aux mêmes conditions de teneur en oxygène 19

22 Fiche 2.2 : Les facteurs d émission paraissent trop erratiques et un facteur d émission moyen Fe est élaboré à partir des indices Fei : Fe = i Fe i n avec n : nombre de facteurs d émission pris en compte. n dépend du nombre de mesures réalisés sur la période d intégration, cette période ne devant pas dépassée 1 à 2 ans. Selon les sites et les polluants, la période d intégration peut être : - l année passée, - l année en cours. Le flux annuel de polluant est calculé de la façon suivante : F = Fe *P Avec P : production annuelle de l atelier Le flux annuel émis par le site est la somme des flux émis par toutes les cheminées. Evaluation de l incertitude Les incertitudes liées à cette méthode sont : - les incertitudes liées au calcul du facteur d émission Fei, équivalentes à celles liées à l évaluation du flux moyen à partir de mesures (voir fiche n 1), - les incertitudes liées au calcul du tonnage de production qui peuvent être négligées car très faibles comparées aux autres incertitudes. 20

23 FICHE N 3 : TOUS POLLUANTS - CALCUL À PARTIR DE MESURES EN CONTINU DE CONCENTRATION ET DU DÉBIT DE FUMÉES Méthode classe M Calcul du flux mensuel de polluant Certains ateliers, comme les agglomérations de minerai de fer ou les aciéries électriques, sont équipés d un système d autosurveillance des rejets de poussières basé sur une mesure opacimétrique étalonnée et d un dispositif de mesure ou de calcul du débit en temps réel. Dans ce cas, il est possible d évaluer les rejets de poussières en tenant compte de ces mesures qui reflètent fidèlement les variations de marche de l installation. Les informations disponibles proviennent de mesures réalisées sur un intervalle de temps dt. Dans la pratique, avec les systèmes de conduite de procédés actuels, la base de données de mesure est réalisée avec un intervalle de temps de 5 minutes. Calcul du flux Fdt exprimé en kg émis pendant l intervalle dt : - Qdt : débit moyen de fumée sec exprimé en Nm 3 /h sec 3 pendant l intervalle dt - Cdt : concentration mesurée exprimée en mg/nm 3 sec pendant l intervalle dt - dt : intervalle de temps exprimé en minutes Fdt = 60 dt * Cdt * Qdt 6 / 10 Calcul du flux mensuel Fm exprimé en kg : Fdti : flux de polluant pendant l intervalle dti en kg Pm : nombre de calculs valides de flux pour le mois en cours Nm : Nombre d heures de marche de l atelier dans le mois Nm * 60 Fm = Pm * dt Pm i= 1 Fdti Calcul du flux annuel F exprimé en kg : Fmi : flux mensuel de polluant exprimé en kg pour le mois i F = 12 i= 1 Fmi Le flux annuel émis par le site est la somme des flux émis par toutes les cheminées. 3 Nm 3 : m 3 normalisé ramené aux conditions de pression et température standards (273 K, 1013 hpa) 21

24 Evaluation de l incertitude Par rapport à la technique précédente, l erreur relative de reproductibilité disparaît puisque le phénomène est suivi en continu mais l erreur relative sur la concentration est majorée car la méthode de référence est la mesure ponctuelle gravimétrique entachée de sa propre erreur. Les erreurs liées à ce type de mesure dépendent alors de la précision à laquelle l étalonnage peut être réalisé. Il existe les incertitudes suivantes pour la méthode : - l incertitude liée à la mesure du débit, - l incertitude liée à la mesure de concentration par opacimètre, - l incertitude liée au taux de marche étant considérée comme négligeable. Ces deux premières incertitudes permettent d évaluer l erreur relative sur une évaluation d un flux d émission ponctuel avec : Er flux_annuel = (Er mesure_débit 2 + Er mesure_conc_opacité 2 ) 1/2 Et Er mesure_conc_opacité = (Er mesure_conc 2 + Er mesure_étalonnage_opacité 2 ) 1/2 22

25 FICHE N 4 : TOUS POLLUANTS - CALCUL À PARTIR DE MESURES EN CONTINU DE CONCENTRATION ET DE MESURES PONCTUELLES DU DÉBIT DE FUMÉES Méthode classe M Calcul du flux mensuel de polluant Par rapport à la fiche n 3, le polluant est mesuré en continu mais on ne dispose que de mesures ponctuelles du débit de fumées. Une mesure ou une évaluation mensuelle du débit est réalisée. Calcul du flux mensuel Fm relatif au débit de fumées Qm en kg : Cdti : concentration mesurée exprimée en mg/nm 3 sec pendant l intervalle dti dt : intervalle de temps exprimé en minutes Qm : débit moyen de fumée sec exprimé en Nm 3 /h sec 4 pendant le mois m Pm : nombre de mesures valides de concentrations pendant le mois m Nm : nombre d heures de marche de l atelier dans le mois Qm * Nm * 60 Fm = Pm * dt Pm i= 1 Cdti Calcul du flux annuel F exprimé en kg : Fmi : flux mensuel de polluant exprimé en kg pour le mois i F = 12 i= 1 Fmi Evaluation de l incertitude Par rapport à la technique précédente, l erreur sur le calcul du flux instantané peut être plus importante car on ne dispose pas de mesure de débit en temps réel. Il existe les incertitudes suivantes pour la méthode : - l incertitude liée à la mesure du débit, - l incertitude liée à la mesure de concentration par opacimètre, - l incertitude liée au taux de marche étant considérée comme négligeable. Ces deux premières incertitudes permettent d évaluer l erreur relative sur une évaluation d un flux d émission ponctuel avec : Er flux_annuel = (Er 2 mesure_débit + Er 2 mesure_conc_opacité ) 1/2 Et Er mesure_conc_opacité = (Er 2 mesure_conc + Er 2 mesure_étalonnage_opacité ) 1/2 4 Nm 3 : m 3 normalisé ramené aux conditions de pression et température standards (273 K, 1013 hpa) 23

26 FICHE N 5 : CALCUL DES ÉMISSIONS DIFFUSES DE PROCÉDÉ ACIÉRIE ÉLECTRIQUE Méthode classe C Présentation de la méthode pour évaluer les émissions de poussières totales Cette méthode est basée sur des mesures de flux de poussières aux points accessibles (dépoussiéreur et cheminée) et sur un bilan de flux matière. La démarche générale de cette méthode consiste tout d abord à décomposer le procédé en différentes phases (chargement, fusion et coulée dans le cas de l aciérie électrique). Ensuite, les sources, les différents points de captage, les sorties des poussières (canalisées ou diffuses) sont identifiés. Des paramètres, évalués le cas échéant à partir de mesures, sont alors établis afin de fixer le poids de chaque phase en terme d émissions et d efficacité de captage. Les valeurs suivantes sont connues : p la quantité de poussières rejetée à la cheminée Pa, mesurée dans le cadre de contrôles réglementaires (en unité de masse) p la quantité de poussières collectée dans les trémies du filtre Pc, obtenue par pesée (en unité de masse) p les retombées de poussières dans la halle Re (en unité de masse) p α d efficacité du captage primaire (en %) p β d efficacité du captage secondaire (en %) Evaluation des rejets diffus d aciérie électrique P2 = Captées secondaire Ff = rejets diffus R1 = rejets émis dans la halle Pa = rejets atmosphériques P = Emis par le four PF = Poussières entrée filtre Re =retombées P1 = Captées primaire Pc = poussiéres collectées Evaluation des rejets diffus d aciérie électrique pendant la fusion Rejets diffus pendant la fusion Poussières captées par le circuit secondaire Poussières à l entrée du filtre Poussières captées au primaire Rejets émis dans la halle : : Ff = R1 - P2 Re : P2 = β (R1 - Re) : PF = P1 + P2 = Pa + Pc : P1 = Pa + Pc - P2 = Pa + Pc - β (R1 - Re) 24

27 1 α 1 α R1 = ( 1 α)p = P1 = (Pa + Pc + β α α + β( 1 α) Re) De même, pour les rejets diffus d aciérie électrique, pendant le chargement des ferrailles et à la coulée, on peut faire le raisonnement suivant : Evaluation des rejets diffus d aciérie électrique au chargement des ferrailles et à la coulée α = efficacité du circuit primaire = 0 Rejets diffus pendant la fusion : Ff = R1 - P2 Re Poussières captées par le circuit primaire : P1= α P = 0 Poussières captées par le circuit secondaire : P2 = β (R1 - Re) Poussières à l entrée du filtre : PF = P2 = Pa + Pc Poussières captées par le circuit secondaire : P2 = β (R1 - Re) = β (1- α) P - β Re Rejets émis dans la halle : 1 R1 = P = (Pa + Pc β Re) β Calcul du flux annuel de poussières A titre indicatif, les valeurs des différents paramètres peuvent être les suivants : Fusion : α = 0,90 à 0,95, β = 0,85 à 0,98 Chargement et coulée : β = 0,85 à 0,90 Poussières collectées : Pc = 13 à 21 kg/t, Rejets canalisés : Pa = 0,008 à 0,12 kg/t Emission au chargement : P = 150 g/t à 400 g/t d acier Emission à la coulée : P = 50 g/t à 300 g/t d acier Les calculs des flux Ff et Fc sont effectués pour des élaborations représentatives de la production annuelle de l atelier. Le flux annuel émis exprimé en kg/an est obtenu par la formule suivante : P : production d acier liquide de l atelier en t/an Fc : Flux émis lors des chargements et de la coulée en g/t d acier Ff : Flux émis pendant l élaboration en g/t d acier (Ff F = + Fc) * P

28 Calcul du flux annuel d un polluant présent dans les poussières (Pb, Cd) Le calcul du flux annuel d un polluant présent dans les émissions diffuses de poussières nécessite de connaître la teneur de ce polluant dans les poussières émises. Le flux annuel de polluant Fp en kg est calculé selon la formule suivante : X : fraction de polluant présent dans les émissions de poussières diffuses déterminées par mesure (analyse des poussières collectées sur le filtre au cours de campagnes de mesures ou de poussières collectées dans les trémies du filtre secondaire). Fp = F * X Evaluation de l incertitude Il est difficile d estimer les erreurs de ce type de procédure de calcul. On peut cependant la classer dans les méthodes dont l erreur dépasse 50 %. 26

29 FICHE N 6 : CALCUL DES ÉMISSIONS DIFFUSES DE PROCÉDÉ ACIÉRIE DE CONVERSION Méthode classe C Présentation de la méthode pour évaluer les émissions de poussières totales La démarche générale de cette méthode d évaluation des rejets diffus consiste à : - décomposer le procédé en différentes phases (chargement, fusion, coulée), - prendre en compte les différents paramètres d influence ; Evaluation des rejets diffus lors des chargements de fonte et des ferrailles Les différents coefficients pris en compte pour la modélisation des rejets diffus lors des chargements des ferrailles et de la fonte sont présentés dans le tableau et la figure suivante. Evaluation des rejets diffus lors du chargement de la fonte et des ferrailles F = Rejets Diffus Pe = Poussières émises dans le bâtiment Pc = Poussières captage secondaire Pr = Retombées de poussières Ps = Poussières après traitement Pg= Poussières formées 27

30 Nature Dénomination Commentaire Coefficient Influence Ce coefficient caractérise le convertisseur (taille et type) convertisseur Coefficient A Ce coefficient caractérise la fonte et les ferrailles enfournées (quantité et qualité) Coefficient B Ce coefficient caractérise la mise en place de procédure lors du chargement de la fonte. Coefficient C Ce coefficient caractérise l efficacité de l inertage Coefficient a Ce coefficient caractérise l efficacité des opérations permettant de réduire les émissions à la source a = A x (1-B) x (1-C) Coefficient b Ce coefficient caractérise l efficacité du captage secondaire Coefficient g Ce coefficient caractérise le taux des retombées de poussières Valeur Pg Poussières générées lors des chargements de fonte et de ferrailles Calcul Ps Poussières émises après les opérations de traitement (inertage, procédure, convertisseur) Ps = a x Pg Calcul Pr Poussières retombées au sol Pr = g x Ps = a x g x Pg Calcul Pc Poussières captées par le captage secondaire Pc = b x (Ps Pr) Calcul Fc Rejets diffus pendant le chargement Fc = Ps Pc - Pr Evaluation des rejets diffus lors de la décarburation Les différents coefficients pris en compte pour la modélisation des rejets diffus lors de la décarburation sont présentés dans le tableau suivant. Coefficient pris en compte dans le modèle pendant la décarburation Nature Dénomination Commentaire Coefficient b Ce coefficient caractérise l efficacité du captage secondaire Coefficient g Ce coefficient caractérise le taux des retombées de poussières Calcul Ps Poussières émises lors de la décarburation Ps = Ps chargement /3 Calcul Pr Poussières retombées au sol Pr = g x Ps Calcul Pc Poussières captées par le captage secondaire Pc = b x (Ps Pr) Calcul Fd Rejets diffus pendant la décarburation Fd = Ps Pc - Pr 28

31 Evaluation des rejets diffus lors de la coulée Les différents coefficients pris en compte pour la modélisation de la coulée sont présentés dans le tableau suivant. Coefficient pris en compte dans le modèle à la coulée Nature Dénomination Commentaire Coefficient b Ce coefficient caractérise l efficacité du captage secondaire Coefficient g Ce coefficient caractérise le taux des retombées de poussières Calcul Ps Poussières émises lors de la coulée Ps = Pg chargement /5 Calcul Pr Poussières retombées au sol Pr = g x Ps Calcul Pc Poussières captées par le captage secondaire Pc = b x (Ps Pr) Calcul Fco Rejets diffus pendant la coulée Fco = Ps Pc - Pr Calcul du flux annuel de poussières Les calculs des flux Fc, Ff et Fco sont effectués pour des élaborations représentatives de la production annuelle de l atelier. Le flux annuel émis exprimé en kg/an est obtenu par la formule suivante : P : production annuelle d acier liquide de l atelier en t Fc : Flux émis aux chargement en g/t d acier Fco : Flux émis à la coulée en g/t d acier Ff : Flux émis pendant l élaboration en g/t d acier (Ff + Fc + Fco) * P F = 3 10 Le tableau page suivante présente un exemple de calcul réalisé sur différents sites quand la méthode a été élaborée. 29

32 Aciérie Site A Site B Site C Site D Site E Influence Convertisseur coefficient Qualité des ferrailles A coefficient Consignes opératoires B coefficient 40% 80% 70% 50% 70% Inertage C coefficient 50% 0% 0% 0% 0% Efficacité opération a =A*(1-B)*(1-C) 90% 40% 60% 100% 60% Efficacité captage b coefficient 70% 20% 70% 20% 20% Efficacité bâtiment g coefficient 25% 25% 25% 25% 25% Poussières générées Pg g/t.acier Rejets Diffus Chargement Fc g/t.acier Rejets diffus décarbu. Fd g/t.acier Rejets diffus Coulée Fco g/t.acier Rejets diffus total F g/t.acier Les calculs des flux Fc, Ff et Fco sont effectués pour des élaborations représentatives de la production annuelle de l atelier. Le flux annuel émis exprimé en kg/an est obtenu par la formule suivante : P : production annuelle d acier liquide de l atelier en t Fc : Flux émis aux chargement en g/t d acier Fco : Flux émis à la coulée en g/t d acier Ff : Flux émis pendant l élaboration en g/t d acier (Ff + Fc + Fco) * P F = 3 10 Calcul du flux annuel d un polluant présent dans les poussières (Pb, Cd) Le calcul du flux annuel d un polluant présent dans les émissions diffuses de poussières nécessite de connaître la teneur de ce polluant dans les émissions de poussières. Le calcul du flux annuel de polluant Fp en kg est réalisé selon la formule suivante : X : fraction de polluant présent dans les émissions de poussières diffuses déterminées par mesure (analyse des poussières collectées sur le filtre au cours de campagnes de mesures ou de poussières collectées dans les trémies du filtre secondaire). Fp = F * X Evaluation de l incertitude Comme pour l aciérie électrique, il est difficile d estimer les erreurs de cette procédure de calcul. On peut cependant la classer dans les méthodes dont l erreur dépasse 50 %. 30

33 FICHE N 7 : CALCUL DES ÉMISSIONS DIFFUSES DE PROCÉDÉ AUTRES ATELIERS Méthode classe C Présentation de la méthode pour évaluer les émissions de poussières totales Pour les sites intégrés, des émissions diffuses peuvent aussi être comptabilisées au niveau des ateliers suivants : agglomération de minerai, cokerie, haut fourneau. Ces émissions dépendent des procédés utilisés et des technologies de captage mise en œuvre : elles peuvent être différentes selon les sites. L évaluation de ces émissions est réalisée à partir de la production annuelle de l atelier et d un facteur d émission élaboré au cours d une campagne de mesure sur un atelier similaire. Pour un atelier,il peut exister plusieurs sources d émission diffuses d indice i, le flux annuel émis exprimé en kg/an est obtenu par la formule suivante : Fe i : facteur d émission de la source i (kg/t de production) P : production annuelle de l atelier considéré exprimé en tonne 5 F = i Fe P i Le flux annuel du site est ensuite évalué par la sommation réalisée sur l ensemble des émissions diffuses du site. Evaluation de l incertitude Comme pour les autres ateliers, il est difficile d estimer les erreurs de cette procédure de calcul. On peut cependant la classer dans les méthodes dont l erreur dépasse 50 %. 5 : dans la filière intégrée, certains sites ont élaboré pour tous les ateliers des facteurs d émission en tonne d acier, la production à prendre en compte est la production d acier du site. 31

34 FICHE N 8 : CALCUL DES ÉMISSIONS DIFFUSES DE PLEIN AIR Méthode classe C Description de la méthode Les sites évaluant les émissions diffuses de plein air sont les sites côtiers caractérisés par des quantités importantes de matière pulvérulente et pouvant être soumis à des épisodes de vent violent. La méthode d estimation des émissions diffuses de plein air est basée sur les formules de calcul développées par US EPA et répertoriées dans le document AP42. Ces formules évaluent les émissions diffuses pour trois catégories de sources : - le trafic routier sur routes et pistes, - la manutention, - les réenvols de plein air. Emissions fugitives provenant du trafic routier Deux types d émissions de poussières sont possibles : circulation sur routes revêtues, circulation sur pistes. Dans le cas des routes revêtues, l émission par route est une fonction de sept variables : E = f(k,s,w,distar,qté,cuveh) = k*(sl/2)^0.65*(w/3)^1.5*distar*qté/cuveh (kg/mois) avec k : coefficient de correction sans dimension s : pourcentage en masse en poussières fines (<75 µm) L : charge totale en poussière de la route en g/m² W : poids moyen des véhicules en tonnes DistAR : distance aller & retour en km parcourue par le véhicule Qté : quantité de matériaux à transporter dans le mois CuVeh : charge utile du véhicule en tonne La constante k a pour valeur (déterminé par le Midwest Research Institute). Dans le cas des pistes, l émission par piste est une fonction de : E = f(s,s,w,w,d,j,distar,qté,cuveh) E = 1.36*s/12*S/48*(W/2.7)^0.7*(w/4)^0.5*d/j*DistAR*Qté/CuVeh (kg/mois) avec s: fraction de charge en poussières fines (< 75 µm) S: vitesse moyenne des véhicules en m/s w: nombre de roues du véhicule W: poids moyen des véhicules en tonnes d: nombre de jours «secs» dans le mois j: nombre de jours dans le mois DistAR : distance aller & retour en km parcourue par le véhicule 32

35 Qté: quantité de matériau à transporter dans le mois CuVeh: charge utile du véhicule en tonnes Emissions provenant des opérations de manutention Dans le cas des opérations de manutention, l émission est une fonction de trois variables par point d émission : E = f(u,m,q) = * [U/2.2]^1.3*[M/2]^-1.4*Q (kg/mois) avec : U : vitesse moyenne du vent dans le mois (en m/s) M : humidité du produit (en %) Q : quantité de produit travaillé dans le mois (en tonne) Emissions provenant de l érosion éolienne Les quantités de matières premières stockées sur les parcs de stockage (charbons, minerais, ) représentent les émissions diffuses de plein air les plus importantes. La méthode de calcul de l'érosion éolienne proposée consiste à déterminer un potentiel d'émission tenant compte de la vitesse de frottement à la limite de l'envol u(*,t), vitesse pour laquelle la première particule s'envole. C'est une grandeur caractéristique du matériau entreposé qui dépend de sa granulométrie et de l'éventuel traitement que l'on a pu lui faire subir. Le potentiel d'émission calculé quotidiennement tient compte également : de la vitesse maximale du vent relevée quotidiennement, d'un facteur correctif entre la vitesse du vent prise à 10 m du sol et la vitesse du vent à proximité des tas pour tenir compte de la modification de l'écoulement liée à la présence du tas. E = f(m, V, U, U(*,t), S) = (58*m*(V+(U-U(*,t))²)+25*m*(U-U(*,t)))*S (tonne/mois) U(*,t) : Vitesse de frottement à la limite d envol, U(*,i) : Vitesse de frottement au jour i dont le calcul est présenté ci-dessous, m : Nombre de jours où la vitesse de frottement u(*,i) dépasse la valeur U(*,t) U : Vitesse moyenne des U(*,i) quand celles-ci dépassent la valeur de U(*,t), V : Variance des u(*,i) quand celles-ci dépassent la valeur de U(*,t) Afin de tenir compte de la géométrie des tas, des paramètres déterminants dans la quantification des envols, la vitesse de frottement se calcule de la manière suivante : lorsque le rapport entre la hauteur et la base du tas est supérieur à 0,2 : U(*,i) = 0,4*(ln(h/zo)*(Us/Ur)*(U(z,i))*(ln(z/zo)*ln(0,25/zo))^-1 lorsque le rapport entre la hauteur et la base du tas est inférieur ou égal à 0,2 : U(*,i) = 0,4*(U(z,i))/(ln(z/zo)) avec : h : hauteur du tas en mètre z : Altitude de l anémomètre en mètre prise à 10 mètres (valeur par convention) 33

36 zo : Hauteur de la couche limite en mètre Us : Vitesse surfacique du vent (vitesse du vent à 0,25 m de la surface du tas) Ur : Vitesse réelle du vent à 10 mètres d altitude en l absence du tas, et à la verticale du point de mesure de Us U(z,i) : Vitesse maximum du vent relevée au jour i et à l altitude z. Le rapport Us/Ur traduit le fait que les particules ne s envolent pas de la même manière selon leur position sur le tas (pour les sites de Fos et Dunkerque ; Us/Ur = 0.5). Calcul du flux mensuel de polluant Dans la pratique, la mise en œuvre de cette méthode sur un site intégré nécessite la compilation d une base de données importante. C est pourquoi un modèle appelé EFPa (Emissions Fugitives de Plein Air) a été développé pour la profession sidérurgique. Ce modèle intègre des formules réactualisées à partir de travaux de recherche, prenant en compte en particulier les techniques de traitement utilisées pour réduire les réenvols des parcs de stockage. Il est régulièrement remis à jour pour tenir compte de l évolution des installations. Cet outil permet de réduire les erreurs de la base de données et permet d avoir des méthodes d estimation homogènes pour des sites différents. Les sites utilisant ce modèle l appliquent sur une base mensuelle pour calculer un flux mensuel d émission Fm en kg. Le calcul du flux annuel F exprimé en kg est obtenu par la formule suivante : F = 12 i= 1 Fmi Evaluation de l incertitude de mesure Comme pour les procédures relatives aux émissions diffuses de procédés, il est difficile d estimer les erreurs de ce type de procédure de calcul. On peut cependant les classer dans les méthodes dont l erreur dépasse 50 %. 34

37 FICHE N 9 : CALCUL DES ÉMISSIONS DE PM 10 Méthode classe E Calcul du flux mensuel de polluant Les particules fines sont considérées comme une fraction des émissions globales de poussières. La méthode utilisée est une méthode basée sur : - le flux annuel de poussières totales évalué par émetteur et par type d émission, - un pourcentage de PM 10 caractérisant ce flux d émission. Dans l état annuel des connaissances, nous pouvons établir les préconisations suivantes tenant compte pour les émetteurs canalisés des types de dépoussiéreurs : Type d émission dépoussiérage Fepm10 Fraction PM 10 dans les rejets totaux canalisée Filtre à manche 0,90 canalisée électrofiltre Ctot <= 30 mg/nm 3 : 0,95 Ctot > 30 mg/nm 3 : 0,95 - (Ctot 30)/200 Diffuse de procédé - 0,90 Diffuse de plein air - A préciser L estimation des émissions de PM 10 pour les réenvols de plein air nécessite des travaux métrologiques complémentaires. Pour chaque flux annuel de poussières totales Fpt calculé selon les fiches 1 à 7, le flux annuel F exprimé en kg est établi par la formule suivante : F = Fpt * Fepm10 Evaluation de l incertitude Les connaissances actuelles ne permettent pas de calculer l incertitude sur les évaluations réalisées. On peut caractériser cette méthode d une incertitude dépassant 50 %. 35

38 FICHE N 10 : CALCUL DES ÉMISSIONS DE NOX ET SO 2 À PARTIR DE FACTEURS D ÉMISSION LIÉS À LA CONSOMMATION DE MATIÈRES PREMIÈRES Méthode classe C Calcul du flux annuel de polluant Pour les fours de réchauffage ou les chaudières, les émissions de gaz acides (SO 2 et NO x ) peuvent également être calculés à partir de la consommation annuelle en matières premières selon deux méthodes : - Utilisation d un bilan matière - Utilisation de facteurs d émissions liés à la consommation de combustible Le bilan matière est une méthode qui permet, en connaissant les différentes entrées (minerai, carburant et additifs) et les différentes sorties du système (produit fini, fumées) au niveau de leurs compositions, d établir la quantité de polluant (gaz) rejetée. Cette technique nécessite toutefois une connaissance complète des entrées et des sorties ainsi que du process pour pouvoir correctement évaluer les émissions. Par exemple, à l agglomération, 50% du soufre rejeté vient du minerai. Les émissions peuvent également être calculées à partir de la consommation annuelle de combustible (gaz, fuel). Les facteurs d émission utilisés sont soit ceux de la profession, soit ceux donnés dans les guides ou documents de référence, de préférence reconnus et éventuellement validés pour l application prévue, soit ceux du fournisseur de gaz (GDF). Le facteur d émission peut être déterminé à partir d études antérieures ou d analyse des gaz (teneur en soufre par exemple pour le SO 2 ). Il établit un lien entre la consommation annuelle de combustible et son pouvoir calorifique inférieur (PCI) et le flux annuel de polluant émis : - Fei est le facteur d émission indice i en g/gj de chaleur consommée à l entrée de l installation. - PCIi est le pouvoir calorifique inférieur du combustible i exprimé en GJ/t de combustible. - C comb i est la consommation annuelle (exprimée en tonnes) de combustible i relatif au facteur d émission indice i. Le flux annuel de polluant est calculé de la façon suivante : F = Fe i i PCI i C i comb En ce qui concerne le gaz naturel, Il vaut mieux utiliser les consommations d énergie donnée par le fournisseur (en MWh en général sur PCS : pouvoir calorifique supérieur). On distingue le pouvoir calorifique supérieur, noté PCS, où l'eau formée pendant la combustion est condensée à la température T, et le pouvoir calorifique inférieur, noté PCI, où l'eau formée par la combustion est considérée à l'état gazeux à la température T. Le PCI et le PCS sont liés par la relation PCS = PCI + (m/m), où m est la masse d'eau formée, rapportée à l'unité de volume de gaz sec, M la masse molaire de l'eau égale à 18,014 g et (T) l'enthalpie de vaporisation de l'eau à la température T (45,07 kj/mol à 0deg.C). 36

39 Evaluation de l incertitude Les incertitudes liées à cette méthode sont : - les incertitudes liées au calcul du facteur d émission Fei qui doit être réactualisé en fonction des analyses effectuées sur les gaz de combustion mais qui peuvent être négligées. (GDF peut fournir ces valeurs et la connaissance de la composition des gaz de combustion est bonne) - les incertitudes liées au calcul du tonnage de consommation de combustible qui peuvent être négligées. - Les incertitudes concernant les valeurs de PCI retenues qui peuvent être négligées compte tenu des analyses effectuées. P1 pour le SO 2 P2 pour les NOx Exemples de calcul Les exemples ne se référent pas précisément à la sidérurgie. Ils servent à indiquer la démarche à adopter pour le calcul des émissions. SO 2 On considère une installation de combustion qui brûle 5000 tonnes de fioul lourd par an, avec un PCI de 42 GJ/t, le calcul de ses émissions de SO 2 est le suivant : Consommation énergétique = consommation de fioul en tonnes x PCI du fioul lourd = x 42 = GJ Calcul des émissions de dioxyde de soufre = consommation énergétique (en GJ) x facteur d émission du dioxyde de soufre (en kg/gj) = x 0,145= kg de dioxyde de soufre NOx On considère une installation qui brûle knm 3 de Gaz naturel par an, avec un PCI de 38,66 MJ/Nm 3. Le calcul des émissions de NOx est le suivant : Consommation énergétique = consommation de fioul en tonnes x PCI du fioul lourd = *38.66 = GJ = MWh Calcul des émissions de dioxyde d azote = consommation énergétique (en MWh) x facteur d émission du dioxyde d azote (en kg/mwh) = *0.162= kg de dioxyde d azote 37

40 ANNEXE 3. - DESCRIPTION DES PROCEDES DE FABRICATION La fabrication de l acier est réalisée selon deux filières : p une filière intégrée basée sur l utilisation des minerais et qui comporte les principaux ateliers suivants : - cokerie, - agglomération, - haut fourneau, - aciérie de conversion, - laminoirs, - installations de combustion de l usine intégrée brûlant du gaz sidérurgique. p une filière électrique basée sur l utilisation des ferrailles de collecte et qui comporte es ateliers suivants : - aciérie électrique, - laminoirs. Une illustration des procédés de fabrication est présentée ci-dessous. Les paragraphes suivants décrivent le fonctionnement des principaux ateliers 38

41 ANNEXE DESCRIPTION DU PROCÉDÉ : AGGLOMÉRATION Il s agit d un procédé qui permet d effectuer le frittage du minerai fin par passage partiel à l état liquide (à une température maximale de l ordre de 1400 C), puis refroidissement. Il faut distinguer trois phases principales dans le procédé : - préparation de la charge, - agglomération et refroidissement, - broyage et criblage de l aggloméré. Etape 1 : préparation de la charge Les minerais et le combustible solide sont pesés sur bande transporteuse et sont introduits dans un tambour malaxeur. Le mélange est ensuite humidifié afin d accentuer la formation de micro boulettes qui améliorent la perméabilité du lit. Le mélange cru est alors dirigé vers la chaîne d agglomération, qui consiste en une large grille sur laquelle circule le matériau à agglomérer. Etape 2 : agglomération et refroidissement Au départ de la grille, une série de brûleurs à gaz allume le combustible dans le mélange cru. Sous la grille se trouvent les chambres de distribution, aussi appelées boîtes à vent. Un puissant ventilateur aspire l air à travers le lit aggloméré vers les boîtes à vent sur toute la longueur de la grille, propageant ainsi l inflammation du combustible (front de flamme). La température du front de flamme peut atteindre localement 1300 C et crée une chaleur suffisante pour agglomérer les fines particules entre elles et former un mâchefer poreux : l aggloméré. Cette température élevée est aussi responsable de la volatilisation de produits contenus dans le mélange minéral (métaux, sels alcalins, composés organiques). Avant d arriver au bout de la grille, le combustible a été entièrement brûlé et la dernière ou les deux dernières boîtes à vent sont souvent utilisées pour le refroidissement. Etape 3 : broyage et criblage de l aggloméré L aggloméré produit tombe de la grille sous forme d un gâteau qui est cassé par un broyeur. Dans la plupart des installations, l aggloméré passe alors sur un crible à chaud par lequel les fines mesurant moins de 5 mm environ sont séparées et recyclées vers l alimentation en mélange. L aggloméré chaud passe ensuite dans un refroidissoir. Il est refroidi par un courant d air forcé soufflé à travers la couche d aggloméré. L aggloméré refroidi est ensuite transféré vers le haut fourneau. Synthèse des émissions : Les émissions de cet atelier sont de deux types : - des émissions de poussières liées à la manutention des minerais, combustibles ou de l aggloméré (étape 1 et 3), - des émissions de divers polluants liées à la cuisson de l aggloméré (étape 2). 39

42 Les émissions des étapes 1 et 3 sont constituées en quasi-exclusivité de poussières issues d opérations d origine mécanique (cribles, chutes de bande transporteuse, refroidissoir, ). Elles sont captées en de nombreux points et sont transportées vers un ou plusieurs dépoussiéreurs (électrofiltre ou filtre manches) avant d être rejetées à l atmosphère. Il peut exister quelques émissions diffuses de grosses particules selon la technologie des installations, en particulier dans la zone du refroidissoir où de l air est soufflé pour refroidir les installations. Les émissions des fumées de cuisson (étape 2) sont transportées en dépression vers un dépoussiéreur (électrofiltre). Les émissions rejetées comportent des poussières, des gaz acides (SO 2, NOx) et des micro-polluants (PCDD/F, métaux). 40

43 ANNEXE DESCRIPTION DU PROCÉDÉ : COKÉRIE La cokerie a pour fonction de réaliser une pyrolyse lente de charbons particuliers, appelés charbons cokéfiants. Les fours à coke actuels sont des parallélépipèdes rectangles dont les dimensions sont : longueur de 12 à 18 m, hauteur de 4 à 8 m et largeur de 0,4 à 0,6 m. Les fours sont disposés au voisinage immédiat de carneaux portés à haute température par combustion d un gaz. Cette disposition assure la montée en température progressive de la pâte à coke en atmosphère réductrice. Le procédé de cokerie peut être divisé en 4 étapes : manipulation du charbon, opérations de cokéfaction : chargement du charbon, chauffage du four, cokéfaction, défournement du coke, extinction du coke, manipulation du coke et préparation, récupération et traitement du gaz issu du four, avec récupération des sous-produits. Etape 1 : manipulation du charbon Les charbons approvisionnés sont entreposés, puis transportés par convoyeur vers le lieu de préparation où ils sont écrasés et mélangés pour former la pâte à coke. Celle-ci est chargée dans la tour à charbon. Etape 2 : opérations de cokéfaction La pâte à coke est chargée par une enfourneuse dans le four où elle est cuite par la chaleur provenant de la combustion des gaz de piédroits. La cokéfaction peut alors durer de 16 à 20 heures. Le coke est ensuite poussé, par une défourneuse comportant un bélier, à l extérieur du four et tombe dans un wagon à coke. Le coke est ensuite refroidi par aspersion d eau sous une tour de refroidissement, appelée tour d extinction. Etape 3 : manipulation du coke et préparation Après refroidissement, le coke est entreposé pour être ensuite écrasé puis criblé. De façon générale, les petits morceaux sont envoyés vers l agglomération et les plus gros vers le hautfourneau. Etape 4 : récupération et traitement du gaz issu des fours Les gaz issus des fours sont recueillis, refroidis, puis traités dans la zone des sous-produits. Les sous-produits de la cokéfaction sont alors récupérés : goudron, huiles légères (BTEX), sulfures et ammoniac. Sur certaines installations, les eaux ammoniacales sont ensuite incinérées dans un four. Le gaz de cokerie, riche en hydrogène, est utilisé comme combustible dans l usine sidérurgique ou valorisé à l extérieur. 41

44 Synthèse des émissions : Le gaz de four à coke est entièrement épuré et consommé ensuite dans l usine sidérurgique par diverses installations de combustion. Il y a peu d émissions diffuses au niveau de la cokerie (défaut d étanchéité : fuite au tampon, fuite aux portes). Les émissions des étapes 1 à 3 sont captées aux principaux points d émission (broyage et manutention du charbon, chargement du four, défournement du coke, manutention du coke ) et sont transportées vers un ou plusieurs dépoussiéreurs (filtres à manches généralement) avant d être rejetées à l atmosphère. Les émissions de ces installations comprennent principalement des poussières, des composés organiques volatils et des hydrocarbures. L incinération d eau ammoniacale peut être un émetteur de SO 2 et NOx. 42

45 ANNEXE DESCRIPTION DU PROCÉDÉ : HAUT FOURNEAU Le haut fourneau (HF) est un réacteur chimique à contre-courant gaz/solides, dans lequel sont réalisées : la réduction des oxydes de fer, la fusion du fer et de la gangue, la séparation entre le métal (la fonte) et les scories (le laitier). On peut caractériser un HF par son diamètre au creuset. Sur les hauts fourneaux actuels, celuici varie de 8 à 14 mètres. Les principales opérations sont : le chargement des matières premières, la génération du vent chaud dans les cowpers, l exploitation du HF, l injection directe des agents réducteurs, la coulée de la fonte et du laitier, le traitement du laitier (granulation). Etape 1 : le chargement des matières premières L alimentation en charge (minerai de fer, aggloméré et additifs) et en coke s effectue par convoyeur à bande ou à wagonnets (skip), au sommet du HF. L entrée dans le HF se fait par le gueulard qui assure l isolation des gaz du HF de l atmosphère. Etape 2 : les cowpers Ce sont des installations auxiliaires permettant le chauffage des vents. Le cycle opératoire est le suivant : chauffage des cowpers par combustion de gaz jusqu à la température voulue ( C), puis passage de l air ambiant en sens inverse pour être insufflé dans le HF par les tuyères. Pendant la phase de chauffe, les gaz de combustion sont évacués par une cheminée. Etape 3 : le haut-fourneau Il s agit d un système clos dans lequel les matériaux ferreux bruts, les additifs et les agents réducteurs sont alimentés en continu au sommet. Un vent d air chaud, enrichi en oxygène et en agents réducteurs auxiliaires est injecté à la base au niveau des tuyères, créant un contrecourant de gaz réducteurs. Le gaz issu du haut fourneau est un gaz combustible comportant environ 30 % de CO. Il est dépoussiéré et utilisé au niveau des différentes installations de combustion de l usine. Etape 4 : la coulée et le traitement du laitier Le métal liquide et le laitier sont récupérés en bas du HF au niveau du creuset. Le métal liquide est transporté jusqu à l aciérie par rail dans des «poches tonneaux» et le laitier est transformé afin de produire des agrégats ou des boulettes valorisables pour la construction des routes ou en cimenterie. Les gaz des hauts fourneaux sont recueillis au sommet, traités et redistribués dans l usine pour fournir de l énergie pour le chauffage ou la fabrication d électricité. 43

46 Synthèse des émissions : Comme le gaz de cokerie, le gaz HF est entièrement épuré et consommé dans des installations de combustion ou valorisé à l extérieur. Les autres émissions sont observées au niveau du broyage du charbon d injection, de la préparation des charges, de la coulée et de la fonte et de la granulation du laitier. Les émissions sont captées et généralement dépoussiérées par un filtre à manches. Il peut exister quelques émissions diffuses non captées. Les polluants émis sont majoritairement des poussières. 44

47 ANNEXE DESCRIPTION DU PROCÉDÉ : ACIÉRIE DE CONVERSION La conversion de la fonte liquide en acier liquide par de l oxygène se fait dans un convertisseur. Il se présente sous la forme d une cornue garnie du revêtement interne en réfractaire basique. Les convertisseurs ont une capacité de l ordre de 200 t à 300 t d acier liquide. Il s agit d un procédé discontinu que l on peut diviser en 5 étapes : transfert et stockage de la fonte, pré-traitement de la fonte, décarburation et oxydation des impuretés dans le convertisseur, traitement métallurgique secondaire, coulée (continue, ou en lingots). Etape 1 : transfert et stockage de la fonte Le métal chaud est transporté du HF vers l aciérie dans des poches tonneaux (ou cigare ou torpille). Etape 2 : pré-traitement de la fonte Les étapes classiques du pré-traitement de la fonte liquide sont : la désulfuration, la déphosphoration et la désiliciation. En Europe, seule la première phase est communément utilisée. Le procédé de désulfuration se fait le plus souvent avec du carbure de calcium injecté au moyen d une lance et en brassant le métal par insufflation de gaz neutre. Etape 3 : décarburation et oxydation dans le convertisseur Un cycle dans le convertisseur est constitué des étapes suivantes : chargement de la fonte en fusion et de ferrailles, soufflage de l oxygène, coulée en poche pour traitement de mise à nuance. Les gaz produits pendant le soufflage de l oxygène sont traités et stockés afin de servir ultérieurement comme apport d énergie. Le laitier produit est coulé après l acier liquide. Après refroidissement, le laitier est broyé et le fer métallique contenu dans le laitier peut être récupéré par électro-aimant. Etape 4 : la métallurgique secondaire Il s agit de plusieurs traitements qui ont lieu, en poche (chauffée ou non), en atmosphère libre ou sous vide, dans des fours destinés à cet usage : homogénéisation, ajustement de la composition chimique au plus près des valeurs visées (affinage), ajustement de la température pour la procédure de coulée, désoxydation, élimination des gaz indésirables comme l azote et l hydrogène (sous vide), séparation des inclusions non-métalliques. 45

48 Etape 5 : la coulée et la solidification L acier est transporté dans une poche de coulée vers la coulée continue. L acier est coulé dans une lingotière sans fond et solidifié au fur et à mesure de sa descente. Il est ensuite découpé en brames ou blooms par oxycoupage. Synthèse des émissions : Comme le gaz de cokerie et de haut fourneau, le gaz de convertisseur est entièrement épuré et consommé dans des installations de combustion ou valorisé à l extérieur. Les émissions des autres installations (traitement de la fonte, transvasement de la fonte et chargement des convertisseurs, coulée et transvasement de l acier, métallurgie secondaire) sont captées et dépoussiérées par des filtres à manches. Des émissions diffuses peuvent exister en toiture d aciérie, principalement pendant les phases de chargement des convertisseurs. Les polluants émis sont principalement des poussières avec la présence éventuelle de métaux associés selon la nature des ferrailles chargées dans le convertisseur. 46

49 ANNEXE DESCRIPTION DU PROCÉDÉ : ACIÉRIE ÉLECTRIQUE L aciérie électrique élabore de l acier à partir de ferrailles de récupération. Il s agit d un procédé discontinu que l on peut diviser en 4 étapes : stockage des ferrailles, élaboration de l acier au four à arc, traitement métallurgique secondaire, coulée (continue, ou en lingots). Etape 1 : stockage des ferrailles Les ferrailles sont entreposées dans un parc à ferrailles. Elles sont manutentionnées par des grappins ou des électro-aimants pour charger des paniers qui alimenteront le four. Etape 2 : élaboration de l acier au four à arc Un cycle de four à arc est constitué des étapes suivantes : chargement des ferrailles, fusion par arc électrique, coulée en poche pour traitement de mise à nuance. Les gaz produits pendant la fusion sont refroidis et dépoussiérés par un filtre à manches. Les émissions issues du chargement des ferrailles et de la coulée de l acier sont captées par des hottes et dépoussiérées par un filtre à manches. Etape 3 : la métallurgique secondaire Les traitements sont voisins de ceux appliqués à l aciérie de conversion. On distingue de plus des installations destinées au traitement des aciers inoxydables (AOD). Etape 4 : la coulée et la solidification L acier est transporté dans une poche de coulée vers la coulée continue. L acier est coulé dans une lingotière sans fond et solidifié au fur et à mesure de sa descente. Il est ensuite découpé en brames ou billettes. Synthèse des émissions : Le four à arc est la principale installation polluante : les polluants émis étant en majorité des poussières. Selon les process, on observe éventuellement aussi des émissions de micropolluants (PCDD/F, métaux). Des émissions diffuses peuvent exister en toiture d aciérie, principalement pendant les phases de chargement et de coulée des fours à arcs. 47

50 ANNEXE DESCRIPTION DU PROCÉDÉ : LAMINOIRS ET INSTALLATIONS ANNEXES Les laminoirs ont pour objet de mettre à dimension les produits d acier coulé. Ils sont de deux types : p laminoir à chaud, p laminoir à froid. Le laminoir à chaud effectue une première réduction importante d épaisseur nécessitant au préalable un réchauffement des produits à plus de 1000 C à l aide d un four de réchauffage. Le laminoir à froid effectue une deuxième réduction d épaisseur sans réchauffage préalable. Les installations annexes sont principalement des lignes de finition des produits : parachèvement, recuit, revêtement (ligne de laquage, électro-zingage, galvanisation, étamage, ). Les principales émissions atmosphériques des laminoirs proviennent des fours de réchauffage des laminoirs à chaud (voir 7). ANNEXE DESCRIPTION DU PROCÉDÉ : INSTALLATIONS DE COMBUSTION Les installations de combustion de l usine sidérurgique intégrée consomment du gaz sidérurgique (gaz HF, gaz de cokerie, gaz d aciérie) avec éventuellement un complément de gaz naturel. Les principales installations recensées sont : p le chauffage de fours de la cokerie, p le chauffage de l air des cowpers, p les fours de réchauffage des laminoirs, p des centrales électriques ou thermiques. Le mélange de gaz utilisé peut changer en fonction des installations et des disponibilités. Le tableau suivant présente la composition moyenne des gaz sidérurgiques. Synthèse des compositions en % des gaz sidérurgiques Composant Gaz HF Gaz Aciérie Gaz Cokerie CO 20,2 68 5,6 CO 2 22,4 15,1 1,5 H 2 4,0 1,5 62,0 O ,1 N 2 53,4 15,4 2,1 CH Ethylène / Ethane - - 2,9 BTX - - 0,8 Total!Erreur de syntaxe, )!Erreur de syntaxe, )!Erreur de syntaxe, ) Les polluants émis par ces installations sont des émissions classiques d installation de combustion : poussières, gaz acides (SO 2, NOx). 48

51 ANNEXE 4. - DESCRIPTION DES POLLUANTS ÉTUDIÉS ANNEXE PCDD/F Généralités Les polychloro-dibenzo dioxines (PCDD) et les polychloro-dibenzo furanes (PCDF) sont des hydrocarbures aromatiques polycycliques chlorés (HAPC). Comme leur nom l'indique, les dioxines et furanes sont constitués de 2 noyaux benzéniques. Il existe 210 molécules différentes, regroupées en 2 séries de congénères : 75 dioxines et 135 furanes. Les dioxines possèdent 2 atomes d'oxygène, alors que les furanes n'en possèdent qu'un. La grande variété de congénères s'explique par la position et le nombre d'atomes de chlore qui viennent se fixer sur les noyaux benzéniques. 8 Dioxines (PCDD) 75 congénères O 2 7 O 3 Furannes (PCDF) 135 congénères O Parmi les 210 variétés existantes, seuls 17 congénères sont toxiques. Leurs atomes de chlore se trouvent en positions 2, 3, 7 et 8. Pour traduire cette différence de toxicité entre chaque type de dioxine, un Facteur d Equivalence Toxique (FET) a été estimé pour chacun des congénères en comparant, à l'aide de divers tests, l'activité du composé considéré par rapport à celle de la TCDD. Actuellement, 17 congénères sont considérés comme toxiques parmi les 210 isomères et sont donnés dans le tableau suivant. Ce dernier fournit également les coefficients de toxicité actuellement reconnus sur le plan international. On parle d'équivalent toxique international (I- TEQ). 49

52 Facteur d Equivalence Toxique (FET) des PCDD/F (NATO/GMS) Dioxines coefficient de toxicité Furannes Coefficient de toxicité 2,3,7,8-TCDD 1 2,3,7,8-TCDF 0,1 1,2,3,7,8-PeCDD 0,5 1,2,3,7,8-PeCDF 0,05 2,3,4,7,8-PeCDF 0,5 1,2,3,4,7,8-HxCDD 0,1 1,2,3,4,7,8-HxCDF 0,1 1,2,3,6,7,8-HxCDD 0,1 1,2,3,6,7,8-HxCDF 0,1 1,2,3,7,8,9-HxCDD 0,1 1,2,3,7,8,9-HxCDF 0,1 2,3,4,6,7,8-HxCDF 0,1 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD 0,01 1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 0,01 1,2,3,4,7,8,9-HpCDF 0,01 OCDD 0,001 OCDF 0,001 Mécanismes de formation Les recherches ont déterminé 3 voies de formation pour la synthèse des dioxines : formation en phase gazeuse homogène à haute température, formation en phase hétérogène : synthèse «de Novo», formation en phase hétérogène à partir de précurseurs organiques variés. L'importance relative de ces 3 voies de formation est fonction des conditions de combustion. En général, la formation à haute température produit moins de dioxines que les deux autres. La part entre la synthèse de Novo et la synthèse à partir de précurseurs reste encore controversée. Enfin, il est important de savoir que des incertitudes subsistent sur ces processus de formation. La recherche est toujours active dans ce domaine. Formation en phase gazeuse homogène à haute température C'est la voie de formation la plus simple. Toute combustion, avec ou sans flamme, se produisant en présence d oxygène, de carbone, de chlore et d hydrogène, génère de faibles quantités de dioxines. Une source non négligeable de chlore est constituée des matières plastiques et d'autres matières contenant du PVC. Le schéma ci-après présente le processus de formation. 50

53 Formation homogène à haute température MATIERES ORGANIQUES COMPOSES ORGANIQUES AROMATIQUES SOURCE DE CHLORE HCl Cl 2 COMPOSES ORGANIQUES AROMATIQUES CHLORES DIOXINES FURANNES Formation en phase hétérogène : synthèse «de Novo» Cette voie de formation est décrite comme étant le produit de réactions secondaires entre le carbone et l oxygène en présence de chlore à des températures de l ordre de 350 C. Elle résulte du processus d oxydation de carbone et de chlore contenus dans les poussières. Elle nécessite plusieurs conditions précises : oxygène, chlore (organique ou inorganique), métaux de transition = catalyseurs (cuivre essentiellement, fer), température : C. Un des procédés classiques d'épuration des fumées utilisé en incinération a consisté à dépoussiérer les effluent gazeux après refroidissement des fumées, les poussières étant alors captées par un électrofiltre fonctionnant dans la zone de formation «de Novo» des dioxines. L'appareil de filtration réunit alors l'ensemble des conditions nécessaires à la formation de dioxines. Formation en phase hétérogène à partir de précurseurs organiques Les précurseurs constituent un support intermédiaire à la formation de dioxines. Il en existe de nombreux, avec par exemple les composés suivants : propène, composés aromatiques monocycliques sans groupe fonctionnel (benzène), composés aromatiques monocycliques avec groupes fonctionnels (benzaldéhyde, phénol, toluène, etc), composés aromatiques chlorés (chlorophénols, trichlorophénols, etc). Aucun mécanisme réactionnel n'a encore été proposé de façon claire. Des études sont en cours sur le sujet. On sait tout de même que les conditions de formation sont en fonction du type de précurseur. Quelques microgrammes de précurseurs induisent la formation de quelques nano grammes de dioxines. Schématiquement, il faut donc 1000 molécules de précurseurs pour former une molécule de dioxines. Cette voie est notamment impliquée dans la production involontaire de dioxines dans des procédés tels que le blanchiment au chlore. 51

54 Les précurseurs de dioxines Benzène Biphényl Biphényls polychlorés (PCB) OH Cl OH Cl Cl O O Cl Cl Phénol Chlorophénol Diphényléther Diphényléther polychloré PCDPE Synthèse des connaissances dans la sidérurgie Les émissions de PCDD/F nécessitent des réactions à haute température ou moyenne température (supérieures à 300 C) mettant en réaction des atomes de Cl, C, O : c est pourquoi la formation des PCDD/F est limitée aux ateliers de fabrication à chaud de l acier. Parmi ces ateliers, on peut recenser : la cokerie (enfournement, défournement, gaz de cokerie), l agglomération (fumées primaires), le haut fourneau, l aciérie électrique, l aciérie à l oxygène, les installations de combustion brûlant des gaz sidérurgiques. En 2003, l état des connaissances montre que les émissions de la cokerie, du haut fourneau, de l aciérie à l oxygène et des installations de combustion brûlant des gaz sidérurgiques sont très faibles, à la limite du mesurable. Seules l agglomération et les aciéries électriques ont des émissions significatives. Pour ces deux ateliers, des mesures réalisées sur les circuits de dépoussiérage secondaire des installations et au niveau des émissions diffuses des ateliers ont révélé des flux négligeables. Seules les installations suivantes peuvent émettre un flux significatif de PCDD/F : - circuit de fumées de cuisson de l agglomération de minerai, - circuit de fumées primaires du four à arc. 52

55 ANNEXE 4.2. POUSSIÈRES TOTALES (TSP) Généralités Les émissions de poussières peuvent se classer par type d émission et par catégorie. Trois types d émissions peuvent être différenciés : les émissions canalisées, les émissions diffuses de procédés, les émissions diffuses de plein air ou réenvols de plein air. Entre les différents types d émissions, la problématique devient alors essentiellement métrologique car des techniques de quantification spécifiques sont nécessaires par types d émissions. Les émissions canalisées Ce sont les émissions primaires des procédés et les émissions issues des dépoussiérages des halles (émissions secondaires : on ne parle pas d aérosols secondaires qui définissent les poussières générées dans l air par la présence de plusieurs composés qui réagissent ensemble mais bien de poussières issues d un captage secondaire). Ces émissions sont mesurées selon des normes et font l objet sur certains ateliers d une autosurveillance en continu par des systèmes tels que des opacimètres. Presque tous les secteurs de l usine sidérurgique sont concernés par ce type d émission. Les émissions diffuses de procédés Ce sont les émissions résiduelles qui ne sont pas captées par les installations précédentes. Les polluants principalement visés par ces émissions sont les poussières (particules fines en particulier). La plupart des émissions recensées sont liées à l oxydation du fer au moment de certaines opérations (fumées rousses) et on les observe principalement au niveau des ateliers opérant sur du métal liquide : haut-fourneau, aciérie à l oxygène, aciérie électrique. La mesure de ces émissions n est pas normalisée et est difficile à réaliser : mesures en toiture, empoussièrement des zones de travail, grande surface d émission, Aussi, ce type de mesure n est réalisé que de façon ponctuelle et des modèles sont utilisés pour quantifier les flux annuels. Les émissions diffuses de plein air Ce sont les émissions liées aux réenvols des parcs de stockage des matières premières (charbons, minerais), à la manutention, au trafic sur les pistes et routes goudronnées recouvertes de poussières (principalement dans la zone fonte des installations). Comme les émissions diffuses de procédés, ces émissions sont difficiles à quantifier. Un modèle a été développé pour évaluer les émissions de ces installations. Cette estimation porte sur les masses de poussières générées lors d'opérations de transport, de manutention ou lors de l'érosion par le vent. Un logiciel a été développé sur un tableur Microsoft 53

56 Excel à l'aide de formules empiriques établies par le MRI (Midwest Research Institute) dans le cadre de travaux d études pour l US EPA (AP42 dernière version 1998). Un premier bilan après deux années d'utilisation avait montré que le modèle EFPA méritait d'être amélioré au niveau de sa convivialité et de sa souplesse d utilisation et qu il devrait être mieux adapté à chaque site. La prise en compte de ces remarques a nécessité la transformation complète du logiciel au format Excel 5 (sous forme Visual Basic). Cette version a permis également de prendre en compte les dernières formules réactualisées par l EPA. Elle a été remise aux sites de Fos et de Dunkerque au mois de février Chaque année, un bilan des émissions de poussières du site est réalisé. Synthèse des connaissances dans la sidérurgie L industrie sidérurgique est un émetteur important de poussières. Toutes les installations de fabrication à chaud sont concernées que ce soit pour les émissions canalisées ou pour les émissions diffuses de procédé. Concernant les réenvols de plein air, ceux-ci sont moins important dans la filière électrique (pas ou peu de stockage de matières pondérales). Les émissions les plus importantes sont observées sur les sites intégrés côtiers pour lesquelles une méthode de quantification spécifique a été élaborée. 54

57 ANNEXE MÉTAUX (PLOMB, CADMIUM) Généralités Le plomb et le cadmium se trouvent sous la forme d éléments traces dans les matières premières utilisées dans la filière intégrée (quelques ppm). Ces éléments sont des constituants naturels des minerais et charbons. On les retrouve aussi dans les ferrailles qui peuvent être recyclées, l apport principal étant le fait des revêtements qui sont appliqués sur les tôles. Compte tenu de leur point d ébullition plus bas que celui du fer, ces métaux peuvent alors être volatilisés dans les procédés utilisés par les différents ateliers de fabrication d acier à chaud : cokerie, agglomération, haut-fourneau, aciérie à l oxygène. Les métaux émis se condensent dans les fumées au cours du refroidissement, principalement sous forme d oxydes ou de sels. Synthèse des connaissances pour la sidérurgie Les mesures réalisées au niveau des différents ateliers sidérurgiques montrent que les émissions de métaux (plomb, cadmium) sont principalement associées aux ateliers suivants : usine intégrée : agglomération de minerai principalement avec des émissions moindres dans le autres ateliers : cokerie, haut fourneau, aciérie de conversion aciérie électrique. Les émissions sont principalement dues à la volatilisation des métaux au cours des processus d élaboration, c est pourquoi on retrouve ces composés principalement dans les fumées primaires des process. Les techniques d abattement utilisées (filtres à manches, électrofiltres) réduisent fortement les rejets compte pour les émissions de poussières. Les mesures réalisées sur les dépoussiérages secondaires montrent que les émissions de Pb et Cd sont négligeables après filtration. Concernant les émissions diffuses, des émissions significatives peuvent être observées sur certaines installations, en particulier pour les aciéries électriques. Les mesures réalisées jusqu à présent sont encore relativement peu importantes pour avoir une bonne représentativité des émissions du secteur industriel. 55

58 ANNEXE PARTICULES FINES : PM10 Généralités Les particules fines représentent un pourcentage des poussières totales. Le ratio entre poussières totales et particules fines dépend principalement : du procédé de génération des poussières (poussières très fines pour les poussières issues de réaction chimique ou thermique, plus grossières pour les poussières d origine mécanique. du procédé de filtration, les électrofiltres émettant plus de particules grossières que les filtres à manches. Les poussières fines sont produites par voie chimique ou thermique et contiennent souvent des composés actifs. Les particules formées sont d'autant plus petites que la température initiale de formation des vapeurs est élevée et que le refroidissement est brutal. La formation des particules d origine thermique se fait en deux phases : formation des noyaux de condensation, grossissement de ces noyaux. Les vapeurs atomiques émises servent en premier lieu de centres de nucléation. Ensuite, la condensation des métaux par refroidissement s accompagne d une série de réactions gaz-solide complexes où les phénomènes d adsorption sur les surfaces des noyaux jouent un rôle considérable. Ces centres de nucléation vont rapidement s oxyder au contact de l atmosphère pour fournir finalement des particules fines de diamètre 1 µm dont la stabilité dans le temps peut varier d une semaine à un mois. Il convient de souligner l importance des conditions opératoires sur le comportement des éléments traces, parmi lesquels on peut citer les différences de température aux différents points du foyer, le taux d air en excès, le champ de température dans la flamme, le type de réchauffage ou de combustion, etc., qui influent directement sur le pourcentage relatif de poussières à l émission. Métrologie des particules fines à l émission Il n existe pas de norme de mesure à l émission en Europe. Par contre, il existe des normes américaines basées sur la mise en place de cyclones coupant à 10 µm en tête de la ligne de prélèvement. Les travaux de recherche les plus récents en ce domaine montrent que l utilisation d impacteurs en cascade montés à la place des cyclones est la voie de développement la plus intéressante : les impacteurs comportent plusieurs dispositifs de sélection granulométrique permettant d accéder au profil granulométrique des émissions, le diamètre de coupure des impacteurs est mieux maîtrisé sur le plan théorique que celui des cyclones dont les dimensionnements sont essentiellement empiriques : des résultats plus précis sont attendus. La sidérurgie a démarré en 1999 des travaux métrologiques et de quantification des principaux émetteurs. Les connaissances actuelles sont encore incomplètes mais permettent d avoir une première estimation des émissions de particules fines des installations sidérurgiques. 56

59 Synthèse des connaissances sur les émissions La synthèse des connaissances résulte du protocole de R&D développé depuis Il n existe pas de méthode normalisée pour mesurer la concentration en PM10 d une installation. Aussi, une méthode vient d être mise au point et validée par le LECES. Elle consiste en un prélèvement manuel avec un impacteur en cascade, comportant 4 tranches granulométriques. Elle permet de calculer la proportion de PM10 contenue dans les poussières totales. Des mesures ont été réalisées avec cette méthode sur différents sites sidérurgiques, dans différents ateliers, dans le cadre d émissions canalisées et diffuses. Les résultats obtenus sont détaillés dans le tableau suivant. Atelier Agglomération primaire A Agglomération primaire B Agglomération Secondaire (locaux) Aciérie électrique primaire Aciérie à l oxygène Dépoussiérage halle Haut-fourneau assainissement Type de dépoussiérage REJETS CANALISES Electrofiltre Electrofiltre Pourcentage massique PM10 (%) Electrofiltre Filtre à manches Filtre à manches REJETS DIFFUS DE PROCEDE Aciérie à l oxygène Cokerie Fuites aux portes Les résultats obtenus jusqu à présent montrent que : pour la majorité des rejets canalisés, en particulier après filtre à manches, les rejets sont en quasi-totalité inférieurs à 10 µm, pour les électrofiltres, la granulométrie des rejets dépend de l efficacité de captage et des réenvols de poussières collectées sur les plaques qui peuvent contenir des agglomérats. En particulier, pour le primaire des agglomérations de minerai, les travaux réalisés ont montré que la proportion de PM10 pouvait être de 60 % quand les rejets sont de l ordre de 100 mg/nm 3 et atteindre 95 % quand les rejets sont de l ordre de 30 mg/nm 3. Une régression linéaire reliant ces deux points peut être conçue pour tenir compte des situations intermédiaires. Pour les rejets diffus, le nombre de mesures réalisées est faible mais les résultats montrent qu en tendance, en particulier pour les émissions diffuses d aciérie, les particules fines sont majoritaires. 57

60 Dans l état actuel des connaissances, la méthode d évaluation suivante pourrait être proposée : Type d émission dépoussiérage Fepm10 Fraction PM10 dans les rejets totaux canalisée Filtre à manche 0,90 canalisée électrofiltre Ctot <= 30 mg/nm 3 : 0,95 Ctot > 30 mg/nm 3 : 0,95 - (Ctot 30)/200 Diffuse de procédé - 0,90 Diffuse de plein air - A préciser Pour les émissions diffuses de plein air, des investigations sont nécessaires pour connaître la fraction des PM 10 dans les différents types d émissions recensées. Ce pourcentage connu, la méthode pourra s appliquer selon le même principe. 58

61 ANNEXE OXYDES D AZOTE On appelle Oxydes d azote (NO X ) l ensemble des deux gaz : NO monoxyde d azote et NO 2 dioxyde d azote Le premier de ces gaz (NO), qui se forme à haute température, est instable et finit à la longue par s oxyder pour donner NO 2. C est la raison pour laquelle on les considère ensemble, et que l on exprime leur teneur en équivalent NO 2. Les sources d'émissions Origine Les oxydes d azote se forment au cours de la combustion. On trouvera donc des oxydes d azote dans les gaz et fumées provenant de tous les procédés faisant appel à ce type de réaction rapide et à haute température (fours, chaudières, moteurs thermiques), ainsi que dans certains procédés de fabrication (élaboration d acide nitrique, fabrication d amines, etc). Quantitativement, le principal producteur de NO X est le transport automobile et routier. Dans les pays industriellement développés, le transport participe à hauteur de 50 % environ au total des quantités d oxydes d azote émises dans le cadre des activités humaines. Les autres 50 % se partagent entre les centrales thermiques et l ensemble des industries lourdes (chimie, sidérurgie, métallurgie des non-ferreux, etc ). Ces données varient toutefois selon les pays et les années. En France, du fait de la très faible production française d énergie électrique à partir d énergie fossile et de biomasse, le pourcentage du transport atteint 48% (source CITEPA/SECTEN 2004). Les NO X sont considérés comme ayant un impact important sur l environnement : ils contribuent à la formation des pluies acides préjudiciables aux écosystèmes, ils participent à la pollution photochimique et à la formation d ozone troposphérique et participe indirectement à l accentuation de l effet de serre. ils favorisent les affections pulmonaires. Processus de formation des oxydes d'azote Contrairement aux oxydes de soufre qui sont intrinsèquement liés à la teneur en soufre du combustible utilisé, la quantité d oxydes d azote générée lors d une combustion, tout en dépendant, dans une certaine mesure, du combustible utilisé, est également fonction des conditions dans lesquelles s effectue la combustion. Il n y a donc pas de relation univoque entre les émissions d oxydes d azote et le combustible. Tout au plus, peut-on, quand on a une bonne connaissance d un procédé donné, formuler un facteur d émission, qui servira, entre autres, de référence de base aux progrès et aux diminutions des émissions d'oxydes d azote qui pourraient être obtenues par des recherches et mises au point ultérieures. 59

62 Facteurs d'émission des oxydes d'azote (exprimés en g équivalent NO 2 /GJ énergie entrante PCI) pour les grandes installations de combustion, applicable au calcul de la TGAP [Doc. Ministère de l'environnement] Combustible Puissance thermique entrante < 50 MW (th) 50 à 100 MW (th) 100 à 300 MW (th) > 300 MW (th) Fioul lourd Fioul domestique 100 non applicable non applicable non applicable Gaz naturel non applicable On distingue généralement trois processus de formation des oxydes d azote au cours d une combustion : le NO précoce ou prompt NO, qui se forme à partir d azote moléculaire dans le front de flamme (phénomène marginal); le NO thermique, qui se forme par combinaison de l azote et de l oxygène de l air ; le NO combustible, qui se forme à partir d'azote contenu initialement dans le combustible. Le prompt NO Le NO précoce est formé, dans le front de flamme, par attaque du N 2 de l air par des radicaux hydrocarbonés pour donner HCN et NH. Deux réactions types sont : N 2 + CH HCN + N N 2 + CH 2 HCN + NH Les radicaux ainsi formés peuvent contribuer à la formation de NO. La quantité de prompt NO est toujours très petite par rapport aux deux autres, et c est donc sur les deux autres processus de formation que portent, essentiellement, tous les efforts faits pour la compréhension des phénomènes concernant la formation et la limitation des oxydes d azote. Les NO X thermiques Ce sont essentiellement des NO. Leur formation à partir de l azote et de l oxygène de l air est connue sous le nom de mécanisme de Zeldovich. La réaction globale s écrit : N 2 + O 2 2 NO En fait, N est attaqué : soit par de l oxygène atomique O provenant de la dissociation de O 2 ; soit par le radical OH provenant de la dissociation de H 2 O. En conclusion, on retiendra que la formation des NO thermiques est fonction de : la teneur en O 2 et du niveau de température de la zone où se fait la réaction; du temps de séjour dans cette zone. 60

63 Pour fixer les idées, une augmentation de 50 K se traduira, à temps de séjour égal, par, au minimum, un doublement de la quantité de NO. Les NO X combustibles Les NO X combustibles se forment à partir de l azote contenu dans les combustibles solides et liquides. L azote est dans ces combustibles lié avec des atomes de carbone ou d hydrogène. Lors de la combustion, il commence par se dégager sous forme de molécules azotés de faible poids moléculaire (NH 3 ) ou de radicaux libres (NH 2, NH, HCN, CN), qui jouent un rôle de précurseur dans la formation de NO. Les liaisons de N avec ces autres éléments, auxquels il est associé, sont des liaisons relativement faibles et, en tout cas, plus faibles que celle qui le lie à lui-même dans N 2. En conséquence, la formation du NO combustible se fera même à des températures limitées. Par contre, cette formation nécessite la présence d oxygène en excès dans la zone réactionnelle. On appelle taux de conversion, la masse d azote «N» contenue initialement dans le combustible rapportée à la masse de «N» que l on trouve sous forme de «NO X». Ce taux de conversion varie entre 25 et 75 %. C est une notion difficile à manier, car rien ne différencie, évidemment, les NO X d origine combustible, des NO X d origine thermique. Par contre, dans un foyer donné, la modification, en plus ou en moins, de la teneur en azote du combustible utilisé se traduit immanquablement par une variation de la teneur en NO X dans les fumées. À titre d illustration, la teneur en azote des combustibles s étage généralement : pour les combustibles liquides entre 0,25 et 0,9 %, pour les charbons: entre 1,2 et 1,6 %. Pour les combustibles gazeux, lorsque l azote est associé sous forme de N 2 (gaz naturel de Groningue, par exemple), tout se passe comme s il s agissait de NO x thermiques, car le gaz azote introduit avec le combustible n est pas différent de celui introduit avec l air de combustion. Par contre, lorsque l azote est associé sous d autres formes (NH 3 par exemple), on trouve un type de formation similaire à celui décrit ci-dessus pour la formation des NO x combustible Synthèse des connaissances dans la sidérurgie Les NO x proviennent essentiellement de la réaction entre l oxygène et l azote dans la flamme de combustion. Cette formation est fortement liée aux pointes de température et à la concentration en oxygène dans la flamme. Les températures dans le front de flamme du lit d agglomération (aux alentours de C) entraînent, de manière inhérente, la formation de NO x. Ces émissions en sortie de l unité d agglomération sont principalement composées de NO x combustibles provenant du combustible (jusqu à 80 %), et dans une moindre mesure, de NO x thermiques. La chaleur nécessaire au processus de cokéfaction est fournie par la combustion de combustibles gazeux dans des chambres dites «de combustion». C est cette combustion qui est l origine des deux polluants atmosphériques principaux de la cokerie, à savoir les oxydes de soufre et d azote. Indirectement, les émissions de NO x sont également liées aux combustibles utilisés (gaz de hauts-fourneaux et de cokerie), à la durée de cokéfaction, au type de charbon utilisé et aux dimensions du four à coke. 61

64 Les chaudières génèrent majoritairement des NO x thermiques dont la formation est liée principalement à : - la température de la flamme, - les conditions de mélange du combustible et de l air de combustion, - les conditions atmosphériques : une augmentation du taux d humidité dans l air de combustion permet de réduire la formation des NO x. Les NO x générés par les fours de réchauffage sont composés à la fois de NO x combustibles et de NO x thermiques. La formation des NO x est limitée aux ateliers de fabrication à chaud de l acier. Parmi ces ateliers, on peut recenser : la cokerie (chauffage des fours), l agglomération (fumées de cuisson), l aciérie électrique (four à arc), les installations de combustion brûlant des gaz sidérurgiques (les fours de réchauffage, les chaudières et les torchères). Les émissions sont uniquement liées aux flux primaires et canalisés des installations, il n y a pas de NOx en quantité significative, voire mesurable, dans les dépoussiérages secondaires des installations ni dans les émissions diffuses. 62

65 ANNEXE OXYDES DE SOUFRE Généralités Les oxydes de soufre que l on trouve dans les gaz de combustion (fumées), proviennent du soufre contenu dans les combustibles. Considérés, du point de vue de la protection de l environnement, comme des polluants majeurs, ils sont, en particulier, rendus responsables de l acidification de certains sols et lacs et du dépérissement des forêts. Origine des oxydes de soufre Les combustibles solides, charbons et lignites, ont des teneurs en soufre (S) très variables, comprises généralement entre 0,4 et 4 % en masse, mais on peut également trouver, exceptionnellement, des charbons dont la teneur en soufre dépasse ces valeurs extrêmes. Le charbon de Gardanne en France était un exemple de charbon à teneur en soufre élevée (4 %). Les combustibles issus du pétrole ont des teneurs en soufre également très variables. La teneur en soufre est d ailleurs, dans leur cas, une des caractéristiques essentielles retenues dans les spécifications administratives et commerciales. C est ainsi que l on distingue parmi les combustibles liquides lourds (% en masse) : les fiouls TTBTS (très basse teneur en soufre) S < 0,55 % les fiouls TBTS (basse teneur ensoufre) S < 1 % les fiouls BTS (moyenne teneur en soufre) S < 2 % les fiouls HTS (haute teneur en soufre) S < 4 %. On peut également trouver des combustibles liquides avec S > 4 % en masse, mais il s agit alors de produits qui proviennent de procédés de raffinage très spécifiques qui ne sont pas, en général, commercialisés en dehors des raffineries de pétrole. Citons également le coke de pétrole, produit solide, provenant d une conversion très poussée du pétrole brut, dont la teneur en soufre peut, dans certains cas, atteindre 6 %. Les combustibles liquides plus légers sont généralement soumis à des réglementations qui imposent de ne pas dépasser un certain niveau de teneur (en masse) en soufre : fioul domestique S 0,3 % gazole carburant S 0,05 % (6) essence carburant S 0,05% (1). Les combustibles gazeux comportent également, au moins initialement, du soufre. Ce soufre se trouve sous forme d hydrogène sulfureux (H 2 S), gaz dangereux et très odorant. Dans la plupart des cas, H est extrait du combustible avant transport et utilisation. C est ainsi que le gaz naturel de Lacq contient lors de son extraction 15 % en masse de H 2 S. (6) Valeurs à la date de rédaction. Des discussions sont en cours au sein de l Union européenne pour diminuer ces valeurs avec à terme, un objectif de 50 p.p.m. en

66 Après traitement, la teneur en soufre des gaz naturels distribués par les réseaux, qui doit être inférieure à 30 mg/nm 3 est, dans la pratique, inférieure à cette valeur. Les autres combustibles gazeux que l on peut trouver dans l industrie, gaz de haut-fourneau sidérurgiques, gaz de cokerie, gaz de raffinerie, gaz issus de procédés industriels, peuvent également contenir du soufre sous différentes formes (mercaptans, H 2 S, ) On retiendra, pour ce qui nous concerne ici, que, lorsque l analyse du combustible est connue, on connaît exactement la quantité de SO 2 contenue dans les fumées, sauf pour les combustibles solides très cendreux pour lesquels une partie du soufre peut se retrouver dans les cendres. SO X (SO 2 et SO 3 ) Le soufre contenu dans le combustible se transforme durant la combustion, qui s effectue, dans le cas le plus général, à haute température en SO 2 suivant la réaction : S + O 2 SO 2 En présence d oxygène, une petite partie de ce SO 2 se transforme, ultérieurement, en SO 3, suivant la réaction : SO 2 + ½ O 2 SO 3 L'oxydation du SO 2 en SO 3 est favorisée par les basses températures ; elle est, de ce fait, assez lente et le taux de transformation est faible : de l ordre de 1 à 2 % en masse. Dans certains cas, temps de séjour très long, présence d éléments catalyseurs tels que le vanadium, ce taux peut atteindre 4 à 5 % en masse. C est le cas, en particulier, lorsque les fumées subissent un traitement de dénitrification (élimination des NO X ) par voie catalytique. Synthèse des connaissances dans la sidérurgie Le bilan réalisé sur les émissions de SO 2 dans la sidérurgie montre que les principaux émetteurs du site sont, comme pour les NOx, l agglomération (fumées de cuisson), la cokerie, la centrale soufflante et les fours de réchauffage des laminoirs (métallurgie secondaire pour les aciéries électriques également mais comparé à la filière intégrée, la filière électrique est un faible émetteur). Quelque soit le procédé mis en œuvre, la formation du SO 2 est directement liée à la teneur en soufre des combustibles. Les deux installations représentant la majorité des émissions de soufre émises par un site intégré sont l agglomération et la ligne de traitement des gaz à la cokerie. Les émissions sont uniquement liées aux flux primaires et canalisés des installations, il n y a pas de SO 2 en quantité significative, voire mesurable, dans les dépoussiérages secondaires des installations ni dans les émissions diffuses. 64

67 ANNEXE 5. EXEMPLE DE CALCUL D INCERTITUDE Les incertitudes liées aux mesures (reproductibilité et prélèvement) ont été calculées pour 3 sites à partir de mesures réalisées entre 1999 et 2002 et sont présentées dans le tableau cidessous. Les valeurs sont exprimées en pourcentage. Calcul du flux annuel de PCDD/F Site Site A Site B Site C Nombre de mesures Er mesure débit Er mesure conc Er mesure flux Er repro flux Er flux annuel Calcul du flux annuel de Pb ou Cd Site Site A Site B Site C Nombre de mesures Er mesure débit Er mesure conc Pb/Cd Er mesure Flux Pb/Cd Er repro Flux Pb/Cd Er flux annuel Pb/Cd à 30 32/32 71/32 80/ /30 40/40 33/53 50/ /30 40/40 * * Calcul du flux annuel de poussières totales Site Site A Site B Site C Nombre de mesures Er mesure débit Er mesure conc Er mesure flux Er repro flux Er flux annuel à