Annexe Les modèles utilisés I. Estimation de la production de biogaz : le code de calcul Eper Le code de calcul Eper [Ademe, 00] a été réalisé par l Ademe pour les exploitants de centres de stockage de déchets afin d estimer les rejets de polluants vers l atmosphère dans le cadre du registre européen des émissions de polluants. Pour notre étude, il a servi à estimer la production de biogaz. A chaque masse de déchets est affectée une production de méthane selon son âge et sa catégorie : ordures ménagères ou déchets industriels banals. En effet, ceux-ci n ont pas la même biodégradabilité et par conséquent ne produisent pas le même volume de CH 4 pour la même masse. Les hypothèses quant à la production annuelle de méthane en m 3 /t de déchets selon leur âge et leur catégorie sont les suivantes [Ademe, 00] : Classe d âge OM DIB 1 à 5 ans 6,6 3,3 6 à 10 ans 3,4 1,7 10 à 0 ans 1,8 0,9 0 à 30 ans 0,8 0,4 Plus de 30 ans 0 0 Pour obtenir la production de méthane par l exploitation pendant une année, il suffit d ajouter les productions de chaque «lot» de déchets selon son âge et sa catégorie. Ensuite, la production de biogaz totale est obtenue en supposant le taux de méthane dans le biogaz constant et égal à 0,5, c est-à-dire en multipliant la production de méthane par. Les paramètres de ce modèle sont donc uniquement le taux d acceptation des déchets en t/an et la répartition OM/DIB.
II. Modele de dispersion atmospherique : Screen 3 Ce modèle de screening [US-EPA, 1995] a été utilisé pour modéliser la dispersion des polluants émis dans l atmosphère, soit provenant de la combustion du biogaz capté, soit provenant du biogaz non capté, et déterminer leur concentration à une distance déterminée du site. 1. Mode de calcul C est un modèle de type gaussien, il détermine la vitesse du vent et la classe de stabilité qui donnent lieu aux concentrations maximales. Ce modèle suppose qu il n y a ni déposition lors du transport ni réaction des polluants. L équation de base des modèles gaussiens est la suivante : C( x, y, z) Q y exp πuσ zσ y σ y exp ( z H ) ( z+ H ) + exp = z z σ σ C = concentration de polluants au point x,y,z (M/L -3 ) Q = débit de la source de polluants en (M/T -1 ) u = vitesse moyenne du vent (L/T -1 ) σ y = écart-type de la distribution horizontale de turbulence (L) σ z = écart-type de la distribution verticale de turbulence (L) H = hauteur effective de la source de polluants (L). Choix du modèle Les modèles gaussiens fournissent des résultats compétitifs par rapport à des modèles plus sophistiqués sur des terrains sans relief important. Par ailleurs, ils ont l avantage de ne demander que peu de données. Parmi ces données, figurent pour la plupart des modèles la direction et la vitesse de vent ainsi que la stabilité. Le choix du logiciel Screen 3 a été guidé par le fait qu il détermine les conditions de vent et de stabilité les plus défavorables et
restitue la concentration correspondante. Dans le cas de notre scénario générique et compte tenu de la variabilité des conditions atmosphériques sur le territoire français, ceci était intéressant. Les résultats obtenus avec ce modèle sont donc des surestimations des concentrations réelles d une part car les habitations ne sont pas tous les jours sous la direction du vent et d autre part car les conditions (vitesse et stabilité) sont variables. Dans le cas d une évaluation de risques sur un site donné, l Ineris recommande d utiliser d autres modèles comme ISCLT3, AERMOD,... [Ineris, 003] 3. Les classes de stabilité Le phénomène de turbulence dans l atmosphère peut avoir deux origines : mécanique (lié à la vitesse du ven ou thermique (lié au rayonnement et à la nébulosité). En fonction des valeurs associées à ces paramètres, la stabilité atmosphérique est représentée par six classes : Classe A : Très fortement instable Classe B : Très instable Classe C : Instable Classe D : Neutre Classe E : Stable Classe F : Très stable Ainsi, l atmosphère sera neutre par vent fort (D) tandis que l instabilité sera associée à un vent faible et une énergie thermique près du sol disponible (A, B ou C). Dans les autres cas, l atmosphère sera stable (E ou F), par exemple la nuit. Remarque : Dans Screen 3, les classes de stabilité sont numérotées de 1 à 6. III. Modele de dispersion dans les eaux souterraines : Misp Ce logiciel [Guyonnet, 001], conçu par le Brgm pour estimer l impact de sources de pollution sur les eaux souterraines, a été utilisé pour déterminer la concentration en polluants dans la nappe au niveau du captage à partir de l infiltration d eau polluée dans le sol au niveau de la décharge.
Ce modèle a été employé auparavant pour définir les critères d acceptabilité dans les centres de stockage de déchets inertes [Guyonnet, 000]. 4. Mode de calcul Ce modèle est un modèle analytique qui combine le transport vertical dans le sol puis le transport dans la nappe. Il a la particularité de ne pas considérer de couche de mélange dans la nappe à l aplomb de la zone source. Ce modèle est fondé sur l hypothèse d un milieu poreux. Le transport est régi par les phénomènes de convection et diffusion-dispersion, il est possible de prendre en compte par ailleurs la biodégradation des substances et l adsorption de la substance sur la matrice par l intermédiaire d un facteur de retard. Les équations de base sont : pour la migration verticale c( c( c( i θd = Rθ Rθλc( z z t c( = concentration à la profondeur z dans la couche et au temps t (M/L 3 ) i = infiltration verticale (L 3 /L T -1 ) θ = teneur en eau volumique D = coefficient de diffusion-dispersion (L /T) R = facteur de retard dans la zone non saturée λ = constante de décroissance de premier ordre dans la couche (T -1 ) pour le transport dans la nappe R C C D C D C D C a φ = q + φ x + φ y + φ z RaφλaC+ M t x x y z
C = concentration dans l aquifère au point x,y,z et au temps t (M/L 3 ) φ = porosité de l aquifère D x = coefficient de diffusion-dispersion longitudinale dans l aquifère (L /T) D y = coefficient de diffusion-dispersion horizontale-transverse (L /T) D z = coefficient de diffusion-dispersion verticale-transverse (L /T) R a = facteur de retard dans l aquifère λ a = constante de dégradation dans l aquifère (T -1 ) M = flux massique à la surface de la nappe (M/T) Le coefficient de retard est calculé par la formule suivante : R =1 + Kd Bd φ : Kd = coefficient de partage eau-sol (L 3 /M) Bd = densité apparente :ρ (1-φ) (M/L 3 ) φ = porosité 5. Choix du modèle Les modèles numériques permettent de prendre en compte les hétérogénéités du milieu naturel, cependant dans notre cas, un modèle analytique était suffisant étant donné que l approche utilisée était un scénario générique. Par ailleurs, il aurait aussi été impossible dans notre étude de prendre en compte des réactions chimiques, trop dépendantes des conditions du milieu. IV. Calcul de dilution dans l eau de surface Le calcul effectué est très simplifié, en effet, il consiste juste en une dilution du flux de polluants dans le cours d eau. Celle-ci est supposée effectuée au point de captage.
L équation utilisée est donc la suivante : q c C= avec q négligeable devant Q Q C = concentration de polluants au point de captage (M/L 3 ) Q = débit du cours d eau (L 3 /T) c = concentration de polluants dans les lixiviats rejetés dans l eau de surface (M/L 3 ) q = débit des lixiviats rejetés dans l eau de surface (L 3 /T) Ce calcul de la concentration dans l eau de surface a été utilisé pour vérifier que la voie pénalisante est la contamination de l eau souterraine (cf. annexe 3). V. Références Ademe. Outil de calcul des émissions de polluants atmosphériques issues des CSD ou décharges dans le cadre de la décision Eper; 00. Guyonnet D. European Landfill Directive. Workshop on "limit setting for environmental protection around landfills". Results of impact assessment modelling : Brgm; 000. Technical note EPI/SIS/DG/000/67. Guyonnet D. Misp_v1. Un modèle analytique pour estimer l'impact de sources de pollution sur les eaux souterraines. Guide d'utilisation ; 001. Rapport Brgm RP-51039-FR. Ineris. Evaluation des risques sanitaires liés aux substances chimiques dans l'étude d'impact des installations classées pour la protection de l'environnement. Guide méthodologique; 003. US-EPA (United States Environmental Protection Agency). Screen3 Model User's guide; 1995. EPA-454/B-95-004.