DISPERSION ATMOSPHERIQUE DES REJETS DU SITE SVPR à SAINTE-MARGUERITE (88) Ce document a été réalisé en collaboration avec APAVE Alsacienne SAS 3 rue de l Euron BP 21055 Maxeville 54522 LAXOU Cedex Références internes : Relation : 8816647 Dossier : 123219
1 SOMMAIRE INTRODUCTION 2 I DONNEES RELATIVES AU SITE 3 I.1 Données météorologiques 3 1.1 Généralités 1.2 Données nécessaires a la modélisation de la dispersion atmosphérique I.2 Données topographiques 7 I.3 Données relatives au poste d enrobage 7 3.1 Fonctionnement 3.2 Emissions II DISPERSION DES REJETS DU SITE 9 II.1 Modélisation 9 1.1 Présentation du logiciel utilisé 1.2 Détermination des concentrations de polluants dans l air inhalé II.2 Incertitudes de la modélisation 10 LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Tableau 2 : Tableau 3 : Tableau 4 : Tableau 5 : Températures moyennes mensuelles ( C) Hauteurs moyennes mensuelles des précipitations (en mm) Production mensuelle (tonnes) Caractéristiques des sources Concentrations maximales dans l air LISTE DES FIGURES Figure 1 : Extrait de la carte IGN du secteur étudié Figure 2 : Distribution des forces de vents et Distribution des classes de stabilité Figure 3 : Rose des vents générale (années 2009-2010-2011) LISTE DES ANNEXES Annexe : Cartographies des résultats
2 INTRODUCTION Dans le cadre d une évaluation des risques sanitaires générés par un poste d enrobage exploité par la Société Vosgienne de Produits Routiers (SVPR), APAVE a été sollicité pour réaliser la modélisation des rejets atmosphériques de ce poste pour les paramètres suivants : Composés organiques volatils hors méthane (COVHM), Dioxyde de soufre (SOx), Dioxyde d azote (NOx), Monoxyde de carbone (CO), Poussières. Le présent rapport rend compte des résultats obtenus pour la modélisation de la dispersion atmosphérique de ces polluants.
3 I - DONNEES RELATIVES AU SITE L installation se situe dans le département des Vosges, sur la commune de Sainte-Marguerite, commune limitrophe de Saint-Dié-des-Vosges. La commune est située au confluent des vallées de la Meurthe et de la Fave, le relief y est peu marqué. Le poste d enrobage prend place dans une ballastière, en rive gauche de la Meurthe. L altitude moyenne du site est de l ordre de 362 mngf. I.1 Données météorologiques I.1.1 - Généralités Figure 1 : Extrait de la carte IGN du secteur étudié Le climat des Vosges est un climat montagnard / semi-continental. En hiver, le climat est très rude, les températures pouvant descendre régulièrement à -10 C. L'hiver vosgien est également long (de début novembre à fin mars). En été, les températures peuvent être élevées et les orages fréquents. La chaîne montagneuse vosgienne forme un véritable barrage pour les nuages, ce qui explique une assez grande différence pluviométrique entre Épinal et Saint-Dié-des-Vosges. Sur Saint Dié, le climat se présente comme une alternance de temps maussade (plafond nuageux, pluie, fraîcheur humide) et de temps clair (ciel dégagé, soleil en journée, fort refroidissement thermique nocturne). La topographie et les flux atmosphériques dominants génèrent un microclimat. Il est marqué par des vents descendant des reliefs méridionaux sensiblement plus chauds et plus forts à basse altitude, ainsi que par la rareté des brouillards de fond de vallée hivernaux en comparaison avec ceux de la vallée de la Meurthe en aval ou en amont. Les précipitations annuelles à 360 m d altitude (gare de Saint Dié) oscillent entre 800 mm et 950 mm d eau. Elles peuvent être plus que doublées sur les sommets, 500 mètres plus haut.
4 I.1.2 - Données nécessaires à la modélisation de la dispersion atmosphérique En l absence de station météorologique représentative du site, il a été demandé à METEO France la construction d un fichier de données trihoraires des températures, précipitations, direction et force des vents, pression et nébulosité (modèle AROME) pour trois années (2009-2010-2011). Arome, un modèle régional à maille fine : Arome constitue le troisième niveau de la "chaîne" de prévision numérique de Météo-France. Disposant d une maille de 2,5 km, son domaine est limité à la France métropolitaine. Arome est alimenté par Aladin qui se nourrit des simulations réalisées par Arpège. Arome ne remplace pas les autres modèles : il délivre des informations supplémentaires, "zoomées" sur l Hexagone et bien plus détaillées. Les données moyennes pour les années 2009 à 2011, issues de ce modèle sont les suivantes : Jan. Fév. Mars Avril Mai Juin Juill. Août Sept. Oct. Nov. Déc. Année -0.34 1.72 4.83 11.0 13.43 16.25 17.74 18.19 14.72 9.66 6.66 1.67 9.63 Tableau 1 : Températures moyennes mensuelles ( C) La croissance des températures est régulière de janvier à août puis décroît de façon tout aussi constante. La température moyenne annuelle est de 9.63 C, avec un minimum en janvier (de l ordre de 0 C) et un maximum en août (18,2 C). Jan. Fév. Mars Avril Mai Juin Juill. Août Sept. Oct. Nov. Déc. Année 81.3 94.8 91.7 52.5 101.7 109.1 130.1 106.3 55.9 77.9 96.2 209.1 1206.8 Tableau 2 : Hauteurs moyennes mensuelles des précipitations (en mm) Les précipitations annuelles sont de l ordre de 1200 mm, avec une hauteur moyenne mensuelle la plus forte en décembre (209 mm) et la plus faible en avril (52 mm). Les mois d'été (mai à août) sont surtout arrosés par des orages alors qu'une partie des précipitations hivernales incombe à la neige. La dispersion des polluants atmosphériques est déterminée par la direction et la vitesse du vent, les températures de l air ambiant et du rejet, mais aussi par la stabilité atmosphérique. Cette stabilité, caractérisant l aptitude de l écoulement des basses couches de l atmosphère à diffuser un polluant, peut être divisée en 6 classes (1) couramment appelées «classes de Pasquill-Gilford». Ce paramètre est le plus complexe à déterminer car il n est généralement pas mesuré. Pour les besoins de cette étude, les classes de stabilité ont été déterminées par le pré-processeur météorologique de l US-EPA appelé PCRAMMET inclus dans le logiciel ISC-AERMOD View, à partir des données météorologiques de surface fournies le modèle Arome de Météo-France. (1) : La stabilité A correspond à une atmosphère très instable, donc en général favorable à la dispersion, à l opposé, la stabilité F est en rapport avec une atmosphère très stable et donc défavorable à la dispersion
5 La figure 2 présente la fréquence des différentes forces de vent et la fréquence des stabilités atmosphériques sur les données météorologiques étudiées. Figure 2 : Distribution des forces de vents et Distribution des classes de stabilité On constate que les vents les plus fréquents (près de 37 %) soufflent entre 0,5 et 2 m/s et dans une moindre mesure, entre 2 et 3,5 m/s (35 %). La vitesse moyenne est de 2,7 m/s (soit près de 9,7 km/h environ). Quant aux classes de stabilité, on constate que les classes D (atmosphère neutre) et F (atmosphère très stable) de Pasquill sont les plus fréquemment observées (plus de 30 et 25 %).
6 La figure 3, ci-après, présente la rose des vents générale pour le site de Sainte Marguerite (modèle Arome) pour les années 2009-2010-2011. Les intersections de la courbe avec les cercles fournissent les fréquences d apparition en fonction de la direction du vent. Les vents dominants soufflent principalement vers le nord-est. Figure 3 : Rose des vents générale (années 2009-2010-2011)
7 I.2 Données topographiques La région de Saint-Dié-des-Vosges s étend principalement sur un bassin géologique d âge permien (alternance de couches de grès rouges et de nappes d'argiles). Les sommets environnants d'altitudes variables selon les massifs s établissent à 550 mètres au nord-est à moins de 400 mètres au sud-ouest. Afin de tenir compte de la situation du site dans une vallée (vallée de la Meurthe) bordée de massifs plus ou moins proches et sachant que le relief influence la dispersion atmosphérique des polluants, les données topographiques d un carré de 10 km de côté centré sur le site du poste d enrobage ont été prises en compte dans la modélisation (données IGN). I.3 Données relatives au poste d enrobage I.3.1 - Fonctionnement Le fonctionnement des postes d enrobage peut être très variable d une année à l autre. Ainsi, les temps d émission des polluants atmosphériques (issus du sécheur et de la chaudière) peuvent également varier considérablement. Concernant le poste de la SVPR, il a été cherché à définir une fabrication dite de référence pour construire un fichier horaire de fonctionnement du sécheur et de la chaudière. Pour cela, sur les trois années 2009 à 2011, ont été retenues les fabrications mensuelles les plus importantes. Cette hypothèse est majorante puisque est ainsi obtenue une fabrication annuelle de 101 000 tonnes, soit environ 30 % de plus que la moyenne de fabrication des 3 dernières années : Année Jan. Fév. Mars Avril Mai Juin Juill. Août Sept. Oct. Nov. Déc. Total 2009 882 1494 2977 8980 12790 6928 7285 3210 6426 9144 6007 3745 71877 2010 1943 3052 3581 8292 5224 11568 6198 3313 7360 7181 4174 1350 65246 2011 7017 1330 6483 5207 4103 3487 6930 1790 17206 7957 8237 6016 77774 Réf. 7017 3052 6483 8980 12790 11568 7285 3313 17206 9144 8237 6016 101091 Tableau 3 : Production mensuelle (tonnes)
8 a) Cas du brûleur chaufferie Le ratio de consommation est de 6 kwh à la tonne produite, soit pour 101 000 tonnes, une consommation de 606 000 kwh PCS ou 547 300 kwh PCI (ratio PCI/PCS de 0,903). La puissance mesurée du brûleur étant de 534 kw, on obtient une durée de fonctionnement de 1024 heures. Par ailleurs, la chaudière est en service 10 heures par jour lorsque la centrale fonctionne. Ceci nous conduit pour notre année de référence à 2330 heures de fonctionnement de la chaudière par an. Ainsi, le brûleur fonctionne 43 % du temps de fonctionnement de la chaudière (1024 / 2330). Pour simplifier on prendra 50 %, ce qui est majorant en terme d émissions. Pour la construction du fichier horaire de fonctionnement du brûleur, il est pris en compte que chaque jour de fonctionnement de la centrale, la chaudière est mise en route à 6 heures et on suppose que le brûleur fonctionne en continu 1 heure sur 2. b) Cas du sécheur On fixe le fonctionnement de la centrale à 150 tonnes par heure en moyenne. Pour la construction du fichier horaire de fonctionnement du sécheur, il est pris en compte la répartition des fabrications par jour du mois pris en référence. I.3.2 - Emissions Les rejets atmosphériques du sécheur et du brûleur chaufferie sont caractérisés à partir de campagnes ponctuelles : Intervention de septembre 2011 sur le sécheur (rapport VERITAS), Intervention d Avril 2012 sur le brûleur (rapport APAVE). Les données sont les suivantes : Sécheur Brûleur vitesse 12,1 m/s 5,77 m/s température 89 C 334 C Hauteur rejet 30,80 m 5,5 m NOx 0,400 g/s 0,017 g/s CO 0,187 g/s 0 g/s COVHM 0,094 g/s / SO2 9,2 mg/s / Poussières 0,077 g/s / Tableau 4 : Caractéristiques des sources
9 II DISPERSION DES REJETS DU SITE II.1 Modélisation II.1.1 Présentation du logiciel utilisé Le calcul des concentrations en polluant est effectué grâce à un outil de modélisation numérique de la dispersion atmosphérique, spécialement conçu pour ce type de problème, le logiciel ISC-AERMOD View. Celui-ci inclut les codes de modélisation de l Agence Américaine pour l Environnement (l US-EPA) : ISCST3 (Industrial Source Complex Short Term Model), ISC-PRIME (Industrial Source Complex Plume Rise Model Enhancement), AERMOD (AMS/EPA Regulatory Model) AERMOD-PRIME (AMS/EPA Regulatory Model Plume Rise Model Enhancement). Le code utilisé dans cette étude est ISCST3. C est un modèle à panache gaussien stationnaire qui peut être utilisé pour déterminer les niveaux de pollution de différentes sources d origine industrielle. II.1.2 Détermination des concentrations de polluants dans l air inhalé Cette étude a pour but de déterminer des ordres de grandeur des concentrations des polluants dans l air et de montrer l influence de la climatologie et du relief sur la pollution atmosphérique locale. Les concentrations sont présentées sous forme de cartographies. Ces dernières sont présentées à l annexe. Seuls les résultats sont explicités et récapitulés ci-après : Les concentrations maximales rencontrées et les points où ces concentrations se rencontrent sont donnés dans le tableau ci-dessous : Substance Concentration maximale Localisation dans l air NOx 0,05549 µg/m3 Point 1 CO 0,016 µg/m3 Point 2 COVHM 0,00828 µg/m3 Point 2 SO2 0,810 ng/m3 Point 2 Poussières 0,00678 µg/m3 Point 2 Tableau 5 : Concentrations maximales dans l air
10 Les points 1 et 2 ont les coordonnées suivantes : point1 : X=130 m Y = 75 m point2 : X=1915 m Y = 1607 m sachant que les coordonnées données ci-dessus sont placées dans un repère orthonormé (l'axe des Y parallèle au nord) et dont l'origine est placée sur le point de rejet du sécheur. Ainsi, le point 1 se trouve à 150 m du sécheur au NNE de ce dernier et le point 2 se trouve à 2500 m au NE du sécheur. A noter que le point où se rencontre la concentration maximale est identique pour le CO, les poussières, le SOX et les COHV car seul le sécheur émet ces polluants, à la différence des NOx émis à la fois par le sécheur et le brûleur chaufferie, ce dernier présentant un point de rejet très bas ne participant pas à la bonne diffusion du polluant d'où le point plus proche des sources d'émission. Les concentrations décroissent ensuite rapidement (se reporter aux graphes donnés en annexe). II.2 Incertitudes liées au logiciel Le modèle de dispersion atmosphérique ISCST3 est un modèle gaussien qui intègre des équations de la dynamique des écoulements en régime permanent (régime stationnaire selon les données météorologiques horaires : direction et force du vent). Nous n avons pas aujourd hui de donnée précise sur les incertitudes du modèle concernant les distances et les concentrations calculées. On peut cependant mentionner un article américain : Milton R. Beychok, «Error propagation in air dispersion modeling», Newport Beach, California, USA qui fait état d un rapport du Centre National de Recherche Amarillo, Université du Texas, «Tech Notes March/April 2000». Les travaux de recherche réalisés ont montré que le modèle ISCST de l US-EPA aurait tendance à surévaluer les concentrations de polluants sous le vent d un facteur 10 voire plus.
Annexe Cartographies des résultats Les cartographies représentent les concentrations entre la concentration maximale et 1/50 ème de la concentration maximale, les concentrations étant exprimées en µg/m 3 (sauf indication contraire).
Annexe Cartographie des concentrations en NOx (en µg/m 3 )
Annexe Cartographie des concentrations en CO (en ng/m 3 )
Annexe Cartographie des concentrations en poussières (en µg/m 3 )
Annexe Cartographie des concentrations en SOx (en ng/m 3 )
Annexe Cartographie des concentrations en COHVHM (en µg/m 3 )