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POLLUTION ATMOSPHÉRIQUE N° 209 - JANVIER-MARS 2011 93 Résumé Lʼimpact national du chauffage au bois sur la qualité de lʼair et les particules fines en particulier est avéré et provient en grande partie du parc dʼappareils de chauffage domestique qui est trop ancien et pas assez performant. Lʼimpact local du chauffage au bois, que ce soit par les appareils individuels au sein dʼun quartier ou autour de chaufferies biomasse, est plus complexe à évaluer, tant les situations nationales sont nombreuses. Lʼapproche par modélisation de la dispersion atmosphé- rique des rejets permet de surmonter cette complexité. Cʼest lʼapproche retenue dans deux études récentes, qui a permis dʼestimer la contribution supplémentaire de PM 2,5 , PM 10 , NO x et SO 2 apportée par la combustion de la biomasse pour la production de chaleur dans différents cas type représentatifs des situations réelles. Ces études ont également permis de simuler différents scénarios de développement de la biomasse, et notamment le remplacement dʼappareils domestiques anciens et polluants par des appareils récents et performants, ainsi que lʼéquipement de chaufferies biomasse par des techniques performantes de filtration des poussières de type filtre à manche ou électrofiltre. Ces études confirment le bien- fondé dʼune politique conjointe de développement de la filière biomasse énergie et dʼamélioration de la qualité de lʼair, qui permet de limiter les concentrations de PM 2,5 , PM 10 , NO x et SO 2 à des niveaux faibles, très largement inférieurs aux seuils réglementaires actuellement en vigueur. Mots-clés Biomasse. Bois. Chauffage domestique. Chaufferie. Qualité de lʼair ambiant. Particules NO x , SO 2 . Abstract In France, wood-fuel heating has a true global impact on air quality and fine particulate matters in particular. It mainly comes from old and inefficient domestic appliances. Local impact however, in an area heated by a set of domestic appliances or a district biomass boiler, is more complex to assess due to various local circumstances. The approach of using atmospheric dispersion modeling allows to overcome this apparent difficulty. This approach has been carried out in two recent case studies, representative of actual situation, to estimate the additional contribution of biomass combustion for heat purpose on emissions of PM 2.5 , PM 10 , NO x and SO 2 . The main results are presented in this paper. In addition, these studies simulated scenarios of bioenergy development where old and pollutant domestic appliances could be replaced by modern and efficient ones, and also biomass boilers could be equipped with best available techniques such as fabric filters or electrostatic preci- pitators. Both studies confirmed the benefits of a joint policy to conciliate biomass energy development and air-quality impro- vement, which allows very low concentrations of PM 2.5 , PM 10 , NO x and SO 2 , well below regulatory levels. Keywords Biomass. Wood. Domestique heating. Boilers. Ambiant air quality. Particulate matters NO x . SO 2 . 1. Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME) – 20, avenue du Grésillé – B.P. 90406 – 49004 Angers Cedex 01 [email protected] Lʼimpact local du chauffage au bois Approche par modélisation de la dispersion atmosphérique Local impact assessment of wood fuel heating Approach by atmospheric dispersion modeling Erwan AUTRET 1

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  • POLLUTION ATMOSPHRIQUE N 209 - JANVIER-MARS 2011 93

    RsumLimpact national du chauffage au bois sur la qualit de lair et les particules fines en particulier est avr et provient en

    grande partie du parc dappareils de chauffage domestique qui est trop ancien et pas assez performant. Limpact local duchauffage au bois, que ce soit par les appareils individuels au sein dun quartier ou autour de chaufferies biomasse, est pluscomplexe valuer, tant les situations nationales sont nombreuses. Lapproche par modlisation de la dispersion atmosph-rique des rejets permet de surmonter cette complexit. Cest lapproche retenue dans deux tudes rcentes, qui a permisdestimer la contribution supplmentaire de PM2,5, PM10, NOx et SO2 apporte par la combustion de la biomasse pour la production de chaleur dans diffrents cas type reprsentatifs des situations relles. Ces tudes ont galement permis desimuler diffrents scnarios de dveloppement de la biomasse, et notamment le remplacement dappareils domestiquesanciens et polluants par des appareils rcents et performants, ainsi que lquipement de chaufferies biomasse par des techniques performantes de filtration des poussires de type filtre manche ou lectrofiltre. Ces tudes confirment le bien-fond dune politique conjointe de dveloppement de la filire biomasse nergie et damlioration de la qualit de lair, quipermet de limiter les concentrations de PM2,5, PM10, NOx et SO2 des niveaux faibles, trs largement infrieurs aux seuilsrglementaires actuellement en vigueur.

    Mots-clsBiomasse. Bois. Chauffage domestique. Chaufferie. Qualit de lair ambiant. Particules NOx, SO2.

    AbstractIn France, wood-fuel heating has a true global impact on air quality and fine particulate matters in particular. It mainly

    comes from old and inefficient domestic appliances. Local impact however, in an area heated by a set of domestic appliancesor a district biomass boiler, is more complex to assess due to various local circumstances. The approach of using atmosphericdispersion modeling allows to overcome this apparent difficulty. This approach has been carried out in two recent case studies, representative of actual situation, to estimate the additional contribution of biomass combustion for heat purpose onemissions of PM2.5, PM10, NOx and SO2. The main results are presented in this paper. In addition, these studies simulatedscenarios of bioenergy development where old and pollutant domestic appliances could be replaced by modern and efficientones, and also biomass boilers could be equipped with best available techniques such as fabric filters or electrostatic preci-pitators. Both studies confirmed the benefits of a joint policy to conciliate biomass energy development and air-quality impro-vement, which allows very low concentrations of PM2.5, PM10, NOx and SO2, well below regulatory levels.

    KeywordsBiomass. Wood. Domestique heating. Boilers. Ambiant air quality. Particulate matters NOx. SO2.

    1. Agence de lenvironnement et de la matrise de lnergie (ADEME) 20, avenue du Grsill B.P. 90406 49004 Angers Cedex [email protected]

    Limpact local du chauffage au boisApproche par modlisation de la dispersion atmosphriqueLocal impact assessment of wood fuel heatingApproach by atmospheric dispersion modeling

    Erwan AUTRET1

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    IntroductionEn France, limpact national de la combustion du

    bois dans la pollution nationale est bien document etdtaill selon les secteurs metteurs (domestique,collectif, tertiaire ou industriel) et les polluants [1-2].Ainsi, il est reconnu que la principale source de pollu-tion de particules fines (PM2,5) est le chauffage aubois dans le secteur domestique (35 % des missionsnationales en 2007) du fait dun important parc dappareils anciens peu performants ; linverse, lesmissions de SO2 dues la combustion du bois sontquasi ngligeables dans le total national (2 %) du faitde la trs faible teneur en soufre de la biomasse dorigine forestire.

    Limpact de la combustion du bois au niveau localest en revanche beaucoup plus complexe appr-hender, tant les situations sur le territoire national sontnombreuses.

    Des approches par la mesure de traceurs orga-niques existent [3] et mettent en vidence limpactplus ou moins marqu de la combustion du bois. Maisces approches, qui restent encore exploratoires, nepermettent pas didentifier et de dcrire prcismentles sources (appareil de chauffage rcent ou ancien,chaudire ou appareil indpendant).

    Pour valuer limpact du chauffage au bois sur laqualit de lair ambiant, la modlisation des rejetsatmosphriques et de leur dispersion dans lairambiant apparat aujourdhui comme la seule solutionpouvant prendre en compte lensemble des variablessuivantes : qualit et quantit du combustible, carac-tristiques des installations de combustion, conditionsdutilisation et dentretien de ces installations, topo-graphie, saisonnalit et conditions mtorologiques.

    Cest lapproche utilise dans les tudes dimpactdes chaufferies bois de puissance suprieure 20 MW ralises dans le cadre des dossiers dedemande dautorisation dexploiter conformment larglementation relative aux installations classespour la protection de lenvironnement. Mais ni lechauffage domestique au bois, ni les chaufferies biomasse de petite puissance ne sont soumis cesobligations.

    Une premire tude de modlisation [4] a mis envidence une contribution non ngligeable du chauf-fage domestique au bois sur la concentration enPM2,5 dans lair ambiant (6 g/m3 en moyenne

    annuelle au point dimpact maximal). Les rsultats decette tude thorique, du fait des choix dhypothsesextrmement simplificatrices (deux types dappareilsde chauffage au bois seulement, site mtorologiquede fond de valle), ne sont pas gnralisables dautres situations nationales.

    Deux tudes rcentes [5-6] ont t ralises pourle compte de lADEME par ANTEA avec la contraintedtre reprsentatives des situations nationales relles.La premire value limpact du chauffage domestiqueau bois lchelle dun quartier fictif de 1 km2, tandisque la seconde value limpact dun projet de chauf-ferie bois de 700 kW autour du site dimplantation prvue. Ces tudes avaient galement pour objectifde chiffrer les risques sanitaires des populationsexposes selon leur ge, la voie dexposition et leffetcritique des substances.

    Nous restituons dans cet article les mthodologiessuivies et les rsultats obtenus concernant les polluants PM2,5, PM10, NOx et SO2 et leurs concen-trations dans lair ambiant.

    Pour en savoir plus sur ces tudes, nous invitons le lecteur consulter les rapports complets disponibles auprsdu service documentation de lADEME.

    1. Mthodologie1.1. valuation

    de limpact du chauffage domestique au boisDeux quartiers rsidentiels fictifs, avec des condi-

    tions mtorologiques relles, ont t modliss. Lechoix des sites a t orient par les considrationssuivantes : prfrence pour un dpartement relative-ment urbanis et relativement plus utilisateur dechauffage en bois de base, et disponibilit de donnes mtorologiques (temprature, direction etvitesse de vent, nbulosit).

    Lurbanisation est dfinie laide de lindicateur habitat = indice taux de ruralit2 indicemaisons individuelles3 . Une valeur faible corres -pond aux zones fortement urbanises avec une partleve de logements collectifs. Une valeur levecorrespond une zone rurale avec un habitat consti-tu principalement de maisons individuelles.

    Lutilisation de chauffage bois en base est dfinie laide de lindicateur nergie = indice impor-tance du bois nergie4 indice de rigueur clima-

    ARTICLES

    2. Chaque dpartement possde un indice taux de ruralit correspondant au nombre de mnages vivant dans des communes de moins de 10 000 habitants / nombre total de mnages . Ces donnes proviennent du RGP (RecensementGnral de la Population) de lINSEE.3. Chaque dpartement possde un indice maisons individuelles correspondant au ratio nombre de maisons individuelles / nombre total de logements des mnages . Ces donnes proviennent du RGP de lINSEE.4. Chaque dpartement possde un indice importance bois nergie , donnes issues du RGP de lINSEE, permettant de dter-miner dpartement par dpartement, le pourcentage de logements individuels quips dun chauffage central bois. Les enqutesCEREN montrent que le chauffage central au bois ne reprsente quune part mineure de lensemble des logements chauffs aubois. Lindice importance du bois nergie est dfini comme le produit indice INSEE du chauffage central au bois indiceCEREN du chauffage au bois en base de foyer ferm .

  • POLLUTION ATMOSPHRIQUE N 209 - JANVIER-MARS 2011 95

    tique5 . Une valeur faible correspond aux zones climat doux, nutilisant ventuellement le chauffageau bois quen appoint ; une valeur leve correspondaux zones climat froid, utilisant plus frquemment lechauffage au bois en base.

    Deux sites, Tours (37) et Nancy (54), rpondant ces exigences, ont t retenus et pour lesquels lesdonnes mtorologiques ont t utilises.

    Ensuite, les sites sont dfinis avec lhypothse desurface de parcelles individuelles de 450 m2 rpartiessur 1 km2, soit un total de 2 222 habitations par site.

    Pour chaque site, deux configurations diffrentesde parcs dappareils de chauffage domestique aubois ont t retenues : la premire correspond unparc reprsentatif des annes 2000 et la seconde desannes 2010. Les donnes 2010 sont issues de ltudeprospective [7] et correspondent au scnario nerg-tique tendanciel associ une volution tendancielledu chauffage au bois.

    Les principales hypothses qui dfinissent unquartier chauff au bois sont : la proportion des foyers utilisateurs de bois pour lechauffage (41 % en 2000 et 34 % en 2010) ; la rpartition des appareils domestiques (chaudires,foyers ferms et inserts, foyers ouverts, poles, etcuisinires) et leur rpartition selon lutilisation enbase ou en appoint (cf. Tableau 1) ; au total, 912 habi-tations sur 2 222 sont quipes dun appareil dechauffage au bois en 2000 et 733 en 2010 ; les paramtres relatifs aux conduits des fumes(hauteur, diamtre, temprature des fumes, vitesse) ; lge des appareils : 92 % des appareils sontconsidrs tre anciens (> 5 ans) en 2000 et 48 %en 2010 ; la consommation de bois [8] et une dure de saison de chauffe de six mois, doctobre fin mars ;un facteur de rpartition de 0,578 a t pris en comptepour caler la dure effective de fonctionnement desappareils avec la consommation annuelle sur la durede chauffe ; le rendement nergtique (cf. Tableau 2) ; les facteurs dmission (cf. Tableau 2).

    La distribution des logements utilisant un type dquipement donn et un type dusage donn a tralise de faon alatoire et les rsultats sont pr-sents en Figures 1 (anne 2000) et 2 (anne 2010).

    Les concentrations dans lair ont t calcules parmodlisation de la dispersion des rejets atmosph-

    riques des quipements de chauffage domestique, partir dun modle de dispersion atmosphriquegaussien amlior ADMS46.

    Quatre niveaux de calculs ont t raliss : par type dquipement (chaudires, foyers fermset inserts, foyers ouverts, poles, et cuisinires) ; par type dusage (base ou appoint) ; par priode (annes 2000 ou 2010) ; et par zone gographique (deux sites fictifs).

    Les rsultats de chacune de ces modlisationsont ensuite t somms pour connatre les missionstotales dues la combustion du bois lchelle duquartier lorsque toutes ces sources fonctionnentsimultanment.

    1.2. valuation de limpact du chauffage collectif au bois

    Trois projets distincts de chaufferies bois de700 kW ont t modliss, le premier tant celuidune collectivit locale de montagne (38) avec unemplacement dj dtermin, tandis que les deuxautres sont des projets reprsentatifs de ralisationsen cours lchelle nationale.

    Lemplacement prvu pour le projet 1 est situ proximit dcoles, de complexes sportifs et de zonesrsidentielles et agricoles.

    Limplantation gographique des projets 2 et 3 estchoisie pour disposer de deux contextes mtoro -logiques contrasts, avec comme contrainte unetopographie dgage et des conditions mtoro -logiques issues de donnes relles de stationsMto-France. Les donnes mtorologiques deBergerac (24) et Rodalbe7 (57) ont t utilises pourles sites 2 et 3 respectivement.

    Les donnes mtorologiques prises en comptesont :

    pour le projet 1 : une extrapolation partir de latopographie et des donnes mtorologiques issuesde deux stations Mto-France qui encadrent le projet pour les paramtres de vitesse et direction devent, de temprature, nbulosit et prcipitations ; pour les projets 2 et 3 : des donnes tri-horairessur trois annes conscutives sur les stations MtoFrance pour les paramtres de vitesse et direction devent, temprature, nbulosit et prcipitations.

    Les facteurs dmissions sont issus de donnesbibliographiques [9] et prsents dans le Tableau 3.

    ARTICLES

    5. Chaque dpartement possde un indice de rigueur climatique calcul en effectuant le rapport de son DJU trentenaire surle DJU trentenaire moyen de la France mtropolitaine, fournis par le COSTIC.6. Atmospheric Dispersion Modelling System, dvelopp par le CERC.7. Avec les donnes de nbulosit de la station la plus proche (Metz) et distante de 50 km (la station de Metz, qui dispose demesures de tous les paramtres ncessaires, a t carte car elle prsente une topographie trop marque, avec une pente de100 m pour 1 km louest de la station, ce qui gne la dispersion atmosphrique).

  • 96 POLLUTION ATMOSPHRIQUE N 209 - JANVIER-MARS 2011

    ARTICLES

    NOx 324

    SO2 40

    Particules totales* 150 50

    PM2,5* 140 47

    PM10* 143 48

    * Les PM2,5 et les PM10 reprsentent respectivement 93 % et 95 % des particules totales.

    Tableau 3.Facteurs dmission (en concentration de polluant dans les fumes) des chaufferies collectives au bois.

    SubstanceConcentration en mg/Nm3 11 % dO2

    Scnario 1 Scnario 2

    Base Chaudires bois 63 35

    Base Foyers ferms/Inserts 155 145

    Base Poles bois 81 77

    Base Cuisinires bois 74 29

    Base Foyers ouverts 28 20

    Appoint Foyers ferms/Inserts 242 226

    Appoint Poles bois 45 43

    Appoint Cuisinires bois 20 8

    Appoint Foyers ouverts 204 150

    Total 912 733

    Tableau 1.Effectifs des diffrents types dquipement de chauffage domestique au bois sur 1 km.

    Utilisation quipement Parc annes 2000 Parc annes 2010

    Chaudires 70 % 60 20 221 226 78,00 % 60 20 160 163

    Foyers ferms/Inserts 60 % 60 20 540 552 69,50% 60 20 397 406

    Poles 60 % 60 20 586 599 70,00 % 60 20 422 431

    Cuisinires 60 % 60 20 651 665 70,00 % 60 20 651 665

    Foyers ouverts 10 % 60 20 698 713 10,00 % 60 20 698 713

    Tableau 2.Rendement et facteurs dmission (en g de polluant par nergie entrante) des appareils de chauffage domestique au bois.

    quipementParc annes 2000 Parc annes 2010

    Rdt NOx SO2 PM2,5 PM10 Rdt NOx SO2 PM2,5 PM10g/GJ g/GJ g/GJ g/GJ g/GJ g/GJ g/GJ g/GJ

  • POLLUTION ATMOSPHRIQUE N 209 - JANVIER-MARS 2011 97

    ARTICLES

    Figure 1.Distribution des diffrents types dquipements de chauffage au bois sur le parc, annes 2000.

    Figure 2.Distribution des diffrents types dquipements de chauffage au bois sur le parc, annes 2010.

    Chaudires bois BaseFoyers ferms BasePoles bois BaseCuisinires bois BaseFoyers ouverts Base

    Foyers ferms/Inserts AppointPoles bois AppointCuisinires bois AppointFoyers ouverts Appoint

    12

    3

    4

    5

    67

    8

    9

    Chaudires bois BaseFoyers ferms BasePoles bois BaseCuisinires bois BaseFoyers ouverts Base

    Foyers ferms/Inserts AppointPoles bois AppointCuisinires bois AppointFoyers ouverts Appoint

    12

    3

    4

    5

    67

    8

    9

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

    123456789

    1011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647

    123456789

    1011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647

  • 98 POLLUTION ATMOSPHRIQUE N 209 - JANVIER-MARS 2011

    Les dures de fonctionnement sont fixes 5 424 h/an pour le projet 1 afin de satisfaire auxbesoins de chaleur du site et 8 760 h/an pour lesprojets 2 et 3 afin de se placer dans des conditionsmajorantes o le projet de chaufferie devra assurerune production continue de chaleur toute lanne.

    Pour chacun des projets, deux scnarios sont tu-dis : scnario 1 : rejets atmosphriques de chaufferietraits par un multicyclone seul, avec une valeur limite dmission de particules fixe 150 mg/Nm3(11 % O2) ; scnario 2 : rejets atmosphriques de chaufferietraits par un multicyclone et un lectrofiltre ou un filtre manche avec une valeur limite dmission departicules fixe 50 mg/Nm3 (11 % O2).

    Le calcul des concentrations dans lair est ralispour le projet 1 dans une zone de 6 km de rayonautour de la source, par modlisation de la dispersiondes rejets atmosphriques de la chaufferie, partir defacteurs dmission bibliographiques et dun modlede dispersion atmosphrique tridimensionnel CXT.

    Pour les projets 2 et 3, le calcul des concentra-tions dans lair est ralis dans une zone de 5 km derayon autour de la source, par modlisation de ladispersion des rejets atmosphriques de la chauffe-rie, partir de facteurs dmission bibliographiques etdun modle de dispersion atmosphrique gaussienADMS4.

    2. RsultatsLes rsultats de concentrations prsents ci-

    aprs reprsentent la contribution supplmentairemoyenne annuelle apporte par la combustion de labiomasse pour la production de chaleur.

    2.1. Limpact du chauffage domestique au boisSeules les concentrations maximales de polluants

    sur la zone dtude ont t values. En dautres termes, les niveaux sont infrieurs en tout autre pointde la zone dtude.

    Les concentrations maximales de PM2,5, PM10,NOx et SO, sont prsentes dans le Tableau 4.

    Toutes les concentrations maximales de NOx,SO2, PM2,5 et PM10 calcules au point le plus exposde la zone dtude demeurent infrieures aux seuilsrglementaires ou lobjectif Grenelle 2015.

    Les concentrations maximales de PM2,5 dans lairambiant au point dexposition maximum varient, pourla configuration du parc reprsentatif des annes2000, entre 2,4 (site fictif 1) et 3,1 g/m3 (site fictif 2),ce qui est infrieur lobjectif de 15 g/m3 fix par leGrenelle Environnement comme valeur limite nepas dpasser en 2015. Pour la configuration du parcreprsentatif des annes 2010, ces concentrationssont de 1,6 (site fictif 1) et 2,1 g/m3 (site fictif 2), soitplus de 30 % de rduction par rapport aux annes2000.

    Les concentrations maximales de PM10 sont trsfaibles pour les deux sites, dans les deux configura-tions 2000 et 2010 du parc (0,1 0,2 g/m3), et sonttrs largement infrieures au seuil rglementaire(30 g/m3). Elles sont galement systmatiquementinfrieures aux concentrations de PM2,5 car, tantplus lourdes, elles se dposent davantage au sol.

    La contribution aux concentrations de NOx et SO2est marginale au regard des valeurs limites rgle-mentaires imposes (respectivement 40 et 50 g/m3).Les concentrations de NOx sont values entre 0,4 et3,2 g/m3 pour la configuration du parc reprsentatifdes annes 2000 et entre 0,3 et 0,4 pour la configu-ration du parc reprsentatif des annes 2010. Lesconcentrations de SO2 sont values environ0,1 g/m3 quels que soient la configuration du parc etle site.

    2.2. Limpact du chauffage collectif au boisLes concentrations maximales de PM2,5, PM10,

    NOx et SO2 sont prsentes dans le Tableau 5. Pourle projet 1, les concentrations maximales sont obtenues proximit immdiate de la source (coordonnes 3,3 m ; 1,2 m). Les concentrations deux autres points dintrt (cole 200 m, premirehabitation 300 m) ont galement t values. Pourles projets 2 et 3, les concentrations maximales sontobtenues une distance de 100 m de la source.

    Les concentrations maximales sont toutes inf-rieures aux seuils rglementaires ou lobjectifGrenelle 2015, lexception des PM2,5 pour le projet 1.

    ARTICLES

    Tableau 4.Rsultats de concentrations maximales modlises de NOx, SO2 et PM dans lair ambiant (en g/m3) pour les deux sites fictifs

    et selon les deux configurations de parc dappareils de chauffage domestique au bois (annes 2000 et 2010).

    Seuils rglementaires (dcret du 15.02.02) 40 50 15* 30Site fictif 1 parc annes 2000 3,2 0,1 2,4 0,1

    Site fictif 1 parc annes 2010 0,3 0,1 1,6 0,1

    Site fictif 2 parc annes 2000 0,4 0,1 3,1 0,2

    Site fictif 2 parc annes 2010 0,4 0,1 2,0 0,1

    * Grenelle Environnement, valeur cible partir de 2010 et valeur limite partir de 2015.

    Sites NOx SO2 PM2,5 PM10

  • POLLUTION ATMOSPHRIQUE N 209 - JANVIER-MARS 2011 99

    La valeur du Grenelle Environnement pour les PM2,5(15,0 g/m3) est atteinte dans le cas du projet 1 nonquip dun filtre manche ou lectrofiltre pour lepoint situ proximit immdiate de la chaufferie(15,6 g/m3). 200 m de la source au niveau de lcole, la concentration baisse 4,2 g/m3 ; elle baisseencore 300 m de la source, au lieu de la premirehabitation, 1,9 g/m3.

    Lorsque cette chaufferie est quipe dun systmede dpoussirage de type filtre manche ou lectro-filtre, les concentrations sont rduites 5,2 g/m3 aupoint dexposition maximum et sont gales 1,4 et0,6 g/m3 lcole et la premire habitation respec-tivement. La modlisation montre que la mise enplace dun systme de dpoussirage de type filtre manche ou lectrofiltre, qui permet une rduction desmissions de particules totales la chemine, conduit une baisse des particules fines (PM2,5, PM10) dumme ordre de grandeur dans lair ambiant.

    Les concentrations de PM10 sont trs faibles quelque soit le projet (valeurs maximales entre 0,02 et1,2 g/m3) et trs largement infrieures au seuilrglementaire (30 g/m3).

    Les concentrations de NOx diminuent rapidementavec lloignement du site et passent dune valeurmaximale de 35,3 g/m3 proximit immdiate duprojet de chaufferie, 9,6 g/m3 seulement 200 m(cole) et 4,4 g/m3 300 m (1re habitation). Cettebaisse significative des concentrations sobservegalement pour le SO2, dont les valeurs dj faibles proximit de la source (4,4 g/m3) continuent debaisser 200 m (1,2 g/m3) et 300 m (0,5 g/m3).Les concentrations maximales de NOx et SO2 desprojets 2 et 3 sont encore plus faibles, environ 2,0et 0,3 g/m3 respectivement.

    Les concentrations modlises de PM2,5, PM10,NOx et SO2 pour les projets 2 et 3 sont systmati-quement plus faibles que celles du projet 1. Lesconcentrations maximales modlises pour le projet 3

    sont suprieures celles du projet 2, dun facteur 1,2globalement. Ces rsultats restent nanmoins dumme ordre de grandeur.

    Il ressort que les paramtres gographiques telsque le relief et le climat de la zone dtude entranentune variabilit importante des rsultats de lvalua-tion. Dautres hypothses sont signaler commeayant une influence importante sur la comparabilitdes rsultats : pour le projet 1, un modle tridimensionnel dedispersion de rejets atmosphriques a t mis enuvre, alors que les projets 2 et 3 ont t modlissavec un modle gaussien ; le projet 1 fonctionne 5 424 h/an contre 8 760 h/anpour les projets 2 et 3 ; les concentrations maximales sont modlisesdans le projet 1 proximit immdiate de la sourcedmission (coordonnes 3,3 m ; 1,2 m), alorsquelles se situent 100 m de la source pour les projets 2 et 3.

    La mise en place dune technique de filtration performante (lectrofiltre ou filtre manche) permetde rduire significativement les concentrations depoussires dans lair ambiant, conformment auxobjectifs de qualit de lair fixs par le GrenelleEnvironnement.

    Conclusion Les deux tudes apportent pour la premire fois

    des estimations chiffres de la contribution locale duchauffage domestique et collectif au bois, tel quilexiste en France, pour les polluants PM2,5, PM10,NOx et SO2. Lapproche par modlisation permet nonseulement de modliser le plus fidlement possible laralit mais aussi de simuler des scnarios de dve-loppement de la biomasse nergie.

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    Tableau 5.Rsultats de concentrations maximales modlises de NOx, SO2 et PM dans lair ambiant (en g/m3)

    mis par les trois projets de chaufferies bois, quipes (colonne VLE TSP = 50 ) ou non (colonne VLE TSP = 150 )de dpoussireur de type filtre manche ou lectrofiltre.

    Seuil rglementaire (dcret du 15.02.02) 40 50 15* 30 15* 30Projet 1

    Exposition max. 35,3 4,4 15,6 1,2 5,2 0,4

    cole, 200 m de la source 9,6 1,2 4,2 0,3 1,4 0,1 Premire habitation 300 m de la source 4,4 0,5 1,9 0,1 0,6 0,04

    Projet 2 Exposition max. 1,8 0,2 0,7 0,05 0,2 0,02Projet 3 Exposition max. 2,1 0,3 0,9 0,06 0,3 0,02

    * Grenelle Environnement, valeur cible partir de 2010 et valeur limite partir de 2015.

    VLE TSP = 150 VLE TSP = 50Projets NOx SO2

    PM2,5* PM10 PM2,5* PM10

  • 100 POLLUTION ATMOSPHRIQUE N 209 - JANVIER-MARS 2011

    Sur la base des rsultats de concentrations dePM2,5, PM10, NOx et SO2 calculs aux points deretombes maximales, on note un impact du chauffageau bois sur la concentration en PM2,5 dans lairambiant par rapport la valeur limite 2015 duGrenelle Environnement fixe 15 g/m3, aussi biendans le cas du chauffage domestique que collectif.

    Deux leviers permettent toutefois de rduire significativement cet impact : le remplacement desappareils de chauffage domestique anciens et polluants par des appareils rcents et performants, etlquipement des chaufferies par des systmes dedpoussirage performants de type filtre mancheou lectrofiltre.

    Les autres impacts (PM10, NOx et SO2) sont faibles et trs largement infrieurs aux seuils rgle-mentaires pour la surveillance de la qualit de lair.

    Compte tenu de lenjeu du dveloppementconjoint de la biomasse nergie et de la qualit delair, il parat indispensable de poursuivre les travauxsur cette thmatique et notamment dapprofondir lessujets suivants :

    tude de diffrents cas rels contrasts, avec priseen compte simultane de donnes relles topo -graphiques et mtorologiques ; prsentation des rsultats en tout point de la zonedtude et pas uniquement au point dimpact maxi-mal ; comparaison de rsultats modliss avec desrsultats de campagne de mesure sur site ; extension dautres polluants, et en particulierbenzo(a)pyrne, benzne, plomb, arsenic, cadmium,nickel qui font aujourdhui lobjet dune surveillancerglemente, pour lesquels des facteurs dmissionsseraient disponibles dans la littrature pour les qui-pements de chauffage au bois concerns.

    Enfin, rappelons que ces travaux sont monosourceset focaliss sur la combustion de la biomasse, quinest pas le seul et unique metteur de polluants. Ilsemble donc important dengager une rflexion surune tude multisource dimpact local qui modliseraitles principaux metteurs aussi bien canaliss que diffus. Une telle tude aurait lavantage de restituer,non pas la contribution supplmentaire dun metteur,mais lensemble des missions dun territoire.

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    Rfrences[1] CITEPA. missions dues la combustion du bois et des rsidus de rcolte (NAPFUE 111 et 117) dans

    le chauffage urbain, le rsidentiel tertiaire et sous chaudires dans lindustrie. CITEPA, 2009.[2] CITEPA. Inventaire des missions de polluants atmosphriques en France. Sries sectorielles et analyses

    tendues. SECTEN. CITEPA, 2009.[3] Pissot et al., Impact de la combustion du bois sur la qualit de lair ambiant de quatre villes de France :

    valuation de lapproche par traceurs organiques, Pollution Atmosphrique ; 203, juillet-septembre 2009.[4] Mandin C, Fraboulet I, Malherbe L et al. valuation du risque sanitaire associ aux missions atmosph-

    riques du chauffage domestique au bois, premire approche. Prsentation la confrence internationaledpidmiologie et dexposition environnementale (ISEE/ISEA), Paris 2006.

    [5] ADEME. valuation des risques sanitaires associs des appareils de chauffage au bois en maisonsindividuelles lchelle dun quartier rsidentiel (tude ralise pour le compte de lADEME par ANTEA),2008.

    [6] ADEME. valuation des risques sanitaires (ERS) associs des projets de chaufferies bois de puis-sance gale 700 kW (tude ralise pour le compte de lADEME par ANTEA, avec lassistance matrise douvrage de lINERIS), 2008.

    [7] ADEME. valuation comparative actuelle et prospective des missions du parc dappareils domestiquesde chauffage en France (tude ralise pour le compte de lADEME par Erdyn Consultant et AlkaestConseil), 2005.

    [8] CEREN. Les mnages qui se chauffent au bois en 2001, 2003.[9] CITEPA. Estimation des missions de polluants lies la combustion du bois en France, 2003.