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Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques dans le
cadre du stockage géologique de CO2 : terminologie, méthodologie et
préconisations Rapport d’avancement
BRGM/RP-60545-FR Novembre 2011
Mots clés : indicateurs, impacts, stockage géologique de CO2, risques, CCS En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : De Lary L., Loschetter A. (2011) - Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques dans le cadre du stockage géologique de CO2 : terminologie, méthodologie et préconisations. Rapport d’avancement BRGM/RP-60545-FR © BRGM, 2007, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM.
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 3
Synthèse
Les travaux antérieurs menés au BRGM dans le cadre du stockage géologique de CO2 ont principalement porté sur l’identification et la représentation de scénarios de risque. La réflexion sur le niveau d’impacts ou de risques acceptables est actuellement assez limitée.
Ainsi, l’objectif de ce rapport est de proposer des indicateurs permettant d’évaluer les résultats des analyses de risque pour l’ensemble des cibles. Le principal rôle des indicateurs est de quantifier de façon systématique des phénomènes parfois complexes. Un indicateur ne donne pas une information suffisante en lui-même, il doit être apprécié à l’aide d’une échelle d’évaluation (ou des standards).
L’établissement d’indicateurs permet de mieux cadrer l’analyse de risques dans la mesure où on sait quels objectifs on cherche à atteindre, et d’aider les décideurs pour l’application de la réglementation existante dans le cadre des risques liés au stockage de CO2, voire pour la création de nouvelles dispositions.
L’approche adoptée pour définir des indicateurs de risques ou d’impacts se base sur les lignes directrices de la Commission européenne ainsi que sur le cadre méthodologique des études de dangers.
La méthodologie adoptée dans ce rapport repose sur une structuration des indicateurs à différents niveaux :
- au niveau de l’intensité et de la probabilité du phénomène, - au niveau de l’intensité des effets, - au niveau de la vulnérabilité des cibles, - au niveau de la gravité (en croisant l’intensité avec la vulnérabilité), - au niveau des risques (en croisant la gravité avec la probabilité).
Ce rapport se focalise principalement sur les indicateurs d’impacts (intensité des effets, vulnérabilité, gravité, risques) au détriment des indicateurs qui concernent les phénomènes impactants.
Une liste d’impacts a été établie. Pour chacun des impacts et des cibles mis en jeu, et dans la mesure du possible, des indicateurs ont été proposés (avec des échelles d’évaluation) sur la base d’indicateurs existants ou de suggestions. Les principaux résultats sont synthétisés ci-dessous :
Cible Indicateurs de gravité
Homme (vie ou santé
humaine)
Effets Aigus : indicateurs existants et déjà largement utilisés (étude de dangers) Effets Chroniques : des indicateurs existent pour les installations industrielles en fonctionnement normal. À adapter au stockage géologique. Effets de l’endommagement des structures: pas de pistes
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
4 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
pertinentes identifiées.
Eaux souterraines Des seuils concernant des substances chimiques sont disponibles (AEP, DCE). Ces seuils sont insuffisants et doivent être complétés par une dimension spatiale. La vulnérabilité de la ressource doit être précisée (usage, proximité de captage, protection etc.). Quelques suggestions ont été effectuées pour évaluer la gravité en fonction de l’ampleur du phénomène, des couts associés, des modalités de réparation nécessaires etc. Ces suggestions doivent être largement complétées.
Sols En lien avec l’approche française des sites et sols pollués, la gravité pourrait se définir comme une incompatibilité du sol avec son usage. L’adéquation de cette approche avec les risques du stockage géologique de CO2 est à évaluer.
Écosystèmes de surface
Des seuils ont été proposés dans la littérature pour certains taxons1. Ces seuils pourraient permettre de juger de l’intensité d’un phénomène. Toutefois la validité de ces seuils est difficile à évaluer étant donnée la grande variabilité de réponse des êtres vivants et les données parcellaires existantes. La vulnérabilité des cibles pourraient être appréhendée en se basant sur une logique d’espaces sensibles et d’espèces protégées. Concernant l’évaluation de la gravité très peu d’approches systématiques ont été recensées.
Atmosphère Plusieurs types d’indicateurs peuvent être proposés (conséquences environnementales de la moindre réduction des GES, Couts des crédits carbone, comparaison au taux de fuite de 0.1% (IPPC) etc.)... Ces suggestions seraient à valider.
Biens matériels Non abordés dans le cadre de ce rapport d’avancement.
Comme l’illustre le tableau ci-dessus, bien souvent, il n’existe pas d’échelle d’évaluation ou de standards pour évaluer l’intensité, la vulnérabilité et la gravité. De plus la connaissance des impacts potentiels du stockage géologique de CO2 est encore limitée et, elle est très liée aux conditions spécifiques de chaque site. D’autres points non abordés ont été identifiés: la prise en compte des effets cumulatifs, l’intégration des résultats, les interactions entre compartiments, …
Ce travail a été lancé à titre exploratoire. Il s’agit donc d’un rapport d’avancement qui permet d’expliquer la méthodologie et de présenter les premiers résultats obtenus. Suite à cette phase exploratoire, il nous semble que le travail sur les indicateurs mériterait d’être approfondi. De nombreuses préconisations pour poursuivre le travail sont données en fin de rapport.
1 Taxon : entité conceptuelle qui est censée regrouper tous les organismes vivants possédant en commun
certains caractères bien définis. Exemples de taxons : vertébré, mammifère, chien…
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 5
Sommaire
1. Introduction ............................................................................................................ 9
2. Etat de l’art ........................................................................................................... 11
2.1. CONCEPTS ET TERMINOLOGIE ................................................................... 11
2.1.1. Cible, enjeu, critère, indicateur, paramètre ............................................. 11
2.1.2. Terminologie des risques ....................................................................... 12
2.2. CLASSIFICATION PSR DES INDICATEURS.................................................. 12
2.3. MÉTHODOLOGIE DE L’ÉVALUATION DES RISQUES .................................. 14
2.3.1. Lignes directrices de la Commission Européenne .................................. 14
2.3.2. Lignes directrices de la Commission Européenne pour le stockage géologique de CO2 ................................................................................. 16
2.3.3. Méthodologie des études de danger ...................................................... 18
2.3.4. Niveau de risque acceptable .................................................................. 22
2.3.5. Evaluation quantitative de risques environnementaux ............................ 25
3. Elaboration d’indicateurs .................................................................................... 29
3.1. MÉTHODOLOGIE D’ÉLABORATION D’INDICATEURS ................................. 29
3.1.1. Structuration des types d’indicateurs ...................................................... 29
3.1.2. Méthodologie .......................................................................................... 30
3.2. CIBLE 1 : L’HOMME ....................................................................................... 33
3.2.1. Effet toxique aigue par inhalation du CO2 et/ou des substances annexes34
3.2.2. Effets chroniques sur la santé par inhalation à seuils du CO2 et/ou des impuretés / Effets chroniques sur la santé par ingestion à seuils des impuretés ............................................................................................... 35
3.2.3. Effets chroniques sur la santé par inhalation sans seuil des impuretés / Effets chronique sur la santé par ingestion sans seuils des impuretés ... 38
3.2.4. Effets de la pression et des radiations thermiques ................................. 39
3.2.5. Conséquences sur l'homme de l'endommagement des structures du à la déformation de terrains (Subsidence, soulèvement/surrection) / Conséquences sur l'homme de l'endommagement des structures du à la sismicité induite ...................................................................................... 39
3.3. CIBLE 2 : EAUX SOUTERRAINES ET /OU DE SURFACE ............................. 41
3.3.1. Effets sur la qualité des eaux. ................................................................ 41
3.3.2. Modification de la quantité d'eau disponible pour l'AEP .......................... 47
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
6 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
3.4. CIBLE 3 : LES SOLS ....................................................................................... 48
3.4.1. Acidification des sols .............................................................................. 49
3.4.2. Salinisation des sols ............................................................................... 49
3.4.3. Pollution par des impuretés et mobilisation de polluants ........................ 50
3.5. CIBLE 4 : LES ECOSYSTÈMES ..................................................................... 50
3.5.1. Impacts du CO2 gazeux .......................................................................... 51
3.5.2. Acidification du milieu ............................................................................. 53
3.5.3. Impacts de la salinisation du milieu ........................................................ 53
3.5.4. Impacts des impuretés introduites dans le milieu, Impacts des éléments mobilisés in situ ...................................................................................... 53
3.5.5. Indicateur de gravité ............................................................................... 54
3.6. CIBLE 5 : ATMOSPHÈRE ............................................................................... 55
3.7. SYNTHÈSE ..................................................................................................... 55
3.8. LIMITES DE LA MÉTHODOLOGIE PROPOSÉE ............................................ 59
4. Conclusions & Préconisations ............................................................................ 61
5. Bibliographie ........................................................................................................ 65
Liste des illustrations
Illustration 1 : Eléments de définition et exemples pour illustrer les notions de cible, enjeu, critère, indicateur, paramètre ............................................................................................ 12
Illustration 2 : Récapitulatif des notions de risques (la « capacité d’adaptation » est entourée en pointillés car, selon les sources, elle fait partie ou non de la vulnérabilité) ............. 12
Illustration 3 - Modèle pression-etat-réponse (OCDE, 1997). ...................................................... 13
Illustration 4 : Différente étapes d’une évaluation de risques ...................................................... 14
Illustration 5 : Exemple de matrices de risques (Commission Européenne, 2010) ..................... 15
Illustration 6 : Exemples de matrices de risques pour les 3 catégories d’impacts (Commission Européenne, 2010) ................................................................................................ 16
Illustration 7 : Matrice de risques donnée à titre d’illustration dans les lignes directrices de la Commission Européenne pour le stockage géologique de CO2 (DNV) .............................. 18
Illustration 8 - Tableau relatif aux valeurs de référence de seuils de toxicité aiguë (Arrêté du 29/09/05 ; MEEDDM, 2005a) ...................................................................................... 19
Illustration 9 - Seuils d’effets aigus du CO2 (d’après Note du 16/11/07 du Ministère chargé de l’Ecologie relative à la concentration à prendre en compte pour l’O2, le CO2, le N2 et les gaz inertes). Ces seuils se rapportent à une expositon de 30 minutes (bien que cela ne soit pas précisé dans la note) ................................................................................... 19
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 7
Illustration 10 - Echelle d'appréciation de la gravité des conséquences humaines d'un accident à l'extérieur des installations (Arrété du 29/09/2005 : MEEDDM, 2005a) ..................... 20
Illustration 11 - Echelle de probabilité utilisée pour les études de dangers (Arrété du 29/09/2005 : MEEDDM, 2005). .................................................................................................... 21
Illustration 12 - Exemple de matrice de risque (MEEDDM, 2005b) ............................................. 22
Illustration 13 : Matrice de risque Total de la DirSec08 (Total, 2008a) ........................................ 22
Illustration 14 : Matrice de risques GESIP pour les premiers effets létaux .................................. 23
Illustration 15 : Comparaison des matrices de risques du GESIP et du MEEDDM pour le seuil des effets létaux ............................................................................................................... 24
Illustration 16 – Exemple d’échelled‘évaluation des conséquences (Wiig et al, 1996) ............... 25
Illustration 17 - Exemple de critères chiffrés permettant de déterminer le niveau de gravité (Wiig et al, 1996) .............................................................................................................. 26
Illustration 18 - Exemple de matrice de risque environnementale utilisée dans l’industrie pétrolière (Wiig et al, 1996). Pour les cases notées A et B des mesures doivent être mises en place pour réduire le risque. ......................................................................................... 27
Illustration 19 :Typologie proposée pour l’élaboration des indicateurs ........................................ 30
Illustration 20 : Tableau recensant les différentes cibles et les phénomènes impactants correspondants ............................................................................................................................ 32
Illustration 21 : Schéma support à l’application de la méthodologie d’élaboration des indicateurs, pour la cible « homme » et l’impact « effets toxiques aigus » .................................. 34
Illustration 22 : Echelle d’évaluation du ratio de risques .............................................................. 37
Illustration 23 : Echelle d’évaluation de l’ERI ............................................................................... 38
Illustration 24 – Valeurs de référence relatives aux seuils d’effets de surpression et aux seuils d’effets thermiques (Arrêté du 29/09/05). .......................................................................... 39
Illustration 25 : Echelle de Mercalli modifiée ................................................................................ 40
Illustration 26 - Eléments de réflexion pour l’établissement de grilles permettant d’évaluer la gravité des impacts d’une altération chimique dans un aquifère sensible (Bouc et al., 2011). ....................................................................................................................... 42
Illustration 27 – Arrêté du 11 Janvier 2007 relatif aux limites et références de qualité des eaux brutes et des eaux destinées à la consommation humaine. ........................................ 44
Illustration 28 – Différents seuils permettant d’évaluer la salinité des eaux souterraines. .......... 45
Illustration 29 – Limites de qualité de l’eau issue de l’arrêté du 11 Janvier 2007........................ 46
Illustration 30 – Valeurs seuils permettant de juger de l’état chimique d’une masse d’eau souterraine d’après la directive cadre sur l’eau (arrêté du 17/12/08). ............................... 46
Illustration 31 – Exemples de Normes de Qualité Environnementale (NQE)pour les eaux de surface (Directive 2008/105/CE). ................................................................................... 46
Illustration 32 – Exemple de valeurs seuils proposées par l’arrêté du 11 Janvier 2007. ............. 47
Illustration 33 – Evaluation du niveau de pollution utilisée dans la gestion des sols pollués aux Pays-Bas (Menger, 2005). ........................................................................................ 49
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
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Illustration 34 – Risque de salinisation des sols en fonction de la salinité de l’eau d’irrigation (FAO, 1985). ............................................................................................................... 49
Illustration 35 – Exemple des seuils pour déterminer l’impact sur les écosystèmes du CO2 gazeux sur les sols (1 bar, 15°C). ........................................................................................ 52
Illustration 36- Exemple des seuils pour déterminer l’impact sur les écosytèmes du CO2 gazeux dans l’atmosphère (1 bar, 15°C). .................................................................................... 52
Illustration 37 - Exemple des seuils pour déterminer l’impact sur les écosytèmes du CO2 gazeux dans les eaux douces superficielles (1 bar, 15°C). ......................................................... 53
Illustration 38 – Tolérance de différentes plantes à la salinité, d’après FAO (1985). .................. 53
Illustration 39 – Exemples de PNEC dans différents compartiments (Source : INERIS). ........... 54
Illustration 40 - Exemple de grille d’ évaluation de la gravité de impacts sur l’environnement (DNV, 2009) ....................................................................................................... 54
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 9
1. Introduction
Le stockage géologique de CO2 est identifié comme une des technologies qui peut permettre de réduire les émissions anthropiques de CO2 dans l’atmosphère et par voie de conséquence de contribuer à limiter les changements globaux (IPPC, 2005). Le stockage géologique a pour objectif le confinement permanent du CO2 dans des formations géologiques profondes (typiquement >800m) et ceci, en toute sécurité pour l’homme et l’environnement comme le prévoit la Directive européenne 2009/31/CE du 23 avril 2009 (Commission européenne, 2009). D’après la Directive, une évaluation des risques est nécessaire afin de déterminer si une formation géologique est apte à servir de site de stockage. Cette évaluation des risques nécessite notamment une analyse des conséquences d’évènements imprévus sur l’homme et l’environnement. De plus, un site de stockage géologique de CO2, au titre des installations classées, nécessitera une étude d’impact2.
Les travaux antérieurs menés au BRGM dans le cadre du stockage géologique de CO2 en ce qui concerne les impacts potentiels et les risques ont principalement porté sur l’identification et la représentation de scénarios de risque. Pour ce qui est de la quantification des conséquences des scénarios de remontée de CO2, des travaux ont été menés principalement sur les aquifères d’eau potable (Vong, 2009 ; Vong et al., 2010a ; Jacquemet et al., 2010a ; Vong et al., 2010b, Jacquemet et al., 2010b) et, en surface, sur l’homme (De Lary et Loschetter, 2010).
Néanmoins, la réflexion sur le niveau d’impacts ou de risques acceptables liés à la partie souterraine du stockage géologique est actuellement limitée. À ce propos, la directive Européenne et les lignes directrices associés (Commission européenne, 2009 ; Commission européenne, 2011) précisent que le stockage géologique ne doit pas présenter de « risques significatifs pour l’environnement ou la santé ». Nous devons donc nous demander à partir de quel moment on décrète qu’un risque est dit « significatif ». Cette information est centrale dans une évaluation de risques puisqu’elle permet de déterminer à l’avance quels types de résultats seront attendus de l’analyse de risque et des outils mis en œuvre. De plus cette information doit être déterminée au tout début d’une démarche d’analyse de risque puisqu’elle permet d’orienter la réflexion et de choisir les outils permettant de fournir le résultat recherché.
Dans ce cadre, ce rapport d’avancement a pour objectif de proposer des indicateurs d’évaluation des résultats des analyses de risques. D’une manière générale, le principal rôle des indicateurs est de quantifier de façon systématique des phénomènes parfois complexes. Ils permettent aussi de condenser et de simplifier l’information3. Les
2 Pour le stockage géologique de CO2, en raison de la présence d’un réservoir géologique et des échelles
de temps considérées, la distinction entre le périmètre de l’étude d’impacts et celui de l’étude de dangers est assez floue.
3 http://sdeir.uqac.ca/doc_numerique/format/PDF/13827337T3.pdf
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
10 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
indicateurs proposés ont vocation à servir d’information de référence, d’outils d'évaluation, et d'aide à la décision. Ils sont définis et interprétés en référence à des seuils ou des normes ou des objectifs préalablement fixés. Outre l’analyse de risque proprement dite, la définition d’indicateur a aussi pour objectif d’aider les décideurs pour l’application de la réglementation existante dans le cadre des risques liés au stockage de CO2, voire pour la création de nouvelles dispositions. Les indicateurs suggérés dans ce rapport d’avancement sont le plus souvent génériques. Il convient de ne pas oublier que la détermination de la gravité dépendra des spécificités de chaque site.
Ce rapport d’avancement présente tout d’abord les différentes terminologies et concepts liés aux indicateurs et au domaine de l’étude des risques. Ensuite, une méthodologie pour mettre en place des indicateurs adaptés aux analyses de risques du stockage géologique de CO2 est présentée. Enfin, pour chacune des cibles identifiées et des impacts qu’elle pourrait potentiellement subir, une réflexion sur les indicateurs (notamment sur les indicateurs permettant d’évaluer la gravité) est réalisée.
Ce travail a été lancé à titre exploratoire et mériterait d’être approfondi. Il s’agit donc d’un rapport d’avancement qui permet d’expliquer la méthodologie et de présenter les premiers résultats obtenus.
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 11
2. Etat de l’art
Avant de rentrer dans le cœur du sujet, à savoir l’élaboration d’indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2, un état de l’art plus général sur les notions d’indicateurs, de risques, et sur les méthodologies existantes d’évaluation des risques s’est avéré nécessaire. Nous présentons dans ce chapitre les principaux points intéressants recensés au cours de ce travail préliminaire.
2.1. CONCEPTS ET TERMINOLOGIE
Ce paragraphe préliminaire permet de fixer ou rappeler la terminologie et les concepts que l’on sera amené à utiliser dans ce rapport d’avancement.
2.1.1. Cible, enjeu, critère, indicateur, paramètre
Afin d’éclaircir l’usage que nous ferons par la suite des termes « cible, enjeu, critère, indicateur, paramètre », nous avons élaboré le schéma ci-dessous comprenant quelques éléments de définition (tirées de définitions de l’OCDE ou élaborées à partir de sources Internet telles que le site de l’ADEME) et des exemples illustratifs:
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
12 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
Illustration 1 : Eléments de définition et exemples pour illustrer les notions de cible, enjeu, critère, indicateur, paramètre
Nous nous intéressons ici à l’élaboration d’indicateurs. La qualité majeure d'un indicateur est sa capacité à rendre compte de façon synthétique de phénomènes complexes. L’étape de synthèse implique que l’indicateur ne représente pas la réalité mais un modèle de la réalité. Il est donc nécessaire de justifier le choix des indicateurs et leur mode d’obtention.
2.1.2. Terminologie des risques
Compte tenu des différentes composantes du risque, nous serons amenés à élaborer des indicateurs à différents niveaux (indicateur de gravité, indicateur de vulnérabilité, indicateur de risque, etc.). Voici un rappel rapide de ces notions, telles qu’elles sont utilisées dans le cadre des risques naturels :
Illustration 2 : Récapitulatif des notions de risques (la « capacité d‟adaptation » est entourée en pointillés car, selon les sources, elle fait partie ou non de la vulnérabilité)
2.2. CLASSIFICATION PSR DES INDICATEURS
L’OCDE a développé une démarche conceptuelle appelée "Pression - État - Réponse" (PSR en anglais pour Pressure-State-Response) permettant de structurer les indicateurs environnementaux et de les inclure comme moyen de réflexion et de décision dans les politiques publiques (OCDE, 1997). Cette démarche a pour objectif d’établir des liens de causalité entre les activités humaines, l’état de l’environnement et
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 13
les actions de la société. Elle définit trois types d’indicateurs de la façon suivante (Illustration 3):
Les indicateurs de pression décrivent les pressions exercées sur l’environnement par les activités humaines. Les pressions peuvent être directes (e.g. pollutions du milieu) ou indirectes (e.g. activités industrielles) ;
Les indicateurs d'état se rapportent à la qualité de l’environnement et les aspects qualitatifs et quantitatifs des ressources naturelles.
Les indicateurs de réponse illustrent la réponse de la société (e.g. actions réglementaires, mesures de gestion…).
Illustration 3 - Modèle pression-etat-réponse (OCDE, 1997).
Cette démarche a été très largement reprise, notamment par l’agence européenne de l’environnement (EEA, 1999). Elle est utilisée en France comme aide à de nombreuses politiques publiques de gestion de l’environnement.
Dans ce rapport d’avancement, nous n’avons pas retenu cette démarche car :
Elle a pour principal intérêt d’éclairer les politiques publiques dans des situations complexes où plusieurs activités anthropiques ont un impact sur l’environnement et qu’il faut appréhender les contributions de chacune. Or, ici nous considérons une seule activité (le stockage de CO2).
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
14 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
Elle s’applique aux impacts sur l’environnement qui se réalisent c'est-à-dire qui ont une probabilité égale à 1 (e.g. impact des émissions annuelles de SOX par les transports). En utilisant cette approche il y a donc un risque de confusion avec les impacts potentiels des scénarios de risque du stockage géologique de CO2 qui doivent être au contraire considérés comme (très) peu probables pour la majorité d’entre eux.
2.3. MÉTHODOLOGIE DE L’ÉVALUATION DES RISQUES
Plusieurs méthodologies d’évaluation des risques existent, à des échelles supranationales, nationales ou locales. Nous présentons ci-dessous les lignes directrices de la Commission Européenne ainsi que la méthodologie des études de danger. Nous verrons qu’il n’existe pas une échelle unique pour savoir si le niveau de risque est acceptable ou non. Une évaluation quantitative des risques environnementaux utilisée en industrie pétrolière est également présentée.
2.3.1. Lignes directrices de la Commission Européenne
Une méthodologie d’évaluation de risque générale procède en différentes étapes (Commission Européenne, 2010 ; ISO, 2009) :
Illustration 4 : Différente étapes d‟une évaluation de risques
- Identification des risques : il s’agit de trouver, de reconnaître, de décrire les risques (souvent via la construction de scénarios)
- Analyse des risques : il s’agit de comprendre la nature du risque et de déterminer le niveau de risque, en prenant en compte l’analyse de l’aléa (analyse géographique et temporelle, analyse de l’intensité et de l’échelle, analyse de la probabilité d’occurrence) et l’analyse de la vulnérabilité (identification des personnes et des éléments potentiellement exposées, identification de facteurs de vulnérabilité, évaluation des impacts, analyse de la capacité d’autoprotection).
- Évaluation des risques : il s’agit de comparer les résultats de l’analyse de risques avec des standards de référence pour déterminer si le risque est acceptable ou non. Les lignes directrices n’imposent pas de standards mais font référence à différents textes. Ces références peuvent être issues de textes réglementaires, mais aussi de concertation entre parties prenantes, bonnes pratiques ou autres.
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 15
Dans la méthodologie proposée par la Commission européenne dans le cadre des catastrophes naturelles, 3 catégories d’impacts sont étudiés :
- les impacts sur l’homme : il s’agit : o du nombre de morts, o du nombre de personnes sévèrement blessées ou de personnes
malades, o du nombre de personnes déplacées de manière permanente.
- les impacts économiques et environnementaux : c’est la somme : o des coûts de santé, o des coûts des mesures d’urgence, o des coûts de restauration des bâtiments, transports publics et
infrastructures, héritage culturel, propriété, etc., o des coûts de restauration environnementale et autres coûts
environnementaux, o des coûts d’interruption de l’activité économique, o des valeurs de remboursement des assurances, o des coûts indirects sur l’économie et la société, o etc.
- les impacts politiques et sociaux : ils sont en général évalués sur une échelle semi-quantitative et peuvent inclure différentes catégories telles que l’anxiété, l’empiètement du territoire, la violation de la démocratie, etc.
La Commission Européenne recommande l’utilisation de matrices de risques croisant la probabilité et l’impact, ceci afin de faciliter la comparaison de différents risques :
Illustration 5 : Exemple de matrices de risques (Commission Européenne, 2010)
La Commission Européenne recommande l’utilisation d’au moins 5 classes sur chaque axe. La matrice peut être symétrique ou donner un surpoids aux impacts (par exemple, sur l’illustration ci-dessus, le couple de probabilité 3 et d’impact 4 est en rouge, tandis que le couple de probabilité 4 et d’impact 3 est en orange).
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
16 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
Il est également recommandé d’utiliser 3 matrices différentes pour les 3 types d’impacts : l’échelle des impacts sera exprimée en nombre de personnes affectés pour l’impact sur l’homme, en € pour les impacts économiques et environnementaux, et sur une échelle qualitative pour les impacts politiques et sociaux.
Illustration 6 : Exemples de matrices de risques pour les 3 catégories d‟impacts (Commission Européenne, 2010)
2.3.2. Lignes directrices de la Commission Européenne pour le stockage géologique de CO2
Les lignes directrices spécifiques au CO2 publiées par la Commission Européenne (mais n’ayant pas de valeur juridique) reprennent les différentes étapes nécessaires à l’évaluation des risques, de manière assez vague (Commission Européenne 2011a, Commission Européenne 2011b):
- Identification des risques - Analyse des risques
o Caractérisation de l’aléa : il est recommandé de faire des modélisations et des études de sensibilité, notamment pour estimer les débits de fuite potentiels et leurs durées et pour comprendre le comportement du CO2 pendant la migration.
o Évaluation de l’exposition: Le court paragraphe reste très vague, mentionnant simplement que cette évaluation doit être basée sur les caractéristiques de l’environnement et la distribution des activités de la population humaine.
o Évaluation des effets: Deux paragraphes décrivent cette évaluation des effets (Guidance 1 et Guidance 2) : “Effects assessment – based on the sensitivity of particular species, communities or habitats linked to potential leakage events associated with identified risks. Where relevant it shall include effects of exposure to elevated CO2 concentrations in the biosphere (including soils, marine sediments and benthic waters (asphyxiation; hypercapnia) and reduced pH in those environments as a consequence of leaking CO2). It shall also include an assessment of the effects of other substances that may be present in any leaking CO2 streams (either
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
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impurities present in the injection stream or new substances formed through storage of CO2). These effects shall be considered at a range of temporal and spatial scales, and linked to a range of different magnitudes of leakage events.” “Effects assessment refers to the estimation of what happens to humans, other organisms or an entire ecosystem when exposed to a hazard under one or more of the exposure scenarios described in the exposure assessment. Effects can include changes in appearance, activity, health and population size. The effect of the exposure to CO2 will be dependent on the rate of leakage into the ecosystem. As CO2 is a naturally occurring non-flammable substance, if low levels of exposure occur than the effects may be minimal or non-eventful. If however large volumes were to be released over a short period of time then the CO2 may accumulate in low lying areas and cause asphyxiation and related effects for air breathing organisms due to a lack of oxygen. If the CO2 was released rapidly under pressure, as could occur from a well leakage to the surface, then the rapid pressure and temperature change is likely to cause freezing of the adjacent areas and facilities. Leakage from offshore storage areas would result in CO2 being released into the ocean waters. Such leakage could affect the marine oceanic ecosystem, including increased mortality and reduced rates of calcification, reproduction, growth, circulatory oxygen supply and mobility (IPCC, 2005). In addition, the CO2 streams that will be injected will have other incidental substances, and some of these substances could pose significant effects.”
- Évaluation des risques via une étape de « risk ranking » : la méthode recommandée est celle des matrices de risques, mais aucune indication sur les échelles ou les standards à utiliser n’est donnée. On recommande simplement une approche conservative et la discussion au sein de groupes d’experts.
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
18 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
Illustration 7 : Matrice de risques donnée à titre d‟illustration dans les lignes directrices de la Commission Européenne pour le stockage géologique de CO2 (DNV)
On peut noter que cet exemple est extrêmement simpliste (3 classes et non 5, classes purement qualitatives, sans recommandation d’applications à certaines cibles ou enjeux, sans unité).
2.3.3. Méthodologie des études de danger
Un décret qui paraîtra prochainement instituera dans la nomenclature ICPE une nouvelle rubrique concernant les installations de stockage géologique de CO2. Ainsi, les installations de stockage géologique (y compris les installations de surface) seront soumises à autorisation avec servitudes d’utilité publique. Une étude de danger devra donc être réalisée par l’exploitant (ordonnance 2010-1232 du 21 octobre 2010).
L’étude de dangers d’une installation a pour objectifs de recenser les phénomènes dangereux possibles, d’évaluer leurs conséquences et leur probabilité d’occurrence, et d’en déduire les risques principalement pour l’homme et les infrastructures. Elle étudie aussi la cinétique des phénomènes dangereux ainsi que leur prévention et les moyens de secours4. À ce titre, et outre les exigences réglementaires, l’étude de dangers offre un cadre méthodologique d’études des conséquences particulièrement intéressant. La méthodologie de prise en compte des conséquences et des risques dans les études de
4 http://installationsclassees.ecologie.gouv.fr/Objet-de-l-etude-de-dangers.html
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BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 19
dangers des installations classées est encadrée par l’Arrêté du 29/09/05 (MEEDDM, 2005a) dont nous allons détailler le contenu ci-après.
Intensité des effets des phénomènes dangereux L’étude de dangers comprend une évaluation et une prise en compte de l’intensité des effets des phénomènes dangereux. D’après l’Arrêté du 29/09/05, « l'intensité des effets des phénomènes dangereux est définie par rapport à des valeurs de référence exprimées sous forme de seuils d'effets toxiques, d'effets de surpression, d'effets thermiques et d'effets liés à l'impact d'un projectile, pour les hommes et les structures ». Le détail des valeurs (ou seuils) de références applicables figure en annexe de l’Arrêté. Par exemple, pour les effets toxiques, les seuils de référence sont présentés dans l’Illustration 8. Pour le CO2, les valeurs correspondant à ces seuils sont données par Illustration 9.
SEUILS D'EFFETS TOXIQUES POUR L'HOMME PAR INHALATION
Types d'effets constatés
Concentration d'exposition
Exposition de 1 à 60 minutes
Létaux SELS (seuil des effets létaux significatifs)
SEL (seuil des effets létaux)
Irréversibles SEI (seuil des effets irréversibles)
Réversibles SER (seuils des effets réversibles)
Illustration 8 - Tableau relatif aux valeurs de référence de seuils de toxicité aiguë (Arrêté du 29/09/05 ; MEEDDM, 2005a)
EFFETS EFFETS LÉTAUX SIGNIFICATIFS
PREMIERS EFFETS LÉTAUX
EFFETS IRRÉVERSIBLES
Concentration en CO2 (% de volume)
20 % 10 % 5 %
Illustration 9 - Seuils d‟effets aigus du CO2 (d‟après Note du 16/11/07 du Ministère chargé de l‟Ecologie relative à la concentration à prendre en compte pour l‟O2, le CO2, le N2 et les gaz inertes). Ces seuils se rapportent à une expositon de 30 minutes (bien que cela ne soit pas
précisé dans la note)
D’autres seuils sur les effets de surpressions et les effets thermiques sont mentionnés dans l’arrêté aussi bien pour l’homme (e.g. 50 hPa pour le seuil des effets irréversibles de surpression) que pour les structures. Il est mentionné que l’impact d’un projectile doit être traité au cas par cas.
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20 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
Gravité des conséquences D’après l’arrêté du 29/09/05, « la gravité des conséquences potentielles prévisibles d'un accident sur les personnes physiques […] résulte de la combinaison en un point de l'espace de l'intensité des effets d'un phénomène dangereux, […], et de la vulnérabilité des personnes potentiellement exposées à ces effets ». La gravité résulte donc d’un croisement entre l’intensité des phénomènes et la vulnérabilité des cibles exposées. La vulnérabilité des personnes est traduite par un nombre de personnes potentiellement exposées au phénomène dangereux. En pratique, les seuils de référence des effets des phénomènes permettent de déterminer des zones dans lesquelles le nombre de personnes exposées (la vulnérabilité) peut être déterminé. L’échelle d’appréciation de la gravité des conséquences humaines à l’extérieur des installations est présentée à l’Illustration 10.
NIVEAU DE GRAVITÉ DES CONSÉQUENCES
ZONE DÉLIMITÉE PAR LE SEUIL DES EFFETS LÉTAUX SIGNIFICATIFS
ZONE DÉLIMITÉE PARLE SEUIL DES EFFETS LÉTAUX
ZONE DÉLIMITÉE PAR LE SEUIL DES EFFETS IRRÉVERSIBLES SUR LA VIE HUMAINE
Désastreux. Plus de 10 personnes exposées (1).
Plus de 100 personnes exposées.
Plus de 1 000 personnes exposées.
Catastrophique. Moins de 10 personnes exposées.
Entre 10 et 100 personnes.
Entre 100 et 1 000 personnes exposées.
Important. Au plus 1 personne exposée.
Entre 1 et 10 personnes exposées.
Entre 10 et 100 personnes exposées.
Sérieux. Aucune personne exposée.
Au plus 1 personne exposée.
Moins de 10 personnes exposées.
Modéré. Pas de zone de létalité hors de l'établissement
Présence humaine exposée à des effets irréversibles inférieure à 1 personne.
(1) Personne exposée : en tenant compte le cas échéant des mesures constructives visant à protéger les personnes contre certains effets et la possibilité de mise à l'abri des personnes en cas d'occurrence d'un phénomène dangereux si la cinétique de ce dernier et de la propagation de ses effets le permettent.
Illustration 10 - Echelle d'appréciation de la gravité des conséquences humaines d'un accident à l'extérieur des installations (Arrété du 29/09/2005 : MEEDDM, 2005a)
Évaluation du risque L’évaluation du risque suppose de connaitre la probabilité d’occurrence des phénomènes dangereux. Habituellement on utilise une échelle à 5 classes de probabilité (Illustration 11).
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BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 21
Illustration 11 - Echelle de probabilité utilisée pour les études de dangers (Arrété du 29/09/2005 : MEEDDM, 2005).
Une fois la probabilité du phénomène évaluée, elle est croisée avec la gravité de ses conséquences afin d’évaluer le risque à proprement parler. Le niveau de risque est déterminé par une matrice de risque dont un exemple est présenté à l’Illustration 12.
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22 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
Illustration 12 - Exemple de matrice de risque (MEEDDM, 2005b)
Habituellement, les matrices de risques sont basées sur une échelle d’appréciation du risque à 4 niveaux décrits dans l’Illustration 12.
Avertissement : ce paragraphe a présenté de façon succincte et très simplifiée quelques éléments des études de dangers qui seront nécessaires par la suite pour l‟établissement d‟une méthodologie. Afin de mieux appréhender les détails des études de dangers, le lecteur peut se référer à la circulaire du 10 mai 2010 (MEEDDM, 2010b). Cette circulaire rassemble les règles méthodologiques applicables pour répondre aux exigences réglementaires lors de la réalisation des études de dangers des installations classées.
2.3.4. Niveau de risque acceptable
Dans les différentes méthodologies présentées ci-dessus, il est nécessaire de déterminer quel est le niveau de risque que l’on est prêt à accepter. Nous nous sommes rendu compte qu’il n’existait pas un standard unique d’acceptabilité. Par exemple, si l’on s’intéresse au seul document français que nous avons trouvé spécifique aux études de risque liés au stockage géologique de CO2 concernant le projet pilote de Lacq, on se rend compte qu’au moins 3 matrices de risques différentes ont été utilisées pour les effets sur l’homme (Total E&P France, 2008a, 2008b) :
1) La matrice de risque utilisée pour l’homme sur le site de l’usine TOTAL de Lacq pour les effets à l’intérieur du site est présentée à l’Illustration 13.
Illustration 13 : Matrice de risque Total de la DirSec08 (Total, 2008a)
2) La matrice de risque utilisée pour l’homme pour les effets qui dépassent les limites du site sur le site de l’usine TOTAL de Lacq fait référence à la circulaire du MEEDDM (2005b) (Illustration 12).
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 23
3) La matrice de risque utilisée pour l’homme pour l’étude de sécurité des canalisations fait référence au guide GESIP5 (Illustration 14).
Illustration 14 : Matrice de risques GESIP pour les premiers effets létaux
Nous avons essayé de représenter l’information de la même manière pour les effets létaux, pour la matrice du MEEDDM et celle du GESIP (la gravité est exprimée sur la double échelle qualitative et nombre de personnes exposées ; la probabilité est exprimée sur la double échelle qualitative et quantitative ; nous nous sommes assurés que les correspondances entre les échelles qualitatives et quantitatives étaient les mêmes dans les différents documents) :
5 Groupe d’étude de sécurité des industries pétrolières et chimiques. http://www.gesip.com/index.php
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
24 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
Illustration 15 : Comparaison des matrices de risques du GESIP et du MEEDDM pour le seuil des effets létaux
Il en ressort les commentaires suivants :
- Le guide GESIP est découpé en 7 classes de probabilité et 6 classes de gravité tandis que la grille ministérielle est découpée en 5 classes de probabilité et 5 classes de gravité.
- Le guide GESIP est plus raffiné que la grille ministérielle pour les évènements extrêmement peu probables et désastreux. En revanche il est moins précis que la grille ministérielle pour les évènements probables/courants de gravité importante/sérieuse/modérée.
- Pour les classes communes aux deux matrices (exemple : Catastrophique, classe D), le guide GESIP est moins exigeant que la grille ministérielle. Ceci peut sembler étonnant, on pourrait s’attendre à ce que la grille du GESIP applique à minima les exigences ministérielles. En réalité, les canalisations ne sont pas forcément soumises à autorisation (elles peuvent être soumises à déclaration) et ne sont donc pas forcément concernées par les matrices du MEEDDM, il n’y a donc pas d’incompatibilité juridique.
Conclusion : Même lorsque l’on s’intéresse à un périmètre très réduit (impacts sur l’homme à l’échelle d’un projet), il n’existe pas un unique standard de référence. Selon l’échelle d’appréciation utilisée, un scénario peut être ou non acceptable.
E+++ E++ E+ E D C B A
< 5E-7 5E-7 à 1E-6 1E-6 à 5E-6 5E-6 à 1E-5 1E-5 à 1E-4 1E-4 à 1E-3 1E-3 à 1E-2 >1E-2
>3000
1000-3000
300-1000
100-300
Catastrophique 10-100
Important 1 à 10
Sérieux 1
Modéré 0
D C B A
1E-5 à 1E-4 1E-4 à 1E-3 1E-3 à 1E-2 >1E-2
Catastrophique 10-100 MMR 2 Non 1 Non 2 Non 3
Important 1 à 10 MMR 1 MMR 2 Non 1 Non 2
Sérieux 1 * MMR 1 MMR 2 Non 1
Modéré 0 * * * MMR 1
*
*
Désastreux
Désastreux
>100 Non 1 Non 2 Non 3 Non 4
MMR 1
Non traité
LEGENDE :
Risque moindre
E
>1E-5
Matrice de risque, premiers
effets létaux, guide GESIP
Matrice de risque, seuil des
effets létaux, arrêté + circulaire
Risque élevé
Risque intermédiaire
Risque acceptable
Non partiel / MMR 2
MMR 1
*
*
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 25
2.3.5. Évaluation quantitative de risques environnementaux
Des évaluations quantitatives des risques environnementaux existent par exemple dans le domaine pétrolier. Ces approches utilisent des grilles permettant de déterminer le niveau de gravité des impacts redoutés.
À titre d’exemple, les niveaux de conséquences peuvent être définis comme suit (Illustration 16).
Niveau de gravité
Dommage (chacun des dommages décrits est suffisant pour déterminer le niveau de gravité correspondant)
Niveau 1 Pas de dommage mesurable (ou dommage inférieur à la variabilité naturel)
Niveau 2 Dommages mineurs sur les ressources marines ou les sols dans le court terme difficiles à mesurer. Eaux de surface ou souterraines non affectées. Écosystèmes vulnérables et espaces protégés non affectés.
Niveau 3 Dommages localisés et mesurables sur les ressources marines, les sols ou les eaux de surface. Eaux souterraines non affectées. Écosystèmes vulnérables et espaces protégés non affectés. Pérennité des ressources maintenue.
Niveau 4 Dommages conséquents sur les ressources marines, les sols ou les eaux de surface ou souterraines. Écosystèmes vulnérables et espaces protégés perturbés de façon significative. Pérennité de quelques ressources mise en jeu.
Niveau 5 Dommages importants sur les ressources marines, les sols ou les eaux de surface ou souterraines. Écosystèmes vulnérables et espaces protégés perturbés de façon significative. Pérennité de certaines ressources mise en jeu.
Illustration 16 – Exemple d‟échelled„évaluation des conséquences (Wiig et al, 1996)
De plus, des critères d’appréciation chiffrés peuvent être proposés.
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
26 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
Illustration 17 - Exemple de critères chiffrés permettant de déterminer le niveau de gravité (Wiig et al, 1996)
Une fois le niveau de gravité déterminé, l’approche consiste à le croiser avec la probabilité de survenue dans une matrice de risque. Ceci permet de déterminer si le risque est acceptable ou non.
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
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Illustration 18 - Exemple de matrice de risque environnementale utilisée dans l‟industrie pétrolière (Wiig et al, 1996). Pour les cases notées A et B des mesures doivent être mises en
place pour réduire le risque.
Il faut préciser que cette méthode est utilisée dans l’industrie pétrolière et qu’il conviendrait de s’interroger sur sa pertinence dans le cadre du stockage géologique de CO2.
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 29
3. Elaboration d’indicateurs
3.1. MÉTHODOLOGIE D’ÉLABORATION D’INDICATEURS
3.1.1. Structuration des types d’indicateurs
Actuellement, dans le domaine de l’analyse des risques liés au stockage de CO2, l’accent est essentiellement mis sur la connaissance des phénomènes dans le sous-sol (caractérisation du comportement du réservoir, modélisations des chemins de fuite, etc.). Dans ce rapport d’avancement, nous tentons de recenser et/ou d’établir des indicateurs de la gravité des conséquences potentielles liées à la partie souterraine du stockage6. Ces indicateurs sont des paramètres éventuellement obtenus ou calculés à partir d’autres paramètres. La question est donc de savoir, pour chaque type d’impact, quels sont le (ou les) paramètre(s) qu’il est (sont) opportun(s) de retenir et d’élever au rang d’indicateur. Par exemple pour l’acidification d’un aquifère faut-il retenir comme indicateur le pH, la variation de pH, le pH sur 1 ou 2 points de prélèvement, la concentration en HCO3
-… ? De nombreuses possibilités sont envisageables. Elles doivent être en accord avec ce qu’il est possible d’attendre des modèles, avec l’état actuel des connaissances, les contraintes techniques, les exigences réglementaires…
Comme nous le verrons par la suite, la définition de ces indicateurs est une tâche complexe qui n’a pu être réalisée que de façon très partielle dans le cadre de ce rapport d’avancement. Les indicateurs sur la gravité sont peu nombreux, ainsi nous avons dans la mesure du possible tenté de déterminer, en complément, d’autres indicateurs à différents niveaux comme cela est présenté à l’Illustration 19. Remarquons que dans certains cas il sera nécessaire de définir des indicateurs au niveau inférieur (indicateur d’intensité, de vulnérabilité) pour en déduire un indicateur au niveau supérieur (indicateur de gravité).
De plus, dans certaines situations, les indicateurs de niveau 2 (intensité, vulnérabilité) seront suffisants pour conclure d’une absence de risques. En effet, si lors d’une étude de risque on peut prouver que les seuils critiques d’intensité ne seront pas dépassés, ou qu’un élément n’est pas vulnérable (parce que non présent dans la zone d’effet etc.) alors on pourra conclure d’une absence de risque sans avoir à se donner la peine de définir des échelles de gravité.
6 Dans ce rapport d’avancement nous ne nous intéresserons pas aux impacts liés aux installations de
surface.
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
30 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
Il est possible de dégager de la littérature des indicateurs permettant de caractériser le phénomène impactant7 (niveau 1): débit de fuite en surface, etc. Néanmoins, précisons qu’il est rarement possible de procéder à une évaluation du risque à partir de ce type d’indicateur car il n’existe pas forcément de standards de référence ou bien parce que l’information donnée par l’indicateur est insuffisante (par exemple le débit de fuite doit être converti en exposition pour en déduire un impact).
Illustration 19 :Typologie proposée pour l‟élaboration des indicateurs
3.1.2. Méthodologie
Le travail déjà mené au BRGM a permis de distinguer 9 types de cibles (Bouc, 2008) pouvant subir les conséquences d’une évolution dégradée d’un stockage géologique de CO2 (homme, aquifères, eaux de surface, environnement marin, environnement terrestre de surface, sols, environnement bâti, atmosphère, autres ressources souterraines).
D’autres travaux ont permis d’identifier les scénarios de risques (Bouc, 2008 ; Manceau et Sy, 2010) pouvant mener à l’exposition de ces cibles.
L’ensemble de ces travaux a permis la mise au point d’une base de donnée recensant pour chaque cible les impacts et les phénomènes impactants.
7 Phénomène impactant. Mécanisme physique susceptible d’avoir un effet direct pour l’homme,
l’environnement ou tout autre élément vulnérable, à court comme à long terme (Bouc et al., 2011 ; Farret et al., 2010)
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 31
Dans le cadre de ce travail, nous n’avons pas développé d’indicateurs permettant de caractériser les phénomènes impactants. Nous nous sommes concentrés sur le développement des indicateurs de niveau 2, 3, voire 4. En effet, il ne s’agissait pas de réaliser un travail technique sur les phénomènes (étudiés par ailleurs dans d’autres tâches) mais de faire des propositions permettant de combler les lacunes actuelles sur la partie interprétation des impacts dans le cadre d’une analyse de risques.
Nous utilisons donc le tableau suivant recensant les impacts redoutés pour chaque cible. Nous insistons sur le fait que ces impacts sont potentiels, c’est à dire que la (très) grande majorité d’entre eux ne devrait pas être constaté si le site évolue de façon conforme aux prévisions8.
CIBLE IMPACT
Atmosphère Augmentation de la teneur en GES9 dans l'air.
Autres ressources et/ou autres usages
Impacts quantitatifs ou qualitatifs sur les ressources économiques en surface ou subsurface et/ou leur(s) usage(s)
Impacts sur le patrimoine culturel et/ou son usage (destruction ou restriction de la fréquentation des sites archéologiques, historiques, naturels, paléontologiques par exemple)
Impacts sur les ressources récréatives dépendant de la bonne santé du milieu (pêche, chasse)
Eaux souterraines et/ou surface
Acidité de l'eau
Dégradation de la qualité physico-chimique des eaux (salinisation par exemple)
Impacts sur les lacs ou les rivières (débit, géométrie)
Modification de la quantité d'eau disponible pour l'AEP
Pollution des eaux (micro-organismes, hydrocarbures par exemple)
Pollution par des éléments à l'état de traces mobilisés (métaux, composés organiques)
Pollution par des produits des réactions
Écosystèmes de surface
Impacts de la pollution du milieu (micro-organismes, hydrocarbures par exemple)
Impacts de la salinisation du milieu
Impacts de l'acidification du milieu
Impacts des changements ayant lieu sur les eaux de surfaces
Impacts des éléments à l'état de traces mobilisés (métaux, composés organiques)
Impacts des produits des réactions
Impacts des substances annexes
8 Certains impacts pourraient en revanche être constatés même lorsque le stockage évolue normalement :
déplacements de saumures, déformations de terrains etc.
9 Gaz à effets de serre
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
32 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
Impacts des variations des niveaux de nappes
Impacts du CO2 gazeux
Homme Conséquences sur l'homme de l'endommagement des structures du à la déformation de terrains (Subsidence, soulèvement/surrection)
Conséquences sur l'homme de l'endommagement des structures du à la sismicité induite
Dangers pour l'homme de la formation de doline d'effondrement
Effets chroniques sur la santé par ingestion à seuils de substances (Jardins potagers, réseau d'eau potable, puits particulier, ingestion par les enfants)
Effets chroniques sur la santé par ingestion à seuils de substances passées en solution lors de la corrosion des canalisations d'eau potable
Effets chroniques sur la santé par ingestion sans seuils de substances (Jardins potagers, réseau d'eau potable, puits particuliers, ingestion par les enfants)
Effets chroniques sur la santé par ingestion sans seuils de substances passées en solution lors de la corrosion des canalisations d'eau potable
Effets chroniques sur la santé par inhalation à seuils du CO2 et/ou de substances annexes
Effets chroniques sur la santé par inhalation sans seuil de substances annexes
Effets de la pression et des radiations thermiques
Effets toxiques aigus par inhalation du CO2 et/ou de substances annexes
Infrastructures Endommagements dus à la déformation de terrains (Subsidence, soulèvement/surrection)
Endommagements dus à la formation de doline d'effondrement
Endommagements dus à la sismicité induite
Endommagements dus aux effets de pression et de radiations thermiques
Sols Acidité des sols
Dégradation de la qualité des sols (salinisation par exemple)
Pollution des sols (hydrocarbures par exemple)
Pollution par des éléments à l'état de traces mobilisés (métaux, composés organiques)
Pollution par des produits de réactions
Pollution par des substances annexes
Illustration 20 : Tableau recensant les différentes cibles et les phénomènes impactants correspondants
Les indicateurs en eux-mêmes n’apportent pas une information suffisante pour l’évaluation de la gravité. En effet, il est nécessaire de pouvoir apprécier et interpréter
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 33
ces indicateurs par rapport à des seuils (des grilles d’évaluation, des standards), des normes ou encore des objectifs préalablement fixés. À titre d’exemple, savoir qu’en cas de fuite dans une habitation la concentration intérieure en CO2 est de 7 % n’apporte pas d’information sur les dangers pour la santé humaine si l’on ne dispose pas de référence comme les seuils définis à l’Illustration 9. Pour chaque indicateur il est donc nécessaire de déterminer une échelle d’évaluation afin de pouvoir l’apprécier. Pour chaque cible et pour chaque impact, nous avons effectué des recherches dans la littérature pour voir s’il existait des indicateurs de niveau 2, 3 ou 4 et des échelles d’évaluation.
Lorsque des lacunes étaient identifiées, nous avons réfléchi aux possibilités de proposer ou non nous-mêmes des indicateurs et des échelles de référence.
Nous avons raisonné à partir du schéma présenté à l’Illustration 19. Par souci de présentation, nous n’avons pas recopié l’ensemble des schémas dans ce rapport d’avancement, nous avons synthétisé l’ensemble dans le tableau présenté en synthèse dans la partie suivante.
Il convient de garder à l’esprit que ce travail a été lancé à titre exploratoire et que les résultats mériteraient d’être approfondis.
3.2. CIBLE 1 : L’HOMME
Parmi les différentes cibles identifiées, l’homme est celle pour laquelle il y a le plus d’outils permettant d’évaluer les impacts.
Pour les études de risque, la Commission Européenne (European Commission, 2010) recommande de quantifier les conséquences sur l’Homme à partir de 3 indicateurs :
- nombre de morts, - nombre de personnes sévèrement blessées ou de personnes malades, - nombre de personnes déplacées de manière permanente.
Quant à l’OMS, elle recommande de quantifier les impacts sur la santé en déterminant une charge de morbidité. Cette dernière peut être exprimée en décès, en incidence ou en Années de Vie Corrigées du facteur d'Invalidité - AVCIs (Disease-adjusted life years, DALYs), une mesure qui combine non seulement les décès (les années de vie perdues pour cause de décès prématuré) mais aussi les années équivalentes de vie en bonne santé perdues du fait d'une mauvaise santé ou d'une invalidité.10
Dans un premier temps et en accord avec les études de dangers, il semble raisonnable d’utiliser comme indicateur de vulnérabilité le nombre de personnes exposées. Ceci pourrait bien sûr être raffiné, par exemple en prenant en compte l’âge des personnes
10 http://www.who.int/quantifying_ehimpacts/fr/
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
34 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
exposées, le nombre de personnes présentant des déficiences respiratoires, mais à ce stade la prise en compte de tels indicateurs est trop ambitieuse.
Les autres types d’indicateurs sont plus spécifiques aux impacts, nous proposons donc de les étudier les uns après les autres :
3.2.1. Effet toxique aigue par inhalation du CO2 et/ou des substances annexes
Nous présentons ce schéma à titre d’illustration de la méthodologie. Les indicateurs notés en gras correspondent à des indicateurs pour lesquels il existe des standards de référence (indiqués en rouge en dessous). Les autres indicateurs peuvent être considérés comme des propositions ou des indicateurs intermédiaires.
Illustration 21 : Schéma support à l‟application de la méthodologie d‟élaboration des indicateurs, pour la cible « homme » et l‟impact « effets toxiques aigus »
Comme indicateur d’intensité de l’effet, il est pertinent d’utiliser comme indicateur le seuil d’intensité atteint, qui correspond à l’indicateur intermédiaire « concentration de
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 35
l’espèce observée sur une certaine durée ». Pour l’indicateur « seuil d’intensité atteint », il existe un standard de référence : le seuil d’effet toxique de la substance.
Comme indicateur de gravité, il existe un indicateur, le nombre de personnes exposées à un certain seuil et on convertit cet indicateur en niveau de gravité grâce à l’utilisation des standards existants (cf. Illustration 10).
Comme indicateur de risque, on utilise les standards et indicateurs proposés dans les matrices (par exemple matrices du MEEDDM, cf. Illustration 12)
Discussion
Pour évaluer les effets toxiques aigus sur l’homme, les indicateurs et les standards existent aux différents niveaux et il est donc possible de réaliser l’évaluer le risque.
Les indicateurs et standards proposés présentent des avantages :
Indicateurs utilisés systématiquement dans les études de danger
Indicateurs déjà utilisés dans les études de dangers de transport et stockage de CO2 pour le site pilote de Rousse (Total E&P France, 2008).
Seuils connus pour les principaux polluants (CO2, H2S, SO2, CO, NOx) ayant des effets aigus.
Néanmoins, dans le cadre du stockage de CO2, ces indicateurs supposent de connaître précisément la position du point d’émission du CO2 par rapport aux cibles afin d’en déduire la gravité. Étant donné l’emprise d’un réservoir de stockage (centaines de km²), cet exercice s’avère difficile.
3.2.2. Effets chroniques sur la santé par inhalation à seuils du CO2 et/ou des impuretés / Effets chroniques sur la santé par ingestion à seuils des impuretés
Les effets chroniques sont le résultat d’une exposition faible sur une longue durée. Comme indicateur d’intensité de l’effet, lorsque l’on s’intéresse aux effets chroniques à seuils des substances (par inhalation ou par ingestion), on peut utiliser le « Quotient de danger », qui est défini comme (InVS/Afsset, 2007) :
11
11
Valeur toxicologique de référence (VTR) : Appellation générique regroupant les valeurs permettant
d’établir une relation entre une dose et un effet (effet à seuil de dose) ou une dose et une probabilité de survenue d’un effet (effet sans seuil de dose). Les VTR sont spécifiques d’un effet (généralement l’effet critique), d’une durée d’exposition (aiguë, subchronique ou chronique) et d’une voie d’exposition (orale ou respiratoire) (InVS/Afsset, 2007).
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
36 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
Dans le cas de l’ingestion, les modalités d‘exposition comprennent habituellement l’exposition par les jardins potagers, l’eau potable, les puits particuliers, l’ingestion de sol par les enfants, les cultures, les animaux d’élevage.
Nota : Pour l’eau potable fournie par un réseau de distribution, la qualité sanitaire de l’eau est contrôlée par l’opérateur lui-même et aussi par les autorités compétentes (DDASS). L’arrêté du 11 janvier 2007 fixe le programme de prélèvement et d’analyse qui est réalisé par les autorités (contenu des analyses à effectuer, fréquence, points d’échantillonnages). Parmi les paramètres contrôlés figurent des substances polluantes qui pourraient potentiellement avoir pour origine un éventuel dysfonctionnement d’un site de stockage (chlorures, plomb, mercure, arsenic…). Ainsi, en cas de pollution des ressources en eaux, ces contrôles systématiques viendraient grandement diminuer le risque sanitaire d’exposition chronique à des impuretés par l’eau potable. Néanmoins, il convient de remarquer que la fréquence de ces contrôles est très dépendante de la population desservie et du débit du réseau : dans certains cas extrêmes il peut n’y avoir qu’un seul contrôle par an voire moins.
Cet indicateur est utilisé dans le cadre de l’évaluation quantitative des risques pour la santé (EQRS) pour déterminer l’impact sur la santé humaine de l’exposition chronique à des substances dangereuses notamment pour l’étude d’impact des ICPE (InVS/Afsset, 2007 ; INERIS, 2003). Précisons toutefois que ces études ne s’intéressent habituellement qu’au fonctionnement normal ou légèrement dégradé des installations. Dans de telles situations de fonctionnement normal, le stockage géologique de CO2 ne provoquerait pas de risques sanitaires puisqu’il n’y aurait pas de fuite. Il conviendrait donc d’adapter cet indicateur au stockage géologique de CO2 ou de l’utiliser avec les réserves nécessaires
Il existe pour cet indicateur des standards de référence :
- Les doses journalières admissibles (ou les VTR) sont définies pour certaines substances. Par exemple, pour l’inhalation, pour le mercure élémentaire12, la concentration tolérable dans l’air est de 2.10-4mg/m3. Pour la voie d’exposition par ingestion, la dose journalière tolérable est de 6.10-4 mg/kg poids corporel/jour (INERIS, 2003).
- Il pourrait aussi être envisagé d’utiliser les normes de qualité de l’air établies pour l’air extérieur (Décret n° 2010-1250 du 21 octobre 2010 relatif à la qualité de l'air). Ces normes concernent les oxydes d’azote, le dioxyde de soufre, l’ozone, le benzène, le monoxyde d’azote, des métaux lourds et des hydrocarbures. Elles sont principalement destinées à être utilisées pour la surveillance de la qualité de l’air dans les agglomérations.
- Enfin, il pourrait être envisagé d’utiliser comme valeur de référence les valeurs limites réglementaires ou de recommandation d’exposition professionnelles dans l’atmosphère du lieu de travail (INRS, 2008). Précisons qu’il s’agit des
12 Données issues des fiches toxicologiques de l’INERIS disponibles sur :
http://www.ineris.fr/index.php?module=cms&action=getContent&id_heading_object
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BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 37
valeurs établies pour un contexte professionnel et pour des personnes adultes et en bonne santé.
- Une échelle d’évaluation du Quotient de danger est disponible (InVS/Afsset, 2007):
Illustration 22 : Echelle d‟évaluation du ratio de risques
On dispose donc d’un indicateur permettant d’évaluer l’intensité de l’effet. Cet indicateur est utilisé largement dans les études d’impacts quand il s’agit de déterminer les effets sur la santé d’une exposition chronique (exposition faible sur une longue durée).
Néanmoins, dans le cadre du stockage géologique de CO2, cet indicateur présente des limites :
Il n’existe pas de seuil chronique pour l’exposition au CO2, hormis la VME13 professionnelle indicative de 0.5 % (INRS, 2008). Rappelons que cette valeur est dédiée à un usage professionnel. Ce seuil pourrait être complété par d’autres seuils chroniques pour le CO2 (Benson et al., 2002):
o Autour de 1 % de CO2 commencent les premiers effets : la respiration est stimulée
o de 1 à 3 % CO2 : augmentation de la teneur en CO2 dans le sang et baisse du pH.
o de 3 à 5 % CO2 pendant quelques minutes le CO2 peut entrainer des maux de têtes, des troubles de la vue et de l’ouïe, des vertiges, des difficultés à respirer.
Pour les autres substances, des valeurs de concentrations admissibles ne sont pas toujours disponibles. En conséquence d’autres valeurs toxicologiques doivent être utilisées à la place moyennant certaines hypothèses.
Comme indicateur de gravité, on peut tout naturellement utiliser le nombre de personnes exposées à un ratio de risque supérieur à 1, mais il n’existe pas de standards de référence. Moyennant quelques hypothèses, on pourrait proposer de se baser sur les standards utilisés pour l’exposition aigue. Éventuellement, par exemple, on pourrait considérer que le dépassement du ratio de risque est comparable au dépassement d’un seuil utilisé dans les études d’impacts (par exemple seuil des effets réversibles ou seuil des effets irréversibles), ce qui permettrait de comparer l’indicateur
13 Valeur Moyenne d’Exposition
Ratio de risque > 1 Effets sanitaires possibles
Ratio de risque <1 Pas d’effets sanitaires prévisibles
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
38 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
de gravité à des standards, et il en découlerait la possibilité d’utiliser les standards présentés précédemment pour le niveau de risque.
3.2.3. Effets chroniques sur la santé par inhalation sans seuil des impuretés / Effets chronique sur la santé par ingestion sans seuils des impuretés
Comme indicateur de l’intensité de l’effet, lorsque l’on s’intéresse aux effets chroniques sans seuils des substances (par inhalation ou par ingestion), on peut utiliser l’excès de risque individuel pour les personnes exposées. L’excès de risque individuel (ERI) est la probabilité pour un individu de développer des effets sanitaires durant sa vie compte tenu de l’exposition considérée.
ERI = excès de risque unitaire (ERU) x concentration d’exposition
Dans le cas de l’ingestion, les modalités d‘exposition comprennent habituellement l’exposition par les jardins potagers, l’eau potable, les puits particuliers, l’ingestion de sol par les enfants, les cultures, les animaux d’élevage.
Tout comme le Quotient de danger, cet indicateur est utilisé pour l’évaluation quantitative des risques pour la santé (EQRS) (InVS/Afsset, 2007 ; INERIS, 2003).
Il existe pour cet indicateur des standards de référence :
- L’excès de risque unitaire est défini pour certaines substances : par exemple14, pour le cadmium et pour la voie d’exposition par inhalation sans seuil l’excès de risque unitaire (ERU) est de 4,2.10-3 (μg/m3)-1
- Une échelle d’évaluation de l’ERI est également proposée (InVS/Afsset, 2007):
Excès de risque individuel < 10-5
acceptable
Excès de risque individuel > 10-5
inacceptable
Illustration 23 : Echelle d‟évaluation de l‟ERI
On dispose donc d’un indicateur permettant d’évaluer l’intensité de l’effet. Cet indicateur est utilisé largement dans les études d’impacts quand il s’agit de déterminer les effets sur la santé d’une exposition chronique.
Il est à noter que les valeurs d’ERU ne sont pas disponibles pour l’ensemble des substances (non disponible pour le CO2 en l’occurrence).
14 Donnée issues des fiches toxicologiques de l’INERIS
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BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 39
Comme indicateur de gravité, on peut tout naturellement utiliser le nombre de personnes exposées à un ratio d’ERI inacceptable, mais il n’existe pas de standards de référence.
De même que précédemment, moyennant quelques hypothèses, on pourrait proposer de se baser sur les standards de gravité utilisés pour l’exposition aigue. Éventuellement, par exemple, on pourrait considérer qu’un ERI inacceptable est comparable au dépassement d’un seuil utilisé dans les études d’impacts (par exemple seuil des effets réversibles ou seuil des effets irréversibles), ce qui permettrait de comparer l’indicateur de gravité à des standards, et il en découlerait la possibilité d’utiliser les standards présentés précédemment pour le niveau de risque.
Apparemment il n'existe pas, selon un rapport de l'INERIS –(2010), de réglementation pour la qualité de l'air intérieur en France, mais il existe quelques valeurs guides données par l'AFFSET en 2004 pour le formaldéhyde, le monoxyde de carbone, le benzène, le trichloroéthylène, le naphtalène et le tértachloroéthylène. De plus il n’est pas certain que la prise en compte de ces substances soit pertinente pour le stockage de CO2.
3.2.4. Effets de la pression et des radiations thermiques
L’arrêté du 29/09/05 (Études de dangers) mentionne les indicateurs à utiliser. Ces indicateurs sont adaptés par exemple à des cas d’explosion, et ne conviennent pas forcément au stockage géologique de CO2. La pertinence de leur utilisation dans le cadre du stockage géologique de CO2 mériterait d’être étudiée.
Comme indicateur d’intensité de l’effet, on utilise la surpression pour les effets de pression et le flux thermique pour les effets thermiques (MEDDEEM, 2005a).
Valeurs de référence Effets létaux significatifs Premiers effets létaux Effets irréversibles
Effets de surpression 200 hPa 140 hPa 50 hPa
Effets thermiques 8 kW/m² 5 kW/m² 3 kW/m²
Illustration 24 – Valeurs de référence relatives aux seuils d‟effets de surpression et aux seuils d‟effets thermiques (Arrêté du 29/09/05).
Comme indicateur de gravité et de risque, on utilise les mêmes indicateurs et les mêmes standards que pour les effets toxiques aigus (cf. 3.2.1).
3.2.5. Conséquences sur l'homme de l'endommagement des structures du à la déformation de terrains (Subsidence,
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
40 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
soulèvement/surrection) / Conséquences sur l'homme de l'endommagement des structures du à la sismicité induite
Lorsque l’on cherche à estimer les impacts sur l’homme liés à l’endommagement des structures, on est confronté à deux possibilités :
- soit on évalue directement la gravité. c’est ce qui est fait par exemple dans l’échelle d’intensité sismique de Mercalli, basée sur l'observation et la description des dégâts, des effets et des conséquences d’un séisme en un lieu donné. Le problème est que ce genre d’indicateurs est plus adapté à évaluer et constater les conséquences d’un évènement réel qu’à faire des modélisations. Néanmoins, on peut envisager travailler à partir des dires d’experts. Il faudrait pour cela poursuivre la recherche bibliographique et se renseigner auprès des personnes travaillant sur le risque sismique.
Illustration 25 : Echelle de Mercalli modifiée
- soit on élabore des indicateurs d’intensité, de vulnérabilité et de gravité. Nous n’avons pas approfondi la littérature suffisamment pour savoir si des indicateurs de ce type et des standards existent.
Dans cette phase exploratoire, nous n’avons pas identifié d’indicateurs de niveau 2 (intensité, vulnérabilité) à proposer.
À supposer que l’on soit capable de créer des indicateurs de niveau 2 (intensité, vulnérabilité) permettant d’évaluer le nombre de personnes tuées, on pourrait éventuellement utiliser comme indicateurs de gravité et de risque les indicateurs et standards utilisés dans le cadre de l’exposition aigue (en utilisant comme indicateur de gravité le nombre de personnes tuées, on peut envisager d’utiliser la matrice du MEEDDM utilisée pour l’exposition aigue en se basant sur le seuil des effets létaux).
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 41
3.3. CIBLE 2 : EAUX SOUTERRAINES ET /OU DE SURFACE
3.3.1. Effets sur la qualité des eaux.
Par le terme « effets sur la qualité des eaux », nous entendons :
- Acidité de l'eau, - Dégradation de la qualité physico-chimique des eaux (salinisation par
exemple), - Pollution des eaux (micro-organismes, hydrocarbures par exemple), - Pollution par des éléments à l'état de traces mobilisés (métaux, composés
organiques), - Pollution par des produits des réactions.
Nous avons regroupé ces effets sur les eaux souterraines et de surface car ils peuvent être abordés de la même manière et les indicateurs existants sont plus ou moins du même ordre.
Il existe des indicateurs d’intensité de l’effet et des standards permettant de les évaluer (ces indicateurs et standards sont détaillés ci-après, effet par effet), notamment pour l’enjeu de potabilité de l’eau. Un commentaire général concernant ces indicateurs est qu’ils sont faits pour être utilisés à l’échelle de masse d’eau. On peut donc s’interroger sur la représentativité d’une mesure ponctuelle et sur la pertinence de les utiliser sur des étendues restreintes (exemple : fuite de faible débit et limitée spatialement). Aux États-Unis, dans le cadre du stockage géologique de CO2, le Vulnerability Evaluation Framework (VEF) (U.S. EPA, 2008) propose d’utiliser les seuils définis pour l’eau potable.
Les indicateurs de vulnérabilité, de gravité et a fortiori de risque sont très lacunaires. Pour la vulnérabilité, on peut proposer d’utiliser :
- le volume d’eau de l’aquifère (pour le volume, il n’y a pas de seuil en France, au Pays-Bas une valeur seuil de 100m3 est utilisée cf. 3.4 ; Menger, 2005).
- le volume d’eau de l’aquifère AEP - la présence de facteurs de vulnérabilité : aquifères utilisés pour l’eau potable,
zone inscrite au registre des zones protégées15, aquifères « sensibles ».
Comme indicateur de gravité, on peut suggérer d’utiliser :
- le volume d’eau pour lequel le seuil est dépassé en pondérant par rapport à l’usage,
- pour la DCE, dépassement d’une norme de qualité en un point (voir encadré ci-dessous),
15 D’après la DCE, le registre des zones protégées désigne des zones « nécessitant une protection
spéciale dans le cadre d'une législation communautaire spécifique concernant la protection des eaux de surface et des eaux souterraines ou la conservation des habitats et des espèces directement dépendants de l'eau ».
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42 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
- la durée de restauration nécessaire, - le coût des mesures de réparation nécessaires, - la possibilité d’une atténuation naturelle, - etc.
Des éléments de réflexion ont été proposés par Bouc et al., (2011) pour établir une grille d’évaluation de la gravité d’une intrusion de CO2 dans un aquifère (Illustration 26).
Classe de gravité
Effets sur l’aquifère
1 Altération chimique sans dépassement des limites de qualité
2 Dépassement d’au moins une limite de qualité en un seul point de mesure situé hors des périmètres de protection des captages d’eau potable
3 Dépassement d’au moins une limite de qualité en plusieurs points de mesures ou à l’intérieur du périmètre de protection d’un captage d’eau
potable
4 Dépassement d’au moins une limite de qualité à l’intérieur des périmètres de protection de plusieurs captages d’eau potable
5 Dépassement d’au moins une limite de qualité dans une proportion significative (p.ex. 10%) de l’étendue de la masse d’eau
Illustration 26 - Eléments de réflexion pour l‟établissement de grilles permettant d‟évaluer la gravité des impacts d‟une altération chimique dans un aquifère sensible (Bouc et al., 2011).
Ces indicateurs ne sont que des propositions, et nous n’en avons pas trouvé ayant de réelle légitimité dans les documents lus.
Nous rappelons ci-dessous le contexte règlementaire à partir duquel vont être proposés des indicateurs par la suite.
Contexte règlementaire de la protection des ressources en eau (aspect qualitatif).
La directive sur le stockage géologique de CO2 précise que l’injection de CO2 est soumise aux dispositions de la législation communautaire sur la protection des eaux souterraines et doit être conforme :
• aux objectifs environnementaux de la directive cadre sur l’eau (DCE) c'est-à-dire principalement obtenir un bon état des masses d’eau. Des normes de qualité environnementales ont été définies pour les eaux de surface (directive 2008/105/CE).
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BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 43
• à la directive (« fille ») 2006/118/CE sur la protection des eaux souterraines contre la pollution et la détérioration. Cette directive fille fixe des critères pour l’évaluation de l’état chimique des masses d’eaux souterraines. Parmi ces critères se trouvent des normes de qualité des eaux souterraines et des valeurs seuils. Pour la France, ces valeurs seuils et normes de qualités sont fixés par l’arrêté du 17/12/08. Une masse d’eau est considérée comme en bon état chimique lorsque les normes de qualités ou les valeurs-seuils ne sont dépassées en aucun point. Le stockage de CO2 ne doit donc pas entrainer de dépassement de ces valeurs-seuils.
La procédure visant à établir ces valeurs seuils (arrêté du 17/12/08) prend notamment en compte : • l'impact et les interactions avec les écosystèmes aquatiques associés et les écosystèmes terrestres dépendants ; • les entraves aux utilisations ou fonctions légitimes, présentes ou à venir, des eaux souterraines ; • tous les polluants caractérisant les masses d'eau souterraine comme étant à risque ; • les caractéristiques hydrogéologiques, y compris les informations sur les concentrations de référence et le bilan hydrologique, et le fond géochimique ; • l'origine des polluants ainsi que la présence naturelle éventuelle, la toxicologie, le profil de dispersion, la persistance et le potentiel de bioaccumulation des polluants.
Contexte réglementaire des eaux utilisées in fine pour la consommation humaine Des seuils (ou plutôt de limites et références de qualités) ont été fixés par la réglementation pour (arrêté du 11/01/07): • Les eaux destinées à la consommation humaine • Les eaux brutes de toutes origines utilisées pour la production d’eau potable • Les eaux douces utilisées pour la production d’eau potable
Dans la suite de cette partie qui concerne la dégradation des aquifères, nous reprenons les effets un à un pour détailler les indicateurs d’intensité de l’effet existants. Les indicateurs concernant la vulnérabilité et de la gravité ne sont pas répétés car ce seront les mêmes que ceux proposés précédemment dans ce paragraphe.
Acidification de l'eau
Pour l’eau potable, l’indicateur pertinent d’intensité de l’effet est le pH de l’eau.
Les standards de référence existant :
6.5<pH<9 Référence de qualité des eaux destinées à la consommation humaine
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44 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
6.5<pH<8.5 ou 5.5<pH<9 en fonction du groupe de qualité de l’eau
Limite de qualité des eaux douces superficielles utilisées pour la production d’eaux destinée à la consommation humaine (Valeur guide).
Illustration 27 – Arrêté du 11 Janvier 2007 relatif aux limites et références de qualité des eaux brutes et des eaux destinées à la consommation humaine.
En revanche, il n’y a pas de limite de pH pour les eaux brutes souterraines utilisées pour la production d’eau potable.
L’intensité sera plutôt due aux conséquences de la variation (la baisse) de pH qu’à la valeur du pH lui-même, et il faudrait donc tenir compte du fond géochimique. Finalement le pH est peut-être essentiellement un indicateur intermédiaire permettant de déterminer dans les modélisations les concentrations en différentes espèces (métaux lourds, etc.) qui peuvent être obtenues par réactions, ce qui donne des informations sur les conséquences possibles. Il n’est donc pas évident de déterminer si le pH doit être considéré comme un indicateur de niveau 1 (phénomène impactant) ou de niveau 2 (intensité, gravité). De plus l’intensité du phénomène sera grandement liée aux caractéristiques propres à chaque aquifère (pouvoir tampon, présence de métaux lourds adsorbés etc.).
Pollution par de la saumure
Pour le domaine de l’eau potable et de l’agriculture, l’indicateur d’intensité de l’effet utilisé est la salinité de l’eau. Il existe des standards de référence pour cet indicateur :
Référence de qualité des eaux destinées à la consommation humaine (arrêté du 11 Janvier 2007).
Chlorures 250 mg/l
Sodium 200 mg/l
Limite de qualité des eaux brutes de toute origine utilisées pour la production d’eau destinée à la consommation humaine (arrêté du 11 Janvier 2007).
Chlorures (Cl-) 200 mg/l
Sodium (Na+) 200 mg/l
Limite de qualité des eaux douces superficielles utilisées pour la production d’eaux destinée à la consommation humaine (arrêté du 11 Janvier 2007).
Chlorures (Cl-) 200 mg/l
Valeur seuil permettant de juger de l’état chimique des eaux souterraines d’après la Directive Cadre sur l’eau (arrêté du 17/12/08)
Chlorure : valeur définie localement par le préfet coordinateur de bassin
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
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Illustration 28 – Différents seuils permettant d‟évaluer la salinité des eaux souterraines.
Il existe aussi des standards de référence qui existent par rapport à la cible « sols » (cf. paragraphe consacré aux sols).
Nous n’avons pas identifié d’indicateurs existants permettant de caractériser cet effet.
Pollution par des impuretés, Pollution par des hydrocarbures, Mobilisation in-situ de polluants : métaux lourds, composés organiques, minéraux…
Pour évaluer la pollution par des impuretés, l’indicateur d’intensité de l’effet est la concentration en chaque impureté. Il existe des standards de référence :
Pour les eaux potables (arrêté du 11 Janvier 2007) :
Dépassement des valeurs seuils DCE permettant de juger du bon état chimique des eaux souterraines (arrêté du 17/12/08).
Dépassement des NQE16 (normes de qualité environnementale DCE) pour les eaux de surface (directive 2008/105/CE)
Dépassement des Concentrations sans effets prévisibles pour l’environnement PNEC (INERIS, 2005)
Impureté Limites de qualité des eaux destinées à la consommation humaine
Limites de qualité des eaux brutes de toute origine utilisées pour la production d’eau destinée à la consommation humaine
Arsenic 10 µg/l 100 µg/l
Cadmium 5.0 µg/l 5.0 µg/l
Cyanures 50 µg/l 50 µg/l
Mercure 1.0 µg/l 1.0 µg/l
Plomb 10 µg/l 50 µg/l
Sélénium 10 µg/l 10 µg/l
16 Concentration d’un polluant ou d’un groupe de polluants dans l’eau, les sédiments ou le biote qui ne doit
pas être dépassé, afin de protéger la santé humaine et l’environnement (D’après la DCE).
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
46 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
Illustration 29 – Limites de qualité de l‟eau issue de l‟arrêté du 11 Janvier 2007.
Paramètre Valeur seuil permettant de juger de l’état chimique des eaux souterraines en application de la DCE.
Arsenic 10 µg/l
Cadmium 5 µg/l
Plomb 10 µg/l
Mercure 1 µg/l
Trichloroéthylène 10 µg/l
Tétraclhoréthylène 10 µg/l
Amomium 0.5 mg/l
Sulfates À définir localement
Chlorures À définir localement
Conductivité À définir localement
Illustration 30 – Valeurs seuils permettant de juger de l‟état chimique d‟une masse d‟eau souterraine d‟après la directive cadre sur l‟eau (arrêté du 17/12/08).
Substance Normes de Qualité Environnemental Eaux de surface intérieures (Concentration maximale admissible)
Benzène 50 µg/l
Cadmium Différentes NQE en fonction de la dureté de l’eau
HAP (Benzo(a)pyrène) 0.1 µg/l
Plombs et ses composés 7.2 µg/l
Mercure et ses composés 0.07 µg/l
Illustration 31 – Exemples de Normes de Qualité Environnementale (NQE)pour les eaux de surface (Directive 2008/105/CE).
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BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 47
Pollution par des micro-organismes
Pour la pollution par des micro-organismes, l’indicateur d’intensité de l’effet est la concentration de micro-organismes.
Il existe des standards de référence pour cet indicateur : les seuils pour les eaux potables (arrêté du 12 Janvier 2007).
Limites de qualité des eaux destinées à la consommation humaine
Limites de qualité des eaux brutes de toute origine utilisées pour la production d’eau destinée à la consommation humaine
Escherichia coli 0 / 100 ml 20 000 /ml
Entérocoques 0/ 100 ml 10 000 /ml
Illustration 32 – Exemple de valeurs seuils proposées par l‟arrêté du 11 Janvier 2007.
Les bactéries de types Escherichia coli (et dans une moindre mesure les Entérocoques) sont des indicateurs de contaminations fécales des eaux et ne sont pas forcément les micro-organismes les plus pertinents à retenir dans le cadre des impacts d’un stockage géologique de CO2 (sauf éventuellement dans le cas où la contamination par ces micro-organismes serait due à des modifications des écoulements due aux activités de stockage).
3.3.2. Modification de la quantité d'eau disponible pour l'AEP
Pour les effets quantitatifs sur les eaux souterraines ou de surface (notamment pour les AEP), on peut se référer à la directive cadre sur l’eau (directive 2000/60) qui a (entre autres) pour objectif un bon état chimique et quantitatif des eaux souterraines.
L’arrêté du 17/12/08 (application de la directive « fille » eaux souterraine) précise que: « la procédure visant à déterminer l'état quantitatif d'une masse d'eau ou d'un groupe de masses d'eau souterraine consiste à comparer le niveau de prélèvements avec la capacité de renouvellement de la ressource disponible. Elle prend notamment en compte :
• l'évolution des niveaux piézométriques des eaux souterraines ; • l'évolution de l'état des eaux de surface associées ; • l'évolution des écosystèmes terrestres qui dépendent directement de la
masse d'eau souterraine ; • les modifications de la direction d'écoulement occasionnant une invasion
d'eau salée ou autre ou montrant une tendance durable susceptible d'entraîner de telles invasions ;
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
48 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
• les zones de répartition des eaux telles que définies à l'article R. 211-71 du code de l'environnement. »
On peut donc construire des indicateurs d’intensité de l’effet (variation de la capacité de renouvellement, évolution des niveaux piézométriques, modification des écoulements, etc.) et de vulnérabilité (niveau de prélèvement, usage, etc.), voire de gravité (variation du ratio : niveau de prélèvement / capacité de renouvellement) à partir de cette directive, mais nous n’avons pas identifié de standards de référence permettant de traduire ces indicateurs en niveau de gravité.
L’US EPA recommande, pour l’aspect quantitatif, de définir des seuils spécifiques à chaque site à évaluer au cas par cas (U.S. EPA, 2008).
3.4. CIBLE 3 : LES SOLS
Actuellement, l’approche sur les sites et sols pollués en France a pour objectif la compatibilité des milieux avec leurs usages (Circulaire du 08/02/07 relative aux sites et sols pollués). Il est à noter que la Directive cadre européenne sur les sols est actuellement en dormance faute d'arbitrages favorables par l'Allemagne et la France17. La démarche de gestion repose sur les deux points suivants :
La démarche d'interprétation de l'état des milieux (IEM) : il s'agit de s'assurer que l'état des milieux est compatible avec leurs usages. Cette démarche peut comprendre une comparaison avec les valeurs de gestions réglementaires des milieux autres que les sols potentiellement impactés (air, eau, aliments). Si nécessaire, Évaluation Quantitative de Risque Sanitaires (EQRS) en fonction de l'usage et au cas par cas.
Le plan de gestion : lorsque la situation permet d'agir aussi bien sur l'état du site (par des aménagements ou des mesures de dépollution) que sur les usages qui peuvent être choisis ou adaptés.
Auparavant l’approche sites et sols pollués était basée sur l’ESR (évaluation simplifiée des risques) et l’usage de Valeurs de Constat d’Impact (VCI) qui étaient utilisées (parfois de façon abusive) pour évaluer la possibilité d’impacts (INERIS, 2006). Ces valeurs ne sont plus utilisées dans l’approche actuelle. Il n’existe donc, à l’heure actuelle, pas de seuil générique permettant de savoir à priori si un sol est impacté ou non puisque la règle est désormais que le sol doit être compatible avec son usage.
Comme indicateur de vulnérabilité, on pourra utiliser le volume ou la surface de sol concernée, mais aussi la présence d’un sol en lien avec un aquifère libre exploité ou d’une zone d’intérêt patrimonial, etc. Comme pour les aquifères, il n’existe pas en France de seuils pour apprécier l’étendue spatiale de la pollution. Aux Pays-Bas, des seuils sont disponibles (Illustration 33).
17 http://www.actu-environnement.com/ae/news/restauration-humus-sols-14138.php4
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 49
Niveau de pollution Diagnostic
Concentration<valeurs cibles Le sol est considéré « propre »
Valeurs cibles<concentration<valeur d’intervention Le sol est « modérément » pollué.
Concentration>valeur d’intervention (sur un volume minimal de 25 m
3 pour le sol ou
100 m3 pour les eaux souterraines).
Une dépollution est dans les principes nécessaire.
Illustration 33 – Evaluation du niveau de pollution utilisée dans la gestion des sols pollués aux Pays-Bas (Menger, 2005).
Nous détaillons ci-dessous au cas par cas les indicateurs d’intensité de l’effet qui peuvent être utilisés pour les différents effets, et les standards correspondants. Jusqu’à présent, nous n’avons pas recensé d’indicateurs de gravité autre que le fait que le sol ne soit plus compatible avec son usage.
3.4.1. Acidification des sols
Comme indicateur d’intensité de l’effet, on pourrait utiliser le pH des eaux d’irrigation ou la charge critique pour les sols (référence au domaine des pluies acides).
3.4.2. Salinisation des sols
Comme indicateur d’intensité de l’effet, on pourrait utiliser la salinité du sol, mais aussi la salinité de l’eau d’irrigation. Si l’on considère la cible « sols », on pourra utiliser comme standards de référence les seuils de salinité maximale tolérée pour l’eau d’irrigation (indicateur servant à évaluer la cible « sols » mais évalué sur le compartiment « eau »). Si l’on considère la cible « écosystème » (cf. 3.5.3), on pourra utiliser les seuils de salinité maximale tolérée par les plantes.
Concentration en sel dans l’eau d’irrigation
Risque de salinisation du sol
Restriction d’usage
Moins de 0.5 g/l Pas de risque Pas de restriction d’usage
0.5 - 2 g/l Risque faible à modéré
Doit être utilisé avec des pratiques de gestion de l’eau appropriées
Plus de 2 g/l Haut risque Généralement déconseillée
Illustration 34 – Risque de salinisation des sols en fonction de la salinité de l‟eau d‟irrigation (FAO, 1985).
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
50 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
3.4.3. Pollution par des impuretés et mobilisation de polluants
Comme indicateur d’intensité de l’effet, on pourra utiliser différentes références :
- Dépassement des Concentrations sans effets prévisibles pour l’environnement PNEC (INERIS, 2005)
- Approche sols pollués. Cette approche a pour objectif la comptabilité des milieux avec leurs usages
- Valeurs de références pour les sols utilisés aux Pays-Bas (Menger, 2005). - Indicateurs pour les eaux s’il y a un lien avec un aquifère.
3.5. CIBLE 4 : LES ECOSYSTÈMES
Notre travail exploratoire ne nous a pas permis d’identifier des systèmes d’indicateurs et de standards associés uniques. Nous présentons donc rapidement la philosophie des études d’impacts des installations classées qui évaluent les impacts sur les écosystèmes au cas par cas. Nous présentons ensuite impact par impact les bribes d’information que nous avons pu trouver pour les indicateurs d’intensité des effets. Nous tenons à préciser que l’approfondissement des travaux de recherche permettrait vraisemblablement d’enrichir considérablement cette partie.
Concernant les indicateurs de vulnérabilité, la vulnérabilité peut être définie et hiérarchisée sur la base de critères biologiques, de conservation d’habitats ou d’espèces, ou sur la base de la réglementation. Ce travail pourrait permettre d’établir des cartes des sensibilités (vulnérabilité) écologiques sur l’ensemble de la zone d’étude.
Exemple de hiérarchisation des éléments vulnérables 18 utilisés dans les études d’impacts qui pourrait permettre de dégager des indicateurs de vulnérabilité:
Logique d’espaces et de milieux
o Site Natura 2000.
o Présence d’un Parc naturel régional PNR.
o Sites classés en Arrêté préfectoral de Protection de Biotope (APB).
o Habitats inscrits sur la liste rouge régionale.
o ZNIEFF de type I.
o ZNIEFF de type II.
o Corridors écologiques
Logique d’espèces
o Espèces protégées par l’application de l’article 12 de la directive habitats, faune, flore qui se réfère à la liste des espèces de l’annexe IV.
18 http://installationsclassees.ecologie.gouv.fr/Le-volet-faune-flore-milieux.html
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 51
o Espèces protégées par l’application des articles L. 411-1 et L. 411-2 du code de l’environnement
Impacts des installations classées sur les écosystèmes (faune flore)
L’étude d’impact des installations classée couvre divers types d’impacts (santé humaine, paysage…) dont les impacts sur les écosystèmes. Cette étude d’impact s’intéresse aux impacts sur les écosystèmes uniquement en fonctionnement normal (et légèrement dégradé) de l’installation, ainsi les impacts en situation accidentelle ne sont normalement pas pris en compte. D’après les informations ministérielles sur les installations classées, « un projet doit s‟efforcer de supprimer tout impact sur la biodiversité. Si l‟impact est inévitable, il doit être réduit le plus possible. S‟il reste un dommage résiduel, alors il faut le compenser. ». Il faut donc prendre des mesures d’évitement d’impact (modifier le projet initial pour qu’il n’y ait plus d’impact), des mesures de réduction (agir sur le projet en phase d’exploitation pour maitriser les impacts sur le milieu naturel) ou en dernier recours des mesures compensatoires permettant de compenser les dommages résiduels. Il est précisé que « les impacts doivent être différenciés en fonction de leur durée et de leur type. » et qu’ « on peut distinguer les catégories suivantes : • Impacts directs : Ils résultent de l‟action directe de la mise en place et du fonctionnement de l‟aménagement (ex : le déboisement d‟une zone). La détermination de ces impacts doit tenir compte de l‟aménagement et des équipements annexes (voies d‟accès, zones de dépôts…). • Impacts indirects : Ce sont les conséquences, parfois éloignées de l‟aménagement (ex : un dépôt de matériaux calcaires dans un site dont le sol est à tendance acide va provoquer une modification du milieu). • Impacts induits : Ces impacts ne sont pas liés au projet lui-même mais à des aménagements ou phénomènes pouvant découler de ce projet (ex : pression humaine provoquée localement du fait de la création d‟une voie d‟accès ou d‟une infrastructure de transport). • Impacts permanents : Ils sont irréversibles (ex : une construction sur un site donné entraînera la destruction totale ou partielle d‟un ou plusieurs habitats, ou d‟espèces protégées). Impacts temporaires : Ils sont réversibles et liés à la phase de travaux ou à la mise en route du projet (ex : le bruit provoqué par les engins de chantier lors de la phase de construction ou d‟exploitation). »
3.5.1. Impacts du CO2 gazeux
On pourra utiliser comme indicateur de l’intensité de l’effet la concentration en CO2. Des concentrations de référence ont été proposées (souvent avec prudence) dans la littérature, dans le sol, dans l’atmosphère et dans les eaux douces superficielles. Dans
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
52 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
tous les cas, l’indicateur est spécifique à la cible « écosystème », mais est évalué sur un autre compartiment avec lequel interagit l’écosystème :
- gaz du sol, - atmosphère, - eau.
Seuils (différents unités)
Justifications et Sources
2 % vol. Premiers effets physiologiques négatifs sur les animaux du sol (U.S. EPA, 2008)
5 % vol.
Survie des plantes menacée (GIEC, 2005). Atteinte du système respiratoire des animaux (Sage, 2002).
15 % vol.
Concentration potentiellement létale pour les animaux du sol (U.S. EPA, 2008).
20% vol. Seuil de toxicité pour les plantes (GIEC, 2005). Atteinte de la dynamique de l’ensemble de l’écosystème (U.S. EPA, 2008).
Illustration 35 – Exemple des seuils pour déterminer l‟impact sur les écosystèmes du CO2 gazeux sur les sols (1 bar, 15°C).
Seuils (différentes unités)
Justifications et Sources
0.038 % vol
Concentration en CO2 dans l’atmosphère
0.038% à 0.1 % En général stimulation de la photosynthèse dans plantes (Wolfe et Erickson, 1993)
0.1% à 0.2% Les stomates des plantes se ferment (Stupfel et Le Guern, 1989).
Variations de 0.0005 % à 1 % vol.
Modification du comportement des insectes notamment : la localisation de la nourriture, la locomotion, la reproduction, la mémoire, le comportement social et la régulation des échanges gazeux (Nicolas et Sillans, 1989 ; Sage, 2002 ; FutureGen Alliance, 2006)
5 % vol.
Atteinte du système respiratoire des animaux (Sage, 2002). Seuil d’effets irréversibles au CO2 (30 minutes) pour l’homme.
20-30 % vol.
Concentration létale pour la plupart des êtres vivants si exposition prolongée (exceptés les invertébrés, micro-organismes, mycètes).
Illustration 36- Exemple des seuils pour déterminer l‟impact sur les écosytèmes du CO2 gazeux dans l‟atmosphère (1 bar, 15°C).
À noter que pour les animaux de surface, les seuils pour l’homme pourraient être appropriés (US EPA, 2008)
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 53
Concentrations Exprimées en mg/l (eau)
Effets
7 mg/l Végétaux aquatiques (vallisnérie) : augmentation de la croissance (Titus et Pagano, 2002)
20 à 110 mg/l Être vivant aquatiques en général : perturbation voire mort (Saripalli et al., 2003)
40 à 60 mg/l Poissons : Acidose, hypercapnie, hyperventilation, possibilité d’effets létaux (Crocker et Cech, 1996,
Saripalli et al., 2003)
Illustration 37 - Exemple des seuils pour déterminer l‟impact sur les écosytèmes du CO2 gazeux dans les eaux douces superficielles (1 bar, 15°C).
Il est important de noter que les données sont éparses et que la grande variabilité des réponses des êtres vivants au CO2 rend l’exercice de généralisation très difficile.
3.5.2. Acidification du milieu
Nous n’avons identifié dans le cadre de ce travail aucun autre indicateur que ceux déjà présentés pour les cibles eaux et sols.
3.5.3. Impacts de la salinisation du milieu
La salinisation du milieu peut être évaluée à partir de l’indicateur de salinité présenté pour l’eau et les sols. Des standards de référence peuvent être proposés :
- Dépassement des valeurs seuils DCE eaux souterraines arrêté du 17/12/08 (cf. 3.3.1),
- Dépassement des seuils (ci-dessous) pour les plantes (FAO)
Type de plantes Salinité maximale supportable par la plantes
Exemples
Très tolérantes 10 g/l Orge, palmier dattier, betterave, coton
Moyennement tolérantes 5 g/l Blé, tomate, riz, mais, concombre
Sensibles 2.5 g/l Trèfle rouge, pomme, haricots, poire
Illustration 38 – Tolérance de différentes plantes à la salinité, d‟après FAO (1985).
3.5.4. Impacts des impuretés introduites dans le milieu, Impacts des éléments mobilisés in situ
Pour l’intensité des effets, on peut utiliser comme indicateur la concentration des substances (eau, sols) et proposer différents standards de référence :
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
54 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
Dépassement des Concentrations sans effets prévisibles pour l’environnement PNEC (INERIS, 2005).
Dépassement des valeurs seuils DCE eaux souterraines arrêté du 17/12/08 (cf. cf. 3.3.1). En effets ces valeurs seuils tiennent compte de l'impact et des interactions avec les écosystèmes aquatiques associés ainsi que les écosystèmes terrestres dépendants.
Substances Concentration sans effets prévisibles pour l’environnement (PNEC)
Cadmium PNEC eau = 0,34 (D/50)0,7852, avec D= dureté de l’eau.
Cyanures (en CN) PNEC eau = 0,114 μg/L
Mercure
PNEC eau = 0,24 μg/L pour effets directs, PNEC sédiments = 9,3 mg/kg poids sec PNEC sol = 27 μg/kg poids sec
Plomb
PNECeau= 5 μg/l PNEC sédiments = 6,8 mg/kg poids sec PNECsol = 12 mg/kg poids sec
Illustration 39 – Exemples de PNEC dans différents compartiments (Source : INERIS19
).
3.5.5. Indicateur de gravité
Proposé par DNV pour le stockage géologique de CO2
Le tableau ci-dessous (DNV, 2009) montre une proposition d’indicateur de gravité pour les écosystèmes basé sur le temps de restauration.
Illustration 40 - Exemple de grille d‟ évaluation de la gravité de impacts sur l‟environnement (DNV, 2009)
19 Disponible en ligne http://www.ineris.fr/substances/fr/page/21
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 55
Évaluation quantitative de risques environnementaux
Cette approche est détaillée dans le paragraphe 2.3.5
3.6. CIBLE 5 : ATMOSPHÈRE
En cas de retour du CO2 dans l’atmosphère, il en résulterait un moindre bénéfice de la technologie de stockage géologique de CO2 en termes de lutte contre les changements climatiques.
Pour l’augmentation de la teneur en gaz à effet de serre (GES) dans l’atmosphère, on peut proposer d’utiliser comme indicateur d’intensité de l’effet la quantité de GES émise ou le débit de fuite.
Comme indicateur de vulnérabilité, on peut proposer d’utiliser la concentration de GES dans l’atmosphère ou le coût d’émission d’une tonne de GES (dans le cas d’un fonctionnement de marché, on peut faire l’hypothèse que ce coût reflète en partie l’état de vulnérabilité de la planète).
Comme indicateur de gravité, on peut proposer d’utiliser la proportion représentée par la fuite par rapport aux émissions actuelles, la comparaison par rapport au taux de fuite maximal (0.1%) pour garantir l’efficacité du stockage (IPPC, 2005), le coût des mesures compensatoires nécessaires, le coût financer associé aux droits d’émission ou encore le moindre bénéfice en termes de lutte contre les changements climatiques (Réveillère, 2009).
3.7. SYNTHÈSE
Le tableau présenté ci-dessous synthétise les résultats obtenus suite à notre étude exploratoire. Les couleurs sont utilisées de la façon suivante
- bleu foncé : nous avons pu recenser des indicateurs/standards éprouvés, - bleu clair : notre recherche exploratoire ne nous a pas permis d’identifier
d’indicateurs/standards éprouvés. Soit ces indicateurs n’existent pas, soit des suggestions ont été faites mais on ne connaît pas leur validité. Toutefois, nous pouvons proposer des pistes pour développer des indicateurs pertinents sur la base de suggestions issues de la littérature ou par analogie avec des domaines proches,
- rose : notre recherche exploratoire ne nous a pas permis d’identifier de pistes pertinentes,
- grisé : notre recherche exploratoire ne s’est pas penchée sur cet aspect.
La mise en couleur permet de se rendre rapidement compte que c’est pour l’homme que l’état de développement des indicateurs est le plus avancé.
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
56 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
Pour les impacts sur les autres cibles, il est en général possible de proposer des indicateurs de niveau 2 (intensité de l’effet, vulnérabilité), sans nécessairement pouvoir les relier à des standards de référence. Quant au niveau 3 (gravité), s’il est parfois possible de proposer des indicateurs, il manque crucialement de standards de référence pour évaluer ces indicateurs. Pour les conséquences sur l’homme (autres que celles relevant des études de dangers) si l’on était capable de proposer des indicateurs de gravité à ce niveau 3 et de les traduire en classe de gravité (« désastreux », « catastrophique », etc.), on pourrait utiliser au niveau 4 les indicateurs et standards génériques proposés par le MEEDDM pour les études de dangers.
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 57
Indicateur de
vulnérabilité
Indicateur d'intensité
de l'effet
Standard de référence
pour évaluer l'intensité de
l'effet
Indicateur de gravité
Standard de
référence pour
évaluer la gravité
Indicateur de
risque
Standard de
référence pour
évaluer le
risque
Conséquences sur l'homme de l'endommagement des
structures du à la déformations de terrains (Subsidence,
soulèvement/surrection)
Conséquences sur l'homme de l'endommagement des
structures du à la sismicité induite
Dangers pour l'homme de la formation de doline
d'effondrement
Effets chroniques sur la santé par ingestion à seuils de
substances (Jardins potagers, réseau d'eau potable, puits
particulier, ingestion par les enfants)
Effets chroniques sur la santé par ingestion à seuils de
substances passées en solution lors de la corrosion des
canalisations d'eau potable
Effets chroniques sur la santé par inhalation à seuils du
CO2 et/ou de substances annexes
Effets chroniques sur la santé par ingestion sans seuils de
substances (Jardins potagers, réseau d'eau potable, puits
particuliers, ingestion par les enfants)
Effets chroniques sur la santé par ingestion sans seuils de
substances passées en solution lors de la corrosion des
canalisations d'eau potable
Effets chroniques sur la santé par inhalation sans seuil de
substances annexes
Effets de la pression et des radiations thermiquesSeuil d'intensité
atteint
Seuil d'effet pour les
surpressions et les effets
thermiques (arrêté
MEEDDM du 29/09/05)
Effets toxiques aigus par inhalation du CO2 et/ou de
substances annexes
Seuil d'intensité
atteintSeuil d'effet toxique
Impacts sur les lacs ou les rivières (débit, géométrie)
Modification de la quantité d'eau disponible pour l'AEP
Débit de
prélèvement
(usage)
Disponibilité ou
non d'autres AEP à
proximité
Variation de la
capacité de
renouvellement, des
niveaux
piézométriques, des
ecoulement, etc.
Ratio de la variation de
capacité de
renouvellement par
rapport au débit de
prélèvement (usage)
Acidité de l'eau pHStandards, pas forcément
bien adaptés
Dégradation de la qualité physico-chimique des eaux
(salinisation par exemple)salinité de l'eau
Existence de plusieurs
standards (AEP, DCE)
Dépassement en un
point des normes (
DCE)
Pollution des eaux (micro-organismes) concentrationStandards, pas forcément
bien adaptés
Pollution des eaux (hydrocarbures) concentration
Pollution par des éléments à l'état de traces mobilisés
(métaux, composés organiques)
Pollution par des produits des réactions
Acidité des solspH des sols, pH de
l'eau
Standards, pas forcément
bien adaptés
Dégradation de la qualité des sols (salinisation par
exemple)
Salinité des sols,
salinité de l'eau
d'irrigation
Existence de standards
pour l'eau d'irrigation,
existence de standards
pour la salinité du sol
tolérée par les plantes
Usages des sols
compte tenu de la
pollution
Compatibilité des
sols avec leurs
usages
Pollution des sols (hydrocarbures par exemple)
Pollution par des éléments à l'état de traces mobilisés
(métaux, composés organiques)
Pollution par des produits des réactions
Pollution par des substances annexes
Impacts de la pollution du milieu (micro-organismes,
hydrocarbures par exemple)concentration
Proposition de seuils dans
la littérature (à valider)
Impacts de la salinisation du milieusalinité (cf. eau et
sols)
Proposition de seuils dans
la littérature (à valider)
Impacts de l'acidification du milieu pH (cf. eau et sols)
Pas de standards
spécifiques aux
écosystèmes
Impacts des changements ayant lieu sur les eaux de
surfaces
Impacts des éléments à l'état de traces mobilisés (métaux,
composés organiques)
Impacts des produits des réactionsImpacts des substances annexesImpacts des variations des niveaux de nappes
Impacts du CO2 gazeux concentrationProposition de seuils dans
la littérature (à valider)
Impacts quantitatifs ou qualitatifs sur les ressources
économiques en surface ou subsurface et/ou leur(s)
usage(s)
Impacts sur le patrimoine culturel et/ou son usage
(destruction ou restriction de la frequentation des sites
archéologiques, historiques, naturels, paléontologiques
par exemple)
Impacts sur les ressources récréatives dépendant de la
bonne santé du milieu (pêche, chasse)
Endommagements dus à la déformations de terrains
(Subsidence, soulèvement/surrection)
Endommagements dus à la formation de doline
d'effondrement
Endommagements dus à la sismicité induite
Endommagements dus aux effets de pression et de
radiations thermiques
Atmosphère Augmentation de la teneur en GES dans l'air.
Concentration de
GES dans
l'atmosphère
Quantité totale de
GES émise
annuellement
Quantité de GES émise
Conséquences
environnemental de la
moindre réduction des
GES, Couts des
mesures
compensatoires , des
crédits carbone,
comparaion au taux de
fuite de 0.1% (IPPC),
Proportion
représentée par la
fuite par rapport aux
émissions annuelles…
Compatibilité des
sols avec leurs
usages
Dépassement en un
point des normes (
DCE)
Démarche
d'évaluation
des risques
environnement
aux
Présence
d'espèces ou
d'habitats
protégés et/ou
sensibles
Impacts sur des
espèces ou espaces
protégés, Durée de
restauration,
Possibilité de
restauration
naturelle…
Matrice de gravité
DNV, matrice de
gravité des
évaluations des
risques
environnementauxconcentration
Proposition de seuils dans
la littérature
Volume d'eau pour
lequel le seuil est
dépassé
Coûts des mesures de
réparation nécessaires,
possibilité
d'atténuation naturelle
etc.
Usage des sols
Dimension/Volum
e de la zone de sol
impactée
concentration
Existence de standards de
référence ou de
méthodologie
d'établissement de
standards
Volume d'eau de
l'aquifère,
volume d'eau
d'aquifère AEP
Facteurs de
vulnérabilité
(usage,
protection) Existence de standards
(AEP, DCE)concentration
Usages des sols
compte tenu de la
pollution
matrice du MEEDDM--> Niveau de
risque
matrice du
MEEDDM
Excès de risque
individuel (ERI)
Nombre de personnes
exposées à un ERI
inacceptable
Utiliser les grilles du
MEEDDM en faisant
équivaloir
l'exposition à un
certain seuil des
études de danger?
Utiliser les indicateurs et grilles
du MEEDDM est possible si on a
fait l'hypothèse présentée au
niveau 3
Utiliser les grilles du
MEEDDM en faisant
équivaloir
personnes tuées à
personnes exposée
à SEL?
Utiliser les indicateurs et grilles
du MEEDDM est possible si on a
fait l'hypothèse présentée au
niveau 3
Quotient de dangerComparaison du quotient
de dangers à 1
Nombre de personnes
exposées à un ratio de
risque supérieur à 1
Utiliser les grilles du
MEEDDM en faisant
équivaloir
l'exposition à un
certain seuil des
études de danger?
Utiliser les indicateurs et grilles
du MEEDDM est possible si on a
fait l'hypothèse présentée au
niveau 3
Nombre de
personnes
exposées dans la
zone étudiée
Nombre de
bâtiments dans la
zone
Nb moyen de
personnes par
bâtiments
Pourcentage de
bâtiments détruits
Pourcentage de
bâtiments détruits de
manière brutale
?
Nombre de personnes
tuées, bléssées
Nombre de personnes
déplacées
Nombre de personnes
exposées à un seuil
-->Niveau de gravité
Niveau 2 Niveau 3 Niveau 4
Cibles Impacts
Homme
Infrastructures
Ecosystèmes de surface
Sols
Eaux souterraines et/ou surface
Autres ressources et/ou autres
usages
Code-couleur - Légende :existence d'indicateurs/standards éprouvés
pas d’indicateurs/standards éprouvés. Mais proposition de pistes pertinentes
Pas de pistes pertinentes identifiées
Aspect non étudié
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 59
3.8. LIMITES DE LA MÉTHODOLOGIE PROPOSÉE
La méthodologie proposée permet de mener un raisonnement relativement systématique avec un souci d’exhaustivité mais présente néanmoins certaines limites.
Tout d’abord, notons que la segmentation proposée dans l’Illustration 19 est excessive. En effet, les différentes composantes du risque ne sont pas totalement indépendantes : par exemple, on peut imaginer que la vulnérabilité à un évènement est fonction de la probabilité d’occurrence de cet évènement (par exemple, dans une zone soumise à de fréquentes émanations, les personnes sont mieux préparées et donc moins vulnérables – on parle de capacité d’adaptation). Cette limite n’est que partiellement gênante tant que l’on raisonne sur des scénarios de risques car les valeurs choisies pour les différentes familles d’indicateurs seront spécifiques aux scénarios et incluront les éventuelles interdépendances entre catégories d’indicateurs.
Deuxièmement, notre méthodologie cherche à faire une évaluation du risque à la fois par cible et par type d’impact. Nous ne prenons donc en compte aucun effet cumulatif des risques. Si on a de nombreux risques acceptables pour une même cible, doit-on considérer que leur cumul est acceptable ? Si un impact présente des risques acceptables pour différentes cibles, doit-on considérer que l’impact résultant est acceptable ? Afin de pallier cette limite, on peut envisager de se rapprocher des recommandations de la Commission européenne qui préconisent d’évaluer 3 familles d’impacts : sur les hommes (en nombre de personnes affectées), sur l’économie et l’environnement (en €), et sur la politique et la société (sur une échelle qualitative). Néanmoins, ce niveau d’agglomération ne résout que partiellement nos interrogations (est-ce que la résultante d’un impact acceptable sur l’homme et d’un impact acceptable sur l’environnement est toujours acceptable ?) et conduit à d’autres questionnements : comment exprimer un impact environnemental en € ?
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
BRGM/RP-60545-FR Rapport d’avancement 61
4. Conclusions & Préconisations
L’objectif de ce rapport d’avancement est de proposer des indicateurs permettant d’évaluer les résultats des analyses de risque pour l’ensemble des cibles. Un indicateur est un paramètre ou une valeur calculée à partir de paramètres dont la portée est supérieure aux informations liées à la valeur du paramètre. Un indicateur ne donne pas une information suffisante en lui-même, il doit être apprécié à l’aide d’une échelle d’évaluation (ou des standards).
L’établissement d’indicateurs permet de mieux cadrer l’analyse de risques dans la mesure où on sait quels objectifs on cherche à atteindre, et d’aider les décideurs pour l’application de la réglementation existante dans le cadre des risques liés au stockage de CO2, voire pour la création de nouvelles dispositions.
La méthodologie adoptée dans ce rapport d’avancement repose sur une structuration des indicateurs à différents niveaux :
- au niveau de l’intensité et de la probabilité du phénomène, - au niveau de l’intensité des effets, - au niveau de la vulnérabilité des cibles, - au niveau de la gravité (en croisant l’intensité avec la vulnérabilité), - au niveau des risques (en croisant la gravité avec la probabilité).
Ce rapport d’avancement se focalise principalement sur les indicateurs d’impacts (intensité des effets, vulnérabilité, gravité, risques) au détriment des indicateurs qui concernent les phénomènes impactants.
Une liste d’impacts a été établie. Pour chacun des impacts et des cibles mis en jeu, et dans la mesure du possible, des indicateurs ont été proposés (avec des échelles d’évaluation) sur la base d’indicateurs existants ou de suggestions.
Bien souvent, il n’existe pas d’échelle d’évaluation ou de standards pour évaluer l’intensité, la vulnérabilité et la gravité. De plus la connaissance des impacts potentiels du stockage géologique de CO2 est encore limitée et, elle est très liée aux conditions spécifiques de chaque site, il est donc délicat de définir des indicateurs génériques pertinents. Suite à ce travail exploratoire réalisé en 2011, nous suggérons d’approfondir le travail. Les préconisations regroupées dans le tableau ci-dessous sont à destination du BRGM, de la communauté scientifique en général, ou des parties prenantes dans le cas de l’étude d’un site précis.
ELÉMENTS DE CONCLUSION PRÉCONISATIONS
Concernant la méthodologie et l’architecture des indicateurs
Indicateurs d’évaluation des impacts et des risques liés au stockage géologique de CO2
62 BRGM/RP-60545-FR - Rapport d’avancement
Une des limites de cette approche est qu’il n’est pas toujours possible de déterminer à priori des grilles d’appréciations pour tous types d’impacts.
-Dans certains cas ces grilles doivent être issues d’études spécifiques au site.
-De plus l’état des connaissances sur les impacts ne permet pas de les établir de façon systématique.
On peut proposer :
- D’étudier la gravité sur des sites tests pour établir et valider une méthodologie qui prenne en compte les conditions propres à chaque site.
- De suivre attentivement l’évolution des connaissances sur les impacts potentiels
du stockage géologique de CO2 afin de
mettre à jour la liste des indicateurs proposés.
Comment prendre en compte les effets cumulatifs (effet d’un même impact sur plusieurs cibles ou effets de différents impacts sur une même cible, voire effets de différents impacts sur différentes cibles) ? Est-ce que notre raisonnement par cible et par impact est compatible avec la prise en compte des effets cumulatifs ?
Bien identifier dans quel cadre on souhaite utiliser les indicateurs (analyse de risque probabiliste ou déterministe, monitoring, etc.).
Étudier dans quelle mesure l’architecture proposée pour les indicateurs et la méthodologie sont acceptables.
Étudier la problématique des effets cumulatifs et proposer une solution compatible avec l’architecture (par exemple : La circulaire invite à considérer que plus de 5 accidents en cases MMR rang 2 équivalent à un NON).
Proposer une approche pour hiérarchiser et intégrer les résultats sur la gravité.
La validation de l’architecture et de la méthodologie est un prérequis à la poursuite des travaux de développement des indicateurs.
Ce travail ne s’intéresse pas à la hiérarchisation ni à l’intégration des résultats sur la gravité des impacts. Ceci est pourtant nécessaire pour apporter des conclusions à une étude d’impacts ou de dangers
Dans notre travail exploratoire, nous avons mené une démarche systématique avec un cloisonnement par cible et par impact. Nous avons cherché à proposer des indicateurs pertinents, mais au sein d’une méthodologie « cloisonnée ». Or, on se rend progressivement compte que
Établir des liens entre les différentes cibles et les différents types d’impacts pour être capable de mieux comprendre l’intérêt des différents indicateurs. Bien identifier quel impact quelle cible caractérise chaque indicateur et comment les indicateurs s’articulent (par exemple,
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certains indicateurs sont utilisés pour évaluer les impacts sur une certaine cible mais sont évalués sur un autre compartiment (typiquement, pour les impacts sur la faune et la flore, les indicateurs d’intensité de l’effet concernent l’air, le sol ou l’eau). De plus, certains cibles ont des relations étroites entre eux (ex : sol et aquifère sous-jacent). Si la méthodologie systématique par cible et par impact présente incontestablement des avantages de déploiement et d’exhaustivité, il semble néanmoins nécessaire de l’enrichir d’une deuxième étape qui permettrait de transformer la « liste d’indicateurs pertinents » en « système pertinent d’indicateurs ».
l’indicateur pH conditionne les indicateurs « concentrations d’espèces » dans le milieu).
Approfondir la réflexion pour proposer un « système pertinent d’indicateurs » permettant de représenter l’ensemble des impacts de manière claire, en évitant les éventuels doublons d’informations.
Cette étape peut venir en aval ou en parallèle des travaux de développement des indicateurs.
La formulation de critères pour évaluer la gravité des impacts ne peut résulter uniquement d’une démarche scientifique. Le régulateur doit forcément intervenir à un moment donné pour déterminer les échelles d’appréciation (le niveau de risque acceptable).
Ces indicateurs ont été proposés sans se demander si les outils permettant de les chiffrer et les utiliser existent.
Réfléchir à l’adéquation outils disponibles /indicateurs.
Concernant l’application de la méthodologie
Le tableau a été rempli à titre exploratoire, en cherchant à rassembler avec efficience l’information facilement accessible. Les résultats obtenus doivent donc être considérés comme des grandes lignes, et mériteraient d’être approfondis.
Poursuivre la recherche bibliographique (pistes possiblement intéressantes : réseau Natura, Agenda 21, études d’impacts, études de dangers, matrice risque économique, éco toxicologie, etc.)
Établir des contacts, notamment en interne au BRGM avec l’unité risque sismique et les services EPI et EAU, puis en externe si besoin (pour valider le remplissage du tableau auprès de spécialistes puis faire état des lacunes auprès des ministères).
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