Amélioration de la Régulation des Installations BIOmasse pour une meilleure Qualité de l’Air
Acronyme : ARIBIOQA
Programme : Projets de Recherche et Développement
Mots-clés : Energie / Qualité de l'air
Contexte : Première source d’énergie renouvelable utilisée en France, le bois énergie présente de nombreux avantages mais sa combustion émet des polluants, particulièrement dans le cas où la combustion est incomplète. La contribution des chaudières collectives à cette pollution est faible comme peut le témoigner l’inventaire national des émissions du CITEPA qui s’appuie sur l’inventaire des chaufferies du CIBE et des facteurs d’émissions issus d’une bibliographie réalisée à l’échelle internationale. Par ailleurs, le secteur des chaufferies collectives utilisant la biomasse est en forte mutation : · En termes de réglementation (travaux en cours sur les directives européennes REDII et REDIII), · En termes de technologie de traitement des émissions (systématisation des systèmes d’électrofiltres ou de filtres à manches sur les projets neufs dès 500 kW de puissance chaudière bois), · En termes de combustibles utilisés : recours à des combustibles biomasse plus divers (développement de la filière bois bocager et des agro pellets) Le travail conduit dans le cadre du programme ACIBIOQA a permis de mettre en évidence la corrélation des émissions de poussières et de monoxyde de carbone avec les conditions de fonctionnement des générateurs. Ainsi, les émissions dans les fumées des chaudières bois subissent de fortes hausses (et des dépassements de valeur de concentration par rapport aux seuils réglementaires) lors des périodes de fonctionnement à faible charge et en particulier lors des phases d’extinction dans le cycle de fonctionnement du générateur. Les investigations menées dans le cadre d’ACIBIOQA ont confirmé que seuls les filtres à manches et les électrofiltres permettent d’abattre significativement la concentration en poussières dans les fumées. Les critères du Fonds Chaleur de l’ADEME ont été révisés en 2022 et imposent une valeur maximale d’émissions de poussières de 50 mg/Nm3 de fumées à 6% O2 pour les générateurs bois dès 500 kW. Cette nouvelle disposition permet de maîtriser les rejets dans les fumées pour les installations neuves à partir de ce seuil de puissance. Le présent programme de recherche est construit dans la continuité d’ACIBIOQA et vise à éprouver des solutions techniques concrètes et simples, complémentaires à la mise en place d’équipements de traitement de fumées, pour réduire les émissions de ces chaufferies. Basé sur le constat que la qualité des émissions est dégradée lors les cycles d’extinction et de redémarrage des chaufferies à faible charge, il s’agit d’investiguer des moyens pour augmenter la durée des cycles des chaudières et lisser la charge de ces équipements. Les dispositions qui apporteront un gain avéré en termes d’émissions (de poussières et de monoxyde de carbone notamment) pourront être imposés aux nouveaux projets, via les critères d’attribution des aides du fonds chaleur ou dans le cadre des PPA et des ZFE. Les installations existantes pourront aussi faire l’objet d’améliorations grâce à des opérations territoriales de remise à niveau des équipements en fonctionnement, sur le modèle d’opérations similaires réalisées pour des équipements solaires thermiques.
Description : Le programme de recherche ACIBIOQA a mis en évidence la dégradation de la combustion et des rejets atmosphériques lorsque le générateur biomasse fonctionne à charge partielle ainsi que lors des phases de démarrage et d’arrêt de cycle. Le projet proposé ici vise à identifier des solutions efficaces pour améliorer la qualité de l’air extérieur en ciblant les rejets atmosphériques des chaudières biomasse de moins de 1 MW, pour lesquelles les moyens de contrôle d’exploitation sont réduits. Le projet proposé cible l’expérimentation de solutions adaptables dans l’existant (travail sur la régulation pour réduire la fréquence de cyclage) et dans le neuf, en couplant le fonctionnement du générateur biomasse avec un volume d’hydro-accumulation pour réduire les périodes de charge partielle, en installant un système de filtration des particules fines. Les mesures de rejets seront réalisées à partir de méthodes indirectes, méthode de référence dans le cadre de mesure des émissions de poussières et de méthodes directes, qui permettent d’obtenir un résultat instantané et continu. Ces deux techniques seront utilisées pour adapter la technique de prélèvement aux besoins du projet (mesures à réaliser) et aux conditions de prélèvement en chaufferie (présence de trappes de mesure ou non). Chaque installation fera l’objet de mesures dans 4 configurations différentes. Les mesures seront conduites dans chaque configuration pendant plusieurs jours, avec des prélèvements en continu pendant plusieurs heures, afin de mesurer l’effet des modifications proposées (hydro-accumulation, filtration des particules fines et évaluation de la l’impact du pilotage) et d’en apprécier la plus-value. Les résultats attendus permettront de quantifier l’impact positif de la réduction du nombre de cycles des générateurs biomasse. Ces mesures permettront de mieux évaluer les niveaux minimum et maximum d’émissions des générateurs. L’objectif est, in fine, d’apprécier la plus-value d’une éventuelle généralisation de l’installation d’hydro-accumulation et de systèmes de filtration des particules fines sur les installations neuves et d’apprécier les bénéfices d’amélioration du pilotage des chaufferies biomasse existantes. Enfin, le projet caractérisera les conditions de mise en œuvre de ces solutions et le niveau de surinvestissement à prévoir.
Objectifs et résultats attendus : Les propositions attendues dans le cadre du programme ARIBIOQA doivent permettre d’identifier des solutions efficaces pour améliorer la qualité de l’air extérieur et les échelles spatiales et temporelles les plus adaptées pour agir de façon pertinente en faveur de la qualité de l’air. Aussi le programme de recherche proposé cible l’expérimentation de solutions de prévention (éviter de former les polluants avant de s’évertuer à les capter) pour des installations nouvelles et existantes, et plus spécifiquement pour des installations existantes, des solutions adaptables sur des chaufferies de faible puissance (moins de 500 kW) disséminées sur le territoire, pour lesquelles l’adjonction de systèmes de filtration additionnels n'est pas faisable ou très difficilement (maîtrise technique des parties prenantes, budget et contraintes de place pour l'installation de filtres). Ces mesures seront réalisées sur des installations avec une régulation standard et sur des installations ayant fait l’objet des adaptations reproductibles (fonctionnement avec hydro-accumulation, amélioration du pilotage de l’installation). Les émissions de poussières et de monoxyde de carbone sont pressenties comme des traceurs de la qualité de combustion et mesurées en phase établie du cycle et lors des périodes d’arrêt / démarrage. La réalisation de mesures pendant plusieurs heures, sur 4 installations permettra de caractériser l’incidence du taux de charge et des mesures préventives proposées sur les émissions. Les résultats attendus permettront d'objectiver l’impact positif de la réduction du nombre de cycles des générateurs biomasse, grâce à la mesure en continu des émissions de poussières et monoxyde de carbone de chaudières bois de faible puissance. Ces mesures permettront de mieux évaluer les niveaux minimum et maximum d’émissions des générateurs. La réalisation de mesures d’émissions de polluants sur des installations avec régulation standard et sur des installations avec durée de cyclage allongée et fonctionnement avec hydro-accumulation permettra de mesurer le bénéfice de ces modifications. Ce bénéfice sera mesurable sur un pas de temps suffisamment long, grâce à des mesures réalisées sur plusieurs heures en continu. Il s’agira également d’identifier et d'évaluer les solutions réplicables sur chaufferies existantes et celles qui s’adapteront uniquement sur des projets neufs. Enfin, le budget à consacrer à ces adaptations sera évalué et permettra d’apprécier le surinvestissement pour des projets neufs et des projets d’amélioration des chaufferies existantes.
Bénéficiaire : INSTITUT NATIONAL DE L'ENVIRONNEMENT INDUSTRIEL ET DES RISQUES
Localisation : Verneuil-en-Halatte, Hauts-de-France, FRANCE
Début : 30/06/2025 — Durée : 30 mois
Budget total : 672858.39 € — Aide ADEME : 323000 €
Statut : Suivi du projet