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qu'il convient de maintenir au-dessous du seuil imposé par la réglementation. Pour réduire les valeurs de la concentration au sol due aux centrales thermiques, deux procédés ont été utilisés jusqu'ici par Électricité de France : dispersion des émissions dans l'atmosphère en dotant les centrales de hautes cheminées ; réduction temporaire des émissions de SO2 par réduction de la puissance produite, ou utilisation de fuel-oil à basse teneur en soufre, lorsque les conditions atmosphériques s'avèrent impropres à assurer une dispersion correcte. D'autres possibilités complémentaires se présentent maintenant : — épuration des combustibles, soit par désulfuration en raffinerie, soit par gazéfaction sur
combustibles, soit par désulfuration en raffinerie, soit par gazéfaction sur le site; — épuration des fumées. Nous allons examiner successivement ces différentes voies en nous attachant à en donner une analyse objective. 1. Évolution du dioxyde de soufre émis dans l'atmosphère L'étude des réactions physico-chimiques entre les constituants des fumées des centrales thermiques et l'atmosphère, présente une importance capitale pour permettre de connaître leur évolution et notamment celle du dioxyde de soufre. En effet, après l'émission, les effluents gazeux sont l'objet de réactions chimiques complexes ainsi que d'une dilution importante. Le dioxyde de soufre est également absorbé par le sol,
Le dioxyde de soufre est également absorbé par le sol, par les plantes et par la mer. Ces phénomènes n'ont pu à ce jour être précisés quantitativement par une expérimentation suffisante. 1.1. Réactions chimiques Peu de mesures sur l'évolution du dioxyde de soufre ont été faites à ce jour dans le panache des cheminées ou autour des centrales et dans ce domaine, nos connaissances sont encore limitées. Par contre, des travaux français de laboratoire permettent d'avoir un premier aperçu des mécanismes des réactions de transformation possibles. Ces travaux ont été effectués par le laboratoire de physique des aérosols de l'Université
effectués par le laboratoire de physique des aérosols de l'Université Paris VI (pr Bricard) et le laboratoire de pollution atmosphérique du Service des techniques de protection et de pollution atmosphérique du C.E.A. Ils ont montré que la photo-oxydation directe du SO2 quand sa concentration est voisine de celle que l'on rencontre dans l'atmosphère, ne conduit pas à une formation importante d'aérosols d'acide sulfurique et de sulfates. Cette formation semble nécessiter la présence d'autres impuretés gazeuses, notamment les oxydes d'azote, et les hydrocarbures provenant de la circulation automobile. A partir des résultats précédents, une action concertée de recherches et de développement
résultats précédents, une action concertée de recherches et de développement est en cours par les soins du C.E.A., de l'Université Paris VI et d'EDF. Le but de cette opération est de préciser ces phénomènes, dans le cas concret des fumées émises par la centrale de Porcheville B. Cette action se déroule depuis le 1er novembre 1971 et comprend trois phases : — expérimentations sur atmosphères reconstituées en laboratoire; — expérimentations sur des fumées dans la centrale elle-même; — étude directe dans le panache de la cheminée de la centrale. Il est évidemment prématuré de présenter des résultats de cette expérimentation
est évidemment prématuré de présenter des résultats de cette expérimentation en cours de déroulement. Nous devons donc pour l'instant nous en tenir aux connaissances actuelles selon lesquelles la durée de vie du dioxyde de soufre dans l'atmosphère est variable de quelques heures à quelques jours. 1.2. Dilution atmosphérique De nombreuses études ont été faites sur les facteurs affectant la dispersion d'effluents gazeux dans la basse atmosphère. Elles ont porté notamment sur l'évolution d'un panache émis par une cheminée isolée, sur l'influence des conditions météorologiques et sur celles des caractéristiques de l'environnement : topographie, obstacles divers et effets thermiques dus par
l'environnement : topographie, obstacles divers et effets thermiques dus par exemple à la présence de zones industrielles ou urbanisées. Elles ont permis de conclure que des augmentations notables de l'acidité de l'air d'une zone industrielle se produisent : a) par stratification thermique stable des basses couches. Dans ce cas, la diffusion verticale des sources basses est réduite. Par contre les effluents de sources élevées ne diffusent que très lentement vers le sol et n'ont qu'une influence négligeable sur le niveau de pollution; b) par inversion thermique (configuration de l'atmosphère où les couches basses présentent une stratification thermique instable et sont
les couches basses présentent une stratification thermique instable et sont surmontées d'une couche stable). En conclusion, ces études ont montré l'intérêt de disposer les points d'émission des effluents à grande hauteur au-dessus du sol et de réaliser des conditions d'éjection favorisant la dispersion verticale de ces effluents. Les études expérimentales effectuées aux États-Unis dans le cadre du projet Lappes (Large Power Plant Effluent Study) et diverses études théoriques montrent qu'une haute cheminée permet de réduire de façon substantielle, les niveaux de pollution mesurés au sol dans les deux cas suivants : — situation météorologique à vent fort : la concentration
: — situation météorologique à vent fort : la concentration maximale au sol est inversement proportionnelle au carré de la hauteur géométrique de la cheminée. Ainsi, le passage d'une cheminée de 150 m à une cheminée de 250 m de hauteur conduit à une réduction du maximum de concentration au sol de l'ordre de 60 %; — situation météorologique liée au développement diurne d'une couche instable à partir du sol : cette couche instable est surmontée d'une couche d'inversion dont l'altitude varie en fonction de l'heure de la journée. Une haute cheminée présente alors l'avantage de diminuer la fréquence des
haute cheminée présente alors l'avantage de diminuer la fréquence des situations météorologiques pour lesquelles le panache est emprisonné entre le sol et la base de la couche d'inversion. Des simulations en fonctionnement de 2 tranches de 700 MW supposées installées sur le site de Martigues-Pontois et utilisant les données météorologiques réelles des années 1969 et 1970, montrent qu'une augmentation, même modeste, de la hauteur de la cheminée (170 m au lieu de 140 m) réduit de façon significative les taux de pollution calculés sur ce site : la réduction globale est d'environ 20 %. 1.3. Campagne de mesures de Porcheville
est d'environ 20 %. 1.3. Campagne de mesures de Porcheville Pour mieux cerner l'incidence sur l'environnement de l'émission de dioxyde de soufre provenant des centrales thermiques brûlant du fuel-oil, EDF a procédé au cours du premier semestre 1972, Fig. 1. —L'incidence sur l'environnement de la centrale de Porcheville a été étudiée à l'aide d'une vingtaine d'appareils de mesure placés entre cette centrale et la région parisienne. Cette incidence, est très faible puisqu'elle est estimée à 1 microgramme de SO2/m3. (Photothèque EDF. Pierre Berenger) en liaison avec le Conseil supérieur des établissements classés, à une série de mesures concernant les «
établissements classés, à une série de mesures concernant les « retombées » de la Centrale de Porcheville B (fig. 1). La « campagne de mesures » a consisté à mettre en place entre la centrale et la région parisienne, c'est-à-dire dans un triangle formé par Porcheville, Pontoise et Versailles, 20 appareils de mesures à une distance comprise entre 6 et 20 km de la centrale. Parallèlement aux mesures des niveaux de pollution faites par EDF, la Météorologie nationale relevait les grandeurs caractéristiques propres à définir les conditions de diffusion du panache de fumée dans l'atmosphère, c'est-à-dire température et humidité de
panache de fumée dans l'atmosphère, c'est-à-dire température et humidité de l'air, vitesse et direction du vent au sol jusqu'à une altitude de 1 500 m. Ainsi, à chaque mesure de concentration étaient associées des conditions météorologiques précises. Plus de 350 000 résultats de mesures ont été recueillis, et ont été traités sur ordinateurs. L'analyse des caractéristiques de l'air au niveau du sol en fonction de la direction du vent, a permis d'observer que les pollutions de fond les plus élevées correspondent, et de très loin, aux vents en provenance de Paris, ainsi qu'aux vents de nord-est. En d'autres termes, la
Paris, ainsi qu'aux vents de nord-est. En d'autres termes, la zone objet de l'étude est nettement plus polluée par les vents venant de l'agglomération parisienne et du nord-est que par ceux qui soufflent en provenance de la centrale. Les mesures effectuées ont montré que la pollution est presque trois fois plus élevée en hiver qu'au printemps, ce qui s'explique avant tout par l'incidence du chauffage domestique dans la zone considérée. La pollution imputable à la centrale de Porcheville, équipée actuellement d'une tranche de 600 MW, a pu être isolée de la pollution de fond par des analyses comparatives entre les
la pollution de fond par des analyses comparatives entre les stations sous le vent venant de la centrale et les autres, et suivant les périodes où la centrale fonctionnait et celles où elle était arrêtée. Durant les cinq mois de mesure, la pollution moyenne au sol apportée par la centrale de Porcheville apparaît comme tout à fait négligeable. Seule une analyse poussée des résultats a permis de l'estimer à environ 1 microgramme par m3. Cette valeur moyenne est à rapprocher de celle de la pollution totale de la zone qui est de l'ordre de 35 microgrammes par m3. Si l'on
est de l'ordre de 35 microgrammes par m3. Si l'on considère seulement les 20 % du temps où les stations de mesure sont « sous le vent de la centrale », l'apport en est de 6 à 10 microgrammes par m3 en moyenne aux points de mesure où l'influence de la centrale est la plus importante. Enfin, dans les conditions météorologiques les plus défavorables, dont la durée n'est que quelques pour cent du temps, l'apport maximal oscille autour de 35 microgrammes par m3. Les études théoriques entreprises, validées par cette expérimentation, ont ainsi permis de montrer qu'en moyenne la «
expérimentation, ont ainsi permis de montrer qu'en moyenne la « part » d'une centrale équipée d'une haute cheminée, dans la teneur en SO2 de l'atmosphère au voisinage du sol, est relativement faible par rapport à celle due aux autres sources de pollution d'une grande agglomération. 2. Utilisation des propriétés dispersives de l'atmosphère 2.1. Définition d'une politique de maintien de la qualité de l'air au sol Le maintien de la qualité de l'air au sol, ou, en toute rigueur; l'absence d'accroissement significatif du niveau de la pollution en toutes circonstances, est possible en jouant simultanément sur plusieurs facteurs : choix des
possible en jouant simultanément sur plusieurs facteurs : choix des sites à équiper, adoption de hauteurs élevées des points d'émission et réduction temporaire des émissions sulfureuses en cas de circonstances météorologiques défavorables détectées par des réseaux de mesures disposés autour des centrales. 2.2. Choix des sites, hauteurs réelles des émissions Le choix d'un site de production thermique résulte de la prise en considération d'un grand nombre de facteurs. La disponibilité, le prix, la nature du terrain, les possibilités de réfrigération, la distance aux centres de consommation, les facilités d'évacuation de l'énergie produite, le prix de transport du combustible sont les
l'énergie produite, le prix de transport du combustible sont les principaux facteurs du choix. Mais il faut en ajouter deux autres essentiels relatifs à l'environnement : les niveaux de pollution existants au sol et les conditions météorologiques habituelles de diffusion des panaches de fumées. Ces données serviront à définir les conditions d'émission des effluents gazeux. Pour déterminer la pollution de fond, on dispose sur le terrain un réseau d'appareils automatiques de mesure de la teneur en acidité forte de l'air dans l'environnement des sites retenus dès que la construction de la centrale est envisagée. Ils permettent d'enregistrer tous les quarts
la centrale est envisagée. Ils permettent d'enregistrer tous les quarts d'heure les taux de concentration en acidité forte de l'air, étroitement liés à la concentration en dioxyde de soufre. Les conditions météorologiques sont connues par les relevés effectués par le Service de la Météorologie nationale, mais ceux-ci doivent être complétés car d'une part, ils sont effectués à l'échelle de la région et d'autre part, ils n'intéressent pas les basses couches atmosphériques. Dans ce but, le site envisagé est équipé d'appareils précis et automatiques relevant la vitesse et la direction du vent, la pression atmosphérique, l'humidité de l'air, la pluviométrie et
vent, la pression atmosphérique, l'humidité de l'air, la pluviométrie et l'ensoleillement. À intervalles réguliers des sondages de températures des basses couches, jusqu'à 500 m sont faits par ballons captifs. Ces sondages sont complétés par des lancers de ballons libres qui permettent de connaître, en diverses circonstances, les fluctuations du vecteur « vitesse du vent », en amplitude et direction, jusqu'à 1 000 m d'altitude environ. Il peut arriver que toutes les données ainsi recueillies ne permettent pas de déterminer, avec une précision suffisante, les conditions de diffusion. C'est le cas pour les sites en bordure de mer où des phénomènes
pour les sites en bordure de mer où des phénomènes de brises se manifestent ou bien pour les sites en vallée. Il faut avoir recours alors à la simulation physique soit en veinée hydraulique, soit en soufflerie thermique. Lorsque toutes ces données sont acquises, elles sont dépouillées et traitées sur ordinateurs et les caractéristiques des cheminées peuvent alors être calculées. Le calcul sur modèle mathématique donne des courbes classées des probabilités d'accroissement des niveaux de pollution en fonction des conditions d'émission du SO2 (hauteur réelle et débit). En dehors de toute contrainte extérieure (servitudes pour la navigation aérienne par exemple),
toute contrainte extérieure (servitudes pour la navigation aérienne par exemple), ce mode de calcul permet de déterminer, en fonction des courbes classées, le nombre probable d'heures pendant lesquelles les émissions devront être réduites, en année moyenne, selon différentes hauteurs d'émission. Le calcul et l'expérience ayant montré que la surhauteur due à la température des gaz est plus grande si le point d'émission est unique, à débit constant, les gaz de combustion des futures centrales regroupant plusieurs unités de production seront éjectés par une seule cheminée; mais pour garder une vitesse d'évacuation aussi constante et aussi élevée que possible, en cas
d'évacuation aussi constante et aussi élevée que possible, en cas d'arrêt d'une ou plusieurs de ces unités, chaque générateur de vapeur aura son propre conduit d'évacuation, réalisé en acier calorifugé, à l'intérieur de l'unique fût en béton. Jusqu'à ces dernières années, la vitesse de sortie des gaz était de 9 m/s. Pour les unités mises en service en 1973, elle est de 36 à 40 m/s. Rappelons de plus, que pour éviter la formation de fumassons, la température de sortie des gaz a été portée de 120 °C à 160-180 °C, ce qui améliore les conditions d'émission au prix d'une
°C, ce qui améliore les conditions d'émission au prix d'une certaine diminution du rendement. 2.3. Constitution des réseaux de mesure Des appareils de mesure des niveaux de pollution au sol sont en place, autour des centrales thermiques en exploitation. Pour les centrales importantes du Havre, de Porcheville et de Martigues de véritables réseaux équipés de stations automatiques, avec retransmission des résultats à la salle de commande ont été constitués. Ceux des autres centrales sont en cours de modernisation. Les premiers réseaux mis en place avaient permis de constater depuis longtemps que les niveaux de pollution au sol autour des centrales
que les niveaux de pollution au sol autour des centrales n'étaient pas influencés de façon significative à l'échelle de la journée, à plus forte raison, à celle de l'année. Mais, on pouvait se demander si une mesure plus fine, à l'échelle horaire par exemple, n'était pas susceptible de modifier ces résultats. C'est pour cette raison qu'ÉDF a été conduit à mettre au point un appareil automatique à mesure continue (fig. 2). Fig. 2. Vue intérieure des appareils automatiques de mesure continue de la pollution atmosphérique mis au point par Électricité de France. Les informations recueillies sont transmises toutes les heures
de France. Les informations recueillies sont transmises toutes les heures ou tous les quarts d'heure par voie téléphonique à des appareils enregistreurs ou à un ordinateur. (Photothèque ÉDF. Michel Brigand) Les appareils actuellement construits permettent de déceler des variations de teneur en SO2 de l'ordre de 20 μg/m3, ils ne nécessitent qu'un entretien réduit et leur étalonnage est aisé. Leur fiabilité permet de les installer dans des stations automatiques isolées, les informations recueillies sont transmises par voie téléphonique toutes les heures ou tous les quarts d'heure à des appareils enregistreurs, ou à un ordinateur. Fig. 3. — Réseau de contrôle
ou à un ordinateur. Fig. 3. — Réseau de contrôle de la pollution atmosphérique par l'oxyde de soufre autour de la centrale de Porcheville. Un réseau analogue fonctionne autour de la centrale du Havre. Le réseau de mesure de la concentration au sol de SO2 comprend 15 appareils pour Porcheville (fig. 3), autant pour Le Havre, dans un prochain avenir 25 pour la région parisienne. Il est complété par des appareils donnant les indications de vitesse et de direction du vent. Les indications de tous ces appareils sont transmises au personnel d'exploitation, sous une forme claire. Les indicateurs et les
personnel d'exploitation, sous une forme claire. Les indicateurs et les enregistreurs correspondants, ainsi que les schémas synoptiques nécessaire, sont groupés sur un panneau spécial, situé en salle de commande (fig. 4). Pour leur dépouillement ultérieur, les données sont stockées sous forme numérique, grâce à une téléscripteur avec mise en mémoire, soit sur ruban perforé, soit sur bande magnétique. Les conditions météorologiques ne permettant pas une diffusion satisfaisante des polluants sont en nombre limité et elles peuvent être prévues à l'avance. Ces prévisions sont transmises au personnel d'exploitation de la centrale pour lui permettre de porter une attention toute particulière aux
pour lui permettre de porter une attention toute particulière aux valeurs relevées par le réseau de mesure, et se tenir prêt à réduire les émissions de SO2 dès que l'accroissement du niveau de pollution est détecté par les appareils du réseau. 2.4. Réductions temporaires des émissions sulfureuses Les progrès dans l'instrumentation de mesure permettent ainsi de rationnaliser et de rendre à la fois plus efficaces et plus économiques les mesures de prévention prises jusqu'alors. Il convient de définir une consigne précisant les conditions dans lesquelles une réduction des émissions devra être pratiquée. Dans une première étape, ces circonstances doivent être
être pratiquée. Dans une première étape, ces circonstances doivent être définies d'une manière simple et pratique. Le dépassement pendant un temps suffisant pour éliminer les pointes intempestives, une heure par exemple, d'un seuil de concentration sur plusieurs appareils du réseau, semble pouvoir servir de base à l'établissement d'une telle consigne. La réduction des émissions est alors obtenue de deux façons : l'une consiste à utiliser du combustible à basse teneur en soufre, l'autre consiste à réduire la puissance fournie par la centrale avec report de charge sur un autre moyen de production, si cette solution est plus économique que la
de production, si cette solution est plus économique que la précédente. Les deux procédés sont pratiquement instantanés : d'une part la commutation de l'alimentation en combustible sur la réserve de combustible à basse teneur en soufre est télécommandée, d'autre part, l'interconnexion du réseau de transport à haute tension et les liaisons des centrales avec les dispatchings régionaux et le dispatching central permettent des modulations immédiates des charges. Dans une seconde étape, des consignes plus perfectionnées pourront être, si nécessaire, élaborées, en prenant en compte notamment les prévisions météorologiques à très court terme et les gradients des concentrations au sol. On
court terme et les gradients des concentrations au sol. On conçoit bien l'efficacité d'une telle méthode d'exploitation dans le cas le plus général où les centrales sont isolées dans une région où le niveau des concentrations mesurées au niveau du sol est faible, c'est-à-dire de l'ordre de 50 μg/m3. Qu'en est-il de la situation où les centrales se trouvent implantées dans des zones à forte concentration urbaine ou industrielle? En ce qui concerne les zones urbaines, notons qu'il s'agit de traiter du mode d'exploitation de centrales implantées à l'époque dans des banlieues en général à faible densité d'occupation et qui
des banlieues en général à faible densité d'occupation et qui ont été rejointes par le développement des zones habitées. La question d'implantation d'unités nouvelles dans de telles régions ne se pose même pas. Dans ces zones, les centrales se présentent comme des émetteurs importants mais pour lesquels les émissions de fumées sont réalisées à une hauteur nettement supérieure à celle des autres émetteurs industrieux et domestiques; les concentrations moyennes annuelles en SO2 y dépassent 100 μg/m3. Les différences des concentrations moyennes mesurées en été et en hiver sont importantes; des rapports de 1 à 6 ont été mis en évidence.
rapports de 1 à 6 ont été mis en évidence. Même si on fait la part de la fréquence de mauvaises conditions de diffusion, qui est plus grande en hiver qu'en été, ces observations font apparaître clairement la responsabilité des foyers domestiques dans la pollution des zones urbaines. En effet, le fonctionnement des centrales thermiques, et d'ailleurs des industries en général, présente des variations saisonnières beaucoup plus faibles que celles des foyers domestiques. Dans les zones urbaines importantes, l'Administration peut être amenée à instituer des « zones de protection spéciales » dans lesquelles est prescrite, entre autres mesures, une limitation
» dans lesquelles est prescrite, entre autres mesures, une limitation de la teneur en soufre des combustibles consommés. Les centrales thermiques comprises à l'intérieur de ces zones doivent-elles être soumises à la même limitation permanente de cette teneur? Nous ne le pensons pas. Comme l'a bien souligné le rapport préliminaire du Comité consultatif de l'utilisation de l'énergie, pour la création d'une zone de protection spéciale à Lyon et à Villeurbanne, il est beaucoup plus efficace, pour réduire les concentrations au sol, d'utiliser du combustible à basse teneur en soufre dans des installations dispersées et munies de cheminées de faible hauteur,
des installations dispersées et munies de cheminées de faible hauteur, que de le faire dans des installations à hautes cheminées et qui, de plus, peuvent réduire momentanément leurs émissions. Comme il a été indiqué précédemment, la difficulté consiste à détecter les époques où les émissions des centrales sont mal dispersées et doivent être réduites. En effet, la plupart du temps, comme nous l'avons montré, l'influence des centrales n'est pas mesurable. Nous proposons d'adopter la méthode suivante : on admettra en première étape que les époques où apparaissent des pointes de concentration mesurées au sol, sont celles où, en général, les