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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 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, 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 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 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
mécanismes des réactions de transformation possibles. Ces travaux ont été 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 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 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 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
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 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 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 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
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 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 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 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 « retombées » de la Centrale de Porcheville B (fig. 1).
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 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 « 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 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 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
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 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 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 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 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
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 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 « 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 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,
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 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 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 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
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 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 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 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), ce mode de calcul permet de déterminer, en fonction des courbes classées, le nombre probable d'heures pendant lesquelles les émissions
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 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), 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'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 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