Les oxydes d’azote (NOx)
Les NOx regroupent le monoxyde d’azote (NO) et le dioxyde d’azote (NO2). Il existe d’autres degrés d’oxydation mais seuls NO et NO2 jouent un rôle important dans la pollution atmosphérique (plus de 95 % des émissions) et sont donc réglementés.
Le N2O ne fait pas partie des NOx mais peut être réglementé en tant que gaz à effet de serre.
En amont, on peut limiter la formation de NOx en limitant les quantités d’azote contenues dans les réactifs (combustibles ou produits introduits dans un procédé).
On peut limiter l’émission de NOx dans les phénomènes de combustion en utilisant des techniques primaires, telles que brûleurs bas-NOx, ou autres techniques permettant d’ajuster la température de flamme (refroidissement par eau, air ou re-circulation des fumées) ou la concentration en oxygène du mélange comburant/combustible (étagement des apports d’air ou injection spécifique du combustible).
On peut installer un traitement des effluents (techniques secondaires). Par lavage des fumées, on peut former de l’acide nitrique. On peut également envisager des traitements à base d’ammoniaque (réduction sélective catalytique ou non).
Les unités de traitement de NOx sont souvent couplées avec des unités de traitement de SOx.
Notions estimatives d’efficacité
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Technique
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Brûleur bas NOx
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Brûleur bas NOx + étagement
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Sur-combustion Gaz Naturel
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Sur-
combustion Gaz Naturel + brûleur bas NOx
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SNCR
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Sur-
combustion Gaz Naturel + SNCR
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SCR
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Efficacité
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30-55 %
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35-70 %
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> 60%
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60-70 %
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30-50 %
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90 %
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90 %
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Remarque : Une étude approfondie est nécessaire pour obtenir une valeur exacte de l’efficacité en fonction de l’installation. Économiquement, la mise en place de brûleurs Bas NOx présente le plus souvent la solution la moins coûteuse (en fonction du nombre de brûleurs à changer), les solutions de réduction sélective sont plus coûteuses (en particulier les solutions catalytiques).
Les oxydes de soufre (SOx)
Les SOx regroupent le dioxyde de soufre (SO2) et le trioxyde de soufre (SO3). SO3 a une durée de vie très courte dans l’atmosphère puisqu’il se transforme très rapidement en H2SO4 ou autre sulfate. Cette famille de polluants est responsable en grande partie du phénomène des pluies acides.
En amont, on peut utiliser des combustibles contenant peu de soufre (ex : utilisation de fuel très basse teneur en soufre ou TBTS, choix d’un charbon peu chargé en soufre).
En aval, les procédés de désulfuration des fumées sont des lavages (à l’eau ou à l’eau de mer) qui forment de l’acide sulfureux ou sulfurique, ou des procédés de neutralisation à la chaux ou au bicarbonate de soude (qui forment du CaSO4, forme anhydre du gypse).
Ces procédés se font par voie sèche (fumées/poudres), semi humide (fumées/aérosol liquide) ou humide (bullage des gaz dans une solution de réactif). Le choix du procédé d’échange se fait en fonction du flux de polluants à traiter.
Les unités de traitement de SOx sont souvent couplées avec des unités de traitement de NOx.
L’ozone (O3)
L’ozone est un gaz incolore et odorant, formé de trois atomes d’oxygène. Ce gaz est très oxydant, il se décompose rapidement en présence d’hydrogène, d’humidité ou au contact de surfaces solides.
Au sol, son taux naturel varie entre 0,005 ppm et 0,05 ppm, ce taux augmentant avec l’altitude et la pollution. Pour O3, à 25 °C et 101 kPa, 1 ppm = 2 mg/m3.
On distingue l’ozone troposphérique (situé entre 0 et 10 km d’altitude) considéré comme un polluant résultant de pollutions anthropiques primaires et l’ozone stratosphérique (composant la couche d’ozone située entre 10 et 60 km d’altitude) considéré comme bénéfique et détruit par certains gaz émis par l’homme (fréons, halons).
La prévention de la pollution par l’ozone passe par des mesures de réduction pérenne des précurseurs (NOx et COV).
Pour les épisodes de pollution troposphérique, l’ozone n’étant pas un polluant primaire, il est très difficile de traiter ce type de situation par des mesures de court terme.
Les mesures possibles sont forcément limitées, telles la diminution des émissions de COV et NOx (réduction des émissions industrielles par la limitation de la production… et, dans les situations extrêmes, circulation alternée). Parallèlement, une information des populations est faite pour limiter les conduites à risques (efforts entraînant une forte ventilation) chez les populations sensibles.
En ambiance de travail, pour les atmosphères confinées, il faut mettre en place des systèmes de ventilation pour disperser l’ozone.
Afin de limiter la destruction de la couche d’ozone, la production des CFC (chlorofluoro-carbones), halons et d’autres substances (listés en annexes du règlement n°2037/2000/CE) est interdite, leurs utilisations sont fortement réglementées en vue d’une interdiction.
Les Composés organiques volatils (COV)
On appelle composé organique, tout composé contenant au moins l’élément carbone et un ou plusieurs des éléments suivants : hydrogène, halogène, oxygène, soufre, phosphore, silicium ou azote, à l’exception des oxydes de carbone et des carbonates et bicarbonates inorganiques.
On appelle composé organique volatil (COV), tout composé organique ayant une pression de vapeur de 0,01 kPa ou plus à une température de 293,15 K ou ayant une volatilité correspondante dans les conditions d’utilisation particulières (par exemple, la fraction de créosote qui dépasse cette valeur de pression de vapeur à la température de 293,15 K est considérée comme un composé organique volatil). On distingue le méthane des autres COV dits COVNM (COV Non Méthaniques).
Avant d’envisager le traitement des émissions de COV, il faut se poser la question de savoir si l’on peut réduire ces émissions à la source par l’emploi de nouveaux produits (à envisager de façon systématique pour les COV à phrases de risque) ou procédés. La réduction à la source peut s’opérer à différents niveaux :
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optimisation des procédés d’application (ex : amélioration du taux de transfert),
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réduction des teneurs en solvants des produits (ex : produits bases aqueuses),
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suppression des solvants dans les produits (ex : produits poudres)
En cas d’impossibilité de réduction à la source, les COV doivent être captés le plus en amont possible (captage efficace à proximité des points d’émission). On doit ensuite les re-condenser pour les réutiliser, ou les détruire (oxydateur).
Les particules
Les particules sont des éléments solides de très faibles diamètres et masses. On distingue les particules sédimentables qui ont une vitesse de chute et une taille importante (> 50 mm/s et > 45 µm) et les particules fines (< 10 µm) en suspension susceptibles de parcourir de grandes distances (surtout vrai pour les < 2 µm). Elles sont appelées PMxx pour « Particule Matter », le nombre xx représentant la borne supérieure de la fraction granulométrique des particules en µm (classiquement, on s‘intéresse aux particules totales (TSP), aux PM10, aux PM2,5 et dans une moindre mesure aux PM1). Les particules dispersées dans un milieu gazeux sont généralement appelées aérosols.
La première protection est la mise en place de systèmes pour empêcher les rejets diffus : envol des poussières lié aux mouvements et au vent (engazonnement, goudronnage des surfaces, mise en place de haies). Le stockage des produits pulvérulents doit être confiné ou en cas d’impossibilité technique démontrée doit prévoir un système de limitation des envols (arrosage par exemple).
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Pour les rejets canalisés, il existe plusieurs techniques mettant en œuvre un captage et une séparation :
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la séparation mécanique utilisant la force gravimétrique (exemple : décantation par passage dans une chambre de sédimentation), ou utilisant la force centrifuge (exemple : la centrifugation par passage dans un cyclone) ;
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la séparation humide (exemple : le mouillage par passage dans un laveur barboteur, un laveur à pulvérisation ou à venturi, exemple dessin du haut) ;
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la séparation à milieu filtrant (exemple : passage à travers des filtres poreux manches ou poches, ceux-ci étant jetables, régénérables ou décolmatables, exemple dessin du bas) ;
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la séparation électrostatique (par passage dans un champ électrostatique intense et captage sur une surface).
Les filtres (à manches ou à poches) et les filtres électrostatiques sont les plus fréquemment utilisés :
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les filtres à manches ou poches présentent une très bonne efficacité sur l’ensemble du spectre granulométrique mais nécessitent le remplacement régulier des consommables filtrants (coût d’exploitation en sus des coûts d’installation importants) ;
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les électrofiltres sont efficaces mais ont un coût d’exploitation important (électricité).
Enfin, le cyclone présente un intérêt économique car il est très peu coûteux mais n’est efficace que pour les grosses particules.
Il est à noter que les cendres de charbon peuvent être valorisées après micronisation dans la fabrication du ciment.
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Les métaux et composés de métaux
Les métaux sont définis comme les éléments chimiques susceptibles de libérer facilement un électron de leur cortège électronique (éléments électropositifs). Dans l’air, on retrouve principalement les métaux sous formes particulaires (i.e. associés à des poussières) et parfois sous forme gazeuse (ex : mercure).
A l’émission, on surveille les rejets de cadmium (Cd), mercure (Hg), thallium (Tl), arsenic (As), sélénium (Se), tellure (Te), plomb (Pb), antimoine (Sb), chrome (Cr), cobalt (Co), cuivre (Cu), étain (Sn), manganèse (Mn), nickel (Ni), vanadium (V) et zinc (Zn).
Pour les phases gazeuses (en particulier mercure), elles peuvent être captées par lavage ou barbotage (les systèmes de filtres à particules permettent également de capter une partie de cette pollution gazeuse par phénomènes d’adsorption ou de condensation en surface des particules).
Pour les métaux se retrouvant principalement sous forme de particules, se référer au chapitre “Particules”.
