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12/09/2008 Madame, Monsieur Dossier délivré pour Toute reproduction sans autori

12/09/2008 Madame, Monsieur Dossier délivré pour Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T .I. BE 8 856 − 1 Traitement des fumées par Pierre LE CLOIREC Professeur, École Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR) i l’on se place dans une approche environnementale globale : l’impact sur la santé humaine et sur les écosystèmes, l’effet de serre et le réchauffement de la planète, la production anarchique d’ozone dans les villes, les nuisances olfac- tives… sont autant de bonnes raisons pour limiter drastiquement les émissions gazeuses chargées en polluants comme par exemple, les poussières, les compo- sés soufrés, azotés, le dioxyde de carbone ou encore les composés organiques volatils. La communauté internationale s’est mobilisée pour lutter contre l’aug- mentation des émissions anthropiques de gaz à effet de serre au travers de la convention signée en juin 1992 à Rio. Des conférences internationales se sont tenues depuis, avec plus ou moins de succès, à Kyoto ou encore New York, en particulier sur la problématique de la pollution atmosphérique. Sur un plan réglementaire, les conséquences pratiques des directives européennes sont la promulgation en France de divers arrêtés réglementant pour certains secteurs industriels les niveaux d’émissions des polluants. Ainsi, on peut citer les arrêtés du 2 février 1998 et du 29 mai 2000 complétés par des arrêtés par branches d’activités. Ces quelques points abordés tentent de montrer la nécessité et/ou l’obligation de réduire les charges polluantes émises dans l’atmosphère du fait des fumées. Il existe des procédés susceptibles de répondre aux contrôles et à la réduction de ces émissions polluantes et de ces nuisances. 1. Natures, sources et impacts................................................................. BE 8 856 – 2 1.1 Nature........................................................................................................... — 2 1.2 Sources et évolutions temporelles et sectorielles .................................... — 2 1.3 Effets sur la santé. Impacts sur l’environnement...................................... — 2 2. Métrologie des polluants....................................................................... — 6 2.1 Échantillonnage et préconcentration......................................................... — 6 2.2 Identification et quantification.................................................................... — 6 3. Réglementation ........................................................................................ — 6 4. Concepts généraux sur les traitements des fumées ..................... — 6 4.1 Relation structure-propriétés-traitements [34].......................................... — 6 4.2 Notion de filière........................................................................................... — 9 4.3 Présentation globale des traitements ........................................................ — 9 5. Traitements des fumées......................................................................... — 9 5.1 Élimination des particules........................................................................... — 9 5.2 Désulfuration des fumées et des gaz acides ............................................. — 11 5.3 Élimination des NOx. Le deNox.................................................................. — 12 5.4 Cas particulier du CO2 et du CO ................................................................. — 12 5.5 Élimination des métaux .............................................................................. — 13 5.6 Élimination de l’ozone................................................................................. — 13 5.7 Contrôle des dioxines et furannes [21] [35] .............................................. — 13 5.8 Réduction des COV et des molécules odorantes [5] [36] [37] [50] .......... — 14 6. Conclusion. Quelques tendances ........................................................ — 16 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. BE 8 856 S 12/09/2008 Madame, Monsieur Dossier délivré pour TRAITEMENT DES FUMÉES _______________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie BE 8 856 − 2 est strictement interdite. – © Editions T .I. Ce dossier a pour objectif de définir qualitativement et quantitativement les polluants émis dans les fumées, d’introduire les textes réglementaires dans le domaine du contrôle des pollutions, de présenter les méthodes d’analyse des divers composés indésirables et enfin de proposer les traitements disponibles pour l’épuration des fumées. 1. Natures, sources et impacts 1.1 Nature Les grandes familles de polluants atmosphériques peuvent être énoncées en fonction de leur suivi quantitatif d’émission (système CORINAIR) et de leur impact sur l’environnement [1] à [4] [34] : — les poussières classées suivant leur taille 10, 2,5 ou 1,0 µm soit usuellement PM10, PM2,5 et PM1,0 (avec PM : Particule Matter) ; — les molécules impliquant une acidification, une eutrophisation ou des réactions photochimiques : les oxydes de soufre (SOx), les oxydes d’azote (NOx), l’ammoniac (NH3) ou les composés orga- niques volatils non méthaniques (COVNM) ; — les composés à effet de serre : le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), le protoxyde d’azote (N2O), les hydrofluorocarbones (HFC) ; — les métaux lourds et les métalloïdes : arsenic (As), cadmium (Cd), chrome (Cr), cuivre (Cu), mercure (Hg), nickel (Ni), plomb (Pb), sélénium (Se), zinc (Zn)… ; — les produits organiques persistants (POP) : trichloroéthylène (CHCl3), trichloroéthane (CH3-CCl3), tétrachloroéthylène Cl2C=CCl2, dioxines et furannes, hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), polychlorobiphényls (PCB) et hexachlorobenzène (HCB). 1.2 Sources et évolutions temporelles et sectorielles Les sources de pollution peuvent être naturelles, c’est le cas des volcans qui émettent dans l’atmosphère une quantité importante de composés indésirables. Cependant, des émissions de fumées dues aux activités humaines représentent une source significative [6]. Le système CORINAIR (CORe INventory of AIR), initié dans les années 1980 par la Commission des Communautés européennes (CCE), recense un grand nombre de polluants (cf. 1.1) quantifié en fonction d’entités géographiques (par exemple, la France, les régions voire les unités locales urbaines), des secteurs (transport, énergie, résidentiel, agriculture, industries manufacturières…) et du temps annuel. L ’ensemble de ces données secto-temporelles est dis- ponible gratuitement sur le site du CITEPA [4]. Cependant, afin d’illustrer le propos, des valeurs spécifiques des émissions de polluants sont présentées sur les tableaux 1 et 2. Il convient de noter que pour ces tableaux : — les données sont spécifiques aux émissions en France métro- politaine avec un découpage correspondant aux entités écono- miques traditionnelles ; — les valeurs concernent le secteur de l’énergie, et les données relatives aux industries manufacturières et aux activités liées à l’agriculture et à la sylviculture ne sont pas présentées ; — les chiffres entre parenthèses sont des pourcentages du total des émissions. Ils permettent de mesurer le poids d’une activité dans le rejet global du polluant considéré. Quelques commentaires peuvent être émis sur cette base de données. On remarque que, quel que soit le polluant, les émissions baissent régulièrement. Ceci peut s’expliquer par une législation plus drastique (cf. § 3) qui oblige les différents acteurs concernés à mieux contrôler leurs rejets pollués. Ainsi, les traitements des rejets de SOx ont permis cette diminution significative. Il en est de même pour les COV qui intègrent les carburants pour les véhicules. En effet, un effort certain a été accompli pour limiter les rejets dus aux évents de stockages ou de camions-citernes lors des changements et déchargements. Ces essences récupérées sont récyclées. Un meilleur fonctionnement des appareillages de combustion ou des moteurs peut être à l’origine de la baisse des NOx. Pour le CO2 où la réglementation est très récente, on remarque une stabilité des tonnages à un niveau relativement faible par rap- port aux autres États développés. En effet, la production d’électricité par des centrales nucléaires, minimise le nombre de centrales à combustibles fossiles et donc les rejets globaux de dioxyde de carbone. Il convient de noter la diminution drastique et l’arrêt complet des rejets de plomb dans les années 1990-2000. Le changement de car- burant avec l’utilisation des essences sans plomb en est bien sûr la cause. On peut souligner le caractère exemplaire de ce phénomène dû à une politique agressive et à une réglementation précise en matière d’environnement. La pression sociale, lors de certaines affaires de rejets de dioxines et furannes par les incinérateurs d’ordures ménagères, a amené les professionnels à mieux contrôler les systèmes pour minimiser la formation de ces polluants et à traiter éventuellement les pics de pollution. 1.3 Effets sur la santé. Impacts sur l’environnement Les émissions gazeuses ont un effet sur la santé humaine et un impact sur le milieu récepteur en fonction de la concentration en polluant et des temps d’exposition [7] à [10]. Loin d’être exhaustif, le tableau 3 présente quelques données générales sur ce sujet. On remarque que les polluants gazeux ont un effet sur les voies respiratoires avec les maladies associées et que l’impact sur l’environnement est ciblé sur les pluies acides et l’effet de serre. Il convient aussi de noter qu’un certain nombre de polluants (NOx, COV, O3) est généré à fortes concentrations du fait du dérèglement du cycle naturel de Chapman mettant en jeu des réactions radicalaires dues au rayonnement lumineux et à la température [5] [37]. La figure 1 présente le cycle naturel et son dérèglement dû à l’arrivée de composés organiques volatils. (0) Exemple : c’est le cas de la combustion pour la production d’éner- gie à partir de combustibles fossiles, de déchets ou encore les trans- ports routiers lors de l’utilisation des véhicules ou du stockage des carburants [1] à [3] [6]. 12/09/2008 Madame, Monsieur Dossier délivré pour ______________________________________________________________________________________________________________ TRAITEMENT DES FUMÉES Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T .I. BE 8 856 − 3 Tableau 1 – Évolution secto-temporelle des émissions dans l’air de particules en suspension en France [4] Particules totales TSP (kt) Année Total Transformation de l’énergie Résidentiel-tertiaire Transport routier Autres transports 1990 1 603 68 (4,2) 148 (9,2) 113 (7 ,0) 11,0 (0,7) 1995 1 410 48 (3,4) 134 (9,5) 129 (9,1) 10,7 (0,76) 2000 1 452 33 (2,3) 119 (8,2) 116 (8,0) 11,0 (0,75) 2003 1 483 27 (1,8) 120 (8,1) 113 (7,6) 11,8 (0,79) 2004 1 uploads/Sante/ traitement-des-fumees.pdf