Modélisation des niveaux de nitrate d’ammonium, YARA France à Montoir de Bretagne, étude préliminaire à la campagne de mesure 2008

contexte : une sollicitation de YARA France

La société YARA France s’est rapprochée d’Air Pays de la Loire afin d’évaluer les niveaux de poussières fines et les niveaux de nitrate d’ammonium particulaire dans l’environnement de son établissement situé à Montoir de Bretagne.

Dans ce cadre, une réunion de présentation préliminaire s’est tenue le 11 juillet 2007 dans les locaux de YARA France à Montoir-de-Bretagne. A l’issue de cette rencontre, une proposition technique et financière a été transmise et acceptée. Celle-ci présente 2 approches complémentaires :

• une approche par modélisation des retombées de poussières ;
• une approche par une campagne de mesure.
• Ce rapport présente les résultats de l’approche par modélisation.

objectifs : évaluer l’aire de retombée des poussières

L’étude de modélisation vise à estimer la zone impactée par des retombées de nitrate d’ammonium autour de l’établissement et de quantifier les concentrations dans l’environnement afin de valider les emplacements des trois sites pressentis pour la campagne de mesure. L’objectif est également d’évaluer trois scénarii de taux d’émissions :

• émissions respectant l’arrêté préfectoral ;
•  émissions actuelles ;
•  émissions doublées par rapport à la situation actuelle.

repère : nitrate d’ammonium

Le nitrate d'ammonium est un composé chimique apolaire de formule brute NH4NO3, principalement utilisé dans la fabrication d’engrais hautement azoté connu sous le nom d’ammonitrate.

Dans l’environnement de YARA France, il convient de distinguer l’influence locale de l’établissement, des épisodes généraux de pollution particulaire provenant des sources agricoles, du transport et des industries et affectant des échelles de plusieurs centaines de kilomètres au cours desquels les concentrations en nitrate d’ammonium peuvent atteindre plusieurs dizaines de µg.m^-3. En condition plus habituelle, les niveaux de nitrate d’ammonium dans l’environnement sont de l’ordre de quelques µg.m^-3.

Le procédé industriel de fabrication de l’ammonitrate consiste à neutraliser de l’acide nitrique par de l’ammoniac, pour aboutir à la fabrication de solution de nitrate d’ammonium, constituant de base de la fabrication des granulés d’ammonitrate.

moyens : modèle ADMS

le périmètre d’étude : un carré de 10 km de coté

La modélisation de la dispersion des poussières est réalisée sur un domaine carré de 10 km de coté centré sur l’installation YARA France avec une résolution de 100 m.

le modèle ADMS

Le modèle mis en œuvre est le système de référence ADMS (Atmospheric Dispersion Modeling System) développé en Grande Bretagne par le CERC (Cambridge Environmental Research Consultants).

Il s’agit d’un modèle gaussien de seconde génération qui utilise une description continue de la couche limite plutôt que les classes de stabilité de Pasquill.

D’autre part, la surélévation du panache est calculée à partir d’une modélisation de trajectoire 3D et non à partir d’une formulation empirique.

Enfin, il permet la prise en compte de l’effet du bâti situé à proximité immédiate des cheminées.

méthodologie

L’année de simulation retenue est l’année 2007. Les paramètres météorologiques ont été obtenus sur la station Météo France de Gron située à proximité de YARA France.

Les émetteurs pris en compte sont la tour de prilling et le grossisseur dont les caractéristiques géométriques et thermodynamiques ont été fournies par l’exploitant. Les principaux bâtiments de l’établissement ont également été modélisés.

Les granulométries des poussières émises par la tour de prilling et le grossisseur sont respectivement submicroniques (PM1) et supérieures à 12 µm (TSP).

résultats : une zone de retombée moyenne limitée à quelques centaines de mètres

Les cartes produites font apparaître une zone de retombées les plus fréquentes limitée à l’environnement proche de l’installation mais des pointes par vent établi plus éloignées.

retombées de poussières submicroniques issues de la tour de prilling

Les cartes de moyennes annuelles font apparaître des zones de retombées limitées aux abords de l’usine YARA France (700 m avec le scénario d’émission actuel).

Les cartes de niveaux de pointes montrent que ponctuellement des concentrations élevées peuvent être observées au-delà de ce périmètre (plus de 25 µg.m^-3 à 1 km de la source).

Les cartes de concentrations journalières correspondant à des flux modérés (vitesse de vent comprise entre 5 et 9 m.s^-1) de sud-ouest et établis de nord-nord-est viennent confirmer ce constat. En effet, le 8 mai 2007, le site de Bossènes est dans la zone d’impact alors que le 20 mai 2007, les retombées de poussières s’étendent largement sur la Loire.

retombées de poussières totales issues du grossisseur

Les cartes de moyennes annuelles de poussières totales montrent que la distance d’impact (400 m dans la situation d’émission actuelle) et les concentrations modélisées sont plus faibles que celles en provenance du prilling voire imperceptibles dans l’hypothèse de respect de l’arrêté préfectoral.

Les cartes de niveaux de pointes font apparaître une zone d’impact occasionnel (plus de 25 µg.m^-3 jusqu’à une distance de 500 m de la source dans le scénario actuel). Les simulations des épisodes de flux modérés (vitesse de vent comprise entre 5 et 9 m.s^-1) de sud-ouest et de nord-nord-est en témoignent.

conclusions de l’étude de modélisation des retombées

L’étude de modélisation des retombées de poussières fines émises par l’usine YARA France de Montoir de Bretagne a permis d’évaluer les zones impactées. Celles-ci se limitent à quelques centaines de mètres autour de l’installation dans le scénario d’émission actuel. En effet, la distance maximale de retombées chroniques est de 700 m pour les poussières submicroniques de la tour de prilling et 400 m pour les poussières totales du grossisseur. Les niveaux atteints dans ces zones varient entre 10 et 35 µg.m^-3 en moyenne sur l’année 2007. Dés que l’on s’en éloigne, les concentrations décroissent rapidement pour atteindre le bruit de fond ambiant.

Les écarts entre les retombées de la tour de prilling et du grossisseur peuvent d’expliquer par la différence de débit des sources et par la différence de diamètre des poussières émises. En effet, la tour de prilling présente un débit plus important et les poussières émises sont submicroniques donc plus dispersives.

Si les zones d’impact les plus fréquentes sont localisées à proximité de l’établissement, des retombées peuvent être estimées entre 1000 m et 2300 m pour les poussières submicroniques et entre 500 m et 1300 m pour les poussières totales. Elles s’observent par vent modéré de sud-ouest Dans ces conditions, les niveaux journaliers peuvent atteindre plusieurs dizaines de µg.m^-3 voire plus. A titre d’exemple, des concentrations similaires sont ponctuellement observées lors d’épisodes régionaux de pollution particulaire.

La comparaison des trois scénarii d’émission met en évidence des différences significatives de retombées tant sur le plan de la surface impactée que des niveaux de concentrations atteints. Ainsi, on observe des concentrations au sol sensiblement proportionnelles aux taux d’émission des différents scénarii comme le montre le tableau ci-dessous :

Retombées sur différents sites potentiels de mesure

Les 4 sites suivants ont ainsi été étudiés afin d’évaluer l’impact des sources de l’établissement :

• Bossènes ;
• Plessis ;
• Bonne Fontaine ;
• Camée.

Le dernier site localisé dans la zone résidentielle « Camée » sur la commune de Montoir de Bretagne répond aux critères d’implantation de la directive 2008/50/CE (annexe III) car il est environné des habitations les plus proches de l’établissement.

La répartition des concentrations horaires est différente sur les 4 sites comme le montre le graphique ci-dessous concernant les poussières PM1 provenant de la tour de prilling avec le taux d’émission réel :

Même si les sites restent peu impactés de façon chronique (75 % des concentrations horaires de PM1 provenant de la tour de prilling sont inférieures à 6 µg.m^-3 dans le scénario d’émission réel), des pointes avoisinant les 40 µg.m^-3 ont été estimées à Bossènes et Camée. La station Bonne Fontaine initialement retenue apparaît moins influencée que Camée.

conclusions et perspectives : 3 sites retenus

rappel, le dispositif complet de la campagne de mesure est le suivant :

Par rapport à la proposition initiale d’implantation des sites de mesure dans l’environnement de YARA France, nous proposons de :

•  Conserver le site de Bossènes, localisé sous les vents dominants de sud-ouest à la limite des zones de retombées les plus fréquentes mais ponctuellement directement impacté. Il est de plus localisé entre l’établissement YARA (à 1800 mètres) et les premières habitations de Donges (à 700 mètres).
•  Conserver le site de Plessis, localisé sous les vents dominants de sud-ouest, à l’écart des zones de retombées majoritaires mais situé dans un secteur à forte densité de population;
•  Remplacer le site permanent de Bonne Fontaine par un site temporaire dans la zone résidentielle « Camée », la plus proche de l’établissement et exposé plus directement aux rejets de YARA France, comme le montre l’étude de modélisation.