Le gestionnaire d’un système de lutte contre la pollution atmosphérique a pour mission de s’assurer que des concentrations excessives de polluants n’atteignent pas de cibles vulnérables: individus, végétaux, animaux et matières. Dans tous les cas, il faut se préoccuper des éléments les plus sensibles de chacun de ces groupes. Les polluants peuvent consister en gaz, vapeurs, aérosols ou encore être des substances biodangereuses. Un système bien conçu empêchera les cibles de recevoir une concentration nocive de polluant.

La plupart des systèmes de lutte contre la pollution atmosphérique font appel à un ensemble de procédés, habituellement une combinaison de moyens de prévention technique et de mesures organisationnelles. Pour les sources importantes ou complexes, on peut ne pas se limiter à un seul type de moyen de prévention technique.

Dans l’idéal, les mesures appropriées seront choisies en fonction du problème à résoudre.

•   Qu’est-ce qui est émis, en quelle concentration?
•   Quelles sont les cibles? Quelle est la plus vulnérable?
•   Quels sont les niveaux d’exposition acceptables à court terme?
•   Quelles combinaisons de méthodes de mesurage faut-il choisir pour s’assurer que les niveaux admissibles d’exposition à court terme et à long terme ne sont pas dépassés?

Le tableau 55.9 décrit les étapes de ce processus.

Certaines autorités se sont acquittées d’une partie de ce travail en fixant des normes fondées sur la concentration maximale d’un contaminant que peut recevoir une cible vulnérable. Avec ce type de normes, le gestionnaire ne doit pas s’occuper des étapes 2 et 3 puisque l’organisme de réglementation l’a déjà fait. Dans ce système, il doit seulement fixer la norme pour les émissions non réglementées de chaque polluant (étape 1) et décider des mesures nécessaires pour respecter cette norme (étape 4).

En disposant de normes de qualité de l’air, les organes de réglementation peuvent mesurer l’exposition individuelle et déterminer si quelqu’un est exposé à des niveaux potentiellement nuisibles. Il est admis que les normes fixées dans ces conditions sont suffisamment basses pour protéger le groupe cible le plus vulnérable, mais cette hypothèse n’est pas toujours valable. Comme le montre le tableau 55.10, les normes courantes de qualité de l’air varient largement. Pour le dioxyde de soufre, elles se situent dans une fourchette de 30 à 140 µg/m3. Pour les matières moins communément réglementées, les écarts peuvent être plus larges encore (1,2 à 1,718 µg/m3), comme on le voit au tableau 55.11 pour le benzène. Il n’y a pas lieu de s’en étonner puisque les considérations économiques interviennent autant que la toxicologie dans la définition des normes. Si une norme n’a pas été fixée à un niveau suffisamment bas pour protéger les populations vulnérables, personne n’y trouve son compte. Les populations exposées ont une fausse impression de sécurité et peuvent courir des risques à leur insu. L’émetteur peut avoir l’impression, au début, qu’il a bénéficié d’une norme peu contraignante, mais si les effets sur la collectivité obligent l’entreprise à redéfinir ses dispositifs antipollution ou à en installer de nouveaux, les coûts pourraient être plus élevés que si elle l’avait fait correctement dès le départ.

Les niveaux ont été normalisés sur une durée moyenne de 24 heures pour faciliter les comparaisons. (D’après Calabrese et Kenyon, 1991.)

Il arrive que cette approche par étape dans le choix des mesures antipollution soit court-circuitée et que les organes de réglementation comme les concepteurs optent directement pour une «solution universelle». L’une de ces solutions est ce que l’on appelle la meilleure technique de maîtrise disponible (MTMD). On suppose qu’en utilisant la meilleure combinaison d’épurateurs, de filtres et de bonnes méthodes de travail pour une source d’émission, on obtiendra un niveau d’émission suffisamment bas pour protéger le groupe cible le plus vulnérable. Bien souvent, le niveau d’émission obtenu sera inférieur au minimum requis pour protéger ce groupe. De cette façon, on devrait éliminer toutes les expositions inutiles. On trouvera au tableau 55.12 des exemples de la MTMD.

La MTMD ne garantit pas en soi des niveaux de réduction appropriés. Bien que ce soit le meilleur système de maîtrise fondé sur des mesures d’épuration des gaz et de bonnes pratiques opératoires, la MTMD peut ne pas suffire si la source est une grande usine ou si elle est située à proximité d’une cible sensible. La meilleure technique de maîtrise disponible doit être mise à l’épreuve pour s’assurer qu’elle est vraiment suffisante. Il faut vérifier les normes d’émission ainsi obtenues pour voir si elles ne resteraient pas nocives malgré tout, même avec les meilleures mesures d’épuration des gaz. Si elles le sont encore, il faudra peut-être envisager d’autres solutions de base, comme le choix de procédés ou de matières plus sûrs, ou la réimplantation de l’usine dans une zone moins sensible.

Une autre «solution universelle», qui évite certaines des étapes, est celle des normes d’efficacité à la source. De nombreuses autorités fixent des normes d’émission à ne pas dépasser. Celles-ci reposent sur les émissions à la source. D’ordinaire, cela donne de bons résultats, mais, tout comme la MTMD, ces normes peuvent ne pas être fiables. Les niveaux devraient être suffisamment bas pour contenir les émissions maximales à un niveau assez faible pour protéger les groupes cibles vulnérables contre les émissions typiques. Toutefois, tout comme dans le cas de la MTMD, cela ne suffira pas toujours à protéger tout le monde lorsque les sources d’émission sont importantes ou situées près de populations vulnérables. En pareil cas, il faut d’autres procédures pour garantir la sécurité de tous les groupes cibles.

La MTMD et les normes d’émission ont un défaut fondamental. Elles supposent que si certains critères sont satisfaits à l’usine, les groupes cibles seront automatiquement protégés. Ce n’est pas nécessairement vrai, mais lorsqu’un système de ce genre a acquis force de loi, ses effets sur la cible deviennent secondaires par rapport au respect de la législation.

La MTMD tout comme les normes d’émission à la source ou les critères de conception devraient être utilisés en tant que critères minimaux pour les mesures antipollution. Si la MTMD ou les critères d’émission protègent les cibles vulnérables, ils peuvent être appliqués tels quels; sinon il faut recourir à d’autres mesures organisationnelles.

Ces mesures peuvent se diviser en deux types fondamentaux — technique et organisationnel. Les mesures techniques sont définies ici comme les équipements installés sur une source d’émission pour abaisser les concentrations de contaminants dans le flux gazeux à un niveau qui soit acceptable pour la collectivité et qui protège le groupe le plus sensible. Les mesures organisationnelles sont définies comme les autres dispositifs antipollution.

✓ Les mesures techniques
Les systèmes d’épuration des gaz sont placés à la source, avant la cheminée, pour éliminer les contaminants du flux gazeux avant de le lâcher dans l’atmosphère. Le tableau 55.13 résume les différentes catégories de systèmes d’épuration des gaz.

L’épurateur de gaz fait partie d’un ensemble complexe formé de hottes, de conduits, de ventilateurs, de laveurs et de cheminées. La conception, le fonctionnement et l’entretien de chacun de ces éléments influent sur la performance de tous les autres et du système dans son ensemble.

Il convient de noter que le rendement du système varie largement pour chaque type d’épurateur en fonction de sa conception, de l’énergie utilisée et des caractéristiques du flux gazeux et du contaminant. Par conséquent, les rendements donnés à titre d’exemple au tableau 55.13 ne sont que des approximations. La variation du rendement est illustrée par les laveurs au tableau 55.13. Le rendement de collecte d’un laveur varie entre 98,5% pour des particules de 5 µm et 45% pour des particules de 1 µm pour la même perte de charge au droit du laveur (hauteur d’eau de 17 cm dans la jauge de pression d’eau (CE)). Pour une particule de même dimension, 1 µm, l’efficacité varie entre 45% pour une hauteur d’eau de 17 cm et 99,95% pour une hauteur d’eau de 130 cm. Par conséquent, les épurateurs de gaz doivent être adaptés au flux en question. Il n’est pas recommandé d’utiliser des dispositifs génériques.

✓ L’élimination des déchets
Lorsqu’on choisit et conçoit un système d’épuration des gaz, il faut veiller avec soin à l’élimination sans danger des matières recueillies. Comme le montre le tableau 55.14, certains procédés produisent de grandes quantités de contaminants. Si la plupart de ces contaminants sont recueillis par l’équipement d’épuration des gaz, l’élimination des déchets dangereux peut soulever un problème.

Dans certains cas, les déchets contiennent des produits utiles susceptibles d’être recyclés, comme les métaux lourds provenant d’une fonderie ou les solvants d’une fabrique de peinture. Les déchets peuvent servir de matière première dans un autre procédé industriel, tel le dioxyde de soufre extrait de l’acide sulfurique qui sert à la fabrication d’engrais.

Lorsque les déchets ne peuvent être ni recyclés, ni réutilisés, l’élimination n’est pas toujours simple. Non seulement leur volume peut poser problème, mais ils sont parfois dangereux en eux-mêmes. Ainsi, quand l’acide sulfurique récupéré d’une chaudière ou d’une fonderie ne peut être réutilisé, il faudra lui faire subir de nouveaux traitements pour le neutraliser avant de l’éliminer.

✓ La dispersion
La dispersion peut réduire la concentration d’un polluant à la cible. Il ne faut pas oublier pourtant que la dispersion ne réduit pas la quantité totale de matières émise par une usine. Une cheminée élevée permet seulement au panache de se disperser et d’être dilué avant d’atteindre le niveau du sol, où il existe sans doute des cibles vulnérables. Si le polluant est essentiellement une nuisance, comme une odeur, la dispersion peut ne pas être acceptable. Si la matière est rémanente ou cumulative, comme les métaux lourds, la dilution ne sera peut-être pas la réponse au problème de pollution atmosphérique.

La dispersion devrait être utilisée avec prudence. Il faut tenir compte des conditions météorologiques locales et des conditions à la surface du sol. Dans les climats plus froids, par exemple, particulièrement avec couverture de neige, il peut y avoir fréquemment des inversions de température qui peuvent emprisonner les polluants à proximité du sol, donnant lieu à des expositions anormalement élevées. De même, si l’usine est implantée dans une vallée, les panaches peuvent monter et descendre le long de celle-ci, ou rester bloqués par les collines avoisinantes, si bien qu’ils ne s’étalent pas et ne se dispersent pas comme prévu.

Outre les systèmes techniques, il est un autre groupe de mesures à prendre en considération dans la conception d’ensemble d’un système de lutte contre la pollution atmosphérique. Pour l’essentiel, elles font partie des instruments fondamentaux de l’hygiène industrielle.

✓ La substitution
L’une des méthodes d’hygiène les plus employées pour réduire les dangers environnementaux sur le lieu de travail consiste à remplacer une matière ou une méthode dangereuse par une autre qui l’est moins. S’il est possible de le faire et si l’on évite des émissions nocives, on n’a plus à se poser de questions sur le type ou l’efficacité des mesures de lutte. Il est préférable en effet d’éviter le problème plutôt que de chercher à corriger une première décision qui était mauvaise. A titre d’exemple, on citera l’emploi de combustibles plus propres, la pose de bâches sur les matières stockées en vrac et la réduction des températures dans les séchoirs.

Cette règle s’applique aux achats peu importants aussi bien qu’aux principaux critères de conception de l’usine. Si l’on utilise uniquement des matières ou des méthodes qui ne nuisent pas à l’environnement, il n’y aura aucun risque, ni à l’intérieur, ni à l’extérieur. En revanche, quand on a fait le mauvais choix, le reste du programme consistera à essayer de remédier à cette décision première. Si l’on utilise un produit ou un procédé bon marché, mais dangereux, on devra peut-être recourir à des procédures et matériels spéciaux de manipulation, ainsi qu’à des méthodes spéciales d’élimination. L’article bon marché peut alors se révéler coûteux à utiliser et à éliminer, alors qu’une matière ou une méthode plus sûre, mais plus chère, aurait peut-être été plus économique à long terme.

✓ La ventilation localisée
Des mesures doivent être prises pour tous les problèmes recensés qui n’ont pu être évités par la substitution de matières ou de méthodes plus sûres. Les émissions prennent naissance à chaque poste de travail et non à la cheminée. Un système de ventilation bien conçu qui capte et maîtrise les émissions à la source aidera à protéger la collectivité. Les hottes et conduits du système de ventilation font partie du dispositif total de lutte contre la pollution atmosphérique.

Il est préférable d’opter pour une ventilation localisée. Un tel système ne dilue pas les contaminants et fournit un flux gazeux concentré qu’il est plus facile d’épurer avant son rejet dans l’environnement. L’équipement d’épuration des gaz est plus efficace s’il traite un air où les concentrations de contaminants sont plus élevées. Ainsi, une hotte de captage au-dessus du chenal de coulée d’un haut fourneau empêchera les contaminants de se propager dans l’environnement et dirigera les fumées vers le système d’épuration des gaz. Le tableau 55.13 montre que l’efficacité des épurateurs par absorption et adsorption augmente avec la concentration du contaminant, et que les épurateurs par condensation ne sont pas recommandés pour de faibles niveaux de concentration (< 2 000 ppm).

Si les polluants ne sont pas captés à la source et peuvent s’échapper par les fenêtres et les ouvertures de ventilation, ils se transforment en fuites et émissions fugaces non maîtrisées. Dans certains cas, ces émissions peuvent avoir un impact important sur le voisinage immédiat.

✓ L’isolement
L’isolement — l’implantation de l’usine à l’écart des cibles vulnérables — peut constituer une bonne méthode de lutte contre la pollution lorsque les dispositifs antipollution intégrés ne suffisent pas en eux-mêmes. Ce peut être le seul moyen d’atteindre un niveau admissible de protection lorsque la meilleure technique de maîtrise disponible (MTMD) doit être utilisée. Si, après application des meilleurs dispositifs disponibles, un groupe cible est encore en danger, il faut envisager de trouver un autre site dépourvu de populations sensibles.

Tel que présenté ci-dessus, l’isolement est un moyen de séparer une installation donnée de cibles vulnérables. Un autre système d’isolement est celui du zonage utilisé par les pouvoirs locaux pour séparer certaines catégories d’industries des cibles vulnérables. Une fois les industries séparées des populations cibles, il ne faudrait pas permettre à la population de se réinstaller à proximité d’une usine. Bien que cette méthode semble aller de soi, elle ne se pratique pas aussi souvent qu’il le faudrait.

✓ Les méthodes de travail
Il faut adopter des méthodes de travail qui garantissent que le matériel est utilisé correctement et en sécurité, sans risque pour les travailleurs ni pour l’environnement. Les systèmes antipollution complexes doivent être correctement entretenus et utilisés s’ils doivent remplir leur fonction. Un autre facteur important est celui de la formation du personnel; celui-ci doit apprendre à utiliser et à entretenir le matériel installé pour réduire ou éliminer la quantité de matières dangereuses rejetée sur le lieu du travail ou à l’extérieur. Dans certains cas, la MTMD s’en remet aux bonnes pratiques pour garantir des résultats acceptables.

✓ La surveillance en temps réel
Le système fondé sur la surveillance en temps réel n’est pas populaire et n’est pas utilisé de façon courante. Selon cette méthode, on peut combiner l’émission en continu et la surveillance météorologique avec la modélisation de la dispersion pour prédire les expositions sous le vent. Lorsque les expositions prévues approchent les niveaux tolérables, cette information sert à réduire les cadences de production et les émissions. Il s’agit d’une méthode peu efficace, mais elle peut représenter un procédé provisoire acceptable de lutte pour une installation existante.

L’inverse consiste à avertir le public lorsque les conditions sont telles que des concentrations excessives de contaminants pourraient se produire, afin que la population puisse prendre les dispositions voulues. Ainsi, si l’on signale que les conditions atmosphériques rendent excessifs les niveaux de dioxyde de soufre sous le vent d’une fonderie, les personnes vulnérables comme les asthmatiques sauront qu’elles ne doivent pas sortir. Là encore, cela peut offrir une mesure provisoire acceptable en attendant la mise en place de dispositifs antipollution permanents.

On a parfois recours à la surveillance atmosphérique et météorologique en temps réel pour éviter ou atténuer des cas de forte pollution lorsqu’il peut y avoir de multiples sources. S’il apparaît évident que les niveaux de pollution risquent de devenir excessifs, on peut restreindre l’emploi des voitures personnelles et interrompre l’activité des principales entreprises industrielles émettrices.

✓ L’entretien, l’ordre et la propreté
Dans tous les cas, l’efficacité des dispositifs antipollution dépend d’un bon entretien; le matériel doit fonctionner comme prévu. En plus des dispositifs eux-mêmes, les procédés de fabrication qui peuvent donner lieu à des émissions doivent être utilisés correctement. A titre d’exemple d’un procédé industriel, on peut citer un séchoir de copeaux de bois dont le dispositif de contrôle de la température est défaillant; si le séchoir fonctionne à une température trop élevée, il émettra davantage de matières et, peut-être, des matières d’un type différent, arrachées au bois en train de sécher. Pour un épurateur de gaz, un exemple d’entretien qui influerait sur les émissions serait celui d’un filtre à manches défectueux dont les sacs seraient troués, laissant ainsi passer les poussières.

Les travaux de maintenance jouent aussi un rôle important dans la réduction des émissions totales. Les poussières qui ne sont pas enlevées rapidement à l’intérieur de l’usine peuvent être remises en suspension et présenter un risque pour le personnel. Si elles sont transportées à l’extérieur de l’usine, elles sont un risque pour la collectivité. Des matières en vrac non couvertes, des déchets végétaux ou la poussière soulevée par les véhicules peuvent permettre aux polluants d’être entraînés par le vent vers la collectivité. Pour réduire les émissions totales, il est important de nettoyer les cours d’usine et d’utiliser des conteneurs ou des sites de stockage appropriés. Il ne suffit pas de bien concevoir un système, encore faut-il l’utiliser correctement si l’on veut protéger la collectivité.

Un exemple parlant de mauvais entretien serait celui d’une installation de récupération du plomb dans laquelle les poussières de plomb s’échapperaient du convoyeur jusqu’à former un tas si haut qu’elles finiraient par s’écouler par une fenêtre cassée pour être transportées par le vent.

Les prélèvements à la source peuvent être effectués pour plusieurs raisons:

•   Pour caractériser les émissions. Il faut savoir ce qui est émis pour concevoir un système rationnel de lutte contre la pollution de l’air. Il faut connaître non seulement le volume des gaz, mais la quantité, la nature et, dans le cas des particules, la répartition granulométrique des matières émises. Les mêmes informations sont nécessaires pour inventorier les émissions totales dans le voisinage.
•   Pour tester l’efficacité du matériel. Une fois le dispositif antipollution acheté, il faut le tester pour s’assurer qu’il remplit bien ses fonctions.
•   Pour perfectionner le dispositif antipollution. Lorsque les émissions sont continuellement surveillées, les données peuvent servir à perfectionner le système de lutte contre la pollution de l’air ou le fonctionnement de l’usine elle-même.
•   Pour savoir si les normes sont respectées. Lorsque des normes réglementaires comprennent des limites d’émission, l’échantillonnage permet de savoir si ces normes ont été respectées ou non.

Le type de système d’échantillonnage utilisé dépendra de la raison pour laquelle les échantillons sont prélevés, du coût, de la technique disponible et de la formation du personnel.

Si l’on veut réduire l’effet de souillure dû à l’air, améliorer la visibilité ou empêcher l’introduction d’aérosols dans l’atmosphère, on peut fonder les normes sur les émissions visibles.

Les émissions visibles sont composées de petites particules ou de gaz colorés. Plus un panache est opaque et plus il y a de matières rejetées. Cette caractéristique est visible à l’œil nu et des observateurs entraînés peuvent évaluer les niveaux des émissions. Il y a plusieurs avantages à employer cette méthode pour évaluer les émissions:

•   elle ne nécessite pas un matériel coûteux;
•   une personne peut faire un grand nombre d’observations par jour;
•   les opérateurs des usines peuvent évaluer rapidement et à peu de frais les effets des changements de procédés;
•   les usines qui ne respectent pas les normes peuvent être identifiées sans qu’il faille longuement vérifier la source;
•   les émissions douteuses peuvent être localisées et leur niveau réel peut alors être déterminé par la vérification de leur source, comme on le verra ci-après.

Une méthode beaucoup plus rigoureuse consiste à prélever un échantillon du flux gazeux dans la cheminée et à l’analyser. Bien que cela paraisse simple, l’application est délicate.

L’échantillon devrait être prélevé de façon isocinétique, spécialement lorsqu’il s’agit de prélever des particules. Dans ce procédé, l’échantillon est aspiré dans la sonde de prélèvement à la même vitesse que celle à laquelle la matière se meut dans la cheminée ou le conduit. Pour ce faire, on mesure la vitesse du flux gazeux à l’aide d’un tube de Pitot-Ritter et on ajuste ensuite le débit d’échantillonnage pour que l’échantillon pénètre dans la sonde à la même vitesse. C’est indispensable pour le prélèvement d’échantillons de particules, étant donné que les particules plus grandes et plus lourdes ne suivront pas un changement de direction ou de vitesse, si bien que la concentration de celles-ci dans l’échantillon ne sera pas représentative du flux gazeux, et l’échantillon sera inexact.

On voit à la figure 55.5 un échantillonneur isocinétique pour le dioxyde de soufre. Ce n’est pas un instrument simple et il faut un opérateur bien formé pour que l’échantillon soit convenablement prélevé. Si l’on veut prélever autre chose que le dioxyde de soufre, on peut retirer le dispositif d’impact et le bain de glace et insérer l’élément de collecte approprié.

Cette méthode d’échantillonnage, spécialement sous la forme isocinétique, peut être très précise et adaptable, et elle a plusieurs usages:

•   c’est une méthode d’échantillonnage reconnue qui offre des contrôles de qualité appropriés et peut donc servir à déterminer le respect des normes;
•   par la précision qu’elle peut atteindre, elle convient aux essais de performance des nouveaux équipements antipollution;
•   comme les échantillons peuvent être prélevés et analysés dans des conditions de laboratoire strictement contrôlées pour un grand nombre de composants, elle se prête à la caractérisation du flux gazeux.

Un système d’échantillonnage simplifié et automatisé peut être relié à un analyseur en continu des gaz (capteurs électrochimiques, photométriques dans l’ultraviolet ou à ionisation de flamme) ou à un analyseur de particules (néphélomètre) pour surveiller continuellement les émissions. On peut ainsi obtenir une documentation des émissions et connaître instantanément l’état de fonctionnement du dispositif antipollution.

On peut également mesurer les émissions dans la cheminée. La figure 55.6 représente un appareil simple mesurant la transmissivité du flux gazeux et les matières présentes dans ce flux. Dans cet appareil, un faisceau lumineux est projeté à travers la cheminée vers une cellule photoélectrique. Les particules ou les gaz colorés absorberont une partie de la lumière. Plus il y a de matières et plus la lumière sera absorbée.

A l’aide de sources de lumière différentes et de détecteurs comme les rayons ultraviolets (UV), on peut déceler les gaz transparents à la lumière visible. Ces dispositifs peuvent être adaptés à des gaz déterminés et peuvent alors mesurer les concentrations de gaz dans un flux de déchets.

Le système de surveillance in situ a l’avantage, par rapport au procédé par prélèvement, de pouvoir mesurer les concentrations dans l’ensemble de la cheminée ou du conduit, alors que l’autre méthode ne les mesure qu’au point où l’échantillon a été prélevé. Elle peut donc introduire une erreur importante si le flux gazeux n’est pas homogène. En revanche, le prélèvement dans la cheminée permet d’utiliser un plus grand nombre de méthodes d’analyse et peut donc être employé dans des applications plus nombreuses elles aussi.

Etant donné que la méthode in situ donne une lecture en continu, elle peut servir à documenter les émissions ou à procéder au réglage fin du système d’exploitation.