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Département de la Police et des Contrôles (DGO3) Campagne de mesures des émissions surfaciques C.E.T. de Morialmé

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Siège social et site de Liège : Rue du Chéra, 200 B-4000 Liège Tél : +32(0) Fax : +32(0) Site web : Site de Colfontaine : Zoning Schweitzer Rue de la Platinerie B-7340
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Siège social et site de Liège : Rue du Chéra, 200 B-4000 Liège Tél : +32(0) Fax : +32(0) Site web : Site de Colfontaine : Zoning Schweitzer Rue de la Platinerie B-7340 Colfontaine Tél : +32(0) Fax : +32(0) Liège, le 27 novembre 2017 Département de la Police et des Contrôles (DGO3) Campagne de mesures des émissions surfaciques CET de Morialmé - Rapport de prélèvements n 2927/ Dates des mesures : le 10 mai et le 23 août 2017 dresse complète Lieu-dit «Le Fayat», Rue Fort Jaco à 5621 Morialmé Visite et mesures effectuées par Sophie Herzet, ttachée, Cellule Déchets et Sites à risques Cécile Lacroix, Stagiaire, Cellule Déchets et Sites à risques Sous la supervision de Sophie Herzet, ttachée, Cellule Déchets et Sites à risques la demande de SPW Département de la Police et des Contrôles (DPC) Propriétaire du site BEP environnement Contexte de la visite DPC Réseau de contrôle des CET uteur Sophie Herzet, ttachée, Cellule Déchets et Sites à risques Ce document comporte 18 pages et 3 plans Rapport n 2927/2017 Page 1/18 1 CONTEXTE Dans le cadre de la mission de contrôle des CET qui lui a été confiée par le DPC, l'issep réalise régulièrement des mesures d émissions de biogaz au travers des couvertures, sur les CET du réseau Le CET de Morialmé a fait l objet de deux précédentes campagnes de mesures des émissions surfaciques : La première en juin 2006 (rapport ISSeP n 274/2007) ; La seconde en décembre 2009 (rapport ISSeP n 2927/2017) La méthodologie utilisée par l ISSeP s est progressivement adaptée en fonction des objectifs visés lors des campagnes successives sur chaque CET Lors des deux précédentes campagnes réalisées sur le CET de Morialmé, les mesures ont été réalisées au moyen d un appareil FID portatif pour la mesure des concentrations en méthane Elles ont été combinées à des mesures par Ecoprobe (mesures de CH 4, CO 2 et HC tot ) En 2017, la campagne réalisée à Morialmé s est inspirée du protocole défini pour la campagne de mesure et de quantification des émissions surfaciques du CET de Cour au Bois (2015,[1]) Ce protocole s inspire des recommandations de l gence Environnementale anglaise (UK-EP, [2]) et est composé de deux phases successives d investigation La campagne réalisée en 2017 s est donc déroulée suivant ces deux étapes : Première phase (mai 2017) : mesure en continu des concentrations en méthane dans l air au moyen de l Inspectra Laser connecté à une canne de prélèvement embarquée sur un chariot Deuxième phase (août 2017) : mesure et quantification des flux de biogaz (CH 4 et CO 2 ) dans les zones émissives identifiées lors de la première phase, réalisée à l aide d une chambre de flux connectée simultanément à l Inspectra Laser (CH 4 ) et à l Ecoprobe 5 (CH 4, CO 2 et TP) Les objectifs de cette campagne étaient de : Vérifier l étanchéité de la couverture définitive vis-à-vis des émissions diffuses de biogaz ; Localiser les éventuels points de passage préférentiel du biogaz au travers de la couverture ; Quantifier les flux surfaciques de biogaz, étant donné l absence de collecte et de traitement de celui-ci Rapport n 2927/2017 Page 2/18 2 GESTION DU BIOGZ EN WLLONIE Les conditions sectorielles relatives aux CET (GW du 27 février 2003 et son arrêté modificatif du 7 octobre 2010) précisent que «l exploitant prévient la migration de biogaz dans l air et dans les sols environnant le site et assure le traitement de ceux-ci» Par contre, aucune limite d émission surfacique de méthane, tant en concentration qu en flux, n est fixée pour les CET en Wallonie La gestion des installations de traitement du biogaz est donc généralement conditionnée par les limites techniques des outils installés, relativement aux quantité et composition du biogaz produit Morialmé, la collecte et le traitement du biogaz sont rendus impossibles par le trop faible débit produit pour faire fonctionner correctement une unité de traitement Des mesures de la SPQuE, réalisées en 2014, ont montré par ailleurs une proportion de 30 % de méthane dans le biogaz produit Le cas de Morialmé n est pas isolé Dans le cadre de la subvention accordée à l ISSeP sur la postgestion [3], la nécessité de fixer des critères relatifs à la valorisation du biogaz et au monitoring des émissions surfaciques a été mise en évidence La définition de seuils de référence devrait permettre de dresser des recommandations adaptées, pour permettre la prise en charge des émissions surfaciques, le passage progressif à des techniques passives de traitement et d éviter l apparition de problèmes tels que la mise en surpression du massif ou les migrations latérales en l absence de traitement sur les sites anciens Dans d autres pays européens, des valeurs de référence pour les concentrations et les flux surfaciques de biogaz sont déjà utilisées pour valider la fin de collecte du biogaz et la fin du monitoring des couvertures P Kjeldsen et C Scheutz [4] ont inventorié les critères existants, utilisés pour la gestion et l arrêt de la valorisation du biogaz, de même que pour l arrêt du monitoring des émissions Des valeurs indicatives sont citées en llemagne, en utriche et au Royaume-Uni En llemagne, Stegmann (2006) est l un des premiers à proposer des critères concrets pour la poursuite du monitoring des émissions de biogaz ou l arrêt de ce monitoring Des mesures actives de collecte et de traitement doivent être mises en œuvre si la production de biogaz est supérieure à 25 m³ de CH 4 /h ou 5 m³ de CH 4 /(hha) (respectivement équivalent en masse à 16 kg CH 4 /h et 3,2 kg CH 4 /(hha) ou 7,7 g CH 4 /(m²jour)) Si la production de gaz est inférieure aux valeurs susmentionnées, la viabilité des installations de traitement du biogaz doit être évaluée Le cas échéant, il est proposé que des méthodes d abattement par oxydation du méthane au niveau de la couverture soient mises en place Elles doivent assurer que la charge en méthane soit en moyenne inférieure à 7,7 g CH 4 /(m²jour) et que la concentration en méthane mesurée sur la couverture soit inférieure à 25 ppm (P80 des concentrations de surface) Lorsque ce seuil est atteint, la production de méthane restante est suffisamment faible pour être intégralement oxydée au passage de la couverture définitive Si ce critère est respecté pendant 10 ans, le monitoring peut être arrêté En utriche, la même philosophie d évaluation a été suivie (Fellner et al, 2008) Le critère sur les émissions surfaciques est toutefois plus strict qu en llemagne Pour un arrêt du monitoring en l absence de mesures actives de postgestion, les émissions de méthane ne peuvent excéder 0,5 m³ CH 4 /(hha), soit 0,32 kg CH 4 /(hha) ou encore 0,77 g CH 4 /(m²jour) C est 10 fois moins que la valeur limite adoptée en llemagne En ngleterre, l UK-EP (2010, [2]) a fixé des exigences spécifiques au niveau du monitoring et des valeurs limites pour les émissions de méthane provenant des sites d'enfouissement Elles s appliquent tant pour les sites en exploitation que réhabilités provisoirement ou définitivement Le monitoring des émissions de méthane prescrit par l UK-EP est celui sur lequel les études de l ISSeP se basent pour mener ses campagnes d investigations Il est divisé en deux phases, qui sont celles décrites dans le point 33 l issue de la phase I (cartographie des concentrations), deux objectifs doivent être atteints : La concentration maximale en CH 4 dans l air au niveau de la couverture est 100 ppm ; Rapport n 2927/2017 Page 3/18 La concentration en méthane dans l air à proximité des installations de collecte est 1000 ppm À l issue de la phase II (mesure des flux), les exigences suivantes sont requises pour que les émissions soient acceptables en l absence de toute intervention humaine : Zones avec couvertures finales : 0,001 mg CH 4 /(m²s), soit 0,09 g CH 4 /(m²jour) ; Zones avec couvertures temporaires : 0,1 mg CH 4 /(m²s), soit 8,6 g CH 4 /(m²jour) L ensemble des valeurs fixées dans ces trois pays sont rassemblées au Tableau 1 et serviront de base à la discussion pour les flux estimés à Morialmé Tableau 1 : Synthèse des critères de fin de gestion du biogaz et du monitoring existant dans d autres pays européens llemagne utriche Royaume-Uni Concentration dans l air 25 ppm (P80) - 100 ppm ( 1000 ppm près des puits) avec couverture définitive : 0,001 mg/(m²s) Fin des mesures actives Flux surfacique de 0,5 m³/(hha) (soit 0,036 kg/(hha)) 25 m³/h ou 5 m³/(hha) méthane (soit 0,32 kg/(hha)) avec couverture provisoire : (soit 16 kg/h ou 3,2 kg/(hha)) 0,1 mg/(m²s) (soit 0,36 kg/(hha)) Rapport n 2927/2017 Page 4/18 3 PHSE PRÉPRTOIRE 31 Données relatives aux campagnes précédentes Le CET de Morialmé est réhabilité depuis 2008 Un système de collecte du biogaz est installé (15 puits de collecte), mais le biogaz n est ni valorisé ni éliminé compte tenu de la composition de celui-ci et des faibles volumes produits Précédemment, le CET de Morialmé a fait l objet de deux campagnes de mesures des émissions surfaciques La campagne de 2006 (rapport ISSeP n 274/2007) a été réalisée alors que le site était toujours en exploitation Seules certaines parties du site étaient déjà couvertes provisoirement Malgré l absence de couverture définitive, les valeurs d émissions mesurées étaient très faibles et indiquaient une production de biogaz insuffisante pour sa valorisation En 2009, le dégazage au travers de la couverture provisoire était inexistant sur la majeure partie de la surface Seuls le puits de récolte des percolats et une ravine au nord généraient des fuites de méthane très locales et d'intensité modérée La couverture pouvait dès lors être considérée comme suffisante et correctement mise en œuvre Même après réhabilitation provisoire, la quantité de biogaz produite était insuffisante pour permettre le fonctionnement correct de la torchère présente sur le site La Figure 1 présente les résultats obtenus durant cette campagne 32 Observations de terrain Figure 1 : Cartographie des mesures de concentrations obtenues en 2009 (source : rapport ISSeP n 2733/2009) Lors des journées de mesures de terrain du 10 mai et du 23 août 2017, les informations et observations suivantes ont été collectées par l ISSeP : Le site étant réhabilité, son relief n a pas changé depuis la dernière campagne ISSeP réalisée sur les eaux souterraines (2014) Par contre, par rapport aux précédentes campagnes de mesure des émissions surfaciques, la pose de la couverture étanche définitive a été réalisée Cela devrait induire une diminution des concentrations de biogaz mesurées en surface du dôme par rapport aux deux campagnes antérieures Rapport n 2927/2017 Page 5/18 Le CET de Morialmé se compose uniquement d un dôme enherbé Un réseau de 15 puits de gaz est toujours présent, mais n est raccordé à aucun système de traitement du biogaz Des points de contrôle du drain périphérique (tubage pvc) sont disposés sur le pourtour du dôme Le site est correctement entretenu et clôturé Entre les deux journées de terrain, une clôture électrique a été placée sur le pourtour du dôme pour permettre l installation de moutons pour un essai d écopâturage La journée du 10 mai était marquée par un temps sec et doux (~20 C) avec peu de vent L absence de précipitations importantes durant les deux semaines précédentes explique que le sol de l ensemble du site était sec La journée du 23 août était caractérisée par un temps sec et une température moyenne de 25 C La vitesse du vent était le plus souvent inférieure à la vitesse limite (3 m/s) pour permettre la bonne réalisation des mesures de flux (vitesse moyenne 1,6 m/s) La Figure 2 donne le plan des installations telles que rencontrées au moment de la visite de l ISSeP 33 Méthodologie utilisée Figure 2 : Plan des installations et du réseau de collecte du biogaz La campagne réalisée en 2017 s est déroulée suivant deux étapes dans le but de réaliser : Une cartographie des concentrations surfaciques de biogaz pour l ensemble du CET Cette première phase est réalisée grâce à la mesure en continu des concentrations en méthane dans l air (à 5 cm du sol) au moyen de l Inspectra Laser connecté à une canne de prélèvement embarquée sur un chariot Cet analyseur permet de détecter le méthane de façon spécifique et pour la gamme complète de concentrations (de 1 ppm jusqu à 100% volumique) L entièreté du CET a été investiguée, selon des transects (parcours géoréférencés de mesure, effectués au pas et à distance régulière sur le site) En complément, dans la mesure où le biogaz n est pas pompé, le pourtour des puits constitue une zone de fuite préférentielle Les puits ont donc fait l objet d une mesure de la concentration maximale dans leur zone annulaire (max 3m) Pour les puits présentant les concentrations surfaciques les plus élevées, l enregistrement en continu de la mesure des concentrations dans un rayon de 1 et 3 m a été réalisé Rapport n 2927/2017 Page 6/18 Le traitement de l ensemble de ces données permet la localisation des zones présentant une concentration surfacique en méthane plus élevée Ces valeurs indiquent généralement l existence de fuites au travers de la couverture de surface Une estimation des flux de biogaz à l échelle du site Cette deuxième phase consiste en la réalisation de séries temporelles de concentrations pour plusieurs gaz (CH 4, CO 2, et TP, Total Petroleum) dans les zones émissives détectées lors de la première phase Ces séries sont réalisées à l aide d une chambre de flux connectée simultanément à l Inspectra Laser (CH 4 ) et à l Ecoprobe 5 (CH 4, CO 2 et TP) La mesure de la concentration dans la chambre de flux est réalisée en continu sur un laps de temps de 2 minutes avec une fréquence de mesure de deux enregistrements par seconde et un débit de pompage de 0,5 l/min Le traitement des séries temporelles permet d estimer un flux local pour chaque point de mesure La division du site en zones émissives et non émissives permet ensuite d interpoler les flux locaux pour obtenir une valeur à l échelle du site Lors des deux phases d investigation, l implantation des points est assurée par un GPS Trimble 5700 dont la précision peut, en conditions de couverture satellitaire optimale, atteindre le centimètre Rapport n 2927/2017 Page 7/18 4 PHSE I : MESURE DES CONCENTRTIONS 41 Description des données Les transects de mesure des concentrations en CH 4 ont été réalisés le 10 mai 2017 à l aide de l Inspectra Laser sur l entièreté du dôme Le traitement des données a permis de synchroniser le signal GPS et les mesures de concentration et de supprimer les valeurs enregistrées lors des phases d arrêt et redémarrage de l appareil u total, 7215 mesures de concentration de méthane ont été enregistrées sur le site à l aide de l Inspectra De plus, trois puits ont fait l objet d une mesure en continu (P4, P5 et P15) La localisation des transects de mesures est présentée à la Figure 3 42 Statistiques sur les données Figure 3 : Localisation des transects de mesure réalisés le 10 mai 2017 Le Tableau 2 présente séparément pour le dôme et le contour des 3 puits investigués les statistiques établies sur le set de données disponibles Tableau 2 : Statistiques calculées sur les données de concentrations en méthane dans l air (en ppm) Zone de mesures Dôme 3 Puits Ensemble des données Nbre données Moyenne 4,4 41,1 6 Ecart-type 9,6 63,9 17 Min 1,1 2,9 1,1 P Médiane 2,5 17,3 2,6 P75 3,0 46,4 3,1 P90 5,6 85,2 7,5 P95 13, ,7 Max ,1 431,1 Les résultats de mesures indiquent une proportion importante de concentrations extrêmement faibles insi, pour l ensemble des données, 25 % des concentrations sont inférieures ou égales au bruit de fond standard (2 ppm, cf étude INERIS [1]) et moins de 25 % des concentrations Rapport n 2927/2017 Page 8/18 mesurées correspondent à un signal positif (2,5 x bruit de fond standard, ibid) insi, 75 % de la surface du site peut être qualifiée de non émissive Les valeurs mesurées autour des 3 puits indiquent des concentrations plus élevées que pour l ensemble du dôme Plus de 75 % des concentrations mesurées à leur pourtour indiquent un signal émissif positif, avec 5 % des points enregistrés montrant des concentrations supérieures à 160 ppm Ces 3 puits constituent donc bien des zones (limitées) de passage préférentiel du biogaz au travers de la couverture définitive Les valeurs statistiques de 2017 confirment les concentrations surfaciques très basses observées lors des campagnes précédentes Cela s explique d autant plus que, depuis la campagne précédente, la couverture définitive du site a été mise en place insi, malgré la présence de déchets fermentescibles enfouis, les émissions surfaciques de biogaz mesurées sont très réduites 43 Cartographie des mesures de concentration Le Plan 1 présente les résultats bruts de mesure des concentrations enregistrées le 10 mai 2017 Le Plan 2 rassemble les données de concentrations enregistrées aux alentours des 3 puits PG4, PG5 et PG15, et les autres puits classés suivant la valeur maximale de concentration enregistrée à leur abord Le Plan 3 présente le résultat d interpolation des valeurs de concentrations de méthane mesurées dans l air La cartographie est réalisée après interpolation spatiale des mesures (par la méthode des moindres carrés) Elle permet d obtenir une image globale des émissions de biogaz sur l ensemble de la surface du CET La lecture de ces plans permet de confirmer les statistiques établies au Tableau 2, à savoir que la majorité de la surface du dôme peut être considérée comme non émissive Une zone de concentrations plus élevées est repérée du côté sud-ouest du sommet du dôme, avec une concentration maximum d environ 430 ppm rencontrée à proximité du PG4 Les 3 puits qui ont été considérés comme émissifs sont localisés dans cette zone (PG4, PG5 et PG15) Cette zone de concentrations plus élevées est qualifiée d émissive Elle résulte probablement de points de rupture ou de faiblesse de la couverture finale Les puits de gaz constituent également des points de passage préférentiel pour le biogaz et probablement l exutoire principal du biogaz encore produit au sein du massif Par rapport à la campagne précédente, les zones émissives sont localisées différemment On ne retrouve pas les points émissifs repérés au nord du dôme précédemment, et la zone détectée en 2017 n était pas mise en évidence jusqu à présent De manière globale, les émissions de biogaz du site de Morialmé au travers de la couverture sont très faibles Mais il n est pas à exclure des migrations latérales en dehors des limites du site (passages préférentiels ) Toutefois, vu le contexte géologique du site (comblement d une ancienne argilière), ces migrations doivent probablement être limitées Par ailleurs, la localisation du site, éloigné de toute habitation, rend le risque relatif aux migrations latérales négligeable voire nul En l absence de système de traitement du biogaz, il est inapproprié de recommander le colmatage de la zone émissive détectée lors de la phase I, qui pourrait induire soit des migrations latérales de biogaz, soit une mise en surpression du massif avec risque éventuel d explosion ou de combustion interne Il s avère donc intéressant de réaliser une estimation des flux de biogaz s échappant journellement au travers de la couverture pour l ensemble du site En cas de flux élevé, le recours à des techniques alternatives, comme l utilisation de fenêtres oxydantes, pourrait être suggéré Rapport n 2927/2017 Page 9/18 5 PHSE II : QUNTIFICTION DES FLUX 51 Description des données 511 Séries temporelles de concentrations Lors de la deuxième phase d investigation de l ISSeP, des mesures du flux de biogaz au travers des couvertures ont été réalisées le 23 août 2017 Les limites de la zone émissive identifiée lors de la phase I ont été utilisées pour choisir l implantation des points de mesure de flux de la phase II C est dans cette zone, d une superficie d environ 16 ares, que la majorité des mesures de flux ont donc été réalisées Quelques autres mesures ont été réalisées en dehors de cette zone pour permettre la comparaison avec les données de concentration de surface La Figure
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