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2017
Evaluation de la qualité de l’air à proximité de la chaufferie biomasse du CHU de Brabois (SEEV - DALKIA)
Campagne de mesures hiver 2017
REF : PROJ-EN-033_1
Evaluation de la qualité de l’air à proximité de la chaufferie biomasse du CHU de
Brabois (SEEV - DALKIA)
PROJ-EN-033_1
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CONDITIONS DE DIFFUSION
Diffusion libre pour une réutilisation ultérieure des données dans les conditions ci-dessous :
Licence ouverte de réutilisation d'informations publiques
Sur demande, ATMO Grand Est met à disposition les caractéristiques des techniques de
mesures et des méthodes d’exploitation des données mises en œuvre ainsi que les normes
d’environnement en vigueur.
ATMO Grand Est peut rediffuser ce document à d’autres destinataires.
Rapport non rediffusé en cas de modification ultérieure des données.
PERSONNES EN CHARGE DU DOSSIER
Rédaction : Jantzem Emmanuel, Ingénieur d’études
Relecture :
Petit Jean-Eudes, Ingénieur d’études Deprost Raphaèle, Responsable Unité Projets
Approbation : Rivière Emmanuel, Responsable Pôle Exploitation
Référence du modèle de rapport : COM-FE-001_1
Référence du rapport : PROJ-EN-033_1
Date de publication : 27/06/2017
ATMO Grand Est
Espace Européen de l’Entreprise – 5 rue de Madrid – 67300 Schiltigheim
Tél : 03 88 19 26 66 - Fax : 03 88 19 26 67
Mail : [email protected]
Evaluation de la qualité de l’air à proximité de la chaufferie biomasse du CHU de
Brabois (SEEV - DALKIA)
PROJ-EN-033_1
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SOMMAIRE
RÉSUMÉ .................................................................................................................................................................................................................. 3
INTRODUCTION ................................................................................................................................................................................................... 4
1. METHODES ET MOYENS MIS EN ŒUVRE .............................................................................................................................................. 5
1.1. MATERIELS ........................................................................................................................................................................................... 5
1.2. PERIODES DE MESURES ET STRATEGIE D’ECHANTILLONNAGE ........................................................................................ 6
1.3. LOCALISATION DU POINT DE MESURES .................................................................................................................................... 6
2. POLLUANTS MESURES, ORIGINES, EFFETS SUR LA SANTE ET L’ENVIRONNEMENT ............................................................... 7
2.1. LE BLACK CARBON ............................................................................................................................................................................ 7
2.1.1. Origines ....................................................................................................................................................................................... 7
2.1.2. Effets sur la santé ..................................................................................................................................................................... 8
2.2. LE DIOXYDE D’AZOTE....................................................................................................................................................................... 9
2.2.1. Origines ....................................................................................................................................................................................... 9
2.2.2. Effets sur la santé ..................................................................................................................................................................... 9
2.2.3. Effets sur l’environnement ..................................................................................................................................................... 9
2.3. LES PARTICULES EN SUSPENSION PM10 ................................................................................................................................... 9
2.3.1. Origines ....................................................................................................................................................................................... 9
2.3.2. Effets sur la santé ..................................................................................................................................................................... 9
2.3.3. Effets sur l’environnement ..................................................................................................................................................... 9
2.4. LE DIOXYDE DE SOUFRE................................................................................................................................................................ 10
2.4.1. Origines ..................................................................................................................................................................................... 10
2.4.2. Effets sur la santé ................................................................................................................................................................... 10
2.4.3. Effets sur l’environnement ................................................................................................................................................... 10
3. REGLEMENTATION EN VIGUEUR ........................................................................................................................................................... 10
4. CONDITIONS METEOROLOGIQUES OBSERVEES SUR LES PERIODES DE REALISATION DES MESURES ........................ 11
5. RESULTATS DES MESURES DE CARBONE SUIE .................................................................................................................................. 12
5.1. EVOLUTION DES CONCENTRATIONS EN CARBONE SUIE AU COURS DES PERIODES DE MESURES PRINTANIERE 2016 ET HIVERNALE 2017................................................................................................................................................... 12
5.2. COMPARAISON DES RESULTATS AVEC D’AUTRES SITES SUIVIS DANS LE GRAND EST LORS DE LA PERIODE HIVERNALE 2017 ............................................................................................................................................................................................... 13
5.3. PROFILS JOURNALIERS .................................................................................................................................................................. 14
5.4. ROSES DE POLLUTION DU BCWB............................................................................................................................................... 15
6. RESULTATS DES POLLUANTS REGLEMENTES .................................................................................................................................... 16
CONCLUSION ..................................................................................................................................................................................................... 18
Evaluation de la qualité de l’air à proximité de la chaufferie biomasse du CHU de
Brabois (SEEV - DALKIA)
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RÉSUMÉ
Début 2016, relayées par la mairie de Vandœuvre-lès-Nancy, des plaintes ont été émises par des
riverains de lotissements se situant autour du Centre Hospitalier Universitaire (CHU) de Brabois à
propos d’une nouvelle chaufferie biomasse exploitée depuis janvier 2015 par les Services Energétiques
et Environnementaux de Vandoeuvre (SEEV) et DALKIA. Des nuisances à la fois visuelles et olfactives
ont été mises en avant, posant la question de l’impact de cette installation sur la qualité de l’air
environnant.
A la demande du préfet de Meurthe-et-Moselle, et sur avis de la Direction Régionale de
l’Environnement, de l’Aménagement et du Logement (DREAL), ATMO Grand Est a été mandatée afin
d’évaluer l’impact potentiel des émissions de la chaufferie sur la qualité de l’air.
ATMO Grand Est a ainsi mené une évaluation de la qualité de l’air sur deux périodes de mesures, à savoir
du 2 mai au 14 juin 2016 (conditions printanières) puis du 31 janvier au 21 mars 2017 (conditions
hivernales) sur le secteur du CHU (parking P3, à proximité des premières habitations de la zone d’étude).
Le suivi du carbone suie, composé notamment émis par le trafic routier et la combustion de biomasse, a
été intégré à l’étude. Cette dernière a pour objectif d’effectuer des mesures lorsque la chaufferie
biomasse est censée avoir la plus forte activité.
Pour les polluants réglementés…
Que ce soit pour la période printanière de 2016 ou la période hivernale de 2017, les moyennes en
dioxyde d’azote et en particules PM10 sont systématiquement inférieures à celles observées sur la
station de fond urbaine de l’agglomération de Nancy-Centre (Charles III). Pour le dioxyde de soufre, les
résultats sont très faibles au niveau du CHU de Brabois, comme en fond urbain de l’agglomération de
Nancy.
Pour le carbone suie…
Pour les deux campagnes de mesures, la contribution des émissions liées au trafic automobile est
prépondérante, de l’ordre de 70 à 75 %. La part restante est à mettre au crédit de la combustion de
biomasse (dont le chauffage au bois).
L’étude spécifique des mesures du carbone suie émis par la combustion de biomasse (BCwb) et par le
trafic routier (BCff) a permis :
D’écarter l’hypothèse de la présence d’une source d’émission importante de carbone suie liée à
la combustion de biomasse dans la zone d’étude.
D’observer que le site du CHU de Brabois est sous l’influence de différentes émissions de
carbone suie mais à des niveaux de fond inférieurs à ceux observés en milieu urbain.
De définir que la source principale de carbone suie issu de la combustion de biomasse est très
certainement le résidentiel avec le chauffage au bois.
De conclure que l’influence des émissions de la chaufferie biomasse sur les niveaux de carbone
suie (BCwb) est difficilement observable sur les résultats et que, dans tous les cas, elle est plus
faible que celle du chauffage au bois du secteur résidentiel.
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INTRODUCTION
ATMO Grand Est est née le 1er janvier 2017 de la fusion d’AIR Lorraine, d’ATMO Champagne-Ardenne
et de l’ASPA. Dans le cadre de son Programme Régional de Surveillance de la Qualité de l’Air pour la
période 2017-20211, à travers l’action 13 « participer à l’élaboration des plans d’actions des acteurs des
secteurs émissifs », ATMO Grand Est poursuit la surveillance de la qualité de l’air pour apporter des
éléments de réponses aux questionnements des riverains en proximité des sources d’émissions,
notamment industrielles.
Début 2016, relayées par la mairie de Vandœuvre-lès-Nancy, des plaintes ont été émises par des
riverains de lotissements se situant autour du Centre Hospitalier Universitaire (CHU) de Brabois à
propos d’une nouvelle chaufferie biomasse exploitée depuis janvier 2015 par les Services Energétiques
et Environnementaux de Vandoeuvre (SEEV) et DALKIA. Des nuisances à la fois visuelles et olfactives
ont été mises en avant, posant la question de l’impact de cette installation sur la qualité de l’air
environnant.
A la demande du préfet de Meurthe-et-Moselle, et sur avis de la Direction Régionale de
l’Environnement, de l’Aménagement et du Logement (DREAL), ATMO Grand Est a été mandatée afin
d’évaluer l’impact potentiel des émissions de la chaufferie sur la qualité de l’air.
Des premières mesures avaient été initiées dès le printemps 2016, précisément du 2 mai au 14 juin, afin
d’établir un premier état de la situation par rapport à la qualité de l’air sur le secteur du CHU (parking
P3, à proximité des premières habitations de la zone d’étude). Le suivi du carbone suie, composé
notamment émis par le trafic routier et la combustion de biomasse, avait été intégré à l’étude. Il avait
été conclu que la chaufferie SEEV-Dalkia de Brabois n’a pas d’impact sur les polluants réglementés
(particules PM10, dioxyde d’azote (NO2) ou encore dioxyde de soufre (SO2)) pendant la période
considérée. Les concentrations de carbone suie étaient principalement liées au trafic automobile et la
part combustion de biomasse semblait être, en moyenne, majoritairement influencée par le chauffage
au bois résidentiel. Cependant, ces résultats étaient représentatifs d’une période pour laquelle la
production de la chaufferie biomasse était réduite et il a été proposé, en perspective, d’effectuer de
nouvelles mesures en période hivernale où la production énergétique serait plus élevée (chaufferie et
usage du chauffage au bois résidentiel). Suite à la réunion de présentation de ces résultats par ATMO
Grand Est auprès des différents acteurs concernés par l’étude, la préfecture de Meurthe-et-Moselle a
conclu que les investigations devaient se poursuivre avec, au minimum, une période de mesures en
période hivernale.
Ainsi, ce rapport présente les résultats de la deuxième période de mesures qui s’est déroulée en période
hivernale, du 31 janvier au 21 mars 2017. En appui des résultats observés lors de la première campagne
de mesures, de la comparaison des résultats avec des mesures réalisées sur des sites pérennes de la
région Grand Est et par le couplage des données de vents et de concentrations du carbone suie, un bilan
est dressé sur la qualité de l’air du secteur du CHU de Brabois et un avis est donné sur l’impact des
émissions de la chaufferie biomasse.
1 Repartant des PRSQA 2011-2015 des trois anciennes régions.
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1. METHODES ET MOYENS MIS EN ŒUVRE
1.1. MATERIELS
Un laboratoire mobile a été utilisé pour réaliser les différentes campagnes de mesures de la qualité de
l’air sur la commune de Vandœuvre-lès-Nancy. Outre le suivi en continu des concentrations de particules
de diamètre inférieur à 10 microns (PM10), du dioxyde d’azote (NO2) et du dioxyde de soufre (SO2), un
analyseur spécifique pour le suivi du carbone suie (BC pour Black Carbon) a également été installé dans
la remorque mobile.
Les dispositifs de mesures sont présentés plus en détail dans le tableau 1.
Tableau 1 : Descriptif du dispositif de mesures
Moyen de mesure Descriptif
Laboratoire mobile
Les analyseurs présents dans la remorque laboratoire permettent de réaliser un suivi en continu, 24h/24 et 7j/7, de différents polluants réglementés avec une qualité de données identiques à celles exigées pour les mesures fixes dans la Directive 2008/50/CE2, en termes d’incertitudes sur les mesures (15 % pour le NO2 et le SO2, 25 % pour les PM10, source : LCSQA-INERIS)3. Les polluants suivis pour cette étude ainsi que les normes de mesurage mises en œuvre sont les suivants :
Polluants Méthode analytique Norme
Dioxyde d’azote (NO2) Chimiluminescence NF EN 14 211
Dioxyde de soufre (SO2)
Fluorescence UV NF EN 14 212
Particules (PM10) Microbalance oscillante avec module FDMS4
Méthode de mesure équivalente à la
méthode de référence
NF EN 12 341
Les données des mesures sont acquises sur un pas de temps de quinze minutes et sont ensuite validées et expertisées d’un point de vue technique et environnemental. Les appareils sont étalonnés et contrôlés périodiquement par l’intermédiaire d’étalons de référence raccordés au dispositif national d’étalonnage.
Aethalomètre
Un analyseur supplémentaire a été installé dans la remorque laboratoire afin de mesurer le « black carbon » ou carbone suie. Le principe de mesure repose sur l’atténuation de l’intensité de faisceaux lumineux à travers un filtre sur lequel se déposent les poussières atmosphériques. La mesure, à plusieurs longueurs d’onde, du proche UV au proche IR, permet de distinguer les émissions liées au trafic routier de celles liées à la combustion de biomasse (chauffage bois et brûlage de déchets verts) et d’en estimer leurs contributions respectives sur les concentrations de black carbon.
2Annexe 1 de la Directive 2008/50/CE du Parlement Européen et du Conseil du 21 mai 2008 concernant la qualité de l’air
ambiant et un air pur pour l’Europe. 3Note LCSQA décembre 2012 : INERIS-DRC-12-126722-14191A 4 Ce module permet de prendre en compte la fraction volatile des particules.
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1.2. PERIODES DE MESURES ET STRATEGIE D’ECHANTILLONNAGE
La première période de mesures avait été réalisée dans des conditions printanières, à savoir du 2 mai au
14 juin 2016, alors que le fonctionnement de la chaufferie était relativement réduit.
La deuxième période de mesures s’est déroulée dans des conditions hivernales, à savoir du 31 janvier au
21 mars 2017. Pendant cette période, la chaufferie biomasse devrait avoir une production énergétique
plus élevée et un usage plus intensif du chauffage au bois au niveau du secteur résidentiel est attendu.
1.3. LOCALISATION DU POINT DE MESURES
La chaufferie est située sur la commune de Vandœuvre-lès-Nancy, à l’Est du Centre Hospitalier
Universitaire de Brabois et au Sud d’un lotissement résidentiel (cf. figure 1). Les premières habitations de
ce lotissement (rue du Béarn et allée de Roncevaux) se trouvent à environ 160 mètres de la chaufferie.
Au Sud de la chaufferie, à 220 mètres, se trouve l’autoroute A33.
Figure 1 : Zone d’étude
Le laboratoire mobile a été disposé sur le parking P3 du Centre Hospitalier Universitaire de Brabois, à
proximité du bâtiment de l’association AREMIG (Association pour la Recherche et les Etudes dans les
Maladies Infantiles Graves). Le site se trouve au Nord à 175 mètres de distance de la chaufferie
biomasse. Le lotissement se trouve, quant à lui, à l’Est-Nord-Est du laboratoire mobile, à moins de 50
mètres pour les premières habitations (figure 2). La localisation du site fut notamment contrainte par
la nécessité de l’approvisionnement électrique. Toutefois, du fait de sa proximité quasi-directe avec le
lotissement résidentiel d’où ont été émises les plaintes, l’emplacement reste représentatif et permet
de répondre aux objectifs de l’étude.
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Figure 2 : Emplacement du laboratoire mobile
2. POLLUANTS MESURES, ORIGINES, EFFETS SUR LA SANTE ET
L’ENVIRONNEMENT
2.1. LE BLACK CARBON
2.1.1. Origines
Les particules de carbone suie sont caractérisées par une très grande capacité d’absorption de la lumière
visible. Dans l’atmosphère, ces particules sont généralement associées à d’autres particules, comme
certains composés organiques ou le sulfate d’ammonium. Ces formes associées sont alors catégorisées
comme suies. L’appellation « suies » désigne donc un ensemble de polluants issus de la combustion
incomplète de combustibles fossiles et de biomasse5.
En Meurthe-et-Moselle, pour l’année 2014, le secteur qui présente les plus fortes émissions en Black
Carbon est le transport routier avec 53 % des émissions totales. Avec un peu moins d’un tiers des
émissions totales en carbone suie, les secteurs résidentiel et tertiaire sont les deuxièmes émetteurs en
Meurthe-et-Moselle (figure 3).
5 Source : Bruxelles Environnement - administration de l’environnement et de l’énergie en Région de Bruxelles-
Capitale
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Figure 3 : Répartition des émissions de black carbone en % en Meurthe-et-Moselle en 2014 (Source : ATMO GE – Invent’Air V2016)
2.1.2. Effets sur la santé
D’un point de vue général, les particules sont aptes à pénétrer profondément dans le système
respiratoire, les particules aux diamètres les plus faibles pouvant atteindre les alvéoles pulmonaires où le
passage de substances dangereuses dans la circulation sanguine est possible. On considère généralement
qu’il n’y a pas de seuil en deçà duquel l’exposition est sans effet.
Si la toxicité directe du carbone suie est discutée, sa capacité d’agir comme vecteur de différents
composés toxiques est par contre affirmée. Parmi ceux-ci, les plus fréquemment repris sont les
hydrocarbures aromatiques polycycliques et des éléments-traces métalliques.
Il n’est à l’heure actuelle pas possible d’affirmer avec certitude que les impacts sanitaires liés à l’exposition
au carbone suie sont qualitativement ou quantitativement différents des impacts des particules fines
dans leur ensemble. En effet, les études qui s’intéressent simultanément aux effets sanitaires du BC et
des particules fines en général sont encore trop restreintes.
Les effets du Black Carbon sur le système cardiovasculaire ne sont pas différenciés de ceux des PM2.5
en général, à savoir des arythmies et des insuffisances cardiaques.
De manière générale, la fonction pulmonaire est susceptible d’être diminuée, et ce en particulier chez
les patients souffrant de déficience respiratoire tels que les asthmatiques. De plus, des réactions
inflammatoires peuvent se produire au sein des poumons et si elles se propagent, mener à une
altération du système nerveux autonome, engendrant des effets indirects sur la fonction cardiaque.
Chez les enfants principalement, une exposition importante aux particules peut altérer le
développement pulmonaire. Des maladies du système respiratoire apparaissent fréquemment :
bronchite, toux chronique, sinusite, rhume.
Les mécanismes de développement de cancer sont controversés, mais il est établi qu’il existe bel et
bien un lien entre l’exposition aux particules fines et le risque de développement de cancer. Les suies
émises par les moteurs diesel sont les PM2.5 présentant les effets cancérigènes les plus importants :
elles contiennent un taux important de particules Black Carbon auxquelles peuvent être adsorbés une
quantité significative d’autres composés, comme des hydrocarbures aromatiques polycycliques6.
6 Source : Bruxelles Environnement - administration de l’environnement et de l’énergie en Région de Bruxelles-Capitale
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2.2. LE DIOXYDE D’AZOTE
2.2.1. Origines
Le monoxyde d’azote (NO) et le dioxyde d’azote (NO2) sont émis lors de combustions. Le NO2 est issu de
l’oxydation du NO. Les principales sources sont : le transport routier et les installations de combustion
(centrales thermiques, chauffage…). Le NO2 se rencontre également à l’intérieur des locaux (appareils au
gaz tels que gazinières, chauffe-eau…). Les oxydes d’azote (NO + NO2) sont des gaz précurseurs d’ozone
troposphérique et de matière particulaire semi-volatile.
2.2.2. Effets sur la santé
Le dioxyde d’azote pénètre dans les plus fines ramifications des voies respiratoires. Il peut provoquer des affections respiratoires chroniques, des perturbations de la fonction respiratoire et du transport de l’oxygène dans le sang.
2.2.3. Effets sur l’environnement
Le NO2 participe aux phénomènes des pluies acides, à la formation de l’ozone troposphérique dont il est
l’un des précurseurs, à l’atteinte de la couche d’ozone stratosphérique.
2.3. LES PARTICULES EN SUSPENSION PM10
2.3.1. Origines
Elles proviennent du trafic routier, de pièces d’usure automobiles (freins, pneus, …), de l’industrie, du
chauffage urbain et résidentiel, ou encore de l’agriculture. Les particules en suspension peuvent
également être d’origine naturelle (volcan, sels de mer, poussières désertiques).
2.3.2. Effets sur la santé
Selon leur taille (granulométrie), les particules pénètrent plus ou moins profondément dans l’arbre
pulmonaire. Les particules les plus fines peuvent, à des teneurs relativement basses, irriter les voies
respiratoires inférieures et altérer la fonction respiratoire dans son ensemble. Certaines particules ont
des propriétés mutagènes et cancérigènes.
2.3.3. Effets sur l’environnement
Les particules en suspension peuvent réduire la visibilité et influencer le climat en absorbant et en
diffusant la lumière. En se déposant, elles salissent et contribuent à la dégradation physique et chimique
des matériaux, des bâtiments et des monuments. A forte concentration, les dépôts accumulés sur les
feuilles des végétaux peuvent entraver la photosynthèse.
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2.4. LE DIOXYDE DE SOUFRE
2.4.1. Origines
Le dioxyde de soufre est un gaz incolore qui dégage une odeur âcre et piquante. Il provient
principalement de procédés de combustion utilisant des combustibles fossiles soufrés (fiouls industriels
et domestiques, diesel, charbon). D’autres procédés industriels tels que le raffinage des hydrocarbures,
la fabrication de la pâte à papier, de l’acide sulfurique, de matériaux réfractaires, de tuiles, de briques,
sont des émetteurs de SO2. Dans certaines régions de la planète, les éruptions volcaniques représentent
une part très importante des rejets de dioxyde de soufre.
2.4.2. Effets sur la santé
Le dioxyde de soufre est un gaz irritant, des muqueuses, de la peau et de l’appareil respiratoire. Les pics
de pollution en dioxyde de soufre peuvent provoquer une gêne respiratoire chez les personnes sensibles,
tels que les asthmatiques, les jeunes enfants, ou encore les personnes âgées. Comme tous les
polluants, ses effets sont amplifiés par le tabagisme.
Aux concentrations habituellement observées dans l’environnement, une part importante du dioxyde de
soufre inhalé est arrêtée par les sécrétions muqueuses du nez et des voies respiratoires supérieures. Le
dioxyde de soufre qui atteint le poumon profond, passe dans la circulation sanguine puis est éliminé par
voie urinaire. Des études épidémiologiques ont montré qu’une hausse des concentrations en dioxyde de
soufre s’accompagnait notamment d’une augmentation du nombre de décès pour cause cardio-
vasculaire.
2.4.3. Effets sur l’environnement
Dans l’atmosphère, le dioxyde de soufre se transforme principalement en acide sulfurique, qui se dépose
sur la végétation et sur le sol. Ceci a pour conséquences de contribuer à l’acidification et à
l’appauvrissement des milieux naturels. Il participe également à la détérioration des matériaux utilisés
dans la construction des bâtiments (pierre, métaux), et à la formation de matière particulaire secondaire.
3. REGLEMENTATION EN VIGUEUR
Pour le carbone suie, les directives européennes ne présentent pas de valeurs réglementaires dans l’air
ambiant à l’heure actuelle, la réglementation portant uniquement sur les particules PM10 et PM2,5.
Toutefois, ce sujet est abordé par différentes organismes européens (Aquila pour Air Quality Reference
Laboratories et Air Quality Commitee) et implique la réalisation de nombreux travaux (suivi temporel des
concentrations en situation de fond, rédaction d’une norme). Ces travaux devraient conduire à la mise en
place de premières mesures contraignantes (orientées vers des valeurs guides) pour l’horizon 2017-2018
(source : Air Parif - https://www.airparif.asso.fr/_pdf/publications/NUMERO42.pdf)
Pour les particules PM10, le dioxyde d’azote ainsi que le dioxyde de soufre, le décret 2010-1250 du
21/10/2010, qui transpose en droit français la directive 2008/50/CE, définis les seuils réglementaires à
respecter (tableau 2).
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Tableau 2 : Valeurs réglementaires en 2016/2017
Les résultats obtenus au cours des deux périodes de mesures à proximité de la chaufferie biomasse ne
peuvent être comparés à ces valeurs réglementaires car la durée ainsi que la répartition des périodes de
mesures sur 2016 et 2017 sont en-dessous des minima exigés par la Directive 2008/50/CE.
4. CONDITIONS METEOROLOGIQUES OBSERVEES SUR LES PERIODES DE
REALISATION DES MESURES
Toutes les informations présentées dans le tableau 3 sont obtenues à partir des données de vents
mesurées à la station fixe de mesures ATMO Grand Est située sur la commune de Vandœuvre-lès-Nancy.
Les vents analysés sont uniquement ceux qui présentent des vitesses supérieures à 1 m/s. Une rose des
vents indique de quelles directions proviennent les vents.
Au cours des deux périodes de mesures, les vents dominants provenaient principalement du sud-ouest
puis du nord-est. Il s’agit de vents couramment observés sur cette zone.
Tableau 3 : Conditions de vents pendant les périodes de mesures
Période de mesures
Rose des vents Intervalle de
direction majoritaire (en °)
% de vents provenant du secteur de de la chaufferie biomasse
Intervalle [170° ; 190°[
P1 : 02/05 au
14/06/2016
(conditions printanières)
[190° ; 270°[ (41,4 %) Secteur sud-ouest
Puis
[50° ; 90°[ (18 %) Secteur nord-est
5,1 %
P2 : 31/01 au
21/03/2017
(conditions hivernales)
[190° ; 250°[ (47,1 %) Secteur sud-ouest
Puis
[50° ; 90°[ (22,4 %) Secteur nord-est
7,9 %
Polluant Seuil pour la protection de la santé humaine
Valeur de référence en
µg/m3 en 2016
Période de calcul de la moyenne
Particules PM10
Valeur limite 40 Année civile
Valeur limite à ne pas dépasser plus de 35 jours par an 50 Journalière
Dioxyde d’azote
Valeur limite 40 Année civile
Valeur limite à ne pas dépasser plus de 18 heures par an 200 Horaire
Dioxyde de soufre
Objectif de qualité 50 Année civile
Valeur limite à ne pas dépasser plus de 3 jours par an 125 Journalière
Valeur limite à ne pas dépasser plus de 24 heures par an 350 Horaire
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Par rapport au site de mesures, le pourcentage de vents provenant du secteur de la chaufferie biomasse
(intervalle de vents se situant entre 170° et 190°), varie de 5,1% à 7,9% selon la période de mesures. Les
moyennes de carbone suie spécifiques à cet intervalle de direction de vents seront analysées dans la
partie « Résultats des mesures de carbone suie ».
5. RESULTATS DES MESURES DE CARBONE SUIE
Dans cette partie, la concentration de carbone suie provenant du trafic automobile est notifiée BCff (fuel
fossil) avec la couleur grise et celle issue de la combustion de biomasse est notifiée BCwb (wood burning)
avec la couleur marron.
5.1. EVOLUTION DES CONCENTRATIONS EN CARBONE SUIE AU COURS DES PERIODES DE
MESURES PRINTANIERE 2016 ET HIVERNALE 2017
Figure 4 : Variabilités temporelles de BCff et BCwb à Vandœuvre-lès-Nancy (parking P3 du CHU-Brabois)
La figure 4 présente la variabilité temporelle du carbone suie provenant du trafic automobile (en gris) et
de la combustion de biomasse (en orange) sur les deux périodes de mesures. En 2016, les niveaux étaient
moins élevés avec des maxima qui se situaient aux alentours de 3 500 ng/m3 contre près de 6 000 ng/m3
lors de la période hivernale 2017.
Lors de la période printanière de 2016, le trafic automobile représente environ 70% du carbone suie,
contre 30% pour la combustion de biomasse (dont le chauffage au bois). Lors de la période hivernale, le
trafic représente les ¾ des concentrations en carbone suie, le chauffage au bois ne représentant que le
¼ restant. Ces résultats sont cohérents avec l’environnement du site de mesures qui se trouve au niveau
d’un parking fréquenté du CHU de Brabois. Par ailleurs, le secteur se trouve traversé par des axes routiers
majeurs (A33, D974) qui contribuent à l’augmentation du niveau de fond de la zone. Par rapport aux
périodes de mesures, il était attendu une contribution plus importante du BCwb avec une utilisation plus
intensive du chauffage au bois lors de la période hivernale 2017.
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Cependant, les moyennes du BCwb sont similaires sur les deux périodes de mesures, à savoir 188 ng/m3
au printemps 2016 et 186 ng/m3 en hiver 2017. L’augmentation des niveaux du carbone suie sur le site
de mesures du CHU de Brabois en hiver est donc liée à l’augmentation des niveaux de BCff, passant
d’une moyenne de 436 ng/m3 au printemps 2016 à 543 ng/m3 en hiver 2017.
L’influence du chauffage au bois a été observée lors de la période hivernale (cf. partie 5.4 Roses de
pollution BCwb) mais, en proportion, l’influence des émissions du trafic routier a été plus fréquemment
observée avec des niveaux importants, notamment lors de périodes de mauvaises dispersions des
polluants dans l’air (période du 8 au 15 février 2017 sur la figure 4).
5.2. COMPARAISON DES RESULTATS AVEC D’AUTRES SITES SUIVIS DANS LE GRAND EST LORS
DE LA PERIODE HIVERNALE 2017
La figure 4 de la partie 5.1 a montré des concentrations plus importantes en carbone suie lors de la
période hivernale 2017, avec une contribution plus importante des émissions liées au trafic routier. Afin
de pouvoir qualifier ces niveaux, la figure 5 permet de comparer les résultats du site de mesures du CHU
de Brabois à deux autres sites évalués en permanence sur le Grand Est, en situation de fond urbain
(agglomération de Metz - Borny) et en situation de proximité trafic (agglomération de Reims – Doumer).
Figure 5 : Comparaison des mesures de BCff et BCwb de différents sites ATMO Grand Est lors de la période
hivernale 2017. La moyenne des mesures est présentée par le pictogramme Δ sur les boîtes à moustache.
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Pour le BCwb, les moyennes de Doumer et de Borny sont plus élevées que sur le site du CHU de Brabois,
le site de Borny, en situation de fond urbain, étant le plus soumis à des émissions de chauffage au bois.
En termes de dispersion des mesures de BCwb, le site du CHU de Brabois présente la plus faible
dispersion marquée par un écart entre la moyenne et la médiane le plus faible des trois sites. Ces résultats
montrent des niveaux relativement homogènes sur la période de mesures pour le BCwb, sans épisode
de fortes concentrations (qui auraient pu être liées à l’influence intermittente d’un panache de carbone
suie lié à la combustion centralisée de biomasse).
Concernant les mesures de BCff sur les trois sites, les résultats sont plus hétérogènes que pour le BCwb.
Le site de Doumer est très nettement influencé par les émissions du trafic routier d’où une moyenne en
BCff, ainsi qu’une dispersion des mesures, très fortes. En comparaison, la moyenne de BCff au site du
CHU de Brabois représente 1/10ème de la moyenne du site de Doumer. Les mesures du site de fond
urbain sur l’agglomération de Metz, dans le quartier de Borny, se situent à des niveaux supérieurs à ceux
observés sur le site du CHU de Brabois, tant pour la moyenne et la médiane que pour la dispersion des
mesures.
La comparaison des résultats BCwb et BCff du site du CHU de Brabois avec deux sites suivis en continu
par ATMO Grand Est, le premier en situation de fond urbain (Borny) et le second en proximité trafic
(Doumer), montre que le site du CHU de Brabois est sous l’influence de différentes émissions de carbone
suie mais à des niveaux de fond inférieurs à ceux observés en milieu urbain. En effet, que ce soit pour
le carbone suie issu du trafic automobile (BCff) ou pour celui issu de la combustion de biomasse (BCwb),
les valeurs du site du CHU de Brabois sont toujours en-dessous des niveaux observés en situation de
fond urbain de l’agglomération de Metz (Borny).
5.3. PROFILS JOURNALIERS
Les parties 5.1 et 5.2 ont montré que les niveaux de carbone suie sur le site du CHU de Brabois, avec
une contribution majoritaire des émissions du trafic routier par rapport à la combustion de biomasse
(chauffage au bois), se situent en-dessous de niveaux observés en situation de fond urbain.
L’étude des profils journaliers des mesures de carbone suie BCwb et BCff de la période hivernale 2017
(figure 6) permet de mettre en évidence les périodes de la journée pour lesquelles les sources d’émissions
en carbone suie ont le plus d’influence.
Pour le BCwb, les moyennes sont relativement homogènes de minuit jusque 16h, oscillant en-dessous
de la valeur de 200 ng/m3. A partir de 17h, et ce pendant deux heures, les moyennes augmentent
significativement sur le graphique pour ensuite se stabiliser à un niveau de fond autour de 200 ng/m3.
Cette évolution en fin de journée du niveau de fond pour la carbone suie issue de la combustion de
biomasse, s’expliquerait fortement par l’utilisation du chauffage au bois dans le quartier résidentiel
comme chauffage d’appoint le soir dans les résidences. L’étude des roses de pollution du BCwb dans la
partie 5.4 confirme cette hypothèse.
Pour le BCff, la dynamique est différente de celle observée pour le BCwb avec la présence classique de
deux périodes d’augmentation sur quelques heures des concentrations de carbone suie. Ces périodes se
situent sur les plages horaires de 6h à 9h et de 16h à 18h qui correspondent aux périodes de pointe pour
le trafic routier (trafic pendulaire) des principaux axes routiers de la zone d’étude.
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Figure 6 : Variabilité des mesures BCwb (à gauche) et de BCff (à droite) au cours de la journée en ng/m3
Le carbone suie mesuré en période hivernale 2017 au CHU de Brabois est influencé par le chauffage au
bois et le trafic routier avec des périodes, au cours d’une journée, où les niveaux de fond sont plus élevés.
Pour le carbone suie issu du chauffage au bois, le niveau de fond augmente en fin de journée en lien avec
l’utilisation du chauffage au bois dans le secteur résidentiel. Pour le carbone suie issu du trafic routier,
l’augmentation du niveau de fond s’observe aux heures de pointe du trafic, à savoir le matin et en fin de
journée.
5.4. ROSES DE POLLUTION DU BCWB
Pour les deux périodes de mesures, les moyennes du BCwb sont similaires, à savoir 188 ng/m3 au
printemps 2016 et 186 ng/m3 en hiver 2017. L’étude du profil journalier du carbone suie issu de la
combustion de biomasse a mis en évidence l’influence des émissions du chauffage au bois en fin de
journée – début de soirée au cours de la période de mesures hivernale. La réalisation de roses de pollution
du BCwb mesuré sur le site du CHU de Brabois sur les deux périodes de mesures (figure 7) permet de
déterminer les secteurs qui, potentiellement, influent le plus sur les niveaux du BCwb et, de ce fait,
d’émettre des hypothèses sur la ou les sources prépondérantes d’émissions. Les graphiques de la figure
7 sont réalisés à partir d’une technique appelée Non-parametric Wind Regression (NWR) qui est basée
sur un couplage concentration – vent (vitesse et direction). La lecture du graphique se fait dans le sens
de vents « provenant de » par rapport au centre de la cible qui correspond au site de mesure du CHU de
Brabois.
Figure 7 : Roses de pollution du BCwb en 2016 et 2017
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Lors de la période printanière de 2016, les plus fortes concentrations de BCwb (autour de 300 ng/m3)
sont plutôt associées à des vents du Nord-Nord-Est avec des vitesses faibles à intermédiaires. Sur cette
zone, par rapport au site de mesures, se trouve un lotissement dont certaines résidences utilisent le bois
comme combustible pour le chauffage. Même si la période était moins propice à l’utilisation du
chauffage au bois que ne l’est la période hivernale, la relation entre les niveaux de concentrations les
plus élevés en BCwb et les émissions du chauffage du résidentiel (dont le chauffage au bois) est avérée.
Pour la période hivernale (rose de pollution à droite sur la figure 7), un secteur de vents avec les plus
fortes concentrations de BCwb (autour de 500 ng/m3) est mis en avant par la rose de pollution, à savoir
le secteur Nord-Est à Est.
Tout ce secteur présente des concentrations plus élevées que sur l’ensemble des autres secteurs de vents
et les concentrations les plus élevées sont obtenues pour des vents avec des vitesses relativement
élevées, autour de 15 km/h. Sur ce secteur, jusqu’à une distance de 500 mètres, ne sont présentes que
des résidences (maisons individuelles et logements collectifs). Un seul axe routier (rue du Morvan) avec
un trafic modéré, traverse le secteur, à près de 250 mètres du site de mesures.
Après analyse de l’environnement du secteur Nord-Est à Est, la source principale de carbone suie issue
de la combustion de biomasse est très certainement le résidentiel avec le chauffage au bois.
Enfin, pour le secteur de vents provenant du Sud dans lequel se trouve la chaufferie biomasse, une
augmentation des concentrations est visible pour des vents faibles, de l’ordre de 5 km/h. La distance
entre le site de mesures et la chaufferie biomasse est seulement de 175 mètres. Cette augmentation
pourrait donc trouver son origine dans les émissions de la chaufferie biomasse. Cependant, tout comme
lors de la première période de mesures, il est difficile d’associer des résultats de mesures à une source
bien déterminée lorsque les vents sont faibles. Aucune affirmation ne peut être amenée sur ce dernier
point. Cependant, il a est à noter que les plus fortes concentrations mesurées pour des vents provenant
du Sud se situent entre 200 et 300 ng/m3 alors que celles du secteur du Nord-Nord-Est se situent entre
300 et 500 ng/m3.
6. RESULTATS DES POLLUANTS REGLEMENTES
Le tableau 4 présente les concentrations moyennes des polluants réglementés (NO2, SO2, PM10) ainsi
que leurs maxima mesurés à proximité de la chaufferie (CHU-Brabois) et en fond urbain (agglomération
de Nancy-Charles III) sur les deux période de mesures, à savoir du 2 mai au 14 juin 2016 et du 31 janvier
au 21 mars 2017.
Que ce soit pour la période printanière de 2016 ou la période hivernale de 2017, les moyennes en
dioxyde d’azote et en particules PM10 sont systématiquement inférieures à celles observées sur la
station de fond urbaine de l’agglomération de Nancy-Centre (Charles III).
Par rapport aux maxima horaires et journaliers, des valeurs relativement similaires sont observées sur les
deux sites de mesures lors de la période printanière 2016. Pour la période hivernale 2017, les maxima
journaliers en particules PM10 ont été plus élevés en lien avec un épisode de pollution en particules PM10
observé sur la région Grand Est en février 2017. Un dépassement de la valeur limite journalière de 50
µg/m3 a été mesuré sur le site de Brabois (le 10/02/2017) contre 7 pour le site de fond urbain de Nancy
sur la même période de mesures. A noter qu’une formation de lutte contre l'incendie a été réalisée sur
le plateau de Brabois pour le personnel du CHRU le jour même du dépassement de la valeur limite
journalière en PM10 sur le site, à savoir le 10/02/2017.
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Les niveaux de fond en particules PM10 étaient déjà élevés pour cette période et les feux réalisés dans
le cadre de la formation ont pu augmenter ces niveaux dans l’environnement proche du site.
A noter également une valeur maximale horaire en dioxyde d’azote sur le site de Brabois obtenue le
15/02 à 9h, période où les conditions météorologiques étaient défavorables à une bonne dispersion des
polluants dans l’air. Le moment de la journée où est apparu ce maximum laisse supposer l’implication
des émissions du trafic routier et, plus précisément, de voitures venant se garer sur le parking P3 du
CHU-de Brabois.
Pour le dioxyde de soufre, tant pour les moyennes par période de mesures que les maxima observés, les
résultats sont très faibles au niveau du CHU de Brabois ainsi qu’en fond urbain de l’agglomération de
Nancy.
Tableau 4 : Moyennes et maxima par période de mesures en PM10, NO2 et SO2
Site de mesure
Laboratoire mobile – CHU de Brabois
(µg/m3)
Agglomération de Nancy-Centre
Charles III - Urbaine de fond
(µg/m3)
Période 02/05-14/06/2016 31/01-21/03/2017 02/05-14/06/2016 31/01-21/03/2017
Particules PM10
Moyenne : 11,3 Moyenne : 20,0 Moyenne : 14,1 Moyenne : 30,6
Max. horaire : 35,9
Max. journalier : 23,2
Max. horaire : 70,7
Max. journalier : 52,9
Max. horaire : 41,8
Max. journalier : 26,6
Max. horaire : 122,4
Max. journalier : 81,7
Dioxyde d’azote
Moyenne : 16,8 Moyenne : 24,2 Moyenne : 11,7 Moyenne : 28,4
Max. horaire : 71,0
Max. journalier : 20
Max. horaire : 243,6
Max. journalier : 63.6
Max. horaire : 60,7
Max. journalier : 25,5
Max. horaire : 104,9
Max. journalier : 46,2
Dioxyde de soufre
Moyenne : 0,7 Moyenne : 0,1 Moyenne : 0,2 Moyenne : 0,6
Max. horaire : 19,5
Max. journalier : 1,7
Max. horaire : 4,8
Max. journalier : 0,5
Max. horaire : 15,2
Max. journalier : 2,7
Max. horaire : 6,9
Max. journalier : 2,4
Entre les deux périodes de mesures, les résultats moyens ainsi que les maxima sont plus élevés lors de
la période hivernale 2017, en relation avec la dynamique des polluants surveillés qui, en situation de
fond sans influence de proximité, présentent des concentrations plus élevées en période hivernale et
plus faibles en période estivale.
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CONCLUSION
Dans le cadre de l’étude menée sur le secteur du CHU de Brabois pour déterminer l’impact de la
chaufferie biomasse sur la qualité de l’air dans son environnement proche, ATMO Grand Est a mené une
évaluation de la qualité de l’air sur deux périodes de mesures, à savoir 2 mai au 14 juin 2016 (conditions
printanières) puis du 31 janvier au 21 mars 2017 (conditions hivernales). Cette dernière période avait
pour objectif d’effectuer des mesures lorsque la chaufferie biomasse est censée avoir la plus forte
activité.
Au cours des deux périodes de mesures, les vents dominants provenaient principalement du sud-ouest
puis du nord-est. Il s’agit des vents couramment observés sur la région Grand Est. La part de vents
provenant du secteur de la chaufferie biomasse (intervalle de vents se situant entre 170° et 190°) a varié
de 5 à 8 % selon la période de mesures.
Pour les polluants réglementés…
Que ce soit pour la période printanière de 2016 ou la période hivernale de 2017, les moyennes en
dioxyde d’azote et en particules PM10 sont systématiquement inférieures à celles observées sur la
station de fond urbaine de l’agglomération de Nancy-Centre (Charles III). Un dépassement de la valeur
limite journalière de 50 µg/m3 a été mesuré sur le site de Brabois (le 10/02/2017) contre 7 pour le site
de fond urbain de Nancy sur la même période de mesures. Pour le dioxyde de soufre, les résultats sont
très faibles au niveau du CHU de Brabois ainsi qu’en fond urbain de l’agglomération de Nancy. Les
résultats moyens ainsi que les maxima sont plus élevés lors de la période hivernale 2017.
Pour le carbone suie…
Pour les deux campagnes de mesures, la contribution des émissions liées au trafic automobile est
prépondérante, de l’ordre de 70 à 75 %. La part restante est à mettre au crédit de la combustion de
biomasse (dont le chauffage au bois). L’influence du chauffage au bois a été observée lors de la période
hivernale mais, en proportion, l’influence des émissions du trafic routier a été plus fréquemment observée
avec des niveaux importants, notamment lors de périodes de mauvaises dispersions des polluants dans
l’air. L’homogénéité des résultats obtenus à partir des données du carbone suie émis par la combustion
de biomasse (BCwb) ainsi que l’absence d’épisodes de fortes concentrations pour ce paramètre, permet
d’écarter un impact prépondérant de la chaufferie biomasse.
La comparaison des résultats BCwb et BCff du site du CHU de Brabois avec deux sites suivis en continu
par ATMO Grand Est, le premier en situation de fond urbain (Borny) et le second en proximité trafic
(Doumer), ont montré que le site du CHU de Brabois est sous l’influence de différentes émissions de
carbone suie mais à des niveaux de fond inférieurs à ceux observés en milieu urbain.
L’analyse des résultats de carbone suie BCwb, couplés aux données de vents, et de l’environnement du
secteur Nord-Est à Est du site de mesures, a permis de conclure que la source principale de carbone suie
issue de la combustion de biomasse est très certainement le résidentiel avec le chauffage au bois.
Enfin, pour le secteur de vents provenant du Sud dans lequel se trouve la chaufferie biomasse, une
augmentation des concentrations est visible pour des vents faibles, de l’ordre de 5 km/h. La distance
entre le site de mesures et la chaufferie biomasse est seulement de 175 mètres. Cette augmentation
pourrait donc trouver son origine dans les émissions de la chaufferie biomasse. Cependant, tout comme
lors de la première période de mesures, il est difficile d’associer des résultats de mesures à une source
bien déterminée lorsque les vents sont faibles. Et, dans l’hypothèse où ces niveaux seraient imputables
aux émissions de la chaufferie biomasse, ils restent inférieurs aux résultats obtenus lorsque le site est
sous l’influence très probable du chauffage au bois du secteur résidentiel.
Espace Européen de l’Entreprise – 5 rue de Madrid – 67300 Schiltigheim
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