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Calculateur d’érosion éolienne des piles de stockage et des zones exposées : guide de déclaration

Le calculateur d’émissions vous aidera à déclarer les rejets à l’air dus à l’érosion éolienne des piles de stockage actives et des zones exposées perturbées au moins une fois au cours de l’année de référence.

Déclaration à l’Inventaire national des rejets de polluants

Si votre installation répond aux exigences de déclaration à l’Inventaire national des rejets de polluants (INRP), vous devez tenir compte de toutes les sources d’émissions atmosphériques, sauf si les activités sont spécifiquement exemptées de déclaration. Par conséquent, vous devrez peut‑être tenir compte des émissions provenant de sources autres que l’érosion éolienne pour déterminer les rejets atmosphériques totaux des matières particulaires et les quantités annuelles de produits de métaux FPU (fabriqués, préparés ou utilisés d’une autre manière), aux fins de comparaison avec les seuils de déclaration.

Pour obtenir de plus amples renseignements sur les exigences de déclaration à l’INRP, veuillez consulter le Guide de déclaration à l’INRP.

Estimations des émissions dues à l’érosion éolienne

Bien qu’il existe de nombreuses méthodes acceptables d’estimations des émissions pour l’INRP, le calculateur d’émissions est basé sur des facteurs d’émission propres aux sites.

L’équation générale pour l’estimation des émissions à l’aide d’un facteur d’émission est la suivante :

Taux d’émission = taux d’activité x facteur d’émission

Basé sur des méthodes ayant fait l’objet de publications, le calculateur d’émissions permet d’estimer les émissions propres aux sites dues à l’érosion éolienne; ces méthodes sont présentées ci‑dessous. Le taux d’activité correspond à la zone active de la pile de stockage ou à la zone exposée.

Différence entre la zone active et l’empreinte de la pile de stockage

Il est important de faire la distinction entre la zone active et l’empreinte de la pile de stockage. La zone active désigne la zone perturbée au cours de l’année de référence. Sa superficie peut être considérablement plus petite que celle de l’empreinte. Vous devriez utiliser la moyenne annuelle de la superficie de la zone active pour calculer les émissions dues à l’érosion éolienne.

L’empreinte est la superficie totale de la pile de stockage. On peut déterminer cette superficie en utilisant le diamètre pour une empreinte circulaire, ou un diamètre équivalent pour d’autres formes de piles de stockage. Un diamètre équivalent est un diamètre qui donnerait un cercle ayant la même superficie d’empreinte que la forme non circulaire. L’empreinte est la mesure utilisée pour déterminer si la pile de stockage est plate ou surélevée.

Différence entre les piles de stockage surélevées et les piles de stockage plates

On définit les piles de stockage comme étant surélevées (le rapport hauteur/base est supérieur à 0,2) ou non surélevées, c’est‑à‑dire plates (le rapport hauteur/base est égal ou inférieur à 0,2). Cette distinction est basée sur les définitions de la United States Environmental Protection Agency (USEPA) présentées dans le chapitre 13.2.5 de l’AP‑42 (USEPA, 2006) [pdf] [en anglais seulement].

Facteurs d’émission pour diverses configurations de piles de stockage

Pour les piles de stockage surélevées (qu’elles soient fréquemment soumises à des perturbations ou non) et les piles de stockage plates peu perturbées (soit moins d’une fois par semaine), le calculateur d’émissions utilise une formule empirique pour estimer le facteur d’émission conforme à l’approche détaillée dans le WRAP Fugitive Dust Handbook (2006) (méthode A).

Dans le cas de grandes zones exposées plates et fréquemment perturbées (au moins une fois par semaine), le calculateur d’émissions se base sur la méthode détaillée dans la section 13.2.5 de l’AP-42 de l’USEPA (USEPA, 2006) [pdf] [en anglais seulement]. Cette méthode (méthode B) permet une estimation plus précise car elle tient compte du nombre de perturbations annuelles et du potentiel d’érosion de la pile de stockage. La méthode permet également de calculer le total des émissions entre les perturbations de la pile de stockage. Dans cette méthode, le facteur d’émission annuel total équivaut à la somme des différents épisodes d’érosion.

Méthode A : émissions annuelles dues à l’érosion éolienne des surfaces des piles de stockage

Le calculateur d’émissions utilise l’équation suivante comme méthode par défaut pour calculer le facteur d’émission (FE) annuel de particules pour les piles de stockage surélevées et les piles de stockage plates peu perturbées :

FE [kg/m2] = 1,12 x 10-4 x J x 1,7 x (s/1,5) x 365 x ((365-P)/235) x (I/15)

Où :

Les émissions totales sont ensuite calculées en multipliant le facteur d’émission par la superficie de la surface active exposée.

Pour les piles de stockage coniques, calculez la superficie exposée à l’aide de l’équation suivante :

A = π x R √(R2 + H2)

Où :

Le calculateur d’émissions détermine la superficie de la surface exposée en fonction de l’empreinte et de la zone active définie, le cas échéant.

Les valeurs par défaut de la teneur en silt sont comprises dans le calculateur et sont présentées dans le tableau 1. Vous pouvez également saisir une teneur en silt propre au site si vous disposez de cette information.

Tableau 1 : Valeurs par défaut de la teneur en silt utilisées dans le calculateur pour la méthode A (MDAQMD, 2000)
Matériau de la pile de stockage Teneur moyenne en silt (%)
Calcaire 0,5
Calcaire concassé 1,5
Centrale d’asphalte 5
Charbon 6
Centrale de béton 6
Traitement du sable et du gravier 8
Morts‑terrains 10
Mélange de minerai et de terre 15
Cendre volante 20
Minéraux inorganiques 30

Rappelons que la méthode A exige qu’un facteur éolien (I) et un facteur des précipitations totales/neige au sol (P) propres au site soient déterminés pour l’année de déclaration.

Vous pouvez consulter le site des données climatiques historiques du gouvernement du Canada pour obtenir les données horaires de vitesse du vent pour la station météorologique la plus rapprochée de la pile de stockage. Vous pouvez également utiliser les données d’une station météorologique sur place. Si vous utilisez des données climatiques téléchargées, vous devrez télécharger 12 fichiers CSV mensuels distincts afin de compiler les données météorologiques pour l’année de déclaration. Vous devrez ensuite entrer ces données dans l’onglet « Données horaires de vitesse ». Il est possible que certaines données soient manquantes dans les fichiers téléchargés. Si les données manquantes représentent moins de 10 % des données annuelles totales, vous pouvez soit ignorer les données manquantes, soit estimer les heures manquantes en calculant la moyenne de la dernière valeur mesurée immédiatement avant les données manquantes et de la première valeur après les données manquantes. Si l’ensemble de données présente des lacunes importantes (plus de 10 % de données manquantes), veuillez communiquer avec ECCC pour établir l’approche à préconiser pour le site.

Si les données horaires sur le vent ne sont pas disponibles pour le site, vous pouvez utiliser les normales climatiques sur 30 ans de la station climatique la plus rapprochée afin d’estimer le facteur éolien moyen, comme il est décrit dans les étapes suivantes. Vous pouvez ensuite saisir les informations relatives au facteur éolien « I » comme une valeur définie par l’utilisateur dans l’onglet « Saisie des données ».

Pour connaître le nombre de jours par année où la vitesse du vent est supérieure à 19,3 km/h :

  1. Accédez au portail des données climatiques historiques du gouvernement du Canada.
  2. Cliquez sur « Normales climatiques canadiennes ».
  3. Cliquez sur le type de recherche que vous souhaitez effectuer (recherche par nom de station, par province ou territoire, par proximité), puis entrez les informations demandées et cliquez sur « Allez ».
  4. Cliquez sur le nom de la station recherchée (ou sur le nom de la station la plus rapprochée).
  5. Cliquez sur l’onglet intitulé « Données sur les normales ».
  6. Faites défiler vers le bas jusqu’au tableau intitulé « Vent », trouvez la ligne « Vitesse horaire moyenne du vent (km/h) » et consultez les valeurs pour chaque mois.
  7. Trouvez les mois pour lesquels la vitesse horaire moyenne du vent est supérieure à 19,3 km/h.
  8. Divisez le nombre de mois obtenus par 12, puis multipliez par 100. Vous obtiendrez alors le pourcentage de temps moyen « I » où la vitesse du vent a dépassé 19,3 km/h au cours de l’année.

Pour ce qui est des données de précipitations totales quotidiennes/neige au sol, vous pouvez là encore consulter les données climatiques historiques du gouvernement du Canada de la station météorologique la plus rapprochée de la pile de stockage, ou utiliser les données d’une station météorologique sur place. Si vous utilisez des données climatiques téléchargées, vous devrez télécharger un fichier CSV annuel qui contient les données météorologiques quotidiennes. Vous devrez ensuite entrer ces données dans l’onglet « Données de précipitations ». Il est possible que certaines données soient manquantes dans les fichiers téléchargés. Si les données manquantes représentent moins de 10 % des données annuelles totales, vous pouvez soit ignorer les données manquantes, soit estimer les données quotidiennes manquantes en calculant la moyenne de la dernière valeur mesurée immédiatement avant les données manquantes et de la première valeur après les données manquantes. Si l’ensemble de données présente des lacunes importantes (plus de 10 % de données manquantes), veuillez communiquer avec nous pour établir l’approche à préconiser pour le site.

Méthode B : érosion éolienne industrielle selon l’AP‑42 de l’USEPA

Le calculateur d’émissions utilise cette méthode pour estimer les émissions totales d’une zone plate et exposée, ou d’une pile de stockage plate fréquemment perturbée. La méthode B s’avère plus précise dans ces scénarios car elle tient compte du nombre de perturbations annuelles et du potentiel d’érosion de la pile de stockage. La méthode permet le calcul du total des émissions entre les perturbations de la pile de stockage, et le facteur d’émission annuel total équivaut à la somme des différents épisodes d’érosion.

Calculez le FE pour chaque classe granulométrique à l’aide de l’équation suivante :

FE [g/m2] = k x ∑NPi

Où :

Une perturbation est une action qui entraîne l’exposition de matériaux de surface frais, par exemple l’ajout ou le retrait de matériaux.

Le facteur d’émission est multiplié par la superficie active de la pile de stockage plate ou de la zone exposée, ce qui permet de calculer la quantité d’émissions annuelles de particules résultant de l’érosion éolienne.

Pour estimer le potentiel d’érosion entre chaque perturbation, il faut établir un seuil de vitesse de friction u*t pour l’agrégat ou pour le matériau érodable de la pile de stockage, ainsi qu’une vitesse de friction u* calculée en fonction des données de vitesse du vent à l’échelle locale.

La méthode B suppose que les émissions dues à l’érosion éolienne sont nulles (le potentiel d’érosion P est de zéro) lorsque la vitesse du vent est relativement faible, et que la vitesse de friction calculée est inférieure au seuil de vitesse de friction (u* ≤ u*t) :

            P = 0 si (u* ≤ u*t)

Où :

Cependant, l’érosion éolienne occasionnera des émissions de particules si la vitesse de friction est supérieure au seuil de vitesse de friction. Dans ce cas, le potentiel d’érosion P peut être calculé à l’aide de l’équation suivante :

            P = 58 x (u* - u*t)2 + 25 x (u* - u*t)

Où :

Pour ce qui est du seuil de vitesse de friction (u*t) d’un matériau donné, des valeurs par défaut sont fournies dans le calculateur d’émissions (tableau 2), avec la possibilité pour l’utilisateur d’entrer un seuil de vitesse de friction propre au site si celui‑ci est connu. Le chapitre 13.2.5 de l’AP‑42 de l’USEPA [pdf][en anglais seulement] comprend une procédure de terrain pour déterminer le seuil de vitesse de friction.

Tableau 2 : Seuils de vitesse de friction par défaut utilisés dans le calculateur pour la méthode B (USEPA, 2006)
Matériau de la pile de stockage Seuil de vitesse de friction (m/s)
Morts-terrains 1,02
Scories 1,33
Pile de charbon broyé 0,55
Pile de charbon non croûté 1,12
Voies de grattoire sur pile de charbon 0,62
Poussière fine de charbon sur socle en béton 0,54

Lorsqu’il est question d’une pile de stockage plate, la vitesse de friction (u*) est estimée à partir des données horaires locales sur le vent en utilisant l’équation suivante :

            u* = 0,053 x u+10

Où u+10 correspond au vent du mile le plus rapide d’un anémomètre de référence situé à 10 mètres de hauteur pour la période entre les perturbations.

Pour estimer le vent du mile le plus rapide, utilisez les données horaires sur le vent de la station météorologique la plus rapprochée provenant du site des données climatiques historiques du gouvernement du Canada, ou les données d’une station météorologique sur place. Multipliez la vitesse maximale du vent mesurée entre les perturbations par 1,24 pour estimer le vent du mile le plus rapide (OMM, 2010).

Vous pouvez consulter le site des données climatiques historiques du gouvernement du Canada pour obtenir les données horaires de vitesse du vent pour la station météorologique la plus rapprochée de la pile de stockage. Vous pouvez également utiliser les données d’une station météorologique sur place. Si vous utilisez des données téléchargées, vous devrez télécharger 12 fichiers CSV mensuels distincts afin de compiler les données météorologiques pour l’année de déclaration. Vous devrez ensuite entrer ces données dans l’onglet « Données horaires de vitesse ». Il est possible que certaines données soient manquantes dans les fichiers téléchargés. Si les données manquantes représentent moins de 10 % des données annuelles totales, vous pouvez soit ignorer les données manquantes, soit estimer les heures manquantes en calculant la moyenne de la dernière valeur mesurée immédiatement avant les données manquantes et de la première valeur après les données manquantes. Si l’ensemble de données présente des lacunes importantes (plus de 10 % de données manquantes), veuillez communiquer avec ECCC pour établir l’approche à préconiser pour le site.

Techniques antipollution et estimation de l’efficacité des contrôles

L’élaboration de la méthodologie de l’AP-42 pour la méthode B est fondée sur les matériaux secs, exposés et ayant un potentiel d’érosion limité. Nous avons donc incorporé un coefficient d’ajustement pour l’atténuation naturelle provenant des précipitations totales (Somme de la pluie totale et de l'équivalent en eau de la neige totale en mm) ou de la neige au sol dans le calculateur d’émissions. Notez que la méthode A comprend déjà un ajustement pour l’atténuation naturelle (précipitations totales ainsi que la neige au sol). Cependant, d’autres techniques de contrôle peuvent également être appliquées aux piles de stockage évaluées à l’aide de la méthode A.

En plus de l’atténuation des poussières provenant des précipitations totales/neige au sol, il est possible d’ajuster le taux d’émissions non contrôlées pour tenir compte des mesures de contrôle mises en œuvre au site. Le calculateur d’émissions comporte un certain nombre de valeurs par défaut pour l’efficacité des techniques courantes (tableau 3), ou vous pouvez entrer un coefficient de contrôle spécifique au site. Si plus d’une technique est utilisée pour une zone donnée, vous devriez définir l’efficacité des contrôles spécifiques au site.

Tableau 3 : Techniques de contrôle des émissions et efficacité par défaut des contrôles pour les techniques courantes
Technique de contrôle Pourcentage de l’efficacité de la technique de contrôle (%) Référence
Application d’eau 50 à 95
(selon le taux d’application quotidien)		 MDAQMD, 2000
Abri à trois côtés 75 WRAP, 2006
Application de suppresseur ou de gravier 84 WRAP, 2006
Rétablissement de la végétation ou application d’une culture de couverture 90 WRAP, 2006

Calcul des émissions des métaux de la partie 1

Vous devrez peut‑être prendre en compte la teneur en métal des particules qui sont rejetées dans l’air en raison de l’érosion éolienne. Le calculateur d’émissions fournit une liste des métaux de la partie 1 de l’INRP pour vous permettre de saisir les données sur la concentration en métaux, en partie par million (ppm) ou en pourcentage (%), et ainsi d’estimer les émissions atmosphériques de métaux. Si la composition des particules rejetées dans l’air n’est pas disponible, vous pouvez utiliser les concentrations de métaux de la matière en vrac pour estimer les rejets atmosphériques des substances métalliques inscrites à l’INRP.

Références

AMEC Earth & Environmental, une division de AMEC Americas Limited. Activity data and emission factors for estimating fugitive particulates from the aggregate mining and rock quarrying sector - Final Report. INRP, 2007. [en anglais seulement]

Australian National Pollutant Inventory. Emission estimation technique manual for fugitive emissions, version 2.0. 2012. (http://www.npi.gov.au/resource/emission-estimation-technique-manual-fugitive-emissions-0)

Buonicore et Davis. Air Pollution Engineering Manual, chapitre 4, 1re édition, A&WMA, New York, États‑Unis. 1992. (https://www.awma.org/store_product.asp?prodid=110)

[MDAQMD]. Mojave Desert Air Quality Management District Emissions Inventory Guidance Mineral Handling and Processing Industries. 2000. (https://avaqmd.ca.gov/files/d40533505/Mineral+Handlin+Guide.pdf)

Organisation météorologique mondiale (OMM), Guidelines for Converting Between Various Wind Averaging Periods in Tropical Cyclone Conditions, août 2010. (https://www.wmo.int/pages/prog/www/tcp/documents/WMO_TD_1555_en.pdf)

United States Environmental Protection Agency (USEPA). AP-42 Emission Factor Compilation Background Document for AP-42 Section 11.2.7 Industrial Wind Erosion. 1988. (https://www3.epa.gov/ttn/chief/ap42/oldeditions/4th_edition/ap42_4thed_suppb_sept1988.pdf)

USEPA. AP-42 Industrial Wind Erosion, chapitre 13.2.5, AP-42, Compilation of Air Pollutant Emission Factors, volume 1, Stationary Point and Area Sources. 2006. (https://www3.epa.gov/ttn/chief/ap42/ch13/index.html)

USEPA. Meteorological Monitoring Guidance for Regulatory Modeling Applications. 2000. (https://www3.epa.gov/scram001/guidance/met/mmgrma.pdf)

[WRAP]. Western Regional Air Partnership. Fugitive Dust Control Measures Applicable for the WRAP Fugitive Dust Handbook. 2006. (https://www-archive.env.nm.gov/wp-content/uploads/sites/2/2017/02/WRAP_FDHandbook_Rev_06.pdf)

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