Inventaire des émissions de carbone noir du Canada, 2016 : chapitre 2

2. Émissions de carbone noir au Canada

En 2014, environ 43 kilotonnes (43 kt) de carbone noir ont été émises au Canada (tableau 1). Les émissions sont regroupées en fonction de leur source :

• Sources industrielles
• Sources non industrielles
• Sources mobiles

Les émissions de carbone noir dans le secteur industriel représentent 8,5 % (3,7 kt) du total des émissions. L’industrie pétrolière en amont en est une source importante, avec 6,3 % (2,7 kt) du total des émissions. Les méthodes d’estimation sont décrites à la section 2.1.

Les sources non industrielles sont la deuxième source d’émissions de carbone noir au Canada, représentant des émissions de 13 kt, soit 29,6 % du total des émissions. C’est la combustion de bois -secteur résidentiel qui contribue le plus à cette catégorie, avec 12 kt d’émissions, soit 27 % du total. Le bois est un combustible abondant au Canada; on estime que 14 millions de tonnes de bois sont brûlées annuellement dans les foyers canadiens. Des renseignements supplémentaires sur les méthodes d’estimation figurent à la section 2.2.

Les sources mobiles constituent de loin la source la plus importante de carbone noir au Canada, représentant 27 kt (61,9 %) du total des émissions en 2014. Les moteurs diesel hors route représentent un peu moins du tiers (32 % ou 14 kt) du total des émissions. L’autre source mobile importante est aussi liée aux moteurs diesel, mais utilisés pour le transport sur route, qui représentent 8,6 kt (20 %) du total des émissions. Vous trouverez de plus amples renseignements au sujet des méthodes d’estimation à la section 2.3.

Nous avons ajouté les émissions des sources suivantes, absentes du premier inventaire : industrie des produits du bois; production d’électricité; combustion de sources fixes dans l’industrie du commerce, de l’agriculture et de la construction; et combustion de combustibles (autre que le bois) dans le secteur résidentiel. Ces améliorations sont décrites à la section 2.5, et les améliorations à venir sont décrites à la section 3.

En général, on calcule les émissions de carbone noir à partir des émissions de PM_2,5 découlant des processus de combustion et la proportion de carbone noir présente dans les PM_2,5. Dans le cas des moteurs diesel, par exemple, les taux d’émission de PM_2,5 par unité d’énergie sont relativement élevés, et la proportion de carbone noir présente dans ces émissions de PM_2,5 est également relativement élevée. Au Canada, ce sont les sources mobiles qui utilisent la plus grande partie du carburant diesel, notamment pour des applications hors route. Les autres sources de combustion dont les émissions de PM_2,5 sont élevées comprennent les unités de combustion à combustible solide, comme les chaudières à charbon et à bois. En général, les sources industrielles sont dotées de dispositifs hautement efficaces de contrôle des émissions de PM_2,5, dont l’efficacité est souvent supérieure à 90 %. C’est pourquoi leurs émissions de PM_2,5 sont inférieures à celles d’autres sources. Par contre, l’équipement de petite taille, très différent, utilisé pour la combustion de bois dans le secteur résidentiel (foyers, poêles à bois ou chaudières) n’est pas aussi efficace sur le plan du contrôle des émissions de PM_2,5 que les unités de plus grande taille, nonobstant les différents types de combustible et de méthodes de brûlage utilisés pour la combustion du bois de chauffage. En raison de l’absence de traitement des gaz de cheminée, les dispositifs résidentiels de combustion au bois représentent les sources les plus importantes d’émissions de PM_2,5 découlant de la combustion, au Canada. Toutefois, les émissions de carbone noir découlant de la combustion de bois dans le secteur résidentiel ne représentent que le tiers des émissions découlant des sources mobiles en raison du faible rapport CN/PM_2,5 des dispositifs de combustion à bois par rapport aux moteurs diesel.

2.1 Sources industrielles

Les sources industrielles comprennent les industries de l’extraction et du traitement des ressources primaires et l’industrie de la fabrication. Aux fins du présent inventaire, on a tenu compte des émissions de carbone noir des industries suivantes :

• Industrie de l’aluminium
• Industrie du ciment et du béton
• Fonderies
• Exploitation de mines et de carrières
• Industrie des pâtes et papiers
• Industrie pétrolière en amont
• Industrie des produits du bois (nouveauté de l’édition 2016)

On s’attend à ce que plus de secteurs soient couverts et à ce que les sources d’émissions soient plus détaillées dans les prochains inventaires.

Les émissions industrielles de PM_2,5 sont produites par la combustion et par d’autres sources; cependant, seules les émissions de PM_2,5 provenant de la combustion contiennent des quantités importantes de carbone noir. Lorsqu’elles étaient faciles à obtenir, les données relatives aux émissions de PM_2,5 provenant de la combustion ont été combinées aux rapports CN/PM_2,5 pour estimer les émissions de carbone noir (tableau 2). Par exemple, les données qui permettent de distinguer la combustion (le torchage) des autres sources de PM_2,5 dans l’industrie pétrolière en amont existent (Clearstone, 2014). Dans certains cas cependant, il reste difficile de distinguer les PM_2,5 provenant de la combustion et d’autres sources en raison du manque de données sur les activités (p. ex., quantité de combustible brûlé) et sur les sources autres que la combustion (p. ex., poussière de roche dans une mine). On se base alors sur l’avis d’experts qui connaissent les procédés industriels pour distinguer les PM_2,5 produites par la combustion et par d’autres sources.

Parmi toutes les activités industrielles figurant dans le présent inventaire, le secteur de l’industrie pétrolière en amont représente la part la plus importante (6,3 % ou 2,7 kt) des émissions de carbone noir (figure 1). Les émissions sont regroupées selon les catégories suivantes :

• Transport de liquides pétroliers
• Production de pétrole brut léger/moyen
• Forage de puits
• Maintenance de puits
• Essai des puits
• Production de gaz naturel
• Traitement du gaz naturel
• Production à froid de pétrole brut lourd
• Élimination et traitement des déchets

Même si, pour 2014, les émissions de PM_2,5 provenant de sources industrielles (25 kt; voir tableau 2) sont environ la moitié de celles des sources mobiles (47 kt; voir tableau 4), les émissions de carbone noir provenant de sources industrielles (3,7 kt) sont beaucoup plus faibles que celles provenant des sources mobiles (27 kt). L’importance relativement réduite des émissions de carbone noir provenant de sources industrielles est due au faible rapport CN/PM_2,5 propre à plusieurs sources industrielles de PM_2,5, comparé à celui des moteurs au diesel. Les émissions de carbone noir provenant du secteur des mines et des carrières sont plus importantes, parce que des mines en région éloignée génèrent l’électricité dont elles ont besoin à l’aide de moteurs au diesel.

Les moteurs diesel hors route sont utilisés dans de nombreux secteurs industriels comme l’exploitation de mines et de carrières ainsi que le forage, la maintenance et la mise à l’essai de puits. Les émissions de ces moteurs sont incluses dans les estimations des sources mobiles, sous « Transport hors route - Diesel ».

Le rapport de l’IEPA (Environnement et Changement climatique Canada, 2016) fournit des renseignements supplémentaires sur la préparation des estimations des émissions de PM_2,5 provenant de sources industrielles.

Figure 1 : Émissions de carbone noir - Sources industrielles (2014)

2.2 Sources non industrielles

Parmi les sources non industrielles, on inclut la combustion de combustibles du secteur commercial, la combustion de combustibles (bois et autres) du secteur résidentiel, la combustion de sources fixes dans l’agriculture, la production de chaleur dans l’industrie de la construction et la production d’électricité des services publics. La plus grande partie des émissions de ces sources sont dues à la combustion dans de grandes chaudières commerciales efficaces ou dans des foyers ou des poêles à bois résidentiels, plus petits et moins efficaces. Le rapport de cette année couvre les sources suivantes :

• Combustion de combustibles du secteur commercial (nouveau dans l’inventaire 2016)
• Production d’électricité (services publics) (nouveau dans l’inventaire 2016)
• Combustion de combustibles (autres que le bois) dans le secteur résidentiel (nouveau dans l’inventaire 2016)
• Combustion de bois - secteur résidentiel
• Combustion de sources fixes dans l’agriculture (nouveau dans l’inventaire 2016)
• Combustion de combustibles dans l’industrie de la construction (nouveau dans l’inventaire 2016)

Les grandes sources de carbone noir sont celles qui émettent de grandes quantités de PM_2,5 ou pour lesquelles le rapport CN/PM_2,5 est grand.

Dans l’ensemble, les poêles à bois, les chaudières et les foyers résidentiels représentent la plus grande partie des émissions de carbone noir de sources non industrielles (figure 2), avec environ 12 kt ou 27 % de l’ensemble des émissions de carbone noir. La quantité relative de bois brûlé dans chaque type de dispositif de combustion à bois est déterminante dans le total des émissions. Les chaudières, même si elles ont émis moins de PM_2,5 que d’autres dispositifs en 2014, comptent pour la plus grande proportion d’émissions de carbone noir pour ce qui est de la combustion de bois - secteur résidentiel, car le rapport CN/PM_2,5 représente plus de deux fois celui d’autres appareils alimentés au bois (tableau 3). Les poêles à bois classiques ont émis plus de PM_2,5 en 2014, mais arrivent en deuxième position sur le plan des émissions de carbone noir de cette source, car le rapport CN/PM_2,5 est plus faible.

La deuxième source d’émissions de carbone noir dans cette catégorie est la combustion de combustibles dans le secteur commercial, qui compte pour 0,83 kt (1,9 %) des émissions totales de carbone noir.

La combustion de combustibles autres que le bois (dans les secteurs commercial, résidentiel, agricole et de la construction) représente 2,4 % (1,0 kt) du total des émissions de carbone noir en 2014 dans la catégorie des sources non industrielles. Les estimations pour cette catégorie sont basées sur le type et la quantité de combustibles consommés au Canada et le rapport CN/PM_2,5 correspondante pour chaque secteur.

Les émissions de carbone noir provenant de la production d’électricité sont faibles, parce que les grandes installations qui utilisent des combustibles solides sont équipées de dispositifs de contrôle de la matière particulaire. Les émissions de PM_2,5 provenant de combustibles liquides ou gazeux utilisés dans des chaudières ou appareils de chauffage sont faibles. Les grandes installations fixes de production d’électricité utilisent relativement peu de diesel. La couverture de ce secteur est presque complète; les petites sources qui restent (installations plus petites, notamment dans les communautés éloignées qui ne rapportent pas leurs émissions dans l’Inventaire national des rejets de polluants) seront traitées dans les prochains inventaires. Leurs émissions, même si elles sont modestes à l’échelle nationale, pourraient avoir des répercussions régionales importantes dans des régions comme le Nord du Canada.

Figure 2 : Émissions de carbone noir - Combustion de combustibles des secteurs non industriels (2014)

2.3 Sources mobiles

Les sources mobiles comprennent le transport aérien, le transport maritime, les véhicules routiers, le transport hors route et le transport ferroviaire (figure 3). Le transport hors route constitue une source très diversifiée qui comprend le matériel pour pelouses et jardins, les véhicules récréatifs comme les bateaux de plaisance et les motoneiges, le matériel agricole, le matériel de construction et d’exploitation minière ainsi que les génératrices et pompes portables. Les moteurs diesel sur route et hors route sont régis par des normes sur les émissions de matière particulaire et sont équipés de dispositifs de contrôle complexe pour réduire ces émissions. Au fur et à mesure que les nouveaux moteurs équipés de cette technologie remplaceront les moteurs polluants, les émissions de matière particulaire devraient diminuer.

Pour estimer les émissions provenant de sources mobiles, des approches ascendantes ont été adoptées, c.-à-d. des approches qui consistent à obtenir des facteurs d’émission et à les appliquer à des données d’activité ventilées. En général, les coefficients d’émission (par classe d’application, âge, charge et type de combustible), les données d’activité (c.-à-d. les véhicules-kilomètres parcourus ou le nombre d’applications, les heures d’utilisation et le facteur de charge) et les rapports CN/PM_2,5 ont été tirés des modèles et des sources les plus récents. Dans tous les cas, à part celui des véhicules routiers, on a procédé tout d’abord à l’estimation des émissions de PM_2,5 puis, à partir de ces résultats, on a estimé les émissions de carbone noir. En ce qui concerne les véhicules routiers, le système de modélisation Motor Vehicle Emission Simulator (MOVES) (U.S. EPA, 2014-2) rapporte directement les estimations de carbone noir, de sorte qu’une seule étape était nécessaire pour estimer les émissions de PM_2,5 et de carbone noir. Les méthodes d’estimation des émissions de PM_2,5 de sources mobiles sont décrites dans le rapport de l’IEPA (Environnement Canada, 2015).

Les grandes sources de carbone noir sont celles qui émettent de grandes quantités de PM_2,5, ou celles dont le rapport CN/PM_2,5 est grand, comme dans le cas des moteurs hors route. Les moteurs hors route représentent la plus grande source (33 %) d’émissions de carbone noir au Canada, avec 14 kt en 2014. Les moteurs hors route émettent d’importantes quantités de PM_2,5, tandis que les moteurs diesel présentent les rapports CN/PM_2,5 les plus élevés (tableau 4). Par conséquent, les moteurs diesel hors route représentent presque toutes les émissions de l’utilisation de carburant hors route, ou environ la moitié (51 %) des émissions de carbone noir des sources mobiles. Les sources mobiles sur route représentent 8,6 kt des émissions, soit 32 % de toutes les émissions de carbone noir des sources mobiles au Canada.

Figure 3 : Émissions de carbone noir - Sources mobiles (2014)

2.4 Utilisation des émissions rapportées par les installations

Seules les émissions de PM_2,5 résultant de la combustion contiennent une quantité significative de carbone noir. Dans l’IEPA, les estimations de PM_2,5 sont calculées à partir de sources de données diverses, notamment des estimations d’émissions rapportées par les installations canadiennes à l’Inventaire national des rejets polluants (INRP). Pour les sources qui ne sont pas complètement couvertes par les estimations de PM_2,5 rapportées à l’INRP en raison des seuils de signalement, les émissions de PM_2,5 sont quantifiées à partir des données, des statistiques et des coefficients d’émissions pour les différentes activités. Pour le présent inventaire, toutes les émissions des sources industrielles sont estimées à partir des données des installations, sauf pour l’industrie pétrolière et gazière en amont, où les données rapportées par les installations sont combinées avec les résultats d’une étude indépendante. Parmi les sources non industrielles, la production d’électricité est estimée à partir des données des installations, alors que les émissions de la combustion de combustibles dans les secteurs agricole, de la construction et résidentiel (bois et autres) sont estimées à partir des données sur la consommation de carburant et les technologies de combustion. La combustion de combustibles dans le secteur commercial est estimée à partir d’une combinaison des données rapportées par les installations et d’autres sources. Les émissions des sources mobiles sont calculées uniquement à partir de sources de données autres que les installations.

Les émissions de PM_2,5 par les cheminées, telles que rapportées par les installations, forment la base de l’estimation des émissions de carbone noir. Pour chaque cheminée, on a appliqué le ou les coefficients de spéciation adéquats aux émissions de PM_2,5 dues à la combustion (annexe C). On a ensuite additionné les émissions à l’échelle des installations, puis à l’échelle du secteur.

2.5 Nouveaux calculs et exhaustivité

Au fur et à mesure que de nouvelles données et méthodologies sont disponibles, on recalcule les estimations des émissions des éditions antérieures de l’inventaire. Plusieurs changements sont survenus dans la méthodologie depuis la première édition, ce qui a entraîné un nouveau calcul des émissions de 2013. Les tableaux 5 à 7 décrivent les changements apportés à l’inventaire du carbone noir.

Il est difficile d’évaluer quantitativement l’exhaustivité de l’inventaire, parce que des analyses détaillées de toutes les sources n’ont pas encore été effectuées. On estime que les sources incluses dans le présent inventaire comptent pour au moins 90 % des émissions de carbone noir d’origine anthropique au Canada, puisque les sources de combustion les plus importantes, de même que celles pour lesquelles il existe peu de dispositifs de contrôle des émissions de PM_2,5, sont prises en compte. Les tableaux qui suivent donnent une estimation de la couverture de chaque secteur; des mesures seront prises pour améliorer cette couverture dans les prochains inventaires.

2.6 Sources d’incertitude

Les incohérences entre les définitions et les mesures constituent une source d’incertitude lorsqu’on dresse l’inventaire de carbone noir (Bond et al., 2013). En effet, les scientifiques suivent différentes méthodes pour mesurer les émissions de particules de carbone noir près des sources et dans l’atmosphère; par conséquent, les quantités mesurées ne sont pas strictement comparables.

Bien que l’on ne dispose pas de chiffres exacts à ce sujet, l’incertitude concernant les estimations de carbone noir dans cet inventaire est principalement attribuable à l’incertitude relative aux rapports CN/PM_2,5. Il y a une grande variabilité sur le plan de la taille des échantillons de mesure utilisés pour calculer ces rapports; les mêmes rapports sont par défaut appliqués à plusieurs technologies différentes. Par exemple, on utilise le rapport CN/PM_2,5 du diesel pour les carburants de turbomoteurs, parce qu’on ne connaît pas leur rapport CN/PM_2,5. De la même façon, le même rapport CN/PM_2,5 est appliqué à tous les appareils résidentiels de combustion du bois, à l’exception des chaudières à bois (annexe C, tableau C-2). Le raffinement des rapports CN/PM_2,5 devrait s’améliorer avec l’apparition de nouvelles méthodes de mesure.

L’incertitude est élevée lorsqu’il s’agit de déterminer la proportion des émissions de PM_2,5 qui découle des émissions provenant de la combustion dans les sources industrielles. La principale source de données pour estimer les émissions de PM_2,5 de nombreuses sources industrielles est l’Inventaire national des rejets de polluants (INRP), dont les émissions sont déclarées par les installations, par cheminée, ou comme une valeur globale de l’installation dans son ensemble; il n’y a pas de distinction entre les émissions causées par la combustion et les autres. Il a fallu faire appel à des connaissances techniques pour attribuer un ratio à chaque secteur, avec une précision variable.