Rapport d’inventaire de carbone noir du Canada 2022 : chapitre 3

Élaboration de l’inventaire du carbone noir

Comme mentionné dans l’introduction, l’inventaire du carbone noir (CN) est fondé sur l’Inventaire national des émissions de polluants atmosphériques (IEPA) du Canada (Environnement et Changement climatique Canada [ECCC], 2022). Le présent chapitre fournit une vue d’ensemble de l’élaboration de l’inventaire du carbone noir. Pour consulter les détails de l’élaboration de l’Inventaire national des émissions de polluants, voir le Chapitre 3 de l’IEPA.

3.1 Méthodologie – Le carbone noir comme fraction des matières particulaires d’un diamètre inférieur ou égal à 2,5 microns

Le présent inventaire repose sur deux hypothèses importantes : le carbone noir est surtout émis sous forme de matières particulaires d’un diamètre inférieur ou égal à 2,5 microns (PM2,5) et seules les émissions de PM2,5 résultant de la combustion contiennent une quantité importante de carbone noir. Par conséquent, l’inventaire repose sur la quantité de PM2,5 émise par le procédé de combustion, multipliée par les fractions de CN/PM2,5 propres à chaque type de source. Même si les émissions de PM2,5 provenant des sources autres que la combustion, comme la poussière soulevée par les véhicules sur des routes pavées ou non, ou le vent et la machinerie dans les champs ou les mines à ciel ouvert, peuvent être des sources signifcatives de PM2,5, elles ne sont pas considérées comme des sources de carbone noir dans cette inventaire.

Dans le cas des moteurs diesel, par exemple, les taux d’émission de PM2,5 par unité d’énergie sont relativement élevés, et la proportion de carbone noir présente dans ces PM2,5 est également relativement élevée. Au Canada, ce sont les sources mobiles qui utilisent la plus grande partie du carburant diesel, incluant des applications hors route. Les autres sources de combustion dont les émissions de PM2,5 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 de réduction des émissions de PM2,5 par les chaudières, dont la grande efficacité est souvent de l’ordre des 90 %. C’est pourquoi leurs émissions de PM2,5 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 de la réduction des émissions de PM2,5 que les unités de plus grande taille, malgré les différents types de combustibles et de méthodes de brûlage utilisés pour la combustion du bois de chauffage. Étant donné la faible efficacité, combinée avec l’absence de traitement des gaz de cheminée pour de nombreux appareils de chauffage au bois résidentiels existants, ces appareils sont de loin la plus grande source d’émissions de PM2,5 liées à la combustion au Canada. Néanmoins, les émissions de carbone noir produites par la combustion de bois dans le secteur résidentiel ne représentent qu’un peu plus que le tiers des émissions découlant des sources mobiles en raison du faible rapport CN/PM2,5 des appareils de chauffage au bois par rapport aux moteurs diesel.

L’ensemble de données permettant de recenser les différents composants des PM2,5 émises par une source précise (p. ex. les émissions de moteurs diesel), dont le carbone noir et le carbone organique (CO), est communément appelé « profil de spéciation ». La plupart des profils de spéciation contiennent une fraction de carbone élémentaire; cette fraction est habituellement utilisée comme valeur de substitution permettant de quantifier les émissions de carbone noir. Le présent inventaire repose principalement sur la base de données SPECIATE de l’Environmental Protection Agency des États-Unis (U.S. EPA, 2014) pour le calcul des émissions de carbone noir à partir des données d’émissions de PM2,5 découlant de la combustion. Plusieurs profils de spéciation de PM2,5 sont propres aux procédés ou aux technologies de combustion (p. ex., types d’appareils pour la combustion de bois dans le secteur résidentiel), au type de combustible (p. ex. diesel, essence, gaz naturel) ou à l’application (p. ex. utilisation du gaz naturel pour la production d’électricité).

Lorsqu’elles étaient faciles à obtenir, les données sur les émissions de PM2,5 issues de la combustion ont été directement combinées aux fractions CN/PM2,5 pour estimer les émissions de carbone noir (Annexe 2). Toutefois, dans certains cas, il reste difficile de distinguer les PM2,5 provenant de la combustion de celles d’autres sources en raison du manque de données sur les activités (p. ex. quantité de combustible brûlé) et les sources autres que la combustion (p. ex. poussière de roche dans une mine). L’avis d’experts qui connaissent les activités pertinentes est alors pris en compte pour distinguer les PM2,5 produites par la combustion de celles produites par d’autres sources avant l’application des fractions CN/PM2,5.

Pour estimer les émissions provenant de sources mobiles, des approches ascendantes ont été adoptées, c.-à-d. des approches qui consistent à appliquer des coefficients d’émissions propres au carburant à des données d’activité ventilées, par exemple des données sur les véhicules ou l’équipement classé par catégorie, âge, année modèle et type de carburant. Dans la plupart des cas, l’estimation des émissions de PM2,5 a d’abord été faite et, par la suite, les fractions CN/PM2,5 ont été appliquées. Les méthodes d’estimation des émissions de PM2,5 de sources mobiles sont décrites dans le rapport de l’IEPA (ECCC, 2022).

3.2 Utilisation des émissions déclarées par les installations

Seules les émissions de PM2,5 découlant de la combustion contiennent une quantité importante de carbone noir. Dans l’IEPA, les estimations de PM2,5 sont calculées à partir de sources de données diverses, notamment des estimations d’émissions fournies par les installations canadiennes à l’Inventaire national des rejets de polluants (INRP). Dans le cas des sources qui ne sont pas toutes visées par les estimations de PM2,5 déclarées à l’INRP, les émissions de PM2,5 sont quantifiées à l’aide des données, des statistiques et des coefficients d’émissions pour les différentes activités. Aux fins du présent inventaire, les émissions découlant des sous-secteurs Fabrication, Production d’électricité ainsi que Minerais et industries minérales sont estimées à partir des données des installations. Les estimations pour l’industrie pétrolière et gazière reposent sur les données déclarées par les installations combinées avec les résultats d’études indépendantes (EC, 2014; ECCC, 2017; Quadram, 2019). Les émissions provenant de l'utilisation de combustibles dans les secteurs agricole, de la construction et du résidentiel (bois et autres) sont estimées d’après les données sur la consommation de combustibles et les technologies de combustion. Quant à la combustion de combustibles dans le secteur commercial, elle est estimée à l’aide d’une combinaison de données fournies par les installations et d’autres sources.

Les émissions de PM2,5 par les cheminées, telles que déclarées par les installations, forment la base de l’estimation des émissions de carbone noir. Pour chaque cheminée, le ou les coefficients de spéciation adéquats aux émissions de PM2,5 dues à la combustion (Annexe 2) ont été appliqués. Ensuite, les émissions à l’échelle des installations, puis à l’échelle des secteurs, ont été additionnées.

3.3 Recalculs

À mesure que de nouvelles données et méthodes sont disponibles, les estimations des émissions figurant dans les versions antérieures de l’inventaire sont recalculées. Le Tableau 3–1 présente les principales améliorations apportées aux méthodes d’estimation pour l’inventaire de cette année.

Tableau 3–1 : Résumé des changements, du perfectionnement ou des améliorations méthodologiques
Description Impacts sur les émissions
Minerais et industries minérales

Des recalculs ont été effectués dans les secteurs de l'Industrie de l'aluminium pour les années 2013 à 2019 grâce à une méthode révisée de déclaration des émissions de PM2,5 par le secteur et à une meilleure compréhension des processus dans ces secteurs, ce qui a permis une attribution plus précise des facteurs de spéciation.

Les recalculs effectués pour le secteur de l'Industrie de l'aluminium ont porté sur toutes les années de la série chronologique, allant d'une diminution maximale de 0,95 tonne (2,1 %) en 2014 à une augmenation maximale de 0,28 tonne (0,55 %) en 2013.

Industrie pétrolière et gazière

Des recalculs ont été effectués à la suite de mises à jour apportées à la méthodologie utilisée pour estimer les émissions par torchage provenant des activités pétrolières et gazières en Saskatchewan. La méthodologie mise à jour utilise les volumes de gaz torchés déclarés par l'exploitant (SK MER, 2013-2020) et les données sur la composition du gaz par catégorie fournies par le ministère de l'Énergie et des Ressources de la Saskatchewan (SK MER, 2021), ce qui permet de témoigner de la variabilité régionale dans la province. À l'aide des données sur la composition des gaz, le pouvoir calorifique supérieur (PCS) est calculé pour chaque catégorie de production, ce qui permet l'estimation directe des émissions de carbone noir à l'aide de la relation empirique entre le PCS et les émissions de carbone noir établie par l'étude de Quadram (2019). Cette méthodologie est utilisée pour estimer les émissions de carbone noir provenant du torchage en Saskatchewan pour les secteurs pétroliers et gaziers suivants : Production et traitement de gaz naturel, Production de pétrole brut/moyen, Production à froid de pétrole brut et Production in situ des sables bitumineux.

Ces recalculs ont entraîné des révisions à la hausse en ce qui concerne les émissions pour les secteurs du pétrole et du gaz pour toutes les années (de 2013 à 2019), allant de 330 tonnes (14,5 %) en 2019 à 649 tonnes (26,4 %) en 2014.
Fabrication

Des recalculs ont été effectués dans le secteur de l'Industrie des pâtes et papiers et dans le secteur de l'Industrie du bois pour les années 2016 à 2019 en raison d'une révision à la méthode de déclaration des émissions de PM2,5 par les installations.

Les recalculs dans le secteur de l'Industrie des pâtes et papiers et dans le secteur de l'Industrie du bois ont varié d'une diminution maximale de 1,3 tonne (0,72 %) en 2016 à une augmentation maximale de 23 tonnes (15 %) en 2019.
Transport et équipements mobiles – Transport ferroviaire

Des recalculs ont été effectués pour le secteur du transport ferroviaire. Les données provinciales sur les activités ont été mises à jour pour refléter la quantité de carburant consommée dans une région géographique, alors que le modèle précédent était fondé sur le carburant fourni à une région géographique.

Les recalculs relatifs au modèle ferroviaire n’ont pas eu d’incidence importante sur les données nationales, mais ils ont donné lieu à une réaffectation du carburant entre les provinces, ce qui a entraîné d’importants recalculs provinciaux.

Commercial-résidentiel-institutionnel – Combustion de bois – résidentiel

Des recalculs ont été effectués dans les secteurs commercial/institutionnel et résidentiel pour toutes les années remontant jusqu'à 2013. Ces recalculs ont été effectués en raison de la mise à jour des données sur la consommation de carburant dans le Bulletin sur la disponibilité et écoulement d'énergie au Canada et l'Enquête sur les ménages et l'environnement.

Les recalculs ont entraîné des changements allant de -7 kt en 2015 à 166 kt en 2018. Les recalculs pour 2019 ont donné lieu à une augmentation de 62 kt.

3.4 Sources d’incertitudes

Une source importante d’incertitudes associée aux inventaires sur le carbone noir est les incohérences retrouvées entre les définitions et les mesures de carbone noir (Bond et al., 2013). En effet, les scientifiques suivent différentes méthodes pour mesurer les émissions de particules de carbone noir à la source et dans l’atmosphère. Par conséquent, les quantités mesurées ne sont pas rigoureusement comparables.

Bien qu’elle ne soit pas quantifiée, l’incertitude concernant les estimations de carbone noir dans le présent inventaire découle en partie de l’incertitude relative aux fractions CN/PM2,5. Il existe une grande variabilité sur le plan de la taille des échantillons de mesures utilisés pour calculer ces fractions; les mêmes fractions peuvent, par défaut, être appliquées à plusieurs technologies différentes. Par exemple, pour les carburants de turbomoteurs dans les avions à réaction, la fraction CN/PM2,5 du diesel est utilisée parce que leur fraction CN/PM2,5 est inconnue. De la même façon, une seule fraction CN/PM2,5 est appliquée à tous les appareils résidentiels de combustion du bois, à l’exception des chaudières à bois (Annexe 3, Tableau A3–1). L’amélioration des fractions CN/PM2,5 repose sur de nouvelles mesures. Il a fallu faire appel à des connaissances techniques et au jugement fondé sur des renseignements accessibles limités (comme le nom des cheminées) pour attribuer une fraction à chaque secteur et type d’équipement, avec une précision variable.

L’incertitude est considérable lorsqu’il s’agit de déterminer la proportion des émissions de PM2,5 qui découle des émissions provenant de la combustion dans les sources industrielles. La principale source de données pour estimer les émissions de PM2,5 de nombreuses sources industrielles est l’INRP, auquel les émissions sont déclarées par les installations, par cheminée, ou comme une valeur globale de l’installation dans son ensemble, sans distinction entre les émissions causées par la combustion et les autres. Pour certains secteurs (comme Aluminium, Pâtes et papiers et Industries du ciment et du béton), les émissions de PM2,5 sont supposées découler de la combustion lorsque les émissions de CO et de NOx provenant de la même cheminée sont déclarées. Cette hypothèse contribue à l’incertitude globale.

3.5 Considérations relatives aux prochains rapports d’inventaire

À l’avenir, outre la couverture et l’exactitude des estimations des émissions, les aspects suivants seront améliorés :

Références, Chapitre 3, Élaboration de l’inventaire du carbone noir

Bond TC, Doherty SJ, Fahey DW, Forster PM, Berntsen T, DeAngelo BJ, Flanner MG, Ghan S, Kärcher B, Koch D, et al. 2013. Bounding the role of black carbon in the climate system: a scientific assessment. Journal of Geophysical Research. 118(11): 5380-5552.

[EC] Environnement Canada. 2014. Technical report on Canada’s upstream oil and gas industry. Vols. 1–4. Calgary (AB) : Préparé par Clearstone Engineering Ltd.

[ECCC] Environnement et Changement climatique Canada. 2017. An inventory of GHG, CAC and other priority emissions by the Canadian oil sands industry: 2003 to 2015. Vols 1–3. Calgary (AB). Préparé par Clearstone Engineering Ltd.

[ECCC] Environnement et Changement climatique Canada. 2022. Rapport d’inventaire des émissions de polluants atmosphériques du Canada 1990-2020. Rapport du gouvernement du Canada en vertu de la Convention sur la pollution atmosphérique transfrontière à longue distance présenté à la Commission économique des Nations Unies pour l’Europe (mars 2022).

Quadram Engineering Ltd. 2019. A black carbon inventory for gas flaring in Alberta’s upstream oil and gas sector. Rapport inédit. Préparé pour Environnement et Changement climatique Canada.

[SK MER] Saskatchewan Ministry of Energy and Resources. 2013−2020. Saskatchewan fuel, flare and vent [consulté le 16 juillet 2021]. (en anglais seulement).

[SK MER] Saskatchewan Ministry of Energy and Resources. 2021. Gas composition by production class. Inédit. Fourni à Environnement et Changement climatique Canada [13 juillet 2021].

Statistique Canada. 2017. Enquête sur les ménages et l’environnement, 2017. [consulté le 13 septembre 2019].

 [U.S. EPA] Environmental Protection Agency des États-Unis. 2014a. SPECIATE 4.4. [consulté le 12 février 2021]. (en anglais seulement).

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