Rapport sur l'inventaire des émissions du programme de surveillance conjoint des sables bitumineux

Avril 2016

Sommaire

Le Plan de mise en oeuvre conjoint du Canada et de l’Alberta pour la surveillance visant les sables bitumineux (SSB) a qualifié les inventaires des émissions atmosphériques d’outil essentiel pour obtenir des renseignements exacts sur les émissions rejetées dans atmosphère découlant de toutes les activités relatives à l’exploitation des sables bitumineux. Ces renseignements sont nécessaires pour bien comprendre les répercussions des activités entourant les sables bitumineux sur l’environnement avoisinant. Des inventaires à jour et détaillés des émissions atmosphériques constituent aussi des donnés clés pour la modélisation de la qualité de l’air.

Dans le cadre de la SSB, le modèle Global Environnemental Multi-échelle - Modélisation de la qualité de l'Air et de la Chimie (GEM-MACH) d'Environnement et Changement climatique Canada est utilisé afin de fournir des prévisions haute résolution de la qualité de l'air (QA) dans la région des sables bitumineux. Il est aussi utilisé pour améliorer la compréhension de la science sous-jacente reliée aux émissions libérées par les sables bitumineux et au comportement que celles-ci ont dans l'environnement. L’utilisation du modèle GEM-MACH contribue à l’établissement d’un tableau cohérent des processus qui sous-tendent la qualité de l'air dans la région, reliant les émissions aux concentrations atmosphériques, puis à leur dépôt dans l'environnement.

Au cours des dernières années, le Groupe de travail chargé de l’inventaire des émissions atmosphériques dans le cadre de la SSB a entrepris de recueillir, d’examiner et d’identifier les données actuelles les plus précises traitant des émissions rejetées dans la région des sables bitumineux, et d’améliorer la qualité des données connexes nécessaires à la modélisation. Ces activités ont été menées aux fins de la modélisation avec GEM-MACH et pour guider les activités de surveillance particulières déployées afin de combler les lacunes entourant la connaissance scientifique des émissions causées par les sables bitumineux. Ce travail a abouti à l’élaboration d’un inventaire détaillé, appelé Inventaire des émissions du programme de surveillance conjoint des sables bitumineux (Inventaire SSB). L’Inventaire repose sur une synthèse des meilleures données disponibles en date du 31 octobre 2014, découlant de plusieurs inventaires existants et sources connexes.

Ce rapport expose en détails l'élaboration et la compilation de l'Inventaire SSB, y compris l'identification des sources de données, les procédures de compilation, l’estimé des données manquantes et comment, parmi ces données manquantes, celles priorisées ont été combleés. Ce rapport fournit également des informations de synthèse sur l’Inventaire SSB et la base de données qui l'accompagne, décrit en détails le traitement des émissions qui a été effectué pour obtenir les données nécessaire à la modélisation, et décrit la configuration du système de modélisation GEM-MACH.

L’Inventaire SSB a été élaboré en examinant d’abord l’Inventaire national des rejets de polluants et l’Inventaire des émissions de polluants atmosphériques de 2006 d’Environnement et Changement climatique Canada, de même que les données auxiliaires utilisées pour leur répartition spatiale et temporelle, en fonction des objectifs et des exigences du projet de modélisation avec GEM-MACH pour la région des sables bitumineux. Cet examen a révélé que l’inventaire de modélisation de 2006 ne contenait pas suffisamment de détails ou n’était pas suffisamment à jour en ce qui concerne la zone d’étude des sables bitumineux. Celle-ci est située juste au nord de Fort McMurray, possède une superficie d’environ 100 km par 100 km et fait partie de la région des sables bitumineux d’Athabasca (voir la figure ci-dessous). Les données spécifiques manquantes et d’autres volets requérants des améliorations pour répondre aux besoins de modélisation ont été répertoriés. Ces lacunes furent ensuite hiérarchisées et celles qualifiées « d’importantes » ont fait l’objet d’un examen plus approfondi.

Zone d’étude des sables bitumineux - Inventaire SSB (carré noir)

Zone d’étude des sables bitumineux - Inventaire SSB (carré noir)
Description

La figure montre la province de l’Alberta sur laquelle sont indiqués l’emplacement et la taille relative : (1) de chacune des trois régions d’exploitation des sables bitumineux (Athabasca, Cold Lake et Peace River), (2) les villes de Calgary, Red Deer, Edmonton et Fort McMurray et (3) la « zone d’étude ». Cette zone d’étude est la région pour laquelle des données à jour sur les émissions ont été recueillies, comme il est indiqué dans le présent rapport.

Divers inventaires disponibles ont ensuite été examinés pour tenter de combler ces lacunes, y compris l'examen et l'utilisation de données d'Environnement et Changement climatique Canada, du Alberta Energy Regulator, Alberta Environment and Parks, ainsi que des évaluations des incidences environnementales touchant les installations situées dans la région. Les principaux ensembles de données utilisés dans l'inventaire sont : les émissions horaires libérées par les cheminées mesurées par les systèmes de surveillance des émissions en continu, l’Inventaire du Cumulative Environmental Management Association (CEMA), l'Inventaire des émissions des polluants atmosphériques 2010 et l'Inventaire national préliminaire 2013des rejets de polluants. Ces inventaires représentent les données les plus spécifiques et les plus récentes disponibles pour la zone d'étude de la région des sables bitumineux d'Athabasca.

Bien que l'Inventaire SSB ait été, par nécessité, compilé en combinant des ensembles de données d'inventaire qui couvrent plusieurs années civiles, il vise à représenter les émissions atmosphériques annuelles moyennes pour l'année 2013, et les améliorations apportées visaient expressément les mois d'août et septembre 2013. Ces améliorations ont été apportées afin d'utiliser l'inventaire pour la modélisation de la qualité de l'air à l'appui de la campagne intensive de mesure de l'été 2013 réalisée dans le cadre de la SSB. Par la suite, l’Inventaire SSB fut utilisé à des fins de comparaison avec les estimations des émissions et dans le cadre d’analyses de processus chimiques découlant de la campagne estivale.

L'inventaire SSB vise en particulier les sources d’émissions en provenance des sables bitumineux dans la zone d'étude, mais il englobe aussi les sources d’émissions des sables bitumineux à l'extérieur de la zone d'étude, les sources non associées aux sables bitumineux à l'intérieur et à l'extérieur de la zone d'étude, de même que les sources industrielles et non industrielles pour le reste de la province de l'Alberta. L'Inventaire SSB inclut aussi les sources à l'échelle de l'Amérique du Nord, puisque le système de modélisation GEM-MACH englobe également la majeure partie de l'Amérique du Nord à l'intérieur de son domaine de modélisation le plus étendu. L'Inventaire SCB renferme des données sur les émissions touchant le monoxyde de carbone (CO), les oxydes d'azote (NOx), le dioxyde de soufre (SO2), les matières particulaires de moins de 10 micromètres de diamètre (PM10), les matières particulaires de moins de 2,5 micromètres de diamètre (PM2,5), les composés organiques volatils (COV) totaux et différenciés par espèce et l'ammoniac (NH3).

L'Inventaire SSB représente les meilleures données disponibles pour le Groupe de travail chargé de l'inventaire des émissions atmosphériques dans le cadre de la SSB pour la zone d'étude. Toutefois, puisque l'examen portait essentiellement sur la zone d'étude, d'autres zones des régions d'exploitation des sables bitumineux pourraient nécessiter un examen plus approfondi et un mécanisme d'amélioration. Le tableau ci-dessous présente les émissions industrielles de l'Inventaire SSB pour la zone d'étude et les trois régions d'exploitation des sables bitumineux, ainsi que les émissions totales de l'Alberta (à l'exclusion des sources naturelles). Par espèce, la zone d'étude représentait entre 1 % et 20 % des émissions des principaux contaminants atmosphériques anthropiques à l’échelle de la province. Les trois régions des sables bitumineux combinées représentaient entre 1 % et 24 % des émissions provinciales, ce qui met en relief l'importance des grandes exploitations de sables bitumineux dans la zone d'étude.

Summary Table of Select Emissions for different regions of Alberta
Région CO
(tonnes)
NH3
(tonnes)
NOX
(tonnes)
PM10
(tonnes)
PM2.5
(tonnes)
SO2
(tonnes)
COV
(tonnes)
Portion de la région des SB d’Athabasca - zone d’étude de la SSB 35,444 1,612 63,671 26,959 7,735 66,688 77,780
Toute la région des SB d’Athabasca 69,637 1,612 99,691 28,137 8,362 71,683 95,459
Région des SB de Cold Lake 21,568 Empty 28,224 632 590 3,393 41,280
Région des SB de Peace River 9,900 119 4,419 457 345 3,137 6,480
Total de l’Alberta (excluant les sources naturelles) 1,469,456 117,732 735,865 2,386,663 403,289 332,464 617,650

Nota : Les données sur les émissions représentent l’année 2013 pour les installations situées dans la région des sables bitumineux d’Athabasca , et l’année 2010 pour toutes les autres sources, voir le chapitre 2.

Les données sur les émissions comprises dans l’Inventaire SSB consistent en plusieurs douzaines de fichiers de traitement et de modélisation des émissions. Une base de données Microsoft Access, appelée Base de données de l’Inventaire des émissions dans le cadre de la SSB, a également été développée pour que des portions de l’Inventaire SSB puissent être utilisées par les intervenants non familiers avec les fichiers de processeur et de modélisation des émissions. La base de données renferme toutes les sources industrielles des trois régions d’exploitation des sables bitumineux qui ont été incluses dans l’Inventaire SSB. Elle ne contient pas toutefois toutes les données et tous les renseignements contenus dans l'ensemble de l'Inventaire SSB. La base de données ne fait pas état des sources industrielles en dehors des régions d'exploitation des sables bitumineux, ni des émissions non-industrielles ou mobiles à l'intérieur et à l'extérieur des trois régions d’exploitation des sables bitumineux. Elle ne comprend pas, non plus, les profils temporels, les substituts spatiaux, les fichiers de type du SIG, ou tout autre information de soutien connexe nécessaire au traitement des émissions. Ces sources d'information additionnelles sont disponibles dans le cadre de l'inventaire, mais ne font pas partie en soi de la base de données Microsoft Access.

Les modèles de qualité de l'air, tels que GEM-MACH, ne peuvent utiliser directement les inventaires d'émissions. Pour être utilisables par les modèles, les inventaires doivent être distribués temporellement et spatialement en utilisant une projection géographique et une résolution dictées par le modèle. Ces distributions temporelle et spatiale sont obtenues en utilisant des données auxiliaires et des progiciels appelés systèmes de traitement des émissions.

Le système de traitement des émissions SMOKE (Sparse Matrix Operator Kernel Emissions) a été utilisé sur l'Inventaire SSB pour générer les fichiers de donnés de modélisation nécessaires. Cela incluait la répartition temporelle, la spéciation chimique et la répartition spatiale des émissions. La répartition temporelle a été effectuée pour convertir les taux d'émissions annuelles de l'inventaire en valeurs horaires. La spéciation chimique a été réalisée pour fractionner certains contaminants atmosphériques principaux en espèces modèles individuels, en particulier pour les composés organiques volatils et les matières particulaires. La répartition spatiale a été réalisée pour distribuer les émissions de sources non ponctuelles sur la grille de calcul du modèle.

Plusieurs améliorations méthodologiques ont été apportées pour améliorer l'exactitude et la représentativité du traitement des émissions des installations de la zone d'étude qui rejettent le plus d'émissions. Pour tenir compte de la grande étendue spatiale des six installations minières des sables bitumineux d'Athabasca, un ensemble de 18 substituts spatiaux propres aux installations a été généré pour la répartition des émissions à l'intérieur de chacune de ces installations minières. Des profils temporels mensuels et des profils de spéciation des COV propres aux installations ont également été mis au point pour ces six installations. Une fois le traitement des émissions achevé, les émissions horaires, différenciées par espèce et distribuées spatialement ont ensuite été utilisées par le modèle GEM-MACH.

Trois niveaux d'imbrication spatiale ont été utilisés pour les simulations GEM-MACH. Une grille extérieure avec une longueur de maille de 10 km a été utilisée pour couvrir la majeure partie de l'Amérique du Nord. Une grille intermédiaire de 10 km avec orientation différente a été utilisée pour couvrir la majeure partie du nord-ouest du Canada et du nord-ouest des États-Unis. Enfin, une grille à longueur de maille de 2,5 km, comprenant la zone d'étude, a été utilisée pour les provinces de l'Alberta et de la Saskatchewan. La combinaison imbriquée de ces trois grilles successives a servi à produire la meilleure prévision météorologique et de qualité de l'air possible à l’échelle de 2,5 km.

Pour la zone d’étude, deux types de simulations ont été exécutés avec le modèle GEM-MACH. Le premier type comprend des prévisions en temps réel de la pollution atmosphérique propre au domaine de 2,5 km. Ces prévisions sont effectuées sur une base continue en tant que prévision expérimentale par Environnement et Changement climatique Canada, et ont aussi été utilisées au cours de la période d’août à septembre 2013 pour guider les vols d’avion d’observations durant la campagne intensive de mesure de la qualité de l’air menée à l’été 2013 dans le cadre de la SSB. Le second type comprend des simulations rétrospectives pour la période de la campagne de mesure visant à évaluer le modèle à l’aide des observations recueillies, et à l’utiliser pour aider à élucider les processus chimiques expliquant les observations. Les deux ensembles de simulations contiennent des résultats qui permettent l’évaluation des incidences sur la santé humaine (p. ex., la Cote air santé) et les répercussions sur les écosystèmes (p. ex., dépôt de soufre et d’azote dans les écosystèmes à l’intérieur du domaine de 2,5 km). Les résultats du modèle sont aussi utilisés pour élaborer des méthodologies permettant d’évaluer la pertinence et l’efficacité du positionnement géographique des sites de surveillance.

Bien que l’Inventaire SSB représente les meilleures données disponibles pour le Groupe de travail chargé de l’inventaire des émissions atmosphériques dans le cadre de la SSB au moment où il a été compilé, celles-ci dénombraient plusieurs lacunes non résolues qui sont toujours examinées dans le cadre de la mise au point continue de l’inventaire à Environnement et Changement climatique Canada. Ce travail continu comprend un examen plus approfondi des émissions que rejettent le parc routier des mines, l'enquête sur la couverture des petits sites d'extraction non thermique de bitume, l'utilisation de mesures et de paramètre de rejet connexes additionnels du Système de surveillance des émissions en continu (SSEC), les améliorations des taux d'émissions biogéniques, et l'utilisation d'observations aériennes visant à constater l’ampleur des émissions et leur spéciation chimique. Outre ces améliorations continues, et comme il en sera question à la fin de ce rapport, il existe d'autres domaines où l'Inventaire SSB pourrait être amélioré.

Enfin, les émissions atmosphériques libérées par les sables bitumineux sont en constante mutation, du fait que la production de sables bitumineux augmente parallèlement avec l'introduction de nouvelles technologies destinées à améliorer la performance environnementale grâce à des mesures de réduction des émissions. Afin de demeurer utile et représentatif, l'Inventaire SSB devra être mis à jour sur une base régulière afin d'illustrer les changements aux niveaux des sources et des taux d'émission dans la région. Les lacunes statistiques prioritaires qui subsistent devront également être résolues par l’entremise d’une surveillance renforcée ou additionnelle et par la poursuite du dialogue avec l'industrie.

Pour de l’information sur le rapport et sur la compilation de l’inventaire des émissions, cliquez ici :
Rapport complet (PDF 5.6 Mo - Anglais seulement)
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