Lignes à haute tension et qualité d'airHigh voltage lines and air quality

F. DESCHAMPS, B. MILLANCOURT (*)

RÉSUMÉ

Du 5 juillet au 30 octobre 1996 , des mesures deconce ntrations de l'air ambiant en ozone et en oxydesd'azote ont été effectuées à l'aplomb d'une ligne detransport à très haute tension de 400 kV et à distancede celle-c i, en référence . Les différences mesuréessont fai bles et , toutes s ituatio ns météoro log iqu esconfondues, après plus de 2 000 heures de mesure, lesmoyenn es générales des écarts journa liers en 0 3, NOet N02 s'avèrent inférieures à 0,1 Ilg/m3.

Introduction

En 1995 , EDF a transporté 471 TWh grâce àson réseau de lignes aériennes à très haute ten­sion (THT), constitué de 26 000 km de circuits225 kV et 20550 km de circuits 400 kV.

Les pertes lors du transport s'élevaient pourcette même année à 8 TWh, soit près de 1,7 %,dues pour une très large part aux dissipationscalorifiques. L'extension progressive du réseau400 kV se traduit par une diminution parallèle despertes par effet Joule (et donc des pertes glo­bales), mais favorise l'apparition de l'effet cou­ronne par l'accroissement des valeurs de champsélectriques engendrés au voisinage immédiat desconducteurs.

Une étude aussi complète que possible del'impact environnemental des émissions d'ozoneet d'oxydes d'azote par les ouvrages de transportd'électricité a été engagée par EDF sous la formed'un contrat de recherche avec le CNRS initié en1993 et auquel la Direction des Etudes et Recher­ches d'EDF a apporté son concours par le biaisde moyens humains et logistiques. Cette étudedont les résultats complets seront disponibles en1998 devrait par ailleurs permettre de répondred'une manière objective aux préoccupations desriverains des ouvrages à très haute tension.

Cet article présente les résultats obtenus aucours d'une campag ne de mesure sur site detrois mois, con duite par la DER s'intégr ant àl'ensemble de l'étude.

(*) EOF Oirection des Etudes et Recherches.

JANVIER-MARS 1998 -81-

AB5TRACT

From july 5th, 1996, to october 30th, ozone andnitrogen oxydes monitoring in ambient air have beenperformed under and in the vicinity of a 400 kV high vol­tage fine. Light concentrations differences between airsampfing under the line and reference sampfing arenoticed. With miscellaneous meteorological situationsencountered over more than 2 000 hours monitoring,general averages of daily differences for 0 3, NO andN02 appear to be lower than 0,1 jJg/m3.

La décharge couronne

L'« effet couronne » désigne l'ensemble desphénomènes électriques, acoustiques, optiqueset radioélect riques produi ts da ns un milieugazeux soumis à un champ électriq ue hétéro­gène localement assez élevé pour provoquer uneionisation des gaz, responsable de la déchargecouronne.

Lors de la déchar ge co uronne dan s l'airambiant, diverses espèces réactives ioniques,neutres ou radicalaires sont formées, parmi les­quelles 0 0

, OW et H02° jouent un rôle importantdans la mesures où , en se combinant aux consti­tuants atmosp hériques , elles sont susceptib lesde forme r des espèces oxydantes et de réagiravec les polluants éventuellement présents.

Site de mesure etméthodologie

Afin d'évaluer l'incidence, en situation réelle,d'une ligne aérienne de 400 kV sur la qualité del'air ambiant, une campagne de mesure de troismois a été réalisée au cours de l'été 1996 àAuvernaux (9 1), sur un terrain agricole situé àenviron 10 km au Sud d'Evry , en zone subur­baine préservée de l'influence directe de sourcesde pollution locales, et traversé par deux lignesde 400 kV et une ligne de 225 kV.

L'air ambiant a été échantillonné à 1,50 m dusol, en quatre points : deux situés dans l'axe del'une des lignes 400 kV et deux autres à une dis­tance de 70 m, en référence , selon le schémaprésenté en figure 1.

POLLUTION ATMOSPH ÉRIQUE

" .................. ...........

400kV225kV

400kV

70m

Figure 1.Localisat ion des pointsde mesure(la représentationdes lignes ne respectepas l'échelle, la largeurtotale des trois lignesparallèles est en réalitévoisine de 100 ml .Sample points location(the scale is not in accordancewith the total width of the threehigh voltage lines which isin fact nearly 100 m)

Les mesures ont été réalisées à l'aide de deuxanalyseurs couplés à un échantillonneur séquen­tiel assurant 30 minutes d'analyse en chacun despoints de prélèvement selon le montage schéma­tisé en figure 2.

Les analyseurs utilisés dans cette étude sontdu type de ceux équipant les stations de mesuredes réseaux de surveillance de qualité d'air:analyse par absorption dans l'UV pour 0 3 et ana­lyse par chimiluminescence pour les NOx.

L'ensemble du matériel d'analyse et d'acquisi­tion des données a été placé à bord d'un véhicu­le laboratoire.

L'appréciation de l'apport de la ligne a étéeffectuée par la détermination des différencesentre les mesures obtenues sous la ligne (à 8 mau-dessous des conducteurs) et celles mesuréesà l'écart de la ligne, prises en référence ; le choixde cette référence est important : elle doit êtresuffisamment éloignée de la source potentielletout en restant représentative de la qualité de l'airdu site, la distance de 70 m retenue représenteun bon-compromis entre ces deux critères et lesimpérat ifs techniques liés en particulier à la limi­tation des longueurs de tubulures d'échantillon­nage.

,,,,,_ _ _ _ J

vers acquisitiondes signaux

~ ...,,,,,,,,,- _ _ 1

excès d' échantillon

pompe(7 l/min)

échantillonneur séquentiel

voie 1 --------l~2--------...3 --------').,4Figure 2.

Schéma du montageSamplingand

monitoring

POLLUTION ATMOSPHÉR IQUE - 82 - JANVIER-MARS 1998

Compte tenu des faibles écarts attendus, uneseule chaîne d'analyse a été utilisée afin de pal­lier les erreurs d'in te rprétation liées à d'éven ­tuelles dérives des analyseurs.

L'inertie des tubulures d'échantillonnage a faitl'objet de tests initiaux et de vérifications périodi­ques lors des opérations de contrôle de calibragedes anal yseurs ; l'incertitude liée au dispositifd'échantillonnage s'est avérée comprise entre0,2 et 0,5 ppbV en moyenne quotidienne.

Le caractère cyclique de l'évolution des teneursen ozone atmosphér ique et les fluctuati onsimportantes des teneurs en oxydes d'azote nousont conduits à déterminer des écarts basés sur lesmoyennes quotidiennes de ces deux espèces ;les écarts horaires « sous ligne » - « référence »apparaissant soit posit ifs soit négatifs au coursdes phases cro issantes ou décroissantes descou rbes d'évolut ion journalières, comme l'i llus­trent les deux graphes suivants (figures 3 et 4).

Dans cet exemple, les écarts bi-horaires attei­gnent + ou - 13 ppbV alors que la moyenne sur24 h de ces mêmes écarts est de 0,2 ppbV, lar­gement incluse dans le domaine d'incertitudeexpérimentale .

Synthèse des résultats obtenus

Les différences journalières des trois espècesanalysées ont été établies pour l'ensemble de lapériode et sont présentées dans les graphes desfigures 5, 6 et 7 ci-après.

Les différences n'excèdent pas 2 à 3 ppbV etapparaissent positives ou négatives sans qu'il aitété possible d'établir une relation nette avec lesconditions météorologiques rencontrées, notam­ment les direct ions et vitesses de vent (fig. 8) ;une différence négative traduit une valeur deréfére nce supérieure à la valeur mesurée àl'aplomb de la ligne.

>oCCoCol:al

Cf)

o

100908070605040302010o "

,...1,11.11 ' , ".• . DOII .,,... ,... ,... ,... ,... ,.... ,... ,... ,... ,.... ,.... ,...

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~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~,... ,... ,... ,.... ,.... ,.... ,.... ,.... ,... ,.... ,.... ,... ,.... ,... ,....0 c.-:! 0 C') 0 C') 0 C') ~ C') 0 C') 0 C') 0 C')

Ci ,... M ~ <0 t:- a; Ci C\J M üi <0 cD a; ,... N0 0 0 0 0 0 0 C\J C\J

heures

Figure 3.Moyenneshoraires en 0 3relevées sousla ligne età distancede celle-cile 27/07/1996July 27 th hourlymeens ot o,noticed under thevoltage fine and outof it, on July 27th

40

20

80

60

-20,.... ,....

~ ~ N,.... ,.... ,.... ,.... ,.... ,.... ,.... ,.... ,.... ,....

~ S'! S'! S'! S'! S'! S'! S'! S'! S'! S'! S'! S'!,.... ,.... ,....

C;; ;; ,.... ,.... ,.... ,.... ,.... ,.... ,.... ,....~

,....0 ~ 0 C') 0 C') 0 C') 0 C') 0 C') C')

Ci ,.... M ~ co r:..: a; Ci N M ü-i co ci::i ài ,.... N0 0 0 0 0 0 0 ,.... ,.... C\J C\J

Figure 4.Evolut ion

instantanéedes teneurs en

0 3 et écartsmoyens hora ires

le 27/07/1996July27th

instantaneous 0 3

levels and hourlydifferences

100 -r----- - --- - - - - --- - --,

JANVIER-MAR S 1998 - 83- POLLUTION ATMOSPHÉRIQUE

3,0

2,0> 1,0Figure 5. ..ca.

Moyennes quotidiennes des a.0,0r::

différences de teneu rs en 0 3 CIl

entre l'air ambiant prélevé sous 0 -1,0zla ligne et à 70 m de celle-ci

-2,0Daily means ot 0 3 differencesbetween sampfing under the voltage -3,0

fine and at 70 m trom it :i :i :i 's :i :i (5 (5 (5 (5 (5 (5 a. a. a. a. a. ë... .. J; .. J; .. 0 0 0 0 0 0 ~ ~ ~ ~ ~ ~<Il <Il <li <li <li <Il~

,.. ,.. .,..J, 0 J, 0 J, 0 t ~ ..t cl. ..t cl..... N N M0 .... .... N N M .... .... N N

date

3,0

2,0> 1,0 Figure 6...c

Moyennes quotid iennesa.a.

0,0 des différences de teneurs encCIl NO entre l'air ambiant prélevé0 -1,0 sous la ligne et à 70 mz

-2,0 de celle-ciDaily means ot NO differences

-3,0 be twee n sampfing under the voltage

's :i 's :i 's ':; - (5 (5 (5 (5 (5 ë. ë. a. ë. ë. ë. fine and at 70 m trom it<::1

~.. .. .. s .. 0 0 0 0 0 0 ~ CIl

~ ~CIl CIl.... ID .... .... <Il <li 'l' '" <li '"

., ., .,.... .... N N M J, 0 III 0 J, 0 t cl. cl. ..t cl.

0 .... .... N N M 0 ,.. .... N N

date

3,0

2 ,0>

Figure 7. ..c 1,0 -a.Moyennes quotidie nnes des a.

r:: 0,0différences de teneurs en N02

CIlN

entre l'air ambiant prélevé sous 0 -1,0la ligne et à 70 m de celle-ci zDaily means ot N02 differences -2,0

be tween sampfing under the voltage -3,0fine and at 70 m trom it :i :i :i (5 (5 - (5 - ë. a a a a:i :i <::1 c:::J

~ ~ ~ ~ 6" 0 0 0 0 0 ~ ~ ~ ~ ~<Il 'l' <Il '" '".... N M J, .... r0:- M cl. t 0 ch N ob0 .... .... N N .... N N

date

4,0 3,0>..c

3,0c. 2,0a.1: 2,0 œCIl Ci) > 1,0 A-..CIl 1,0 G

oC1: C.g a.

0,0 1: 0,0CIl CIl... ;:0 -1 ,0 -1,0.c: ;;th;j -2,00 -2,0en G;: -3,0 A;;

-4,0 -3,0a a a a a a a a a 0 2 4 6 8l!) a io a io a io a

C\J C\J (1) (1) '<t vitesse de vent en misdirection de vent en 0

Figure 8.Différences de teneurs en 0 3 relevées sous et à 70 m de la ligne 400 kV en fonction de la direction et de la vitesse

du vent (Météo France station d'Or ly)Differences between 0 3 1evels under the 400 kV fine and at 70 m trom it, versus wind direction and wind speed (Orly Météo-France Sta tion)

POLLUTION ATMOS PHÉRIQUE - 84- JANVIER-MARS 1998

Tableau 1.Concentrations moyennes et différences quotidiennes relevées sous et hors ligne

Daily means and daily differences noticed under and out of the fine

Période 0 3 en ppbV NO en ppbV N02 en ppbVmoyenne différence écart-type moyenne différence écart-type moyenne différence écart-type

24 h sous/hors (sur diff.) 24 h sous/hors (sur diff.) 24 h sous/hors (sur diff.)

06 au 31/07 23,2 0,04 0,8 4,7 0,01 0,7 10 ,5 0,13 0,6

01 au 31/08 23,7 0,14 0,9 3 - 0,08 0,5 8,4 - 0 ,09 0,8

01 au 30/09 15 ,1 - 0,13 0,7 7,5 0,24 1,3 12,8 ° 0,8

06/07 au 30/09 20,8 -0,02 0,8 5,2 0,08 0,9 10 ,9 0,04 0,7

Les moyennes des différences quotidiennes(écarts souslhors ligne) pour J'ensemble de lapériode de mesure sont très faibles pour les troisparamètres mesurés et n'excèdent pas 0,1 \-Ig/m3

(teneurs massiques dans l'air à 20 OC) :

- - 0,04 \-Ig/m3 pour 0 3 (- 0,02 ppbV avec unniveau ambiant sur la période de 20,8 ppbV) ;

- 0 ,10 \-Ig/m3 pour NO (0 ,08 ppbV avec unniveau ambiant sur la période de 5,2 ppbV) ;

- - 0,08 \-Ig/m3 pour N02 (0,08 ppbV avec unniveau ambiant sur la période de 5,7 ppbV).

Conclusion

Au terme d'une campagne de mesure de troismois réalisée en période estivale sur un site

représentatif d'une zone suburbaine sur le plande la qualité de l'air mais peu influencé par desémissions éma nant de sources po nctue lle slocales, l'incidence d'une ligne THT de 400 kVapparaît très faible et, dans les conditions expéri­mentales mises en œuvre, s'avère incluse pourune larg e part dans le domaine d'Incert itudeexpérimentale. Les différences de concentrationsen ozone en tre les mesures ef fectuées àl'aplomb de la ligne et à 70 m de celle-ci, en réfé­rence , n'e xcèdent pas , en moyennes quoti ­diennes, 2 ppbV (4 \-Ig /m3) ; toutes situa tion smétéorologiques confondues, la moyenne géné­rale de ces différences journalières reste inférieureà 0 ,1 \-Ig /m 3 pour 0 3 , NO et N0 2 , pour de sniveaux ambiants moyens sur la période de, res­pectivement : 42 \-Ig /m3 en ozone, 6,5 \-Ig/m3 enNO et 21 \-Ig /m3 en N02.

--JANVIER-MARS 1998 -85- POLLUTION ATMOSPHÉRIQUE