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DEPARTEMENT DE LA REUNION

COMMUNE DE SAINT PAUL

NOTE SUR LA MODELISATION DES

EMISSIONS DE POUSSIERES REALISEE PAR

LE BIAIS DU LOGICIEL AUSTAL2000

Mai 2017

Carrière de Bellevue Modélisation des émissions de poussières

Egis / ATDx / VCT

Mai 2017 / 15

SOMMAIRE

NOTE SUR LA MODELISATION DES

EMISSIONS DE POUSSIERES REALISEE PAR

LE BIAIS DU LOGICIEL AUSTAL2000

1. AVANT-PROPOS .................................................................... 3

1.1. Objet de l’étude .............................................................................................. 3

1.2. Contexte climatique ....................................................................................... 3

1.3. Sources d’émissions polluantes dans l’environnement ............................ 5

1.4. Riverains et activités environnantes ............................................................ 5

1.5. Estimation des émissions liées à la carriere de Bellevue .......................... 6

2. METHODE UTILISEE POUR LA MODELISATION .............................. 8

2.1. Le modèle Lagrangien ................................................................................... 8

2.2. Le programme Austal 2000 ........................................................................... 9

3. HYPOTHESES UTILISEES ET RESULTATS OBTENUS .................... 11

4. BILAN ............................................................................... 13


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1. AVANT-PROPOS

1.1. OBJET DE L’ETUDE

Le projet de carrière de Bellevue, localisé sur le territoire de la commune de Saint-Paul, sera une exploitation de roches massives pour approvisionner en enrochements et en remblais le projet de Nouvelle Route du Littoral de La Réunion. Le site a notamment été retenu pour la qualité et la quantité des matériaux présents, mais aussi pour sa proximité avec la route des Tamarins et son environnement.

Ce projet s’inscrit intégralement dans le programme de la Nouvelle Route du Littoral (NRL). Ainsi, tous les produits extraits et valorisés sur ce projet de carrière seront destinés uniquement à ce chantier, pour une durée par conséquent limitée à celle du chantier de cette infrastructure

1.2. CONTEXTE CLIMATIQUE

Le contexte climatique du projet est décrit précisément dans le paragraphe 3.3.1 de l’étude d’impact.

En moyenne, la vitesse du vent à la Pointe des Trois Bassins est de l’ordre de 7 km/h, et le nombre de jours où les vents dépassent 60 km/h de l’ordre de 23 jours par an (normale 1987-2010). La rafale maximale enregistrée entre 1988 et 2012 est de 165 km/h (le 29 janvier 1989).

Les vents les plus forts sont essentiellement de secteur sud. Les vents les plus faibles soufflent de préférence depuis le nord-est. La figure suivante illustre les statistiques de direction d’origine des vents selon leur intensité (rose des vents établie sur les mesures de 1988 à 2012).


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Figure 1 : rose des vents à la station de la Pointe des Trois Bassins (source : Météo France)

Le cumul des précipitations annuelles au droit de l’aire d’étude fait partie des plus faibles de l’île (côte sous le vent). À la station météorologique de la Pointe des Trois Bassins, située à environ 1,5 kilomètres à l’ouest du site, le cumul annuel des précipitations est de l’ordre de 438,2 mm par an (valeur « normale » = moyenne, de 1988 à 2010).

Les mois les plus secs s’étendent de juin à novembre avec moins de 13 mm de précipitations en moyenne mensuelle, alors que les mois les plus pluvieux, janvier et février, présentent une pluviométrie mensuelle de l’ordre de 93 mm.

Les mois de décembre à avril sont favorables à la formation de cyclones, évènements climatiques extrêmes de l’île, qui s’accompagnent de pluies torrentielles dont les effets sont accentués par le relief et qui peuvent provoquer des inondations, des coulées boueuses et des éboulements, mais aussi de fortes houles et une élévation du niveau de la mer.

La hauteur quotidienne record de précipitations est de 324,6 mm recensée le 22 janvier 2002 à la Pointe des Trois Bassins.


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Les vents cycloniques sont de courte durée, mais leur vitesse peut dépasser 250 km/h (effet dévastateur). À la Pointe des Trois Bassins, des rafales de 165 km/h ont déjà été enregistrées. Une dépression tropicale devient un cyclone lorsque ses vents dépassent 117 km/h.

1.3. SOURCES D’EMISSIONS POLLUANTES DANS L’ENVIRONNEMENT

Aucune industrie n’a été recensée comme faisant état d’émissions dans l’air sur le registre français des émissions polluantes au sein de l’aire d’étude.

1.4. RIVERAINS ET ACTIVITES ENVIRONNANTES

Zones habitées

Dans l’environnement immédiat du site (bande de 300 m autour du projet), environ 64 structures bâties s’inscrivent, toutes situées sur la commune de Saint-Paul. Il s’agit essentiellement d’habitations, pour la majorité individuelles, le reste étant constitué de garages et autres structures attenantes. Cette bande des 300 m concentre environ 102 résidents. Les habitats sont regroupés dans le lotissement de Bellevue. A noter, que le bâti annexe situé à 130 m au Nord du projet est un cabanon contigu à un élevage de bœufs de race Moka.

Autres zones et usages sensibles

Aucun Établissement Recevant du Public (ERP) dont la population est vulnérable (enfants, personnes dans l’état de santé est fragile ou à mobilité réduite) n’est localisé dans la bande de 300 m autour du site. Le plus proche ERP est l’école élémentaire du Barrage, localisée à environ 1 200 m au nord-est du site et accueillant 46 élèves.

Les inventaires et protections du milieu naturel présents dans un rayon de 500 m autour du projet sont donnés dans le tableau suivant. L’ensemble des zones naturelles inventoriées et protégées de l’aire d’étude ainsi que leur description se trouve au chapitre 3.4.1 de l’étude d’impact.


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L’ensemble des inventaires et protections présents dans l’aire d’étude est synthétisé dans le tableau suivant. L’ensemble des zones naturelles inventoriées et protégées de l’aire d’étude ainsi que leur description se trouve au chapitre 3.4.1 de l’étude d’impact.

Type de zonage Nom du zonage Distance au

site Direction

depuis le site

ZNIEFF de type I Ravine Tabac (La Saline) 220 m N

ZNIEFF de type I Grande Ravine 1 650 m (piste) S

ZNIEFF de type I Ravine Trois Bassins 0 m (piste) S

Parc national Aire d’adhésion 600 m (piste) E

Réserve naturelle Réserve naturelle marine 900 m O

Espace remarquable du littoral

Réserve naturelle marine 900 m O


Littoral de la pointe des Châteaux jusqu’à la Grande Ravine

1 400 m (piste) S


Ravine Trois Bassins 0 m (piste) S

Conservatoire du littoral Périmètre acquis - Pointe des Trois

Bassins 800 m S O

Conservatoire du littoral Périmètre acquis - Grande Ravine 1 770 m (piste) S

Conservatoire du littoral Périmètre autorisé - Pointe des Trois

Bassins 370 m /

Conservatoire du littoral Périmètre autorisé - Rocher Colimaçon 2 800 m (piste) S

Tableau 1 : Synthèse des zones naturelles inventoriées et protégées dans l’aire d’étude

1.5. ESTIMATION DES EMISSIONS LIEES A LA CARRIERE DE BELLEVUE

Les principales émissions atmosphériques de la carrière projetée concerneront les poussières susceptibles d’être générées par l’activité du site, notamment :

le décapage du gisement ;

les tirs de mines, ponctuellement ;

le roulage des engins de chantier et camions de transport ;

l’envol des poussières à partir de la surface d’exploitation et de la zone de stockage.


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Afin de préserver la qualité de l’air et de limiter les envols de poussières, plusieurs mesures de réduction seront mises en œuvre, en particulier :

l’arrosage des pistes internes autant que de besoin (arrosage fixe, ou plusieurs fois par jour par temps sec en règle générale) ;

les décapages des travaux préparatoires (terre végétale et stériles éventuels) seront prohibés pendant les jours de vent (rafales supérieures ou égales à 20 km/h) ;

dans le but de limiter les émissions de poussières occasionnées par les mouvements des camions et engins, outre l’arrosage des pistes (y compris les tronçons de la piste d’accès non revêtus), les vitesses de circulation seront limitées à 30 km/h en carrière et à 50 km/h sur la piste d’accès ;

les bennes des camions transportant des matériaux pulvérulents seront bachées.

De plus, la mise en place d’un merlon de terre végétale le long de la ravine Tabac, au plus près des habitations et avec 2,5 m de hauteur, permet de limiter les envols de poussières hors du site.

Sur les stocks de stériles argileux, un ensemencement progressif sera mis en œuvre pour garantir leur stabilité à l’érosion éolienne et hydrique.

Les émissions respectives liées à l’ensemble de ses sources a été réalisé grâce à l’outil développé pour la Déclaration annuelle des émissions et des transferts de polluants et des déchets (GEREP) développé par le Ministère de l’Environnement, de l’Energie et de la Mer, disponible à l’adresse suivante :

https://www.declarationpollution.developpement-durable.gouv.fr/gerep.

Cet outil est lui-même basé sur l’outil de calcul reconnu par l’US-EPA (c’est-à-dire l’agence fédérale américaine pour la protection de l’environnement).

Les résultats obtenus, tenant compte des mesures de limitation des émissions de poussières mises en place, sont présentés dans le tableau suivant :

Fronts (foration /

minage) Installations de

traitement

Transport interne des matériaux

Stocks

PM10 (kg/an) 810,3 3857,0 768 ,7 326

PM10 (g/s) 2,57.10-2 1,22.10-1 2,44.10-2 1,03.10-2

D’après l’outil GEREP, le traitement des matériaux représente la principale source de poussières sur le site.


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2. METHODE UTILISEE POUR LA

MODELISATION

2.1. LE MODELE LAGRANGIEN

On rappelle ici le système résolu par un code de calcul lagrangien. La description de la position d’une particule requiert de résoudre à chaque pas de temps le système suivant :

(1)

où X, Y, Z sont les coordonnées lagrangiennes de la particule dans un repère fixe et où ux, uy, uz d’une part et Ux, Uy et Uz d’autre part représentent les composantes du champ de vitesse eulérien et lagrangien dans ce même repère.

En appliquant une décomposition de Reynolds sur un ensemble de réalisations, la vitesse lagrangienne peut être écrite sous la forme :

(2) où la barre supérieure désigne la moyenne d’ensemble de la grandeur considérée et le prime, la fluctuation autour de cette moyenne.

L’écoulement étant stationnaire en moyenne, on a :

(3)

En couplant les deux systèmes (2) et (3), on peut alors écrire par analogie de la décomposition de Reynolds sur le champ de vitesse eulérien, suivant x dans cet exemple :


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(4)

avec Ux l’historique des vitesses moyennes vues par la particule considérée (une autre particule verrait un autre historique) et Ux' l’historique des fluctuations de vitesse vues par la particule étudiée.

Ainsi pour pouvoir trouver la position de la particule considérée à un instant t, il est nécessaire de connaître le champ moyen des vitesses ainsi que le champ de fluctuation de ces dernières. Les vitesses moyennes sont facilement accessibles par un calcul de l’écoulement moyen (loi de Navier-Stokes). Pour ce qui est des termes de fluctuation de la vitesse, une modélisation est nécessaire et celle-ci repose sur l’équation de Langevin généralisée :

(5)

Dans le cas de la dispersion atmosphérique, cette équation de Langevin s’écrit, suivant x :

(6)

dξ(t) étant une variable aléatoire qui suit une loi de probabilité gaussienne centrée réduite.

Finalement, le système d’équation formé des relations (4) et (6) peut être résolu et fournit à chaque pas de temps la position de la particule à partir de la position à laquelle elle se trouvait au pas de temps précédent. Les termes aléatoires permettent de faire avancer ces particules sur des trajectoires indépendantes les unes des autres.1

2.2. LE PROGRAMME AUSTAL 2000

Le programme AUSTAL2000 permet le calcul de la dispersion atmosphérique de substances polluantes et odeurs, selon le modèle lagrangien. Développé par les autorités allemandes, il répond aux exigences des normes (allemandes) VDI 3782 et 3784 et au guide réglementaire allemand pour la réalisation d’études de l’impact des émissions industrielles (TA Luft). Il est par ailleurs reconnu parmi les logiciels de dispersion atmosphérique de référence au niveau européen et international.

1 Description du modèle lagrangien issue du document suivant : Florian Vendel. Modélisation de la dispersion atmosphérique

en présence d'obstacles complexes : application à l’étude de sites industriels. Sciences de l'ingénieur. Ecole Centrale de Lyon, 2011.


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Ce logiciel est de type lagrangien et prend donc en compte fidèlement les phénomènes météorologiques et l’effet de la topographie qui modifie les écoulements de l’air aux altitudes près du sol.

Il permet notamment :

Le calcul basé sur des émissions variables dans le temps ;

Le calcul de toutes les émissions pour lesquelles une valeur recommandée existe dans le modèle réglementaire allemand TA Luft. (c’est le cas des poussières) ;

La modélisation de sources ponctuelles, linéaires ou volumiques ;

La prise en compte du phénomène de sédimentation de poussières ;

La modélisation de la dispersion d’odeurs ;

L’estimation de l’incertitude statistique sur les valeurs calculées ;

La prise en compte en entrée d’un modèle atmosphérique (direction et vitesse du vent et stabilité de l’atmosphère) ;

La prise en compte en entrée d’un Modèle Numérique de Terrain et du bâti permettant un calcul précis des phénomènes liés aux obstacles.

Les émissions sont calculées selon le modèle lagrangien de dispersion atmosphérique, c’est-à-dire comme un panache de particules (gaz, poussières) dont l’évolution et le déplacement sont calculés particule par particule en fonction de toutes les données d’entrée (nature du terrain, présence d’obstacles, ventosité et paramètres atmosphériques).

La génération d’un modèle atmosphérique tenant compte du Modèle Numérique de Terrain est effectuée par le biais d’un module complémentaire : TALdia. Un autre module complémentaire permet d’estimer la dispersion dans des cas tels que les émissions depuis une cheminée de refroidissement : VDISP, conformément à la norme allemande correspondante (VDI 3784 Part 2) – ce dernier module n’est pas utilisé dans le cas présent.


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3. HYPOTHESES UTILISEES ET RESULTATS

OBTENUS

Le calcul a été lancé sur la base des valeurs calculées de PM10 et de la rose des vents détaillées ci-dessus.

Des paramètres atmosphériques ont également été choisis, entrant dans le calcul du modèle atmosphérique :

Rugosité du terrain choisie de 0,3 m, correspondant à une zone de topographie présentant des obstacles (bâti, végétation) dispersés ;

Atmosphère stable (La stabilité de l’atmosphère est un paramètre variable en fonction de l’heure de la journée, de la ventosité, de la topographie locale, etc. Le choix d’une atmosphère stable est une hypothèse majorante, puisque défavorable à la dispersion de polluants).

Des récepteurs (au nombre de 6) ont été placés au niveau des groupements d’habitations des environs. Le logiciel a permis de générer une carte de la dispersion des poussières ainsi que de déterminer les valeurs de concentration au niveau des 6 récepteurs, rassemblés dans le tableau ci-dessous et la carte jointe en 2ème page suivante.

Concentration moyenne

annuelle en PM10 (en µg/m3)

Dépôt de poussières(PM10)

En g / (m2 . jour) En g / (m2 . an)

Récepteur 1 0,1 1.10-4 0,037

Récepteur 2 0,7 5.10-4 0,183

Récepteur 3 1,4 1,2.10-3 4,383

Récepteur 4 0,9 7.10-4 0,256

Récepteur 5 0,8 7.10-4 0,256

Récepteur 6 0,2 1.10-4 0,037

La concentration en PM10 générées par le site (et leur dépôt) est donc plus importante en aval aéraulique du site, notamment au nord-est.

En effet, le traitement des matériaux constitue la principale source de poussières.


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De plus, les vents d’ouest sont très fréquents au droit de la zone d’étude. Les vents du sud soufflent également fréquemment et à des vitesses qui peuvent être importantes (supérieures à 4,5 m/s, d’après la rose des vents à la station météo de la Pointe des Trois Bassins).

Ainsi, l’empoussièrement est plus important immédiatement au nord-est, comme le montrent les cartes de la concentration en poussières et du dépôt de poussières.


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4. BILAN

L’objectif de qualité fixé par la réglementation est de 30 µg/m3 en moyenne annuelle.

D’après les résultats obtenus par le biais du logiciel AUSTAL2000, les émissions au niveau de l’habitation la plus exposée seront de 1,4 µg/m3 en moyenne annuelle, c’est-à-dire bien inférieur à l’objectif de qualité fixé de 30 µg/m3 (environ 20 fois plus faible). Ceux obtenus auprès des autres habitations du secteur sont compris entre 0,1 et 0,9 µg/m3 environ en moyenne annuelle, donc très inférieurs à l’objectif de qualité fixé (plus de vingt fois plus faible).

Récepteur 6 : 0,2 µg/m3






0 250 500125Mètres1:12 500

²

CONCENTRATION EN POUSSIERES (PM10)

Projet de carrière de BellevueCommune de Saint-Paul (974)

GTOI

LégendeLimite d'autorisation ICPERécepteurs

Concentration en poussières en µg/m30 - 0,380,38- 1,381,38 - 3,073,07 - 5,505,50 - 9,50

Récepteur 6 : 0,0001 g/(m2.jour)






0 250 500125Mètres1:12 500

²

DEPOT DE POUSSIERES (PM10)

Projet de carrière de BellevueCommune de Saint-Paul (974)

GTOI

LégendeLimite d'autorisation ICPERécepteurs

Dépôt de poussières en g/(m2.jour)0 - 0,00040,0004 - 0,00130,0013 - 0,00280,0028 - 0,00460,0046 - 0,0081

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