Quelles normes d'émissions s'appliquent aux groupes électrogènes à gaz sur les sites industriels ?

La norme d'émissions applicable est déterminée par l'installation, et non par la seule étiquette du générateur. Un moteur alimenté au gaz sur un site industriel est généralement évalué selon une combinaison de réglementations nationales ou régionales sur les émissions des moteurs, de conditions locales de permis atmosphérique, d'exigences relatives au gaz combustible et de limites propres au site pour les rejets de cheminée. Une même unité de puissance nominale peut donc être soumise à des obligations de conformité différentes lorsqu'elle passe d'un service de secours à un fonctionnement continu, d'un champ pétrolier isolé à une zone industrielle urbaine, ou du gaz naturel de réseau au gaz de pétrole associé.

Pour les groupes électrogènes à gaz, les principaux polluants réglementés sont généralement les oxydes d'azote (NOx), le monoxyde de carbone (CO), les hydrocarbures imbrûlés ou les composés organiques volatils (COV), le formaldéhyde dans certaines juridictions et les particules. Le dioxyde de carbone est normalement traité par des mécanismes distincts de déclaration des gaz à effet de serre, de tarification du carbone ou d'approbation de projet, plutôt que par la limite locale de polluants du moteur. Les émissions fugitives de méthane méritent également une attention particulière lorsque le combustible contient une forte proportion de méthane, car un faible niveau de fumée visible ne démontre pas un faible impact climatique.

Commencer par la catégorie réglementaire de l'installation

Les autorités font souvent la distinction entre les moteurs mis sur le marché et les moteurs fonctionnant sur un site industriel fixe. Les exigences de conformité du produit peuvent s'appliquer lorsqu'un moteur ou un groupe de production est fourni, tandis que les réglementations sur les sources fixes de pollution atmosphérique régissent l'équipement installé après sa mise en service. Un certificat de conformité du moteur constitue donc une preuve utile, mais ne satisfait pas automatiquement au permis d'exploitation du site.

La plupart des juridictions classent un générateur selon plusieurs conditions simultanément :

• Cycle de fonctionnement : le secours d'urgence, l'alimentation de secours à heures limitées, l'écrêtage des pointes, la réponse à la demande ainsi que le service principal ou en charge de base peuvent être réglementés différemment. Les limites annuelles d'heures de fonctionnement sont souvent aussi importantes que la limite de concentration des émissions.
• Puissance nominale : les seuils peuvent être fondés sur la puissance électrique, la puissance mécanique du moteur, l'apport thermique ou la capacité cumulée de plusieurs unités. Comparer une puissance en kW à une réglementation exprimée en apport thermique peut entraîner une classification erronée.
• Emplacement : le zonage industriel ne supprime pas les obligations locales en matière de qualité de l'air. La proximité de résidences, de zones protégées, de sources de pollution existantes et les conditions régionales d'ozone peuvent entraîner des conditions de permis plus strictes.
• Source et composition du combustible : le gaz de réseau, le biogaz, le gaz de décharge, l'APG et le gaz de torchage présentent des profils de combustion et de contaminants sensiblement différents.

Un site comportant plusieurs petites unités ne doit pas présumer que chaque machine sera évaluée séparément. Les régulateurs peuvent considérer les générateurs partageant un système de combustible commun, un rejet d'échappement commun, une exploitation coordonnée ou un objectif de production commun comme un seul groupe de sources. Cette question apparaît fréquemment tard dans un projet, après que les moteurs individuels ont déjà été sélectionnés.

Les limites d'émissions doivent être interprétées avec leur base de mesure

Une valeur d'émissions a peu de sens sans sa base d'essai. Les limites peuvent être exprimées sous forme de concentration dans les gaz d'échappement secs, corrigée à une référence d'oxygène spécifiée, de masse par unité d'énergie entrante, de masse par unité de travail mécanique ou de masse totale annuelle émise. Une concentration apparemment plus faible n'est pas nécessairement meilleure lorsque la correction en oxygène, la base d'humidité des gaz, la charge du moteur ou la période de moyenne diffèrent.

Par exemple, un moteur à gaz à mélange pauvre fonctionne généralement avec un excès d'air. Sa concentration mesurée de NOx peut varier considérablement selon le rapport air-carburant, la température ambiante et la charge. Si un permis spécifie une valeur sèche corrigée en oxygène, mais que les données d'usine sont rapportées sur une base humide non corrigée, les deux valeurs ne peuvent pas être comparées directement. Le même problème se pose lorsqu'une fiche technique de groupe indique les émissions à pleine charge nominale alors que le site fonctionnera longtemps à charge partielle.

La qualité du combustible peut faire sortir un moteur de son enveloppe d'émissions d'origine

Le gaz naturel n'est pas un combustible unique et uniforme. Le gaz de pétrole associé et le gaz de torchage peuvent contenir des proportions variables de méthane, d'hydrocarbures plus lourds, de dioxyde de carbone, d'azote, de sulfure d'hydrogène, de vapeur d'eau et de liquides entraînés. Ces variations affectent la marge de cliquetis, la stabilité de combustion, la température d'échappement et la formation des polluants. Une unité qui respecte un objectif d'émissions avec un gaz de référence défini peut nécessiter un réglage révisé, des équipements de conditionnement ou une configuration de post-traitement différente lorsque la composition du gaz de terrain change.

Le traitement du combustible a également une fonction liée aux émissions. L'entraînement de liquides peut perturber le contrôle air-carburant et endommager les composants de combustion. Les composés soufrés peuvent réduire la durée de vie du catalyseur ; les siloxanes présents dans certains gaz renouvelables peuvent former des dépôts réduisant l'activité du catalyseur et altérant les capteurs. L'élimination de ces contaminants n'est pas seulement une mesure de fiabilité. Elle protège les conditions de fonctionnement dans lesquelles les performances d'émissions ont été démontrées.

Sur un champ pétrolier, l'utilisation d'APG ou de gaz de torchage pour la production d'électricité modifie la comparaison entre le torchage et les gaz d'échappement du moteur, mais n'exempte pas le générateur des réglementations atmosphériques applicables. Le projet nécessite toujours une spécification de combustible définie, une méthode de réponse au gaz non conforme aux spécifications et des enregistrements montrant si le moteur fonctionnait dans sa plage approuvée. Ungroupe électrogène à gaz de 1000 kW configuré pour convertir l'APG ou le gaz de torchage en électricité doit donc être évalué à la fois par rapport à l'enveloppe d'analyse du gaz et aux exigences locales applicables aux sources fixes, plutôt que sur la seule capacité nominale.

La conception du moteur et le post-traitement influencent différents polluants

La combustion à mélange pauvre est couramment choisie pour les moteurs à gaz, car elle peut assurer un fonctionnement efficace et une formation de NOx relativement faible. Son profil d'émissions est sensible au contrôle du mélange et à l'équilibrage des cylindres. Les configurations à mélange riche peuvent être associées à une conversion catalytique trois voies, qui peut réduire les NOx, le CO et les hydrocarbures lorsque le rapport air-carburant est maintenu dans une plage de contrôle étroite. Aucune des deux approches ne convient universellement : la variabilité du combustible, les transitoires de charge, les conditions ambiantes et la limite requise déterminent si le système de contrôle peut maintenir la plage de fonctionnement nécessaire.

La réduction catalytique sélective est une autre solution possible de contrôle des NOx, en particulier lorsque de faibles limites de NOx s'appliquent. Elle introduit ses propres points de conformité, notamment le stockage du réactif, le contrôle du dosage, la plage de température du catalyseur, la gestion des émissions fugitives d'ammoniac et la surveillance. Un système catalytique ne doit jamais être sélectionné uniquement sur la base de son pourcentage nominal de réduction. La question pertinente est de savoir s'il maintient la concentration requise en sortie à la charge minimale prévue sur le site, à la température ambiante maximale prévue et pour la plage de combustible attendue.

Les limites de CO et d'hydrocarbures peuvent devenir difficiles à respecter lors des démarrages, de changements rapides de charge, d'événements de ratés d'allumage ou du fonctionnement d'un catalyseur froid. Un permis peut distinguer les émissions en fonctionnement normal de celles lors du démarrage, de l'arrêt, d'un dysfonctionnement ou d'un fonctionnement d'urgence. Ces définitions sont importantes, car une installation effectuant des cycles fréquents peut passer plus de temps dans des conditions transitoires qu'une unité fonctionnant en charge continue. Ne prendre en compte que les résultats d'essais stables à pleine charge peut masquer cette exposition.

Les preuves de permis doivent correspondre à la configuration installée

Le dossier de preuves doit identifier la famille exacte du moteur, la puissance nominale, le mode de combustion, les limites de combustible, les réglages de commande, la configuration de la cheminée d'échappement et le post-traitement installés sur l'unité livrée. Les brochures génériques et les données d'essai relatives à une puissance nominale ou à un combustible différents constituent des éléments de preuve insuffisants lorsque les permis exigent des informations propres à la configuration.

La conception de la cheminée fait également partie de l'évaluation des émissions. La modélisation de la dispersion, lorsqu'elle est requise, dépend de la hauteur de cheminée, de la vitesse de sortie, de la température des gaz d'échappement, des bâtiments voisins et de l'interaction de plusieurs sorties d'échappement. Une cheminée plus haute peut améliorer la dispersion au niveau d'un récepteur sans modifier la masse émise par le moteur ; elle ne remplace pas le respect de la limite à la source. Inversement, un moteur conforme peut tout de même nécessiter une conception de cheminée révisée si les effets de sillage des bâtiments entraînent des concentrations élevées au niveau du sol.

Mise en service et vérification continue

Les essais initiaux doivent être réalisés après que le système de combustible, les commandes du moteur, les conduites d'échappement, le catalyseur et le système de ventilation sont dans leur état final de fonctionnement. Les modifications d'étalonnage effectuées après les essais peuvent altérer les émissions, en particulier sur les unités à mélange pauvre. Les enregistrements d'exploitation utiles comprennent les heures de fonctionnement par catégorie de service, l'historique des charges, les analyses de combustible, les journaux d'alarmes et de déclenchements, les dossiers de maintenance du catalyseur, les détails des pièces de rechange et les modifications documentées du réglage du moteur.

La surveillance continue des émissions n'est pas requise pour chaque installation, mais des essais périodiques de cheminée seuls peuvent être insuffisants lorsque les limites sont strictes ou que la qualité du combustible varie fortement. Certains permis exigent plutôt une surveillance des paramètres, tels que le rapport air-carburant, la température d'échappement, la température du catalyseur, le niveau d'oxygène ou les informations de débit de combustible. Ces paramètres ne sont utiles que lorsque leurs plages acceptables sont liées à des performances d'émissions vérifiées.

Avant la sélection finale, la question pratique est de savoir si le mode de fonctionnement prévu, l'enveloppe de combustible et la configuration d'échappement peuvent respecter la limite applicable pendant toute la durée de vie autorisée de l'installation. Un générateur sélectionné uniquement selon sa puissance nominale, une seule valeur d'émissions à pleine charge ou une affirmation de conformité à une norme non précisée laisse trop de ces conditions sans réponse.