Combustion

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ChemindesMoines-13200ARLES
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1
COMBUSTION
Gabriel ROCHE
Hervé BOULET
4355/61
Décembre 2013
INSTITUT DE REGULATION
& AUTOMATION
Chemin des moines
13200 - ARLES
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SOMMAIRE
1 GENERALITES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 PARAMETRES DE LA COMBUSTION . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3 POUVOIR CALORIFIQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4 EXPLOSIVITE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
5 ETUDE DE COMBUSTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
6 COMBUSTIBLES SOLIDES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
7 COMBUSTIBLES LIQUIDES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
8 COMBUSTIBLES GAZEUX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
9 OPTIMISATION DE LA COMBUSTION . . . . . . . . . . . . . . . 42
10 REGLEMENTATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

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Qu'il s'agisse de fours ou de chaudières, la production de calorie provient
généralement d'une combustion.
Toute combustion résulte de l'action entre un comburant : l'oxygène de l'air et un
combustible : charbon, fuel ou gaz .
Cette réaction chimique est exothermique, c'est-à-dire qu'elle produit de la chaleur.
Les corps combustibles contiennent des atomes de Carbone C, de l'Hydrogène H et
du Soufre S (en faibles proportions).
La combinaison des atomes de carbone et d'hydrogène donne des hydrocarbures de
formule Cn
H2n+2
n étant le nombre de carbone. Ils ne possèdent que des liaisons simples
C-C et C-H. Ces liaisons sont très fortes (C-C : 82,6 kcal/mole ; C-H : 98 kcal/mole). Les
hydrocarbures sont très stables (peu réactifs) et tous sont combustibles .
La réaction chimique correspondant à la combustion complète d'un hydrocarbure
s'écrit :
Cn
H2n+2
+ O2
→ n CO2
+ ( n+1 ) H2
O + Q kcal
Par exemple la combustion complète du propane C3
H8
s'écrit
C3
H8
+ 5 O2
→ 3 CO2
+ 4 H2
O + Q kcal
En théorie, la combustion peut être neutre, oxydante ou réductrice. Dans la pratique,
elle est oxydante ou réductrice.
3n+1
2
GENERALITES

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Combustion "neutre ou stoechiométrique"
Tous les éléments susceptibles de se combiner à l'oxygène ont donné naissance
à des composés oxygénés.
C + O2
→ CO2
dioxyde de carbone
H2
+ 1/2 O2
→ H2
O vapeur d'eau
S + O2
→ SO2
dioxyde de soufre
Il n'y a plus d'oxygène dans les produits de la combustion. C'est le type idéal de
combustion. La réaction chimique se fait avec la quantité d'oxygène juste nécessaire,
donc la juste quantité d'air.
Dans ce cas, les fumées ne contiennent que du CO2
, du N2
et de l'H2
O en
considérant que le combustible est exempt de soufre.
Combustion oxydante ou avec excès d'air.
C'est la combustion la plus fréquemment rencontrée dans les chaudières.
Il reste de l'oxygène dans les produits de la combustion. Elle résulte de
l'emploi d'un excès d' O2
( donc d'AIR ) par rapport à la quantité strictement
nécessaire (ou stoechiomètrique). Elle se traduit par la présence d'oxygène
dans les fumées.
La différence entre les deux quantités d'air (air total - air stoechiométrique) est
appelé EXCES D'AIR.
Le rendement de la combustion baisse du fait des pertes de chaleur par évacua-
tion des quantités d'air inutiles. Ainsi cherche t'on à maintenir cette quantité d'air ex-
cédentaire à une valeur minimale.
Combustion réductrice ou avec défaut d'air.
Dans ce cas, les produits de la combustion contiennent des imbrûlés,
du monoxyde de carbone ( CO ), des suies et ne contiennent pas d'oxygène. Elle ne
peut se concevoir dans les chaudières étant donné la diminution du rendement qui en
résulte, par contre elle est volontairement réalisée dans certains fours de métallurgie.
On évite de se trouver dans ce dernier cas de figure en introduisant de l'air en
excès par rapport à la quantité nécessaire à une combustion neutre.
GENERALITES

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POUVOIR COMBURIVORE (PCO)
On appelle air stoechiométrique ou pouvoir comburivore (Symbole Va
) d'un gaz
combustible, la quantité d'air nécessaire et suffisante pour assurer la combustion com-
plète de l'unité de volume de ce gaz. L'air stoechiométrique permet donc d'obtenir la
combustion complète sans excès ni défaut d'air.
Le pouvoir comburivore s'exprime en Nm3
d'air / Nm3
pour les gaz et en
Nm3
d'air / kg pour les liquides et les solides.
POUVOIR FUMIGENE
Le pouvoir fumigène est le volume de fumées produite par la combustion neutre d'une unité de
combustible. Il s'exprime en Nm3
de fumée / Nm3
pour les gaz et en Nm3
de fumée / kg pour
les liquides et les solides.
Il faut considérer deux cas :
- Le pouvoir fumigène humide (symbole V'f
), l'eau produite par la combustion étant à
l'état de vapeur et on est en présence de fumées humides. C'est le volume qui est réel-
lement à évacuer.
- Le pouvoir fumigène sec (symbole Vf
), l'eau produite par la combustion est condensée
et on est en présence de fumées sèches. On ne tient compte que du volume des corps
gazeux.
Pour tous les gaz combustibles distribués, le pouvoir fumigène humide rapporté au
kWh (PCI) est compris entre 1,00 et 1,07 (0,99 pour les fiouls).
PARAMETRES PRINCIPAUX DE LA COMBUSTION
PARAMETRES DE LA COMBUSTION

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TENEUR EN CO2
DANS LES FUMEES :
C'est le rapport du volume de CO2
au volume des fumées (symbole Vo2
).
Cette teneur, pour un combustible donné, dépend de sa dilution avec l'air en excès.
Elle constitue un moyen commode de caractériser une combustion.
TENEUR EN O2
DANS LES FUMEES :
C'est le rapport du volume d' O2
au volume des fumées (symbole Vo2
).
Cette teneur, pour un combustible donné, dépend de l'excès d'air. Elle constitue aussi
un moyen commode de caractériser une combustion.
AIR EN EXCES ET EXCES D'AIR :
Dans la pratique on ne peut amener la quantité d'air necessaire et suffisante pour réaliser une
combustion théorique et complète. Il faut ajouter au volume d'air théorique ( Va ) un volume d'air
supplémentaire appelé air en excès Ae.
L'excès d'air e % représente le pourcentage d'air supplémentaire par rapport au pouvoir
comburivore.
e % = x 100
e % = x 100
Va étant le volume d'air d'une combustion stoechiométrique et VA
le volume d'air réellement
utlisé pour la combustion
La détermination de l'excès d'air se pose à tout exploitant de générateurs thermiques
(chaudières, fours,...) qui veut connaitre les conditions de fonctionnement de son installation dans le but
- soit d'en améliorer le rendement
- soit de se maintenir aussi près que possible des performances annoncées par le constructeur.
VA
- Va
Va
Quantité d'air en excès
Quantité d'air stoechiométrique

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La mesure de la teneur en oxygène dans les fumées humides permet de chiffrer cet
excès d'air au moyen de la relation suivante :
e % = x 100
Soit si on calcule cette même valeur à partir du pourcentage d' O2
% :
e % = x 100
Exemple Méthane :
soit 100 m3
de mélange : 5 m3
CH4
+ 95 m3
Air.
Pour la réaction chimique, il faut pour 1 volume de méthane, 10 volumes d'air.
Donc, la quantité d'air en excès est :
95 - (10 x 5) = 45 m3
Valeur de l'excès d'air :
x 100 = 90 %.
Les abaques 1,2,3 permettent de trouver l'excès d'air e lorsque le combustible est du
fuel lourd n°
2 (abaque 1 ),du fuel lourd n°
2 BTS (a baque 2) et du fuel lourd n°
2 TBTS
(abaque 3).
Ces abaques fournissent d'autres paramètres utiles :
- Pourcentage volume de vapeur d'eau en %H2
O
- Va pouvoir comburivore en Nm3
- Vf
volume des fumées sèches à la combustion neutre en Nm3
.
- V'f
volume des fumées humides à la combustion neutre en Nm3
.
Vo2
0,208 - Vo2
O2
%
20,8 - O2
%
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Dans l'objectif d'optimiser la combustion, il est nécessaire de prendre en compte le
pouvoir calorifique du combustible.
POUVOIR CALORIFIQUE :
En milieu industriel on s'intéresse à la quantité de chaleur fournie par la combustion
d'une masse donnée de combustible. Le pouvoir calorifique ( Pc ) de ce combustible est
la quantité de chaleur produite par la combustion complète de l'unité de masse de ce
combustible.Il s'exprime en Kcal/Nm3
ou KJ/Nm3
pour les combustibles gaz (1 calorie =
4,18 Joules ) et en Kcal/kg ou KJ/kg pour les combustibles liquides et solides.
Lorsque le combustible contient de l'hydrogène ou des composés hydrogénés, la com-
bustion s'accompagne de formation d'une certaine quantité d'eau. Il faut alors distinguer :
Le Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI)
La quantité de chaleur dégagée lors de la combustion ne prend pas en compte la
quantité de chaleur propre à la vapeur d'eau. Dans ce cas, l'eau reste à l'état vapeur dans
les produits de la combustion.
Le Pouvoir Calorifique Supérieur (PCS)
La quantité de chaleur dégagée prend en compte la chaleur fournie par la condensa-
tion de la vapeur d'eau. L'eau se sépare, à l'état liquide des produits de la combustion.
Différents organismes nationaux ( IFP, GDF...) et internationaux éditent des tableaux de
valeurs des Pci et Pcs tel que celui donné a la figure 1.
Remarques
* Le PCS est toujours supérieur au PCI
* Un combustible ne contenant pas d'hydrogène a un PCI égal à son PCS
* Dans la pratique, on utilise plus souvent le ·PCI.
POUVOIR CALORIFIQUE

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Poids Poids Poids Pcs Pci
moléculaire hydrogène carbone Kcal/Nm3
Kcal/Nm3
H2
hydrogène 2 2 0 3047 2567
H2
S hydro-sulfuré 34 2 0 6318 5840
CO oxyde de carbone 28 0 12 3018 3018
CH4
méthane 16 4 12 9516 8566
C2
H6
éthane 30 6 24 16767 15337
C2
H4
éthylène 28 4 24 15045 14096
C3
H8
propane 44 8 36 24045 22126
C3
H6
propylène 42 6 36 21939 20518
C4
H10
butane 58 10 48 31680 29161
C4
H8
butylène 56 8 48 28982 27082
C5
H12
pentane 72 12 60 37698 34878
O2
oxygène 32 0
N2
azote 28 0
CO2
gazcarbonique 44 12
AIR 29 0
FORMULE
POUVOIR CALORIFIQUE

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Conditions d'explosivité ou d'amorçage d'une combustion Gaz
EXPLOSIVITE
Les conditions nécessaires pouramorcerunecombustiongaz dans unmélange air-gazsont :
- Que la concentration de gaz dans le mélange soit comprise entre la LIE (limite inférieure
d'explosivité)et laLIS (limitesupérieured'explosivité).
- Que ce mélange soit mis en contact avec une flamme ou une étincelle ou un corps dont la
températuredépasselatempératured'inflammation(ou d'auto-inflammation)du gaz.
La flamme peut alors se propager dans le mélange à la vitesse de déflagration.
Composés Formule
Limite
inférieure
d'explosivité
(exprimée en
% de
concentration
volume dans
l'air)
Mélange
stochiométrique
(exprimé en %
de concentration
volume dans
l'air)
Limite
supérieure
d'explosivité
(exprimée en
% de
concentration
volume dans
l'air)
Température
d'inflammation
du mélange en
degrés celcius
Vitesse de
déflagration
en m/s
Hydrogène H2 4,0 29,38 74,5 570 170 / 245
Monoxyde de carbone CO 12,5 29,38 74 630 28 / 32
Méthane CH4 5 9.42 15 580 38 / 44
Ethane C2H6 3 5,61 12,5 490 36 / 48
Propane C3H8 2,25 3,99 9,4 480 42 / 46
Butane C4H10 1,8 3,10 8,4 420 / 480 38 / 44
Ethylène C2H4 3,1 6,48 32 520 60 / 80
Acétylène C2H2 2,5 7,68 81 320 110 / 155
Propylène C3H6 2,2 4,42 10,5 460 _

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DETERMINATION DU POUVOIR CALORIFIQUE DES MELANGES.
Le pouvoir calorifique d'un mélange de fluides peut être déterminé à partir de la connaissance
de la composition du mélange, en tenant compte du pouvoir calorifique de chaque constituant. La
composition du mélange pourra être déterminée par un analyseur à principe physicochimique tel
qu'un chromatographe.
Exemple :
Calcul du Pci et Pcs d'un mélange de gaz de haut fourneau.
L'analyse chromatographique en phase gaz donne en volume :
H2 3% Pci = 2567 Kcal/Nm3
Pcs = 3047 Kcal/Nm3
N2 57% ne participe pas à la combustion
CO 25% Pci = Pcs =3018 Kcal/Nm3
CO2 15% ne participe pas à la combustion
Pci = 0,03 x 2567 + 0,25 x 3018 = 831,5 Kcal/Nm3
= 3475,7 KJ/Nm3
Pcs = 0,03 x 3047 + 0,25 x 3018 = 845,9 Kcal/Nm3
= 3535,9 KJ/Nm3
POUVOIR CALORIFIQUE

Chapitre
COMBUSTION
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POUVOIR CALORIFIQUE
32 x 88
12
32 x 12
4
330
32
EXEMPLES
1. Etudier la combustion stoechiométrique d'un débit masse de 100 kg/h de fioul n°2
dont la composition est la suivante :
88 % de carbone
12% d'hydrogène
Réactions chimiques
Deuxréactions chimiques sont nécessaires :
* C + O2
→ CO2
(12g) + (32g) → (44g)
* 2H2
+ O2
→ 2H2
O
(4g) + (32g) → (2x18g)
1-1 Débit masse d'oxygène nécessaire
* pour C = 234 kg/h
* pour H2
= 96 kg/h
* TOTAL 330 kg/h
1-2 Débit volumed'oxygène
* Débit molaire : = 10,31Kmoles/h
* Débit volume : 10,31 x 22,414 = 231 Nm3
/h
1-3 Débit d'air
Air : 21% O2
Débit d'air = = 1100 Nm3
/h
79% N2
231 x100
21

Chapitre
COMBUSTION
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1-4 Etude des fumées
* pour CO2
= 322 Kg/h
* pour H2
O = 108 Kg/h
* volume de CO2
= 164 Nm3
/h
* volume de H2
O = 134 Nm3
/h
Soit le débit volume des fumées :
QVCO
+ QVH O
+ QVN
= 164 + 134 + 1100 x = 1 167 Nm3
/h
44 x 88
12
36 x 12
4
322 x 22,4
44
108 x 22,4
18
2
2 2
79
100
ETUDE DE COMBUSTION

Chapitre
COMBUSTION
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2- Soitun gaz deraffinerie (ou fuelgaz) dont l'analyse adonné les résultatssiuvants :
HydrogèneH2
= 10 %
Méthane CH4
= 50 %
Ethane C2
H6
= 10 %
Propane C3
H8
= 25 %
Azote N2
= 5 %
Dans les cinqconsituants, un seul n'est pas combustible: l'azote (N2
).
L'étudedelacombustionstoechiométriqueporteraunvolumede100m3
(n)defuelgas.
2-1 Combustion des constituants
Hydrogène
H2
+ O2
→ H2
O
1 mole H2
+ mole O2
→ H2
O
10 m3
+ 5 m3
→ 10 m3
Méthane
CH4
+ 202
→ CO2
+ 2H2
O
50 m3
+ 2 x 50 m3
→ 50 m3
+ 2 x 50 m3
Ethane
C2
H6
+ O2
→ 2CO2
+ 3H2
O
10 m3
+ 10 m3
→ 2 x 10 m3
+ 3 x 10 m3
Propane
C3
H8
+ 5 O2
→ 3CO2
+ 4H2
O
25 m3
+ 5 x 25 m3
→ 3 x 25 m3
+ 4 x 25 m3
1
2
1
2
7
2
7
2
ETUDE DE COMBUSTION

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COMBUSTION STOECHIOMETRIQUE DE 100 Nm3
de Fuel Gaz.
Composition du gaz O2
nécessaire Volume des fumées
Constituants Nm3
Nm3 H2
O
CO2
N2
H2
CH4
C2
H6
C3
H8
N2
10
50
10
25
5
100
Gaz
5
100
35
125
265
50
20
75
145
5
5
10
100
30
100
240
100 265 145 1 002 240
O2
: 265 Nm3
l'air contient 21% O2
l'air contient 21% O2 = 1262 Nm3
N2 : 997 Nm3
265 x 100
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ETUDE DE COMBUSTION
AIR
COMBUSTIBLES
TO
TAUX

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1 262 m3
AIR
100 m3
GAZ
1 002 m3
240 m3
145 m3
CO2 N2
H2
O
1 387 m3
FUMEES
ETUDE DE COMBUSTION
Les formules pratiques (Rosin et Fehluaz) permettent de calculer le volume d'air
théorique et le volume des fumées pour 2 types de gaz (PCI faible, PCI fort).
On considère qu'un gaz est pauvre si son PCI est infèrieur à 1200 Kcal/Nm3
.
Remarques:
GAZ FUMEES
AIR THEORIQUE
GAZ PAUVRE
(PCIfaible)
x PCI
0,875
1 000
x PCI + 1
0,725
1 000
GAZ RICHE
(PCIgrand)
x PCI - 0,25
1,09
1 000
x PCI + 0,25
1,14
1 000
Le PCI est donné en Kcal/Nm3

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PCI D'UN MELANGE
Enreprenantl'exempledu fuel gaz,ondéterminelePCIàpartir desPCIdesdifférents
constituants.
H2
= 10 763 KJ/Nm3
C2
H6
= 63 700 KJ/Nm3
CH4
= 35 800 KJ/Nm3
C3
H8
= 91 186 KJ/Nm3
D'où le PCI du mélange sera égal à :
PCI = + + +
PCI = 48 150 KJ/Nm3
ou 11 500 Kcal/Nm3
Ce qui donne, d'après les formulesci-dessus pour un gazriche :
Airthéorique : x 11 500 - 0,25 = 12,30m3
(n)/m3
(n)
Fumées : x 11 500 + 0,25 = 13,36m3
(n)/m3
(n)
10 763 x 10
100
35 800 x 50
100
63 700 x 10
100
91 186 x 25
100
1,09
1
000
1,14
1
000
ETUDE DE COMBUSTION

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COMBUSTIBLES SOLIDES
Il existe deux types de combustibles solides :
- combustibles naturels : houille, lignite, tourbe, bois ...
- combustibles artificiels : cokes provenant de la distillation du charbon ou du pétrole,
charbon de bois...
Les combustibles solides sont constitués de :
- matières organiques,
- matières minérales,
- d'eau.
Matières organiques
Les principales sont le carbone, l'hydrogène, l'oxygène, le soufre (à faible teneur).
Ces constituants sont la partie utile du combustible.
Matières minérales
Ce sont des composés :
- carbonates (Fe, Ca, Mg)
- sulfures (Fe)
- silicates (Al, Ca, Fe).
Ces matières minérales sont recueillies sous forme de cendres.
Eau
L'eau se présente sous deux formes :
- humidité interne (contenue au sein des matières organiques)
- humidité externe ou superficielle (manutention).
On prend en compte l'humidité totale qui est la somme des deux humidités.
LES DIFFERENTS TYPES DE COMBUSTIBLES .
Les combustibles solides.

Chapitre
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On obtient le coke par distillation de la houille à l'abri de l'air, à haute température
(1 000°
C). On l'emploie en sidérurgie (haut-fournea u) et en fonderie (cubilots).
La qualité du coke dépend des charbons utilisés et des conditions de cokéfaction.
On peut classer le coke en trois natures :
- coke de haut-fourneau : avec des caractéristiques draconiennes :
taux de cendres, humidité, calibrage ...
- coke de fonderie : moins exigeant (résistance mécanique plus faible)
- coke de gazogène : calibrage régulier mais de faible dimension.
Le PCI varie de 27 à 33 MJ/Kg.
COKE DE PETROLE
Ce combustible est obtenu en fin de craquage du pétrole brut à partir d'un résidu très
lourd.
Peu utilisé en France jusqu'en 1975, la consommation actuelle (1982) est de 1,5 MT
avec de gros consommateurs : les cimentiers.
Les caractéristiques sont les suivantes :
- un pouvoir calorifique élevé : 31,5 MJ/kg
- teneur en cendres résiduelles : 0,5 %
- teneur en matières volatiles faible : ~ 10 %.
COKE

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HOUILLES
Ce combustible provient de la décomposition, à l'abri de l'air, du bois. C'est un
combustible naturel qui est dans le sol sous formede couches intercalées de couches de
roches primaires.
On peut faire une première classificatin des houilles :
- houilles grasses : s'enflamment facilement, fument beaucoup.
- houilles maigres (enthracite) : s'enflamment difficilement, dégagent plus de cha-
leur.
Critères
Les houilles sont classées d'après différents critères :
(normes internationales : M10.0001.1972)
- teneur en humidité : 2 à 10 % poids
- teneur en cendre : peut atteindre 17 à 20 % poids pour des houilles
de qualité médiocre.
- teneur en matières volatiles : de 4 à 45 % constitués par l'hydrogène, les
hydrocarbures,l'oxygène et l'azote.
Pouvoir calorifique
Suivant leur provenance, le pouvoir calorifique varie de 30 MJ/kg à 37 MJ/kg
(soit de 7 000 à 9 000 Kcal/kg).
Présentations
Engénéral,pourl'utilisationindustrielle,lahouilleest réduiteenfinesparticulesdans
des broyeurs à galets tournants. Ces particules sont ensuite véhiculée par l'air chaud
(150°
C).
Bien que nécessitant des installations importantes (stockage, transport, prépara-
tion), la houille est le combustible le plus utilisé actuellement dans les centrales thermi-
ques françaises (puissance 400 MW).

Chapitre
COMBUSTION
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TOURBES
Aprèsextractiondestourbièresetséjourprolongéàl'air,lateneurenhumiditépassede
85 % environ à 25 % environ. Les tourbes se présentent sous forme de briquettes plus ou
moinscompactessuivantleurorigine.
La composition chimique est estimée à :
-carbone : 52 %
-hydrogène : 8 %
-oxygène : 39 %
- azote + soufre : 1 %
Le PCS moyen varie entre 20 et 23 MJ/Kg.
BOIS ET DECHETS
Les caractéristiques sont très variables suivant les origines et les essences. La
composition chimique du bois sec est estimé à :
-carbone : 50 %
-oxygène : 43 %
-hydrogène : 6 %
-azote : 1 %
Le PCI moyen est : 18 000 KJ/Kg (4 300 Kcal/Kg).
La masse volumique varie de 400 (bois tendre) à 900 Kg/m3
(bois dur).
Pourunecombustionstoechiométrique:
- un volume d'air de combustion : 4,5m3
(n)/kg
- unvolume des fumées : 5,2m3
(n)/kg
- teneur enCO2
: 19 %

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COMBUSTION
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DECHETS URBAINS
Provenance
-nettoyage desvoies publiques
-habitations;collectivités
- industries ; commerces
Poids
- 1 Kg / jour / habitant
PCI
-zonesrurales : ~ 5 000 K J.
K g-1
.
-zonesurbaines : ~ 7 000 KJ.Kg-1
.
- Paris : ~ 10 000 KJ.Kg-1
.
- Abidjan : ~ 3 750 KJ.Kg-1
.
- USA : ~ 9 000 KJ.Kg-1
.
BAGASSE
La bagasse est le résidu du procédé de traitement de la canne à sucre. C’est la fibre
qui subsiste de la canne après extraction du sucre. D’une tonne de canne, il subsiste
ainsi 320 kg de bagasse. La bagasse possède un pouvoir calorique supérieur à celui
de nombreux lignites exploités dans le monde (1850 kcal PCI par kg). Ainsi 10 tonnes
de bagasse équivalent à presque 2 tonnes de fuel lourd avec l’avantage d’être moins
polluants et d’être renouvelables sur le cycle annuel. La bagasse est traditionnellement
brûlée dans les chaudières des distilleries et sucreries
Pouvoir calorifique de la bagasse (PCI) = 8,3 MJ/kg à 48% humidité

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COMBUSTION
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26
LES COMBUSTIBLES LIQUIDES :
Les combustibles liquides, domestiques ou industriels, sont des hydrocarburesobtenus
par distillation dupétrole brut.
Les principaux types de combustibles appelés FIOULS sont :
- le FIOUL DOMESTIQUE (FOD)
- les FIOULS LOURDS n°1 et 2
- les FIOULS INTERNES de raffinerie.
Pour mémoire, citons deuxfiouls plus guère utilisés :
- le FIOUL léger qui était un mélange (50 % fioul domestique + 50 % fioul n°2).
- le FIOUL n°1 également un mélange (25 % domestique + 75 % fioul n°2).
Le fioul industriel le plus utilisé est donc le FIOUL n°2 qui comporte 3 types différents :
- FIOUL n°2 NORMAL avec moins de 4 % de soufre
- FIOUL n°2 BTS avec 2 % de soufre
- FIOUL N°2 TBTS avec 1 % de soufre.
LES COMBUSTIBLES LIQUIDES

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FIOUL LOURD
Analyse pondérale moyenne
C
H
S
reste
Pouvoir calorifique supérieur KJ/kg
Kcal/kg
Pouvoir calorifique inférieur KJ/kg
Kcal/kg
Masse volumique K/m3
Capacité thermique massique KJ/kg
th/kg
86
13,5
0,3
0,2
46 000
11 000
43 100
10 300
834
1,9
0,45
84,5
10,5
3,5
1,5
42 430
10 150
39 600
9 450
990
1,8
0,43
86,5
11,5
0,9
1,1
43 000
10 300
41 000
9 800
970
1,7
0,40
Fioul domestique Fioul n°2 Fioul n°2 TBTS
Composition - PCI
Suivant leur origine, les fiouls secomposent de :
-carbone 85 %
-hydrogène 12,5 %
-soufre de 0,5 à 3 %
- N2
, H2
O, O2
q.q %.
Lepouvoircalorifiqueinférieurdépendessentiellementdurapportcarbone/hydrogène
qui peut varier de 6 à 8.
En effet, lePCI de l'hydrogène est environ 3,6 fois celui du carbone (H2
: 120 MJ/Kg
-
C : 32,75 MJ/kg), d'où :
- C/H → 6 PCI → 42,4 MJ/kg (10 150 Kcal/Kg)
- C/H → 8 PCI → 40 MJ/kg ( 9 600 Kcal/Kg).
Caractéristiques moyennes des fiouls
~
~
Rapport carbone/hydrogène 6,4 8,0 7,5

Chapitre
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28
Propriétés à froid
1 - Point de trouble (FOD)
C'est la température àlaquelle apparaissent les premiers cristauxde paraffine.
2 - Point d'écoulement(FOD etn°
2)
C'est la température àlaquelle sefige le fuel.Pour un fuel lourd : 15°
C environ.
3 - Températurelimitedefiltrabilité
C'est latempérature àlaquelleunfiltre normalisése colmate.
4 - Eau - Sédiments
L'eau et les sédiments d'origine externe doivent être éliminés par des purges périodi-
queset un
filtrageefficace.
Teneur en soufre
La présence desoufredans les fiouls présente deuxinconvénients majeurs :
-lapollutionatmosphériqueparl'intermédiaireduSO2
(troublesrespiratoires)
- la corrosion : le SO2
, résultat de l'oxydation du SO, forme avec l'eau de condensation des
fumées
d'acide sulfurique SO4
H2
qui corrode les parties métalliques.
Enconséquence,latempératuredesfuméesdevratoujoursêtresupérieureà145°
Cà
la sortie de la cheminée.
Si lesfioulsdomestiquessontdésulfurés,il n'enestpasdemêmepourlesfioulslourds
dont la teneur en soufre est obtenue par ségrégation des bruts (la désulfuration étant très
onéreuse).

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Point éclair
Lepointéclairestlatempératureminimaleàlaquellelefiouldoitêtreportépourqueles
vapeurss'enflammentenprésenced'uneétincelleoud'uneflammepilote.
Indice de CORADSON
C'est le %de poids des sédiments qui restent après la combustion àl'air libre du fioul.
Cet indice (~1 %) permet de se faire une idée du dépôt sur les brûleurs.
Teneur en asphaltène
Cette teneur en produits lourds, dans les fiouls de 2 à 5 %, il y a dix ans, à tendance à
augmenter actuellement de 5 à 10 % et parfois de 15 à 20 %.
Laconnaissancedecetteteneurdonnedesindicationsdesconditionsdepulvérisation
auxbrûleurs. Uneforte teneurenasphaltène obligeà réchaufferlefioul entre150 et180°
C.
Viscosité
C'estle premiercritèrede labonnepulvérisation auxbrûleurs.
En général, la viscosité est calculée :
- à 20°
C pour le FOD
- à 100°
C pour les fiouls lourds.
C'estun paramètreimportant quiintervient pour:
-lecalcul destuyauteries
-lecalculdunombredeReynoldspourl'écoulement(choisdesmesuresdedébits)
-déterminerlesconditionsd'unebonnepulvérisationauxbrûleurs.

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Masse volumique
La masse volumique des combustibles liquides est donnée à 15°C en général.
Pour les fiouls lourds, la masse volumique ρ est déterminée à une tempértature
supérieure au point d'écoulement.
L'équation de détermination donne :
ρT°
C = ρ15°
C - K (T°
C - 15)
avec K = 0,62
ρ15 = 820 à 860 pour le FOD (840)
940 à 990 pour le FO n°2 (980)
Pouvoir calorifique
La détermination du pouvoir calorifique est faite à partir de la formule de CRAGOE
simplifiée dans laquelle on ne prend encompte quela teneur en soufre.
PCI = 55,5 - 14,4 ρ15°
C - 0,32 (S)
avec PCI : en MJ/kg
(S) : teneurensoufre
ρ15°
C : massevolumiqueenkg/litre.
On détermine également le PCI par graphique (voir page24)
Métaux, eau, sédiments
-Métaux(vanadium,sodium)
Lateneurenvanadiumpeutvarierde50à200ppmsuivantl'originedesbruits(1ppm=1mg/
kg)
- Eau
L'eau répartie de façon homogène n'est pas gênante. On admet 0,1 à 0,3 % en général
- Sédiments : en général bien faible, de 0,001 % à 0,1 %.

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1250
750
500
250
100
50
25
20
15
7,5
10
4
3
20 50 100 150
Température °
C
Viscosité
:
mm
2
.s
-1
ou
cSt
F
.
O
.
n
°
2
F
.
O
.
n
°
1
F
.
O
.
D
.
F
.
O
.
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DENSITE d
15
4
% SOUFRE
0
2,0
2,5
3,5
4,0
4,5
5,0
DOC ENSPM
9 950
9 850
9 800
9 750
9 700
9 650
9 600
9 550
9 500
9 450
9 400
9 850
9 800
9 700
9 650
9 600
9 550
9 500
9 450
9 400
9 950
0,900 0,910 0,920 0,930 0,940 0,950 0,960 0,970 0,980 0,990 1,000
0,900 0,910 0,920 0,930 0,940 0,950 0,960 0,970 0,980 0,990 1,000
10 000 10 000
3,0
0,5
1,0
1,5
9 750
PCI D'UN FIOUL
9 900
9 900
DETERMINATION DU PCI
DES FUELS
PCI
kcal/kg
PCI
kcal/kg

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....
.
. .
... émulseur
......................................
.
........................................ .
.
........................................ .
......................................
...................................... .
...................................... .
.
.
↑
.
=
tampon de jauge
évent (avec grillage pare-oiseau)
injection de mousse
injecteur
eau
AC
R
vapeur
aspiration FO
traçage
vers remplissage FO
galette sandwich
(épaisseur 25 cm)
sable + bitume
sol d'origine
(purgé de ses points durs
et cylindré)
plaque de jauge
tunnel
de reprise
réglette
graduée
remplissage FO
eau de refroidisse-
ment
de la paroi
traçeur
vapeur
AC
R
↓
............................................
..........................................
.
.
. .
..
..........................................
.
.
........................................... .
..
..........................................
............................................
PLAN DE COUPE
ossature support
de serpentin
de dégourdissage
purgeur
serpentin de
dégourdissage
porte de visite (trou
d'homme)
purgeur
calorifuge sur
tuyauterie
serpentin
circonférentiel
calorifuge du bac
RESERVOIR AERIEN (AFME)

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DISTRIBUTION (CEREN)
[x]
135°
C
RECHAUFFEUR
ELECTRIQUE
(éventuel)
REGULATEUR
DE
PRESSION
VANNE
REGULATION
DEBIT
DEGAZAGE
CIRCUIT
HP
RECHAUFFEUR
VAPEUR
3,5
bars
65°
C
40°
C
POMPES
HP
FILTRES
250
microns
FILTRES
motorisés
500
microns
POMPES
DE
GAVAGE
RECHAUFFEUR
CREPINE
RETOUR
PARTIEL
CIRCUIT
GAVAGE
RETOUR
PARTIEL
VERS
AUTRES
BRULEURS
Distribution
du
fioul
lourd
Schéma
de
principe
Les
températures
et
pressions
sont
données
à
titre
indicatif
Ce
schéma
ne
préjuge
pas
de
l'implantation
éventuelle
d'organes
tels
que
les
clapets
anti-retour,
les
soupapes.
15
bars
BRULEUR
PULVERISATION
MECANIQUE
A
RETOUR
CLAPET
DE
DECHARGE

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COMBUSTIBLES GAZEUX
On distinguedeuxtypes decombustible gazeux:
- gaz commercialisés,
- gaz à utiliser "in situ".
Les gaz commercialisés sont :
-legaznaturel (productionsnationaleetimportée),
- les gaz de pétrole liquéfiés (GPL ou LPG) : propane ou butane.
Les gaz deproduction interne sont :
- le gaz de raffinerie ou fuel gaz (FG),
- gaz de cokerie,
-gazdehauts-fourneaux,
- gaz d'aciérie.
LES COMBUSTIBLES GAZEUX :

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COMBUSTIBLES GAZEUX
GAZ NATUREL
Lesgaznaturelssontessentiellementconstituésdeméthane.
Ils proviennent de gisements naturels souterrains ou sous-marins et, après
traitementséventuels,sonttransportéssurdegrandesdistancesjusqu'auxrégions
dedistributionetauxpointsd'utilisation.
Les gaz naturels ne contiennent pas d'oxyde de carboneet ne sont donc pas
toxiques.
L'exploitationdugaznaturel,àsonorigine,sedéveloppaitàpartird'uneseule
sourceetlegazdistribuéavaitdescaractéristiquesconstantesetidentiquesentous
pointsduréseau.
Désormaisl’approvisionnementengazdelaFranceestbiendiversifié:en2008,33%dugaz
importéparla France arrivedeNorvège, 18% des Pays-Bas,17 %d’Algérie,15 % deRussie. En
raison de l'interconnexion des réseaux de transport, une même région peut recevoir des gaz
d'originesdifférentes,pursouenmélange,lesproportionspouvantvarierenfonctiondesconditions
d'exploitation.
Legaznaturelreprésenteaujourd’huilequartdel’énergieprimaireconsomméedansl’Union
européenne(UE)et15%enFrance.Lademandedegaznaturelaconnuuneexpansionrapidedans
les vingtdernières années pour la France comme pour l’UE : elle a augmenté de 52 % en France
(49 % en UE) entre 1990 et 2006, tandis que la consommation totale d’énergie primaire ne
progressait que de 10 % en Europe et 20 % en France. Sa croissance a été très forte entre 1990
et2004,maisellesemblesestabiliserdepuis.Legazatendanceàsesubstitueraucharbon:entre
1990et2006,lapartducharbon(tourbeincluse)danslebouqueténergétiqueeuropéenestpassée
de 27%à 18 %,celle du gaz naturel de 18% à24 %, tandis quecelles du pétrole etde l’électricité
primaire restaient quasi stables. Ces évolutionssontobservablesdans tousles pays.
Le gaz naturel est moins cher que le pétrole avec des prix moyens à l’importation en France
inférieurs de plus de 50 % pour une mêmequantité d'énergie. Lecharbon, qui était à peu près au
même prix que le gaz entre 1987,et 1999, coûte aujourd’hui 40 % à 50 % moins cher.
Le développementrapide delaconsommation de gazdans les années récentestient aussi à ses
qualitésphysiques:iln’émetpasdeparticules,nidedioxydedesoufre(SO2).Etsurtout,argument
devenutrèsimportant,ilémetmoinsdecarbonequelesautresénergiesfossiles:enmoyenne0,65
tonnedecarbonepartonneéquivalentpétrole(tep)consommée,contre0,83tonnepourlepétrole
et 1,12tonne pourle charbon.
Deuxtype degaznaturels sont distribués :
-ceuxditsdetypeHdontlepouvoircalorifiquesupérieurestcomprisentre10,7et12,8kWh/Nm3
- ceuxdits de type Bdont le pouvoir calorifiquesupérieur est compris entre 9,5 et10,5 kWh/Nm3
Enfait,leseul gazdetypeBestlegazdeGroningue.Il estprogressivementremplacépardu
gaz de type H.
Touslesautresgisementsconnusfournissentou fournirontdesgazdetypeH.

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11,3 40,6 9,7 10,2 36,6 8,7 0,74 0,57 15,3 56,1 13,2 13,8 49,6 11,9 0,90
12,4 44,7 10,7 11,2 40,3 9,6 0,82 0,64 15,1 54,3 13,0 13,6 49,0 11,7 0,90
11,8 42,3 10,1 10,6 38,1 9,1 0,78 0,60 15,0 54,2 12,9 13,6 48,8 11,7 0,90
12,3 44,5 10,6 11,1 40,1 9,6 0,82 0,64 15,0 54,0 12,9 13,5 48,7 11,6 0,90
11,2 40,2 9,6 10,1 36,2 8,7 0,81 0,62 13,8 49,8 11,9 12,5 44,9 10,7 0,90
11,2 40,3 9,6 10,1 36,3 8,7 0,78 0,60 14,4 52,0 12,4 13,1 47,3 11,3 0,90
10,1 36,3 8,7 9,1 32,7 7,8 0,83 0,64 12,2 43,9 10,5 11,0 39,5 9,4 0,90
27,5 99,0 23,6 26,4 91,4 21,8 1,98 1,83 13,9 50,0 11,9 12,8 46,1 11,0 0,92
36,6 128,4 30,6 32,9 118,7 28,3 2,60 2,00 13,7 49,4 11,8 12,7 45,7 10,9 0,92
7,5 27,0 6,4 6,9 24,9 5,9 1,47 1,14 0,92
15,6 56,1 13,4 14,4 51,8 12,4 1,68 1,30 0,92
7,3 26,3 6,3 6,7 24,3 5,8 1,55 1,20 0,92
5,5 19,9 4,7 4,9 17,7 4,2 0,56 0,44 9,7 35,2 8,4 8,7 31,3 7,5 0,90
PCI ; Masse Volumique ; Densité
Composition :
DOC. GAZ DE FRANCE
- - 97,3 - 2,1 - 0,2 - 0,1 - - - 0,3 -
- - 87,0 - 9,4 - 2,6 - 0,6 - - - 0,4 -
- - 91,2 - 6,5 - 1,1 - 0,2 - - - 1,0 -
- - 87,1 - 8,8 - 2,5 - 0,8 - - - 0,8 -
- - 88,6 - 4,6 - 1,1 - 0,3 0,1 - - 3,9 1,4
- - 92,3 - 3,2 - 0,8 - 0,2 0,1 - - 3,0 0,4
- - 82,9 - 3,2 - 0,8 - 0,2 0,1 - - 12,0 1,0
- - - 0,5 2,0 30,0 65,5 - 2,0 - - - - -
- - - 3,2 - - 6,1 21,8 68,6 0,3 - - - -
- - - 0,2 0,5 8,3 18,2 - 0,5 - - 15,2 57,1 -
- - - 0,3 1,1 17,2 37,6 - 1,1 - - 9,0 33,7 -
- - - 0,7 - - 1,3 4,5 14,5 0,1 - 16,6 62,2 -
50,2 9,0 24,9 2,0 0,8 - - - - - 0,4 - 9,5 3,2
H2 CO CH4
C5
H12
CnHm O2
N2
CO2
Hydro-
gène
Oxyde
carbone
Oxy-
gène
INERTES
HYDROCARBURES
Lacq
Algérie (Le Havre)
Agérie (Fos)
Algérie (Montoir)
Mer du Nord
Russie
GRONINGUE
Propane commercial
Butane commercial
Air propané à 7,5 *
Gaz Cokerie à 5,5 *
NATURE DU GAZ
GAZ
NATURELS
GAZ
DE PETROLE
et
leurs mélanges
avec l'air
GAZ
DE CHARBON
* kWh/m3
(n)
C2
H4
C2
H6 C3
H6
C3
H8
SUPERIEUR INFERIEUR SUPERIEUR INFERIEUR
kWh/ MJ/ th/ kWh/ MJ/ th/
m3
(n) m3
(n) m3
(n) m3
(n) m3
(n) m3
(n)
- kWh/kg MJ/kg th/kg kWh/kg MJ/kg th/kg -
MASSE
VOLU-
MIQUE
NOR-
MALE
DEN-
SITE
par
rapp
à L'AIR
par
rapp
PCI
PCS
POUVOIR CALORIFIQUE
NATURE DU GAZ
POUVOIR CALORIFIQUE PAR
UNITE DE MASSE
Lacq
Algérie(LeHavre)
Agérie(Fos)
Algérie(Montoir)
MerduNord
Russie
GRONINGUE
Propanecommercial
Butanecommercial
Airpropanéà7,5kWh/m3
(n)
(n)
(n)
Gaz Cokerieà5,5kWh/m3
(n)
Grandeurs non-utilisées dans
la pratique pour les mélanges
Air - GPL
COMBUSTIBLES GAZEUX
C4
H8
C4
H10

Chapitre
COMBUSTION
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COMBUSTIBLES GAZEUX
GAZ DE PETROLE LIQUEFIES : GPL
PROPANE C3
H8
BUTANE C4
H10
Densité / Air
Masse volumique (0°
C ; 1 013 mb)
Kg/Nm3
MJ/Nm3
PCI
Kcal/Nm3
MJ/Nm3
PCS
Kcal/Nm3
Point d'ébullition (à 1 013 mb) °
C
PouvoircombunivoreNm3
91,67
21 930
1,58
2,04
98,2
23 500
- 42,1
23,3
117,4
28 000
2,00
2,65
127,5
30 500
- 0,5
29,3

Chapitre
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TENEUR EN SOUFRE
Teneursréglementaires
maximales Teneurspratiques
mg/kWh
valeurs
arrondies
mg/kWh
mg/m3
(n) mg/m3
(n)
NATURE
DU
COMBUSTIBLE
GAZ
NATURELS
Lacq
Algérie
Mer duNord
Groningue
Russie
150 13 environ
10
environ
0,9
100
(50mg/kg)
3,6 10 à 40 0,5 à 2
PROPANE
GAZ DE COKERIE non fixées 100 à 200 25 à 50
FIOUL DOMESTIQUE
(pourmémoire)
0,7 %
(7000mg/kg)
600
0,5 %
(5000mg/kg)
500
}
COMBUSTIBLES GAZEUX

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FUEL - GAS
On utilise dans les raffineries et les usines pétrochimiques, un combustible gazeux
interneconstituéd'effluentsgazeuxdifficilesàvaloriser.
La composition du FG est très variable mais on y trouve :
-hydrogène,
- hydrocarbureslégers (C1
à C5
).
-azote,
-hydrogènesulfuré.
Du fait de sa composition, le FG a un PCI très variable.
GAZ DE COKERIE
Cegazestconstituédesmatièresvolatilescontenuesdanslahouilleetlibéréeslorsde
sa distillation dans les fours à coke :
- Composition : Hydrogène : 62 %
Méthane : 25 %
Ethane+Ethylène : 3 %
Monoxydedecarbone : 6 %
Dioxyde de carbone : 2 %
Azote : 2 %
-Massevolumique : 0,431 kg/m3
(n)
- Densité / Air : 0,33
- PCI : 20 MJ/m3
(n)(4 800 Kcal/m3
(n))
COMBUSTIBLES GAZEUX

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GAZ D'ACIERIE
Cegazestconstituédematièresvolatilesrésultantdelaréductionducarbonedelafonte
enprésenced'oxygène:
Oxydede carbone : 68 %
Azote : 14 %
Argon : 1 %
(n)
- Densité / Air : 1
- PCI : 8,8 MJ/m3
(n)(2 100 Kcal/m3
(n))
COMBUSTIBLES GAZEUX
GAZ DE HAUTS-FOURNEAUX
Cegazestconstituédematièresvolatilesrésultantdelaréductionduminerai deferen
présence de coke.
Oxydede carbone : 20 %
Azote : 54 %
(n)
- Densité / Air : 1
- PCI : 3 à 3,8 MJ/m3
(n)(750 à 900 Kcal/m3
(n))

Chapitre
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OPTIMISATION DE LA COMBUSTION
Pour minimiser les pertes d'énergie et l'émission des gaz toxiques et d'imbrûlés, il est
nécessaire de déterminer et de réguler l'excès d'air.
Lafigure1(page43)montrelespertesd'énergied'unsystèmedecombustionidéal.Un
défaut d'air ou un excès d'air trop faible conduisent à une combustion incomplète, à la
formationdemonoxydedecarbone(CO),àl'émissiondeparticulessolidesimbrûlées(suies)
et dans le cas d'une combustion en fioul, à l'apparition de fumées noires. Le rendement
maximal d'un système de combustion à lieu en un point tel qu'il y a formation d'une faible
quantité de CO, de l'ordre de 100 ppm(0,01 % volume).
La boucle de régulation idéale devra donc tendre à ajuster le rapport combustible/air
carburantàunevaleurXpourquelaconcentrationminimaledeCO(>100ppm)soitatteinte,
quellesquesoientlesalluresdefonctionnementdusystèmedecombustion.
En effet, la figure 2 (page 44) montre que l'excès d'air nécessaire à la combustion
complète varie avec la charge (ou allure de chauffe). La quantité d'excès d'air pour un
rendement maximal de la combustion, se déplace de la position A1
à pleine charge, à la
position A2
pouruneallure dechauffe plusfaible.
Cette augmentation d'excès d'air se traduit directement par une augmentation des
pertesd'énergie.E2
représentealorslerendementmaximal qui peutêtreobtenuparréglage
duseul rapport fioul/airàcetteallureparticulière dechauffe(A2
).

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METHODES DE REGLAGE DU RAPPORT COMBUSTIBLE/AIR COMBURANT
Mesure de l'oxygène dans les gaz de fumée :
Schéma typed'unanalyseurindustriel
Pourlesanalyseursdegaz,nousallonsnousintéresseràlapartieéchantillonnageetà
l'unitéanalytique.
Les systèmes de conditionnement d'échantillon classiques utilisés sur les gaz de
combustionserésumentenfaitàunouplusieursdispositifsdefiltrationetàunréfrigérantpour
condenserla vapeurd'eau.Quel que soitlecomposé analysé,l'erreur laplus importanteva
être introduite par la condensation de l'eau et ce pour deuxraisons :
-condenserl'eaurevientenfaitàsupprimerl'undescomposantsprincipauxdumélangeque
constitue un gaz de combustion.
-lacondensationdel'eaus'accompagneinévitablementdeladissolutionpartielledecertains
composés tel que le CO2
en particulier.
L'erreurintroduiteparlasuppressiondel'eaudanslemélangenepeutpasêtrecorrigée
systématiquement car il n'est pas possible de connaître, à priori, l'humidité d'un gaz de
combustion. Eneffet, l'eau qu'il contient à deuxorigines :
-celleprovenantdelacombustionelle-mêmeetdontlaquantitéestdirectementliéeaurapport
C/Hducombustible.Parexemple,lacombustionduméthane(CH4)avecdel'airsecconduit
à un gaz contenant 35% d'eau alors que pour le propane, il n'en contient dans les mêmes
conditions que 14,3 %.
- celle introduite dans le foyer avec l'airde combustion et dont la quantité est, cette fois,
directement liée à l'humidité relative de l'air ambiant.
Pourrésumer,faireuneanalysedegazdecombustionennégligeantlesphénomènes
quiseproduisentauniveauduréfrigérantdelaligned'échantillonnageconduitinévitablement
àintroduiredanslamesure,uneerreurnon-négligeabled'unepart,ettrèsdifficileàcorriger
d'autre-part.
>
PROCEDE >
SYSTEME
D'ECHANTILLONNAGE
UNITE
ANALYTIQUE
UNITE
ANALYTIQUE
TRAITEMENT
DU SIGNAL

Chapitre
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Achaud,ilconduitl'électricitéparlamobilitédesionsO2
danslamaillecristalline.cetubeest
recouvertintérieurementetextérieurementdeplatineporeuxquiconstituelesélectrodesde
cette allure électrochimique. Quand la pression partielle d'oxygène est différente entre
l'intérieur et l'extérieur de la paroi, une force électromotrice proportionnelle au rapport des
pressions partielles se crèe entre les deuxélectrodes.
EmV
= 2,3 RT log Pint
4F Pext
L'introduction, ces dernières années, de la mesure d'oxygène par sonde à oxyde de zirconium
(ZrO2
)permetdetravaillerdirectementsurlesgazchaudssansaucun
conditionnement préalable de l'échantillon. La sonde est placée directement dans les gaz de
combustion(sonde"in-situ").
L'oxygénomètre :
Il est dans ce cas à principe électrochimique et il est muni d'une sonde de zirconium( ZrO2
).
Principe de fonctionnement :
L'élémentsensibledel'analyseur(voirfigure3)estuntubeencéramique(oxydedezirconium
ZrO2
)ferméàuneextrémité.

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Cettemesureprésentenéanmoinsuncertainnombred'inconvénients:
-toutchangementdesconditionsdelacombustionretentitsurleniveaud'excèsd'airpourque
lacombustiondemeurecomplèteetimposedemodifierlepointdeconsignedelateneuren
O2
pour atteindre cet objectif. La mesure d' O2
étant située au niveau des fumées, cela
implique un retard que l'oncompensera en envoyant un fort excès d'air pour maintenir une
combustion complète dans toutes les conditions possibles de marche du système.
-lesecondproblèmeestliéauxintroductionsd'airparasite.Eneffet,laplupartdessystèmes
de combustion fonctionnent sous une certaine dépression. Comme il estpratiquement
impossiblederendretotalementétancheunfourouunechaudière,cettedépressionfavorise
l'entrée d'airprovenant del'atmosphère environnante et diluelesgaz decombustion. Les
erreurs qui en résultent sur la mesurede l'O2
dans les fumées peuvent parfois être
conséquentes.
Siunedespressionspatiellesestconnue,parexemplecelledugazderéférencequiestl'air,
l'autrepeutêtrefacilementcalculée
E = A T log 0,209
[O2
]
Température
Précisonsque,commela forceélectromotriceproduitedépenddelatempérature,celle-ciest
maintenueconstante(auxenvironsde750°
C).L'avan tagedecettemesured'oxygèneendehorsdu
fait qu'elleest fiable etpeu coûteuse, estd'offrir la possibilitéd'agir directement surle rendement
de toutes les combustions puisque l'excès d'air total envoyé à l'atmosphère est directement
proportionnelàl'excèsd'O2
.

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Mesure dumonoxyde :
La recherche d'une mesure permettant déviter les problèmes liés à la mesure de
l'oxygèneaconduitrécemmentàprendreenconsidérationl'évolutionduCOdanslesfumées.
Enconsidérantque,quellesquesoientlesalluresdecombustion,lerapportcombustible/air
comburantnécessaireàl'obtentiond'unrendementmaximaldevaitdanstouslescasconduire
àl'apparitiond'unetrèsfaiblequantitédeCO(100ppm),ilestdevenuévidentquecetauxde
COdans les gaz devenait un paramètre attractif pour régulerce support.
Il est maintenant possible de :
- mesurer le COdans les gaz de fuméegrâce au nouveau système "in-situ" utilisant la
techniqued'absorptioninfra-rougenondispersif.
-d'obtenirlerendementmaximal pourtouteslesalluresdefonctionnementenrégulantle
rapportcombustible/aircomburantsurlabased'uneconcentrationdéterminéeduCOdans
les fumées.
Principe de l'analyseur "in-situ" de CO :
Ilestbasésurleprincipedel'absorptionderayonnementinfra-rougeparlesmoléculesdugaz
desfumées.
Spectres d'absorption du CO et CO2 :
λCO
= 4,6 µm λCO2
= 2,7 et 4,7 µm
Loi de Beer Lambert :
I = IO
e-εlc
>
>
>
>
l
Source IR Détecteur
I
Gaz de concentration C
IO
c : concentration
l : largeur traversée par le faisceau IR
ε : coefficient d'extinction molaire
IO
: intensité initiale
I : intensité reçue par le détecteur.

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La figure 3 représente le spectre du CO et celui du CO2
entre 2 et 14 µm.

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Principe :
Lavaleurdel'intensitéIestdoncfonctiondelaconcentration.Pouréliminerl'influencedela
vapeur d'eau et du gaz carbonique, on place alternativement dans le faisceau, une cellule
remplied'azoteetunecellulerempliedeCO.Cettedernièreapourrôled'éliminerlaradiation
correspondante à la raie spectrale caractéristique du CO dans le spectre IR et mesure les
radiations perturbatrices dela vapeur d'eau et du CO2
.
La mesure de l'opacité :
Sur de petites chaudières, dans certaines circonstances, de la fuméepeut être émise
avant de déceler une augmentation de CO. Ainsi, en mesurant l'opacité, on détecte ces
conditionsinhabituelles.
L'opacité de différentes façons :
- échelle de Ringelmann dont les indices vont de 0 à 5 (0 à 100 %).
- échelle de Bacharach que l'on utilise pour les faibles quantités, dont les indices de
noircissementvontde0à9etcorrespondentaunoircissementd'unpapierfiltretraversépar
un certain volume de fumée.
Onpeuttravaillerpartransmission(ouabsorption)enplaçantlasourceetlerécepteur
de part et d'autre du conduit de cheminée ou par diffusion de la lumière si ce dernier est
important(> 20m).L'OPASTOPde chezPILLARDtravaillesur ladiffusiondela lumièrepar
lesparticulessolides.
Source infrarouge
C : chopper
H : emetteur infrarouge
L : lentille de focalisation
P : circuit amplificateur
D : détecteur
G : cellule à gaz
P1 : circuit amplificateur
P2 : circuit de commande
S : schopper

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Principe :
Fonctionnement :
La fibre émettrice éclaire le milieu à contrôler. La fibre réceptrice transmet le faisceau
diffusé par les particules dans ce milieu. Plusil y a de particules, plus l'intensité du faisceau
diffractéestimportante.
Le rapport intensité lumineuse émise/intensité lumineuse diffusée est directement
proportionnel àl'opacitédumilieu.
L'OPACIMETRE
Légende :
1 : fibre optique émettrice vers boîtier électronique
2 : cadre support soudé sur la cheminée
3 : flux lumineux
4 : capteur amovible en acier inoxydable
5 : déflecteur
6 : air de balayage
7 : particules en suspension réfléchissante de la
lumière vers la fiber optique réceptrice
8 : fibre optique réceptrice vers boîtier électronique
9 : gaine protectriceen laiton chromé

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COMBUSTION
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Ondésigneparpolluant,toutcorpssolide,liquideougazeuxcontenudansl'atmosphère
qui ne fait pas partie de la composition normale de l'air ou qui y est en quantité anormale.
La composition normale de l'air sec "en volume" est :
- Azote N2
: 78,08 % - Néon Ne
: 18 ppm
-OxygèneO2
: 20,95 % - Helium He
: 5 ppm
- Argon Ar
: 0,93 % - Krypton Kr
: 1 ppm
- Dioxyde de carbone CO2
: 0,035 % - Xenon Xe
: 1 ppm
PHENOMENES DE POLLUTION DUS A LA COMBUSTION

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Les polluants actuellement les plus reconnus sont O3
, NOx
, Pb, SO2
. La directive euro-
péenne prévoit d'élargir cette liste en la rapportant à 13.
LES PARTICULES EN SUSPENSION :
Les particules ou poussières en suspension liées à l’activité humaine proviennent
majoritairement de la combustion des combustibles fossiles, du transport automobile (gaz
d’échappement, usure, frottements...) et d’activités industrielles très diverses (sidérurgie,
incinération...). Leur taille et leur composition sont très variables. Les particules sont sou-
vent associées à d’autres polluants (SO2, HAP...).
Les PM10 représentent la catégorie de particules dont le diamètre est inférieur à
10 micromètres (les PM2,5 ou très fines particules, ont un diamètre inférieur à
2,5micromètres).
Les «fumées noires» F.N. sont une estimation de la concentration moyenne de
particules fortement carbonnées dans l’air, obtenue à partir du taux de noircisse-
ment d’un filtre. Ce n’est donc pas une mesure de l’ensemble des particules
collectées comme les PM10 ou PM2,5.
Objectif de qualité PM10 : 30 µg/m3 en moyenne annuelle
Objectif de qualité F.N. : 40 à 60 µg/m3 en moyenne annuelle
Valeur limite F.N. : 250 µg/m3 : moyenne journalière à ne pas dépasser plus de
7j/an.
PRINCIPAUX POLLUANTS

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Poussières : Particules fines - 400 000 t/an, 60 % des poussières émis par entreprises sidérurgiques.
Exemple :ArcelorMittalproduit 11 000 t/ande poussières, ce quireprésente 35 % des émissions de la
régionPACA
MONOXYDE D'AZOTE ET DIOXYDE D'AZOTE : NO, NO2
Le monoxyde d’azote NO et le dioxyde d’azote NO2 sont émis lors des phénomènes
de combustion. Le NO2 est issu de l’oxydation du NO. Les sources principales sont les
véhicules (près de 60%) et les installations de combustion (centrales thermiques, chauffa-
ges...). Le pot catalytique a permis, depuis 1993, une diminution des émissions des véhicu-
les à essence, mais l’effet reste encore peu perceptible compte tenu de l’augmentation forte
du trafic et de la durée de renouvellement du parc automobile. Le NO2 se rencontre égale-
mentà l’intérieurdes locauxoù fonctionnent des appareils au gaztels que gazinières, chauffe-
eau....
Lescomposésazotésémisparcombustion,soitNO,NO2,sontsouventréunissousla
même formule NOX. ceux-ci ont deuxorigines principales :
-l'oxydationdel'azote del'aircomburant
- l'oxydation descomposés azotés qui peuvent se trouverdansle combustible.
Monoxyded'azoteNO:
- état gazeux dans les conditions normales (0°
C, 1 013 hPa)
-incolore
- inodore
- toxique CAM = 25 ppm vol.
Concentration immédiatement dangereuse pour la vie. 200 à 700 ppmvol.
A 25°
C, il réagit avec l'oxygène de l'air selon la réaction :
2 NO + O2
⇔ 2 NO2
- toxique CAm = 5 ppm vol.
Concentrationlimite pourune expositiond'uneheure :0,15 ppmvol.
- soluble dans l'eau, il se transforme en acide nitreuxet nitriqueselon la réaction :
N2
O4
+ Η2
Ο ⇔ H NO2
+ H NO3
C'est un agent important dans la formation des pluies acides.

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Dioxyde d'azote NO2
:
Aux conditions standards (25°
C, 1 013 h), il se pré sentera sous la forme polymérisée
N2
O4
en mélange avec NO2
selonl'équilibre :
N2
O4
⇔ 2 NO2
Cet équilibre est déplacé vers la droite lorsque la température croît.
- état gazeux dans les conditions standards (25°
C, 1 013 hPa)
-couleurjauneàbrunrougeselonlatempérature(vapeursrousses)
- odeur acide suffocante - seuil de détection : 0,1 ppmvol.
Concentrationminimaleadmissible.
RECAPITULATIF : NOx
Objectif de qualité : 135 µg/m3 : moyenne horaire à ne pas dépasser plus de 175 heures/an
Valeur limite : 200 µg/m3 : moyenne horaire à ne pas dépasser plus de 175 heures/an
Seuil d’alerte : 400 µg/m3 : moyenne horaire
Seuil de recommandation : 200 µg/m3 : moyenne horaire
LES OXYDES DE SOUFRE : SO2
, SO3
SO2
: Le dioxyde de soufre SO2 est émis lors de la combustion des combustibles fossiles
tels que charbons et fiouls. Les sources principales sont les centrales thermiques, les gros-
ses installations de combustion industrielles et les unités de chauffage individuel et collectif.
La part des transports (diesel) est faible et baisse avec la suppression progressive du sou-
fre dans les carburants. Depuis une quinzaine d’années, les émissions de SO2 sont en forte
baisse, du fait des mesures techniques et réglementaires qui ont été prises, de la diminution
de la consommation des fiouls et charbons fortement soufrés et de l’importance prise par
l’énergie nucléaire.
Ce sont les valeurs rencontrées les plus importantes dans les zones industrielles, ils ont
pourtant diminuées d'un facteur 3 en 25 ans. Le SO2
est un polluant qui est soumis à des
procédures d'alerte, c'est à dire que des mesures restrictives au niveau des émissions ont
cours dès que le seuil d'alerte (350 µg/m3
) est dépassé. Ce qui arrive assez souvent.

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On appelle STERNES les Systèmes Temporaires d'Encadrement Réglementaire et Normatif des
Emissions Soufrés. Elles consistent en l'installation de réseaux de mesures préventives ; dès que
l'on estime que le taux fixé de SO2
dans l'air va être dépassé, l'industriel est amené à :
- soit réduire son activité,
- soit remplacer le combustible utilisé par un combustible à plus faible teneur en Soufre.
2 types d'alerte :
- STERNES généraux
- STERNES directionnels, concerne un industriel bien précis pour une direction de vent pré-
cise. Par exemple les industriels de Lavéra, en cas de vent de Sud-Est car leurs fumées se diri-
gent vers le ville de Port de Bouc (se déclenche 35 fois dans l'année sur une durée de 5 heures).
SO2
: Dioxyde de Soufre - 370 000 t/an émise à 60 % par entreprise du secteur de la chimie.
Dioxyde d'azote SO2
:
- état gazeux dans les conditions normales (0°
C, 1 013 hPa)
-incolore
- odeur piquante très irritante (seuil de l'odorat : 3 ppm)
- toxique CAM : 5 ppm
Concentration immédiatement dangereuse pour la vie 400ppmvol.
- soluble dansl'eauen présence d'unexcès d'oxygène :
2SO2
+ O2
⇒ 2 SO3
-formationd'acidesulfuriquesuivantlaréaction:
SO3
+ H2
O ⇒ H2
SO4
L'acide formépeu ensuite se condenser sur lesparois dontla température est inférieure au
pointderoséeacide.Ilyauraformationdedépôtscorrosifs.Ilpeutêtreégalementresponsabledes
pluiesacides.
MONOXYDES DE CARBONE : CO
- état gazeux dans les conditions standards (25°
C, 1 013 hPa)
-incolore
- inodore
- très toxique. Il secombine à l'hémoglobine pour former la carboxyhémoglobine qui ne peut
plus fixer l'oxygène. Cette diminution en O agit sur le cerveau et le coeur.
CAM : 50 ppm vol.
Immédiatement dangereuse pour lavie 0,3 % vol.

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REGLEMENTATION DES EMISSIONS
INDUSTRIELLES
REGLEMENTATIONS DES EMISSIONS INDUSTRIELS SOURCES FIXES
1 INTRODUCTION
En matière de prévention des pollutions concernant l’air, l’eau ou les déchets la législa-
tion française a institué une réglementation s’appuyant sur des actions autoritaires (lois,
décrets, circulaires ou arrêtés) ou financières (taxes et leurs corollaires : les aides, via
les agences à caractère public).
Les textes réglementaires de base sont :
- La loi du 19 juillet 1976 relative aux installations classées pour la protection de l’en-
vironnement (ICPE),
- Le décret d’application du 21 septembre 1977,
- L’arrêté du 2 février 1998 relatif aux prélèvements et à la consommation d’eau ainsi qu’aux
émissions de toute nature des installations classées pour la protection de l’environnement
soumises à autorisation (http://aida.ineris.fr/textes/arretes/text3105.htm).
2 DIRECTIVES EUROPÉENNES
La synthèse des anciennes normes nationales des divers pays a conduit à l’éta-
blissement des Directives Européennes, qui a leur tour sont retranscrites par chaque na-
tion sous forme d’arrêtés constituant la base de la législation légale. Les directives
Européennes sont évolutives tenant compte des connaissances à une époque donnée.
Bien des aspects concernant la toxicité ou le pouvoir cancérigène des substances, leur
cycle biologique dans l’environnement, les milieux vivants, les sédiments…sont encore à
l’étude. Le principe étant de dresser des barrières pour éviter les accidents les plus
graves.
3 ARRÊTÉ DU 2 FÉVRIER 1998
L’arrêté le plus récent et le plus concernant pour les industriels est celui du 2 fé-
vrier 1998 “ relatif aux prélèvements et à la consommation d’eau ainsi qu’aux
émissions de toute nature des installations classées pour la protection de l’envi-
ronnement soumises à autorisation ” (paru dans le Journal officiel du 3 mars
1998). Cet arrêté fait la synthèse de nombreux textes législatifs antérieurs. Une analyse
rapide figure en plusieurs endroits de ce chapitre, bien que le texte intégral semble in-
dispensable aux exploitants.
L’introduction fait référence à une cinquantaine de textes antérieurs : directives, lois, dé-
crets, arrêtés…et définit la compétence de l’arrêté : rejets des installations classées à
l’exclusion :
- des installations de combustion sur site pétrolier (Arrêté du 27/06/90 relatif à la limitation
des rejets atmosphériques des grandes installations de combustion et aux conditions d’éva-
cuation des rejets des installations de combustion)

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- cimenteries (Arrêté du 03/05/93 relatif aux cimenteries)
- papeteries (Arrêté du 03/04/00 relatif à l’industrie papetière)
- verreries (Arrêté du 14/05/93 relatif à l’industrie du verre)
- cristalleries (Circulaire n°94-25 du 18/02/94 relative aux activi tés de fabrication et de fusion
du verre, dans le cadre de l’inspection des installations classées pour la protection de l’envi-
ronnement)
- installations de traitement des résidus urbains et déchets industriels (Loi n°75-633 du 15/07/
75 relative à l’élimination des déchets et à la récupération des matériaux)
- installations d’élevage (Arrêté du 29/02/92 fixant les règles techniques auxquelles doivent
satisfaire les élevages de veaux de boucherie et (ou) de bovins à l’engraissement soumis à
autorisation au titre de la protection de l’environnement
- installations d’incinération de cadavres d’animaux (Loi n°96-1139 du 26/12/96 relative à la
collecte et à l’élimination des cadavres d’animaux et des déchets d’abattoirs et modifiant le
Code rural)
- installations de traitement de surface
pour lesquelles il existe des législations plus spécifiques.
CHAP I : DISPOSITIONS GENERALES
Ce chapitre traite des dispositions générales, parmi lesquelles peuvent être relevées no-
tamment :
- Les stockages des pulvérulents et des vracs,
- Les canalisations de fluides dangereux qui, sauf exception motivée doivent rester à
l’extérieur,
- L’intégration des installations dans le paysage (aspect esthétique).
Plus généralement, les installations doivent être conçues de manière à limiter les émis-
sions polluantes dans l’environnement, notamment par la mise en œuvre de technolo-
gies propres, le développement de techniques de valorisation, la collecte sélective
et le traitement des effluents et déchets en fonction de leurs caractéristiques, et la
réduction des quantités rejetées.
CHAPITRE II : PREVENTION DES ACCIDENTS ET POLLUTIONS AC-
CIDENTELLES
Ce chapitre s’occupe de “ prévention des accidents et pollutions accidentelles y compris
par les eaux fluviales et lors des prélèvements ”. Pour les rejets à l’atmosphère, des
appareils de détection adaptés, complétés de “ dispositifs, visibles de jour et de nuit,
indiquant la direction du vent ”, doivent être mis en place à proximité des installations
susceptibles d’émettre à l’atmosphère des substances dangereuses en cas de dysfonc-
tionnement.
Ce chapitre traite également des eaux pluviales, des stockages, des bassins de
confinement, des prélèvements et consommation d’eau.
INDUSTRIELLES

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Section II : Pollution de l’air
L’ADEME( www.ademe.fr ) (Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie)
fusion de l’AFME (Agence Française pour la Maîtrise de l’Energie), de l’ANRED
(Agence Française pour la Récupération et l’Elimination des Déchets) et l’AQA (Agence
pour la Qualité de l’Air) est habilitée pour prévenir les pollutions et protéger la qualité
de l’air.
A ce titre elle est susceptible de travailler en partenariat avec les entreprises pour les
aider à se moderniser.
Ci-dessous un condensé des normes de rejets de polluants fréquemment rencontré dans
les différents secteurs de l’industrie.
Abréviations :
- DMH = Débit massique horaire ou flux maximal
- VL = Valeur limite de concentration dans les rejets
- EXP. = exprimés en …
- NOR. = Normes de référence des méthodes de mesure
Si DMH>50 kg/h VL = 100 mg/m3 + Mesure permanente gravimétrique
Si 5<DMH< 50 kg/h VL = 100 mg/m3 + Evaluation permanente (Opacimètre par
exemple)
Si DMH> 1kg/h VL = 40 mg/m3
Si DMH=< 1kg/h VL = 100 mg/m3
NOR. NF X 44052
Normes AFNOR
(liste non exhaustive)
http://www.afnor.fr
- NF X 43002 1983 Pollution atmosphérique. Gaz de combustion.
Indice de noircissement par filtration sur papier (Méthode de
BACHARACH).
- NF X 43017 1984 Mesure de la concentration des matières
particulaires en suspension dans l’air ambiant. Méthode par
absorption de rayon bêta.
- NF X 43302 1986 Qualité de l’air. Emission de sources fixes.
Détermination de la concentration de poussières par opacimètre à
lumière réfléchie.
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MONOXYDE DE CARBONE (EXP.CO)
Si DMH > 50 kg/h Mesure permanente gravimétrique
Sinon L'arrêté préfectoral d'autorisation fixe le cas échéant une valeur
limite de rejet pour le monoxyde de carbone.
NOR.(émissions source
fixe)
NOR. (air ambiant)
FD X 20361 et 363
NF X 43012
Normes AFNOR (liste
non exhaustive)
http://www.afnor.fr
- NF X 20361 1976 Analyse de gaz. Dosage du CO. Méthode par
absorption NDIR.
- NF X 20363 1978 Analyse de gaz. Dosage du CO. Méthode par
chromatographie en phase gazeuse
- NF X 43012 1974 Dosage de l’oxyde de carbone dans l’air
ambiant extérieur par absorption d’un rayonnement infrarouge.
OXYDES DE SOUFRE (EXP. SO2)
Si DMH > 150 kg/h VL = 300 mg/m3 + mesure permanente
Si DMH> 25 kg/h VL = 300 mg/m3
fixe)
NOR. (air ambiant)
NF X 43310-X20351 à 355 et 357
NF X 43019 et X 43013
Normes AFNOR (liste
non exhaustive)
http://www.afnor.fr
- NF X 20351 1975 Analyse de gaz. Dosage du SO2 par
absorption NDIR.
spectrométrie de masse.
chromatographie en phase gaz.
conductivité électrique.
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OXYDES D’AZOTE (EXP. NO2)
Protoxyde d’azote : L'arrêté préfectoral d'autorisation fixe le cas échéant une valeur limite
de rejet pour le monoxyde de carbone
Sauf protoxyde d’azote
Si DMH> 25 kg/h
VL = 500 mg/m3
fixe)
NOR. (air ambiant) NF X 43018 et NF X 43009 Qualité de l’air ambiant
Normes AFNOR (liste
non exhaustive)
http://www.afnor.fr
- NF X 43009 1979 Pollution atmosphérique. Teneur de l’air
atmosphérique en dioxyde d’azote (Méthode de Griess-
Saltzman) – ISO 6768
- NF X 43018 1983 Air ambiant. Mesure des Nox par
chimiluminescence – ISO 7996
CHLORURE D’HYDROGENE : EXP.HCL
Si DMH> 1kg/h VL = 50 mg/m3
fixe)
NOR. (air ambiant)
XP X 43309 puis NF EN 1911
Normes AFNOR (liste
non exhaustive)
http://www.afnor.fr
- NF/ISO 8762 Air des lieux de travail. Détermination du chlorure
de (X 43270) vinyle. Méthode par tube à charbon actif et
chromatographie en phase gazeuse.
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FLUOR ET COMPOSES INORGANIQUES DU FLUOR : EXP. HF
Si DMH > 5 kg/h +
poussières totales
VL = 5 mg/m3 + mesure permanente + analyse journalière du
fluor dans les poussières (échantillon moyen représentatif)
Si DMH > 500 g/h
pour composés gazeux
VL = 5 mg/m3
Si DMH > 500 g/h
pour vésicules +
particules
VL = 5 mg/m3
Si DMH > 500 g/h
unités de fabrication
d’H3PO4, de P, et
d’engrais phosphatés
VL = 10 mg/m3
Normes AFNOR (liste
non exhaustive)
http://www.afnor.fr
COMPOSES ORGANIQUES
Si DMH > 2 kg/h des
composés organiques
visés cf annexe
VL = 50 mg/m3 + mesure en permanence + mesure périodique de
vérification des espèces présentes
Si DMH >20
kg/h(sauf CH4)
VL = 50 mg/m3 + mesure en permanence
Si DMH > 0.1 kg/h
des composés
organiques visés cf
annexe III
VL = 20 mg/m3 (concentration globale de l’ensemble des composés
Si DMH> 2 kg/h
(sauf CH4)
VL = 150 mg/m3
NOR.(émissions
source fixe)
NOR. (air ambiant)
HAP : XP X 43329
Hydrocarbures totaux : NF X 43301
Hydrocarbures totaux : NF X 43301
Normes AFNOR
(liste non exhaustive)
http://www.afnor.fr
- NF X 43025 1988 Qualité de l’air. Atmosphère ambiante.
Détermination des hydrocarbures aromatiques polycycliques.
Dosage par chromatographie liquide haute performance et par
chromatographie gazeuse
- X 43301 1985 Détermination d’un indice relatif aux teneurs en
composés organiques totaux dans les effluents gazeux. Méthode
par ionisation de flamme
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Cas particulier : LES COV
1. Rejet total de composés organiques volatils à l’exclusion du méthane :
Si le flux horaire total dépasse 2 kg/h, la valeur limite exprimée en carbone total de la
concentration globale de l’ensemble des composés est de 110 mg/m3
. L’arrêté préfecto-
ral fixe, en outre, une valeur limite annuelle des émissions diffuses sur la base des
meilleures techniques disponibles à un coût économiquement acceptable.
Dans le cas de l’utilisation d’une technique d’oxydation pour l’élimination COV, la valeur
limite d’émission en COV exprimée en carbone total est de 20 mg/m3
si le rendement
d’épuration est supérieur à 98 %.
La teneur en oxygène de référence pour la vérification de la conformité aux valeurs limi-
tes d’émission est celle mesurée dans les effluents en sortie d’équipement d’oxydation.
2. Composés organiques volatils visés à l’annexe III :
Si le flux horaire total des composés organiques visés à l’annexe III dépasse 0,1 kg/h,
la valeur limite d’émission de la concentration globale de l’ensemble de ces composés
est de 20 mg/m3
.
En cas de mélange de composés à la fois visés et non visés à l’annexe III, la valeur li-
mite de 20 mg/m3
ne s’impose qu’aux composés visés à l’annexe III et une valeur de
110 mg/m3
, exprimée en carbone total, s’impose à l’ensemble des composés.
METAUX ET COMPOSES DE METAUX
1. EXP. Cd + Hg +Th +composés
Si DMH > 20 g/h VL = 0.1 mg/m3 + mesure journalière des
émissions réalisée sur un prélèvement
représentatif effectué en continu
Si DMH > 1 g/h VL = 0.1 mg/m3
NOR.(émissions source fixe) Hg : XP X 43308
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2. EXP. As + Se +Te+ composés
Si DMH > 100 g/h VL = 1 mg/m3 + mesure journalière des
Si DMH > 5 g/h VL = 1 mg/m3
NOR.(émissions source fixe)
3. EXP. Sb + Cr +Co + Cu + Sn + Mn + Ni + Pb + V + Zn + composés
Si DMH > 500 g/h VL = 5 mg/m3 + mesure journalière des
Si DMH >25 g/h VL = 5 mg/m3
DIVERSES SUBSTANCES GAZEUSES
1. EXP. Phosphine, phosgène
2. EXP. HCN, HBr, HCl
Si DMH > 1 kg/h VL = 5 mg/m3 + mesure en permanence
Si DMH > 50 g/h VL 5 mg/m3
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3. EXP. Ammoniac
Si DMH > 10 kg/h VL = 50 mg/m3 + mesure en permanence
AMIANTE
Si DMH> 100 kg/an VL = 0.1 mg/m3
Rejets de plomb et de ses composés : si le flux horaire total de plomb et de
ses composés dépasse 10 g/h, la valeur limite de concentration est de 1 mg/m3
(exprimée en Pb) ;
En cas de fabrication de monoxyde de zinc (ZnO) et de bioxyde de manga-
nèse (MnO2
), la valeur limite de concentration pour respectivement le zinc et le
manganèse est de 10 mg/m3
.
Le niveau d’une odeur ou concentration d’un mélange odorant est défini con-
ventionnellement comme étant le facteur de dilution qu’il faut appliquer à un effluent
pour qu’il ne soit plus ressenti comme odorant par 50 % des personnes constituant
un échantillon de population.
Le débit d’odeur est défini conventionnellement comme étant le produit du débit
d’air rejeté, exprimé en m3
/h, par le facteur de dilution au seuil de perception.
L’arrêté préfectoral d’autorisation fixe, le cas échéant, le débit d’odeur des gaz
émis à l’atmosphère par l’ensemble des sources odorantes canalisées, canalisables
et diffuses, à ne pas dépasser.
D’autres limites d’émissions concernant les rejets de substances cancérigènes
listées dans les annexes de l’arrêté, ainsi que pour les cas particuliers de certai-
nes activités (Cokeries,Raffineries de produits pétroliers,Sidérurgie, Fabrication d’alu-
minium par électrolyse…) que je ne ferai que vous énoncer en vous suggèrant de
vous référer à l’arrêté.

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Directive européennequiconcerne l'évaluationet la gestionde l'airambiant quiest repriseendroit français
par la Loisur l'air et utilisationrationnelle de l'énergie (Loidu 30 décembre 1993). La directive européenne ne
concerne quel'air extérieure, alors quela loidu 30décembre 1993 s'étend àla qualité del'air intérieure. C'est en
fait un droit reconnuà chacunà respirer un air quine nuise pas à sa santé.Cette loiprévient, réduit et sipossible
annuleles risques.
Le respect de ces directives et normes a pu être effectué en créant 35 associations agrées par le ministère de
l'environnement (Loi1901).
Au 1er
janvier 1998,toutes les villes de plus de 100 000 habitants devaient avoir un réseau de surveillance de la
qualité de l'air. Depuis du travailaété fait et sesont ajoutés les Plans Régionaux de la Qualité de l'Air (PRQA)
dont leprincipaloutilest le réseau d'association.
3. RÉGLEMENTATIONS DE LA QUALITÉ DE L'AIR AMBIANT
RÉGLEMENTATIONS DE LA QUALITÉ
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LES ASSOCIATIONS POUR LA QUALITÉ DE L'AIR
Présentation
La loi sur l”air et l'utilisation rationnelle de l'énergie (30 décembre 1996) prévoit que
l'air de toutes les villes de plus de 100 000 habitants (hb) soit surveillé.
La fédérationATMO représente l'ensemble des 39 associations - France et Outre mer,
agréees pour la surveillance de la qualité de l'air.
La Fédération ATMO représente l’ensemble des 39 associations - France et Outre
Mer, agréées pour la surveillance de la qualité de l’air.
Composition des associations agréées :
- Services de l’Etat
- Collectivités locales et territoriales
- Emetteurs (transporteurs, industriels...)
- Associations et personnalités qualifiées.
Missions de base :
(en référence à la loi sur l’Air et l’Utilisation Rationnelle de l’Energie du 30 décembre
1996)
- Mise en oeuvre de la surveillance et de l’information sur la qualité de l’air
- Diffusion des résultats et des prévisions
- Transmission immédiate aux préfets des informations relatives aux dépasse-
ments ou prévisions de dépassements des seuils d’alerte et de recommandations.
Le Ministère de l’Aménagement du Territoire et de l’Environnement (MATE)
est responsable de la mise en oeuvre de la politique nationale de surveillance, de
prévention et d’information sur l’air.
Il s’appuie pour cela sur :
- la fédération ATMO et l’ensemble des associations qu’il a agréées,
- l’ADEME (Agence de l’environnement et de la Maîtrise de l’Energie),
assure la coordination technique de la surveillance de la qualité de l”air au niveau
national
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- le LCSQA (laboratoire Central de Surveillance de la Qualité de l'Air) intervient
comme appui scientifique et technique des associations agréees. Il contribue à l'amé-
lioration de la qualité des mesures et assure la liaison entre la recherche et l'application
sur le terrain.
58 agglomérations de plus de 100 000 habitants disposent d’informations en
continu sur la qualité de l’air.
nombre de capteurs automatiques
1996 : 1350
1999 : 2000
personnel des associations agréées
1996 : 130
1999 : 330
nombre de camions laboratoires
1996 : 7
1999 : 22
budget de fonctionnement annuel
1995 : 75 MF
1999 : 190 MF
Répartition géographique
Au niveau national, chaque région s'est dotée d'une association en se permettant une
liberté quant à l'appellation.Elles permettent toutes d'évaluer qualité de l'air des agglo-
mérations de plus de 100 000 hb.
Au niveau régional, prenons l'exemple de la région PACAcouverte par l'association
AIRMARAIX. Dans ce cas 3 zones urbaines ont été définies :
- Marseille / Aubagne
-AgglomérationAvignonnaise
- Agglomération Aixoise
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Pour chaque zone, l'emplacement d'une série de stations sont étudiées en prenant en
compte la qualité des vents dominants en fonction des saisons, la géométrie du pay-
sage, les sites les plus contraignants d'un point de vue rejets de polluants dans l'atmos-
phère. Elles auront en fonction de leur localisation une appellation particulière. Depuis le
centre de la ville à la périphérie se rencontreront :
- Station urbaine dense
- station de proximité (du trafic automobile...)
- Station périurbaine
- station météorologique
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Pour visualiser d'un peu plus près ces stations, prenons l'exemple de la zone d'action
Marseille /Aubagne.
L'air de l'agglomération marseillaise est surveillé depuis 1982 parAIRMARAIX. Ces
dernières années, la surveillance s'est étendue aux agglométrations d'Aubagne et de la
Penne sur Huveaune.Ainsi, 16 stations permanentes analysent en continu les polluants
des zones urbaines (1,2 million d'habitants) et des activités industrielles (Vallée de
l'Huveaune notamment).
Marseille est situé dans un bassin côtier souvent protégé de l'influence des régions
industrielles voisines, grâce aux vents et au relief. Les vents dominants locaux sont
favorables à une bonne dilution des polluants (mistral : 20 % du temps sur l'année et
vent de sud-est : 10 % du temps sur l'année) ou favorisent des niveauxmoyens de
pollution (régimes de Nord-Ouest ou Sud-Est, de 3 à 4 m/s : 35 % du temps sur l'an-
née). Des reliefs importants, entre 200 et 800 mètres, entourent la ville, la protègent :
L'Etoile, la Nerthe, Carpiagne et les massifs des Calanques.
Le moyen d'évaluation de la qualité de l'air : L'indice ATMO
Pour répondre à la demande d'information de la population en matière de qualité
de l'air, le ministètre de l'environnement et l'ADEME ont développé l'indice journalier
ATMO. Celui-ci résulte d'un calcul pertinent regroupant plusieurs polluants et plusieurs
sites de mesure sur une zone de pollution homogène (agglomération).Ainsi, il est
représentatif de la situation complexe de la qualité de l'air d'après une échelle qui va de
1 "excellente" à 10 "éxécrable".
Cet indice est construit à partir des valeurs mesurées des polluants suivants :
-le dioxyde de soufre, SO2
- le dioxyde d'azote, NO2
- l'ozone, O3
- les poussières.
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Chaque polluant doit être au minimum mesuré en deux points situés dans une zone ur-
baine où la densité de population est supérieure à 4 000 hab/Km2.Le dioxyde d'azote,
l'ozone et les poussières doivent être mesurés dens des stations urbaines, placées à
l'écart d'une influence directe des sources de pollution (le rapport annuel doit être inférieur
à 1).
Classe du sous-indice Seuils SO2 et poussières
Moyennes des moy. Jours µg/m3
Seuils O3
Moyennes des max.hor.µg/m3
Seuils NO2
Moyennes des max.hor.µg/m3
10 >350 >360 >400
9 271 – 350 251 – 360 271 – 400
8 211 – 270 181 – 250 181 – 270
7 151 – 210 146 – 180 156 – 180
6 111 – 150 111 – 145 136 – 155
5 86 – 110 91 – 110 106 – 135
4 61 – 85 71 – 90 81 – 105
3 31 – 60 51 – 70 61 – 80
2 16 –30 31 – 50 31 – 60
1 0 – 15 0 - 30 0 - 30
L'indice atmo est composé de sous-indices pour chacun des polluants mesurés : SO2
,
NO2
,O3
et poussières.Airmaraix donne l'indice du jour et uneprévision pour le lendemain.
Pour une journée :
- le calcul du sous-indice SO2
et poussières s'obtient en faisant la moyenne des
"moyennes journalières de chacune des stations prises en compte".
- le calcul des sous-indices NO2
et O3
s'obtient en faisant la moyenne des "maxi-
mums horaires de chacunes des stations prisese en compte"
- ces sous-indices sont comparés à une grille d'évaluation nationale qui donne la
note sur l'échelle atmo. L'indice ATMO pour une journée correspond au plus fort sous-
indice de cette journée.
ATMO descend difficilement au dessous de 3 sur l'ensemble des agglomérations. Ce
chiffre est tributaire du niveau de fond en ozone que l'on trouve dans ces agglomérations,
en raison de leur exposition climatique (soleil et températures douces en hiver, élevées
en été).
Les 4 niveaux les plus fréquents sont 3 "bonne", 4 "assez bonne", 5 "moyenne", 6 "médio-
cre". Les niveaux 1 "excellente" et 10 "exécrable" ne sont jamais apparus.
Pour retrouverATMO :
- 24h/24
Serveur téléphonique : 04 91 83 21 83
internet : www.airmaraix.com
- Chaque jour dans la presse
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REGLEMENTATION
Teneur en gaz carbonique des produits de combustion secs en % (α).
Teneur
en
oxygène
des
produits
de
combustion
secs
en
%
(ω)
Diagramme
de
combustion.
Gaz
de
lacq.
Diagramme
établi
pour
une
réaction
égale
à
1200
°C.

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