5. Conclusion / Perspectives
Le projet « TEST FAP » a démontré avec succès la viabilité et l’efficacité d’un système de traitement des particules sur un navire de forte puissance représentatif de la flotte de commerce mondiale, et le dit système existant depuis près de 20 ans sur les installations à « terre ».
Les mesures réalisées par la société CERTAM, experte en la matière, ont démontré que le FAP installé sur le PIANA allait bien au-delà d’un FAP « routier » en terme de réduction des particules fines, avec un résultat supérieur à 99,9% de réduction, notamment les particules ultrafines ou nanoparticules (PM<1).
Ce système permet au navire de se conformer à au niveau réglementaire existante à terre, à défaut d’une réglementation applicable au transport maritime.
Le deuxième bénéfice du projet est la performance de réduction du dioxyde de soufre (SO2), conformément à la réglementation maritime internationale (MARPOL) existante actuellement concernant la réduction des émissions, avec des résultats permettant d’obtenir des émissions inférieures à celles obtenues avec un fuel à faible teneur (0,1% de soufre) tout en utilisant du fuel à haute teneur en soufre (HSFO). Le système permet donc à l’armateur d’être prêt en cas de navigation du navire en zone SECA.
Ce point est important car le FAP permet alors d’être une vraie alternative aux SCRUBBERS, avec l’avantage d’une capacité de traitement des particules fines et et plus respectueux de l’environnement car sans aucun rejet à la mer.
Le projet a également bénéficié au fabricant de filtre Andritz et au fournisseur de réactif Solvay, qui ont pu valider pour la première fois la conception et l’efficacité de ce système/process dans le milieu du maritime.
L’intégration du système, bien que plus volumineux qu’une tour de lavage, est rendue plus « légère » du fait de la simplicité du process. Les seuls réseaux à mettre en place sont des réseaux de petite section (BICAR, résidu, air comprimé). Aucun réseau d’eau de mer de forte section, ni de local pompe n’est nécessaire.
Reste le consommable, qui nécessite des capacités de stockage, et un coût d’exploitation non négligeable, puisque ce système fonctionne en traitement permanent, contrairement aux SCRUBBERS dit « Hybride », qui permettent aux navire de fonctionner en boucle fermée dans les zones réglementées (stockage à bord des eaux de lavage), et de passer en boucle ouverte lorsqu’ils sont en haute mer (rejet à la mer des eaux de lavage sans filtration, ce qui n’est pas acceptable sur le plan environnemental même si ce mode de fonctionnement est autorisé par l’Organisation maritime internationale).
Le budget estimé pour l’équipement complet du navire (retrofit), incluant le budget de la phase de test, est d’environ 12 M€. En considérant le coût lié à la consommation/production du BICAR®/résidus, l’écart de prix entre le HSFO (2,5%S) et le LSFO (0,5%S) d’environ 240€ par tonne, et l’estimation des coûts de maintenance annuelle du système, le FAP voit son retour sur investissement (ROI) proche des 6 ans.
Pour l’armateur, le retour sur investissement d’un système FAP, plus important que pour un SCRUBBER à boucle ouverte, constitue donc un point négatif. Cependant, ce système va plus loin en terme de capacité de traitement, en anticipant ainsi les futures réglementations, et offre des possibilités d’évolution en termes de traitement des émissions.
Pour l’ADEME, cette technologie FAP pourrait faire l’objet d’une ACV comparative avec les SCRUBBERS, de façon à prendre en compte les impacts globaux des deux technologies sur l’environnement marin et sur la santé publique.
Les perspectives
:Forte de cette expérience, La Méridionale souhaite désormais aller plus loin, en testant un système de traitement des oxydes d’azote (NOx) intégré directement dans le FAP, c’est-à-dire sans ajout de matériel.
Ce test doit être réalisé sur 2020, en amont du retrofit complet du navire prévu début 2021, avec pour objectif d’obtenir un système 3 en 1 (SOx, NOx, Particules), équivalent à la norme EURO6 ou au GNL (Hors CO2).
Cette évolution consistera en la substitution des manches, par un élément filtrant catalytique, avec injection d’urée, selon le même principe que les SCR (Selective Catalytic Reduction).
Références bibliographiques
- Convention MARPOL : Convention internationale pour la prévention de la pollution par les navires
- Marques additionnelles de classification « CONF NOISE » de la société de classification Bureau Veritas
- Les lignes directrices de 2005 de l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) relatives à la qualité de l’air : particules, ozone, dioxyde d’azote et dioxyde de soufre. Mise à jour mondiale 2005. Synthèse de l’évaluation des risques. (WHO/SDE/PHE/OEH/06.02)
- Norme ISO-23210 : Émissions de sources fixes - Détermination de la concentration en masse de PM10/PM2,5 dans les effluents gazeux - Mesurage à des faibles concentrations au moyen d'impacteurs
- Norme NF X44-052 : Émissions de sources fixes - Détermination de fortes concentrations massiques de poussières - Méthode gravimétrique manuelle
- Norme NF 779 : Filtres à air de ventilation générale pour l'élimination des particules - Détermination des performances de filtration
Index des figures
Figure 1 : Les effets des particules sur l’organisme (source La Méridionale) ... 6
Figure 2 : Comparatif réglementation émissions routier/maritime (source La Méridionale) ... 7
Figure 3 : Activation du BICAR® après injection dans les gaz d’échappement (source Solvay) ... 8
Figure 4 : Principe du filtre à manches (source Andritz) ... 8
Figure 5 : Le process du FAP (source Andritz) ... 9
Figure 6 : Intégration du système sur le PIANA (source Orion) ... 10
Figure 7 : Comparatifs des solutions de réduction des émissions (source La Méridionale) ... 11
Figure 8 : Extraits de la préconisations de l’OMS sur les émissions des PM en fonction de la durée d’exposition ... 13
Figure 9 : Niveaux d’émissions en PM10 et PM2,5 fixés par La Méridionale ... 13
Figure 10 : Valeurs du ratio SO2/CO2 des émissions admis par l’Annexe VI de la convention MARPOL, règles 14.1 et 14.4 ... 14
Figure 11 : Valeurs de contre-pression à l’échappement ... 15
Figure 12 : Valeurs consommation BICAR®/Production résidu (source Solvay) ... 15
Figure 13 : Exemple plans Basic Design (source Orion) ... 18
Figure 14 : Exemple Plans Detail Design (source Chantier de l’Atlantique) ... 19
Figure 15 : Mise en place de la structure porteuse en novembre 2018 ... 21
Figure 16 : Livraison des filtres en février 2019 ... 21
Figure 17 : Mise à bord des filtres en mars 2019 ... 22
Figure 18 : Mise en place des échappements en mars 2019 ... 22
Figure 19 : Mise en place des éléments filtrants en mars 2019 ... 23
Figure 20 : Vue arrière des filtres Pont, le 11 mars 2019 ... 23
Figure 21 : Mesures SO2 et approbation DNV-GL en mai 2019 ... 24
Figure 22 : Certification MARPOL Module G DNV-GL en mai 2019 ... 25
Figure 23 : Impacteur ELPI (d’après DEKATI) ... 27
Figure 24 : ELPI chargeur corona (d’après DEKATI) ... 28
Figure 25 : Exemple de distribution (moteur diesel) ... 28
Figure 26 : Electrical Low Pressure Impactor ELPI (Dekati) ... 29
Figure 27 : PTRAK (d’après TSI)... 29
Figure 28 : Principe de fonctionnement du CNC « compteur à noyau de condensation» ... 30
Figure 29 : Principe du TEOM (d’après R&P) ... 30
Figure 30 : Principe du FTIR ... 31
Figure 31 : Sondes de prélèvement ... 31
Figure 32 : Dekati (à gauche) et diluteur FPS (à droite) ... 32
Figure 33 : Principe de fonctionnement du FPS ... 32
Figure 34 : Trappe ISO aval « penthouse », équipée de la sonde pitot (mesure de débit) et de la sonde de prélèvement (mesure des émissions). ... 33
Figure 35 : Installation des baies d’acquisition dans le casing tribord ... 34
Figure 36 : Mesure de particules (masse et granulométrie) ... 35
Figure 37 : Mesure de particules (nombre) et mesure de gaz ... 35
Figure 38 : Exemple de chronogramme ... 36
Figure 39 : Planning du projet ... 37
Figure 40 : Courbe de mesure du SO2 du système de monitoring du FAP ... 39
Figure 41 : Mesure SO2 (ppm) sans dépollution au HFO 2,5%S ... 40
Figure 42 : Mesure SO2 (ppm) en aval du FAP au HFO 2,5%S ... 40
Figure 43 : Efficacité déSOx en % du FAP au HFO 2,5%S ... 40
Figure 44 : Efficacité réduction PM au HFO 2,5%S (Extrait rapport CERTAM CX57 d’août 2019) ... 41
Figure 45 : Efficacité réduction PM au MDO 0,1%S (Extrait rapport CERTAM CX57 d’août 2019) ... 41
Figure 46 : Récapitulatif mesures FAP (Extrait rapport CERTAM CX57 d’août 2019) ... 42
Figure 47 : Concentration massique particules (Extrait rapport CERTAM CX77 d’octobre 2019) ... 43
Figure 48 : Comparatif amont/aval MP3 85% de charge avec HFO 1,5%S (Extrait rapport CERTAM CX77 d’octobre 2019) ... 44
Figure 49 : Tableau récapitulatif contre-pression ... 45
Figure 50 : Tableau récapitulatif de la consommation de produit réactif ... 46
Figure 51 : Tableau récapitulatif de la consommation relative de produit réactif et de carburant HFO 1,5% ... 46
Figure 52 : Tableau de la consommation relative de produit réactif et de carburant HFO 3,5% ... 47
Sigles et acronymes
ADEME Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie CO2 Dioxyde de carbone, gaz à effet de serre
EURO (1à 6) Norme européenne d’émissions fixant les limites des rejets polluants des véhicules routiers
NO Monoxyde d’azote, polluant primaire émis lors de processus de combustion NO2 Dioxyde d’azote, polluant primaire émis lors de processus de combustion NOx Oxydes d’azote (NO + NO2)
PM1 Particules de taille aérodynamique inférieure à 1 μm, exprimées en μg/m3 PM2.5 Particules de taille aérodynamique inférieure à 2,5 μm, exprimées en μg/m3 PM10 Particules de taille aérodynamique inférieure à 10 μm, exprimées en μg/m3 PN Particules en nombre, exprimées en nombre/cm3 (#/cm3)
SO2 Dioxyde d’azote, polluant primaire émis lors de processus de combustion SOx Oxydes de soufre (SO + SO2)
TIER (I à III) Norme internationale MARPOL fixant les limites des rejets de NOx des moteurs marins
L’ADEME EN BREF
À l’ADEME - l’Agence de la transition écologique -, nous sommes résolument engagés dans la lutte contre le réchauffement climatique et la dégradation des ressources.
Sur tous les fronts, nous mobilisons les citoyens, les acteurs économiques et les territoires, leur donnons les moyens de progresser vers une société économe en ressources, plus sobre en carbone, plus juste et harmonieuse.
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À tous les niveaux, nous mettons nos capacités d’expertise et de prospective au service des politiques publiques.
L’ADEME est un établissement public sous la tutelle du ministère de la Transition écologique et solidaire et du ministère de l’Enseignement supérieur, de la Recherche et de l’Innovation.
traitement des particules existant sur les installations
« terre » depuis près de 20 ans, sur un navire de forte puissance représentatif de la flotte de commerce mondiale.
Le projet a été mené par la compagnie de Navigation
« La Méridionale », qui a installé ce système de filtre à particules sur son navire Le PIANA, en équipant un moteur de propulsion (10MW) et une groupe électrogène (1,6MW) en tant que démonstrateurs.
Le filtre a été fourni par la société autrichienne ANDRITZ, et le réactif (Bicarbonate de sodium) par la société SOLVAY. L’intégration a été réalisée par La Méridionale.
Les résultats mesurés suite à l’intégration du système montrent une efficacité de réduction de particules en masse et en nombre de l’ordre de 99,9%, soit mieux qu’un filtre à particules routier céramique.
Le système permet à La Méridionale de répondre à la fois à la réglementation MARPOL concernant les émissions d’oxydes de soufre, mais également d’aller plus loin que celle-ci concernant les émissions de particules fines.
La Méridionale valide pour sa part cette technologie et procédera au rétrofit complet du navire début 2021.