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TRAITEMENT DES PARTICULES FINES D UN NAVIRE DE COMMERCE

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Academic year: 2022

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TRAITEMENT DES PARTICULES FINES D’UN NAVIRE DE

COMMERCE

Projet TEST FAP : TEST d’un système de Filtre A Particules sur les navires de fortes puissances (Navire PIANA de La Méridionale)

En partenariat avec :

RAPPORT

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REMERCIEMENTS

Pilotage projet : Pierrick DELAUNAY (Responsable Projet La Méridionale), Richard Villedieu De Torcy (second mécanicien La Méridionale en assistance projet), Guillaume LAMBERT (second mécanicien La Méridionale en assistance projet), Clément SEGARD (second mécanicien La Méridionale en assistance projet), Les Officiers du PIANA de La Méridionale, les différents services supports de La Méridionale (juridique, financier, commercial).

Partenaires : Richard BERGERO et son équipe (ORION), les équipes de Chantiers de l’Atlantique, Thomas BAUER, Giordano ZAPPELLI, Mohamed ENNAHALI et leurs équipes (SOLVAY), Klaus BAERNTHALER, Ivo PROKES, Christian BRUNNER et leurs équipes (ANDRITZ).

Soutien scientifique : Frantz GOURIOU (CERTAM), Julien HINAULT (CERTAM), Baptiste NICOLAS (CERTAM), David PRETERRE (CERTAM), Frédéric DIONNET (CERTAM).

Soutiens financiers : Un grand merci à Monsieur Philippe CAUNEAU (ADEME) et Monsieur Hervé CHAMPION (Région Sud).

Support classe : Un grand merci aux équipes de DNV-GL, en particulier Messieurs BREBION, AURAN et BRUNERIE pour leur soutien et collaboration.

Support Pavillon : De même, un grand merci au MTES/DGTIM/SM2, en particulier Messieurs Ziad TARABAY, Marc LEGER, Laurent LEGOUX et Damien CHEVALLIER pour leur aide et leur soutien.

Un grand merci également aux différents sous-traitants du Port de Marseille impliqués dans le projet.

CITATION DE CE RAPPORT

Christophe SEGUINOT (La Méridionale). 2020. Projet TEST FAP : Test d’un système de filtre à particules sur les navires de fortes puissances. Rapport, 51 pages.

Cet ouvrage est disponible en ligne www.ademe.fr/mediatheque

Toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite selon le Code de la propriété intellectuelle (art. L 122-4) et constitue une contrefaçon réprimée par le Code pénal. Seules sont autorisées (art. 122-5) les copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé de copiste et non destinées à une utilisation collective, ainsi que les analyses et courtes citations justifiées par le caractère critique, pédagogique ou d’information de l’œuvre à laquelle elles sont incorporées, sous réserve, toutefois, du respect des dispositions des articles L 122-10 à L 122-12 du même Code, relatives à la reproduction par reprographie.

Ce document est diffusé par l’ADEME 20, avenue du Grésillé

BP 90406 | 49004 Angers Cedex 01 Numéro de contrat : 1866C0134

Étude réalisée par La Méridionale pour ce projet cofinancé par l'ADEME et la Région Sud.

Projet de recherche coordonné par : Compagnie de navigation La Méridionale

Coordination technique - ADEME : Philippe CAUNEAU Direction Villes et Territoires Durables/Service Transport et Mobilité

(3)

T

ABLE DES MATIERES

Résumé ... 5

1. Contexte du projet ... 6

1.1. Les enjeux ... 8

1.1.1. Le process ... 8

1.1.2. La marinisation ... 9

1.1.3. L’exploitation ... 10

1.1.4. L’impact énergétique ... 11

1.1.5. Le modèle économique ... 11

1.2. Les partenaires ... 11

1.3. Les critères ... 13

1.3.1. Réduction des particules fines ... 13

1.3.2. Réduction du SO2 ... 14

1.3.3. Contre-pression échappement ... 14

1.3.4. Consommation BICAR/Production résidu... 15

1.3.5. Vibrations ... 16

1.3.6. Bruit ... 16

1.3.7. Maintenance et automatisation ... 16

2. Principales étapes ... 17

2.1. Tâche 1 : Etudes Basic et Detail design ... 17

2.1.1. Basic Design ... 17

2.1.2. Detail Design ... 19

2.1.3. Pilotage projet ... 20

2.2. Tâche 2 : Production ... 20

2.3. Tâche 3 : Intégration ... 21

2.4. Tâche 4 : Mise en route ... 24

2.5. Tâche 5 : Optimisation ... 25

2.6. Tâche 6 : Mise en exploitation par le Bord ... 25

2.7. Tâche 7 : Mesures émissions et validation système ... 26

2.7.1. Matériel métrologique mis en œuvre ... 26

2.7.2. Installation du matériel ... 33

2.7.2.1. Trappes normalisées NF X44-052 ... 33

2.7.2.2. Installation des moyens de mesure ... 34

2.7.3. Principe de la mesure en temps réel ... 35

2.8. Planning du projet ... 36

3. Bilan / Principaux résultats obtenus ... 38

3.1. Résultats mesures intermédiaires juin 2019... 39

3.1.1. Cas du SO2 ... 39

(4)

3.1.2. Cas des particules ... 41

3.1.3. Récapitulatif efficacité ... 42

3.2. Résultats mesures finales particules octobre 2019 ... 42

3.3. Bilan des critères définis ... 45

3.1.1. Critère SO2 ... 45

3.1.2. Critère particules ... 45

3.1.3. Contre-pression ... 45

3.1.4. Consommation BICAR/Production Résidus ... 46

3.1.5. Vibrations ... 47

3.1.6. Bruit ... 47

3.1.7. Maintenance et automatisation ... 48

4. Recommandations ... 48

5. Conclusion / Perspectives ... 49

Références bibliographiques ... 50

Index des tableaux et figures ... 50

Sigles et acronymes ... 51

(5)

Résumé

La Méridionale s’est mise en quête d’une technologie qui pourrait assurer un rôle de filtre antiparticules, et a choisi d’utiliser une technologie qui a fait ses preuves depuis près de 20 ans dans les installations thermiques à terre : le filtre à manche.

Le filtre est composé d’une multitude d’éléments filtrants, avec une bonne capacité de filtration des poussières fines. Chaque élément en forme de « carotte » est recouvert d’un sac composé d’un matériau tissé traité avec du téflon. De la poudre de bicarbonate de sodium est injectée à la sortie du moteur, et va d’abord réagir chimiquement avec les gaz d’échappement pour réduire les Oxydes de Soufre (SOx). L’amalgame va ensuite échouer sur les sacs des filtres afin de former ce que l’on appelle un « gâteau ». C’est la combinaison de ce gâteau et du téflon qui vont permettre une capacité de filtration des poussières (particules), jusqu’à une taille de 4µm (particules ultrafines) dans notre cas.

Il n’existe aujourd’hui aucun autre projet de ce type dans le monde. C’est la première fois que ce type de filtration des particules est installé sur un navire représentatif de la flotte de commerce mondiale, notamment en termes de puissance.

Ce test est réalisé sur un des quatre moteurs de propulsion du PIANA (10 MW), ainsi que sur un des 3 groupes électrogènes (1,6 MW).

Il répond à la problématique de la qualité de l’air en zones urbaines.

Les acquis scientifiques de ce projet sont également une contribution à l’étude pilotée par la Direction de Affaires Maritimes (Ministère de la transition écologique et solidaire, chargé des transports) dans le cadre du Groupe de travail « Particules » pour l’élaboration d’une future réglementation internationale pour la création de zones PECA (Particles Emission Control Area).

Abstract

The Maritime Company “La Méridionale” is looking for a technology that could fulfil the role of anti- particle filter, and has chosen to use a technology that has been proven for nearly 20 years in the inland thermal installations: the bag filter.

The filter is composed of a multitude of filter elements, with a good filtering capacity of fine dust. Each

“candle” element is covered with a bag of woven material (fabric) with Teflon. Sodium bicarbonate powder is injected at the engine outlet, and will first react chemically with the exhaust gases to reduce Sulphur Oxides (SOx). The amalgam will then cover the filter bags to form what is called a “cake”. It is the combination of this cake and Teflon that will allow a filtering capacity of dust (particles), up to a size of 4µm (ultrafine particles) in our case.

There are no any other projects in the world today like this one. This is the first time that this type of particle filtration is installed on a ship representative of the world’s commercial fleet, particularly in terms of power.

This test is carried out on one of the four PIANA propulsion motors (10 MW), as well as on one of the three generators (1.6 MW).

It addresses the problem of air quality in urban areas.

Scientific achievements are also a response to the study led by the Maritime Affairs Directorate (Ministry of Ecological and Solidarity Transition, in charge of transport) within the framework of the Working Group

«Particles» for a future OMI regulation on Particles Emission Control Area (PECA).

(6)

1. Contexte du projet

Comme de nombreux ports dans le monde, Marseille et les ports corses sont des ports dans la ville, impliquant donc un impact important de la pollution des navires sur les habitants (proximité).

La Méridionale a engagé une politique de développement durable depuis 2005. Elle est certifiée ISO 140001 depuis 2009, et a obtenu la « Charte Bleue » du groupement « Armateurs de France » en 2013 puis en 2019.

Elle est également la première compagnie à avoir réalisé l’analyse des gaz d’échappement d’un de ses navires en 2018, afin de prendre une photo de la réalité, et dont les résultats furent sans appel : Les moteurs marins d’aujourd’hui sont au mieux équivalents à la norme européenne concernant les moteurs diesel EURO1 (particules non réglementées).

La stratégie de réduction des émissions de ses navires a été guidée par les axes suivants :

- L’inquiétude légitime des populations, et notamment les riverains des ports en Corse et à Marseille, sur les risques sanitaires liés à l’inhalation des fumées ;

- Une responsabilité sociétale, qui impose à l’armateur de diminuer toujours plus l’impact de son activité sur l’environnement ;

- L’évolution de la règlementation dans le domaine des rejets atmosphériques et qu’il faut savoir devancer.

Après avoir traité en priorité la réduction des émissions de ses navires durant les escales, en équipant pour la première fois en France et en Méditerranée ses navires de la connexion électrique à quai (projet CENAQ lancé en 2014, mise en exploitation depuis janvier 2017), La Méridionale a décidé de s’attaquer aux émissions générées lors des phases de manœuvre et en mer.

Figure 1 : Les effets des particules sur l’organisme (source La Méridionale)

(7)

A ce jour, les émissions de particules fines du transport maritime ne sont pas réglementées, ni au niveau international (OMI), ni au niveau européen ou national.

Suite à l’analyse de l’état de l’art en matière de particules fines, et aux technologies disponibles sur le marché du maritime, les seuls équipements existants aujourd’hui sont les SCR (Selective Catalytic Reduction), équipement onéreux, fragile et volumineux qui ne traitent que les NOx (Oxydes d’azotes), et les SCRUBBERS (système de lavage des fumées à l’eau de mer) qui ne traitent que le dioxyde de soufre (SO2) et les particules les plus grosses à hauteur de 10% au maximum, avec la problématique du traitements des eaux polluées (rejet à la mer pour le cas des systèmes à boucle ouverte, ou débarquement à terre pour traitement pour le cas des boucles fermées), et de la consommation énergétique significative liée aux pompes eau de mer nécessaires pour le lavage des gaz.

La solution la plus « propre » actuellement est l’utilisation du GNL (réduction de SOx, NOx et particules à hauteur de 90%, et du CO2 à hauteur de 10 à 20%, hors considération du « méthane slip »), mais elle nécessite le renouvellement de la flotte, et la mise en place d’une logistique d’approvisionnement spécifique quasi inexistante aujourd’hui.

Fort de ce constat, et dans l’idée de ne pas attendre une construction neuve pour agir, La Méridionale a prospecté dans l’industrie « à terre », où les réglementations et le traitement des émissions de particules existent depuis plus de 20 ans. Le choix de La Méridionale s’est porté sur un système de traitement des fumées qui va plus loin que la réglementation maritime actuelle (Réglementation MARPOL 2020 qui traite du SO2), avec pour objectif le traitement des particules fines (mesures en masse) et ultrafines (mesure en nombre), sujet particulièrement sensible à Marseille, soit une capacité de traitement équivalent à la norme EURO5, et une possible évolution du système vers le traitement des NOx à terme, afin d’obtenir in fine un système équivalent à EURO6 ou au GNL (hors CO2).

Ce système très utilisé à terre est la combinaison d’un filtre à manche (fourniture ANDRITZ), et de l’injection de Bicarbonate de Sodium, appelé BICAR (fourniture SOLVAY), produit neutre pour la santé et l’environnement, et qui ne nécessite pas l’utilisation d’eau (process de traitement sec). Le process du traitement produit un résidu sec ultime (ne nécessitant pas de traitement ultérieur contrairement aux résidus liquides), résultant de la filtration, et collecté par SOLVAY, qui prend en charge la fourniture du BICAR et le traitement de ce résidu, celui-ci entrant dans sa filière de valorisation.

Figure 2 : Comparatif réglementation émissions routier/maritime (source La Méridionale)

(8)

1.1. Les enjeux

1.1.1. Le process

La raison première de la mise en place de ce système est de valider le process proposé par Solvay et Andritz dans le cadre d’une application maritime (carburant marin, conduite de l’installation), process réalisé par la combinaison de deux procédés :

- Le procédé de désulfurisation à sec des gaz d’échappement de Solvay appelé SOLVAir®, consistant en l’injection de bicarbonate de sodium (BICAR®) directement à la sortie du moteur (voir figure 3) ;

- Le captage de l’ensemble des composés particulaires des gaz d’échappement, par filtration mécanique de ces derniers (voir figure 4).

Figure 3 : Activation du BICAR® après injection dans les gaz d’échappement (source Solvay)

Figure 4 : Principe du filtre à manches (source Andritz)

L’ensemble du process est ainsi illustré ci-dessous :

(9)

Figure 5 : Le process du FAP (source Andritz)

1.1.2. La marinisation

L’intégration sur un navire d’un process et d’un équipement qui sont habituellement présents dans les usines d’incinération et les centrales thermiques électriques à terre impose des contraintes :

- L’emprise sur le navire en termes d’encombrement : le système de filtration est volumineux, selon les puissances et donc les débits à traiter. Qui plus est, dans le cadre de ce test, il devait pouvoir être possible de démanteler le système aisément et à moindre coût en cas d’échec du test. La solution était donc de disposer le filtre sur le pont supérieur du navire.

- La masse du système : c’est une notion fondamentale sur un navire, impactant la stabilité de celui-ci. L’enjeu ici était donc d’optimiser la masse de l’ensemble, en prenant en compte le cas d’un retrofit complet du navire (ajout d’équipements pour tous les moteurs), paramètre peu problématique dans les installations à terre.

- Les cycles de fonctionnement des moteurs : Il s’agit de tester la conduite et le fonctionnement d’un système qui a fait ses preuves en fonctionnement linéaire (puissance/débit stables pour le cas des centrales thermiques et d’incinération), sur des moteurs sujets aux variations de charge (cas des manœuvres portuaires, mauvaise mer).

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- Les vibrations et accélérations : Un navire est en mouvement. Il est sujet aux vibrations et accélérations générées lors des phases de manœuvre, ou en cas de mauvaise mer. L’impact de celles-ci sur le process et les équipements doit être mesuré.

- L’environnement salin : Le système doit être pérenne, avec une durée de vie adaptée à la mise à l’épreuve des expéditions maritimes.

- La mise en conformité réglementaire : Tout équipement mis en place sur un navire doit être soumis à l’approbation d’une société de classe et de l’état du pavillon. Obtenir l’approbation d’un système inexistant sur le marché est complexe.

Figure 6 : Intégration du système sur le PIANA (source Orion)

1.1.3. L’exploitation

L’exploitation du système doit être viable et adaptée à l’exploitation du navire. Les contraintes prises en compte sont les suivantes :

- Le stockage à bord du BICAR® et du Résidu : Le stockage des produits nécessaires ou issus du process ne doit pas avoir d’emprise sur la capacité d’emport du navire (port en lourd).

La solution temporaire retenue dans le cadre du test est la mise en place de citernes de stockage (1 citerne de BICAR® + 1 citerne de résidu) disposées dans le garage principal du navire, avec un impact acceptable en termes d’emprise. La solution retenue en cas de retrofit sera l’intégration de silos dans les mailles vides du navire.

- La logistique d’avitaillement du BICAR® et d’évacuation du résidu : cette logistique est assurée par Solvay, qui fournit le BICAR® et évacue le résidu simultanément. L’objectif est d’obtenir une autonomie d’environ 2 semaines entre deux avitaillement/évacuation. La Méridionale se charge de mettre en place le planning adéquat.

- Maintenance et bruit : Les impacts de ces paramètres sur l’exploitation doivent être minimes.

La maintenance du système doit pouvoir être assurée sans besoin de ressource

(11)

supplémentaire. De même, le bruit généré par le système ne doit pas compromettre le standard du navire (bruit pour les passagers et l’équipage), ou impacter les riverains du port.

1.1.4. L’impact énergétique

Le FAP n’a aucun effet de réduction du CO2 (process). Cependant, l’exploitation du système ne doit pas générer une surconsommation de combustible, et donc une augmentation des émissions de CO2. L’avantage du traitement à sec des gaz d’échappement est qu’il ne nécessite pas d’eau de mer, et donc de pompes, contrairement au système de SCRUBBER. Il permet ainsi d’éviter une surconsommation électrique pouvant aller de 400kW à plus de 1000kW selon les puissances des moteurs.

Le seul équipement consommateur d’énergie ajouté pour le fonctionnement du process est le système d’air comprimé, d’une puissance de 50 kW.

De même, les pertes de charge du circuit d’échappement liées à l’ajout du système de filtre restent dans les critères assignés par le motoriste (cf paragraphe 1.3 « critères).

L’impact potentiel sur la consommation du navire est donc essentiellement lié au poids supplémentaire du système, mais est difficilement mesurable en mer. En vue d’anticiper cette hypothèse, La Méridionale a intégré aux études d’engineering l’optimisation de l’assiette du navire, paramètre qui fait défaut au navire depuis sa construction.

1.1.5. Le modèle économique

La Méridionale croit beaucoup à cette nouvelle solution, qui peut faire partie du bouquet proposé aux armateurs pour réduire leurs émissions, si ceux-ci n’ont pas de projet de constructions neuves utilisant le GNL ou qui ne souhaitent pas investir dans un système de SCRUBBER.

Non seulement la logistique d’exploitation du FAP doit pouvoir être applicable au plus grand nombre de navires, mais le modèle économique (retour sur investissement) doit être intéressant.

Le FAP ne doit pas être comparé au système de SCRUBBER « boucle ouverte », le plus compétitif aujourd’hui du fait de sa simplicité d’intégration et d’exploitation (peu de réactif, rejet des eaux de lavage à la mer sans filtration) mais qui, du point de vue de l’ADEME, n’est pas acceptable d’un point de vue environnemental. Il doit l’être face au SCRUBBER « boucle fermé », plus complexe en terme d’intégration et nécessitant lui aussi un réactif/résidu (coûts d’exploitation), voire au GNL. A noter que le système de scrubber sec (process différent du FAP) n’a jamais été industrialisé faute de fiabilité du process. La figure 7 synthétise une comparaison des solutions existantes pour réduire les émissions gazeuses polluantes.

Figure 7 : Comparatifs des solutions de réduction des émissions (source La Méridionale)

1.2. Les partenaires

Le pilotage et la coordination du projet sont réalisés par La Méridionale. La Méridionale est l’unique partenaire financé du projet. Tous les autres acteurs du projet sont des sous-traitants de La Méridionale.

- Pilotage et coordination : La Méridionale

(12)

- Process : SOLVAY et ANDRITZ

- Etudes « Basic Design » et stabilité : ORION Naval Engineering

- Etudes « Detail Design » : Chantiers de l’Atlantique

- Support scientifique et mesures : CERTAM

Les financeurs du projet ont été l’ADEME et la Région SUD.

(13)

1.3. Les critères

Les performances attendues du système sont détaillées ci-après. En sus des performances environnementales, des critères d’acceptation ont été établis sur les conditions d’une intégration acceptable à bord.

1.3.1. Réduction des particules fines

Les particules se décomposent en deux catégories :

- Les particules fines (PM10, PM2,5), réglementées à terre, qui sont un indicateur connu et suivi pour l’évaluation de la qualité de l’air, et qui se mesurent en masse ;

- Les particules ultrafines, ou nanoparticules (PM<1), non réglementées actuellement, bien que les plus dangereuses pour l’organisme, et qui se mesurent en nombre.

Voici les seuils réglementaires préconisés par l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), dans les lignes directrices relatives à la qualité de l’air (édition 2005) :

Figure 8 : Extraits de la préconisations de l’OMS sur les émissions des PM en fonction de la durée d’exposition

La Méridionale a donc pris en compte deux critères dans son cahier des charges pour le taux de réduction des particules du système FAP :

- Cas des PM10/PM2,5 (mesure en masse) : un niveau d’émission < 10mg/m3 (cas d’installations à terre), selon les niveaux de fonctionnement suivants :

Figure 9 : Niveaux d’émissions en PM10 et PM2,5 fixés par La Méridionale

- Cas des nanoparticules PM<1 (mesure en nombre) : n’ayant aucun seuil réglementaire ou préconisation sur lesquels s’aligner, La Méridionale a décidé de prendre comme critère celui de la norme NF 779 classe F5, qui concerne les particules dont la taille est de 0,4µm, et dont le niveau de réduction se situe entre 40 et 60%.

(14)

1.3.2. Réduction de dioxyde de soufre (SO

2

)

Seules les émissions dioxyde de soufre (SO2) sont actuellement réglementées dans le transport maritime. Une première réglementation concerne les zones SECA dites de faibles émissions (Sulphur Emission Control Area), situées en Mer Baltique, Mer du Nord, Amérique du Nord et Caraïbes, avec un seuil maximal d’émission de soufre en masse inférieur ou égal à 0,1%.

Depuis le 1er janvier 2020, la réglementation concernant les émissions de soufre pour le reste du globe s’est vue modifiée (Annexe VI convention MARPOL) : les navires ne doivent pas brûler du combustible dont la teneur en soufre est supérieure à 0,5% (contre 3,5% pour les cargos et 1,5% pour les navires à passagers avant cette date), ou bien doivent être équipés d’un système certifié de traitement de fumées répondant aux valeurs du ratio SO2/CO2 réglementés, voir ci-dessous l’extrait de l’annexe VI de la convention MARPOL.

Fuel Oil Sulfur Content (% m/m)

Ratio Emission SO2 (ppm)/CO2 (% v/v)

4.5 195.0

3.5 151.7

1.5 65.0

1.0 43.3

0.5 21.7

0.1 4.3

Figure 10 : Valeurs du ratio SO2/CO2 des émissions admis par l’Annexe VI de la convention MARPOL, règles 14.1 et 14.4

Dans le cas du projet, même si ce n’est pas l’objet principal du test, deux niveaux de ratio sont donc retenus par La Méridionale :

- Cas la réglementation MARPOL 2020 (équivalent 0,5% S): --- 21,7 max - Cas de la zone SECA (équivalent 0,1% S) : --- 4,3 max

1.3.3. Contre-pression échappement

La contre-pression à l’échappement, liée au système de filtration, doit rester conforme aux préconisations du constructeur des moteurs. Le non-respect de cette préconisation peut engendrer des dysfonctionnements et une surconsommation des moteurs.

La valeur constructeur retenue dans le cahier des charges est une contre-pression totale de 30mbar, soit un maximum de 25mbar pour le système de filtre lui-même.

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Les valeurs du critère de contre-pression retenues sont les suivantes :

Figure 11 : Valeurs de contre-pression à l’échappement

1.3.4. Consommation BICAR

®

/Production résidu

Les valeurs de consommation de BICAR® dépendent du taux de soufre contenu dans le combustible, et du taux recherché en sortie (rapport stœchiométrique).

Les valeurs de production du résidu par rapport à la consommation de BICAR® sont de 8 pour 10 (1 tonne de BICAR® consommé produit 800 kg de résidu).

Les données retenues sont celles fournies par Solvay, selon un niveau attendu, et un niveau garanti (max), comme suit :

Figure 12 : Valeurs consommation BICAR®/Production résidu (source Solvay)

(16)

1.3.5. Vibrations

Lors de sa construction, le navire PIANA a obtenu de la société de classification Bureau Veritas la marque « CONF NOISE ». Cette marque donne des seuils de vibration à ne pas dépasser, et un relevé a été effectué dans toutes les zones du navire à l’époque.

Les valeurs retenues par La Méridionale pour ce critère sont celles enregistrées à l’époque, avec par exemple un niveau de vibrations de 4,2 mm/s au niveau des cabines du pont 10, soit juste sous le filtre disposé au niveau du pont 11.

1.3.6. Bruit

Compte tenu qu’Andritz met avant les capacités d’absorption du bruit du FAP, et pour des raisons de gain de poids, il est décidé de retirer les silencieux d’échappement d’origine du moteur de propulsion et du groupe électrogène.

Ces silencieux sont conçus pour absorber le bruit induit par le fonctionnement des machines et permettre une réduction du bruit de 35dB. Cette valeur est spécifiée dans le manuel du fabricant Le critère retenu pour le bruit est donc une atténuation similaire aux silencieux d’origine, soit au moins 35 dB.

1.3.7. Maintenance et automatisation

La maintenance et l’automatisation sont des éléments majeurs pour un armateur qui décident d’investir dans un équipement supplémentaire sur un navire.

Le système ne doit pas engendrer une surcharge de maintenance impliquant l’ajout de ressources supplémentaires à bord.

Deux conditions sont retenues pour satisfaire ce critère :

- Maintenance : le système ne doit pas générer plus de maintenance que celle décrite dans le manuel de conduite du système ;

- Automatisation : Le système ne doit pas nécessiter d’action « humaine », ni générer des alarmes durant les phases de traversées de nuit.

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2. Principales étapes

Dans ce projet, La Méridionale a souhaité être à la fois Maître d’Ouvrage et Maître d’œuvre. Cependant, la Maitrise d’œuvre pour la pose de la structure porteuse et les modifications de structure du navire a été réalisée par les Chantiers de l’Atlantique. De même, la Maitrise d’œuvre pour la pose des éléments filtrants a été réalisée par Andritz.

Toutes les autres activités ont été pilotées par les équipes de La Méridionale.

2.1. Tâche 1 : Etudes Basic et Detail design

Cette tâche s’est déroulée sans difficultés particulières, hormis la modification régulière de certains paramètres d’entrée comme le poids. En effet, la méconnaissance de cette technologie et des « bonnes pratiques » (choix des matériaux) a généré une modification régulière des plans et des calculs de stabilité.

2.1.1.

Basic Design

Le cabinet d’étude Orion était chargé de la gestion du Basic Design (conception générale), que ce soit pour la configuration du test (1 moteur de propulsion + 1 groupe électrogène), ou pour le cas du retrofit complet du navire de manière préliminaire (tous les moteurs + chaudières). Cette étude comprenait les sous-tâches suivantes :

- Interface avec la société Andritz (fournisseur du filtre) ;

- Gestion de l’approbation du système par la société de classe et le pavillon ; - Emplacement préliminaire des filtres ;

- Volume, position et technologie des réservoirs intégrés ; - Position des tanktainers/citernes ;

- Forme 3D préliminaire sarcophage ; - Rendus 3D / Intégration ;

- Principe de structure de l'enveloppe de protection ; - Lestage et cas de chargement ;

- Définitions préliminaires des cheminements ;

- Échappements 4 moteurs, 3 groupes électrogènes (GE) et 2 chaudières ; - Injection et retour bicarbonate ;

- Injection eau/air ;

- Bilan de puissance préliminaire et distribution électrique ; - Calcul du nombre d’armement ;

- Devis des masses ; - Calculs de stabilité ; - Calcul des accélérations ;

- Définition des renforts de la structure existante ; - Calculs des pressions règlementaires sur sarcophage ; - Echantillonnage préliminaire sarcophage ;

- Définition de l'emplacement définitif des filtres ;

- Définition des réservoirs (possibilité d'intégrer dans les mailles vides) ; - Design visuel du sarcophage et rendu 3D ;

- Définition de la structure du sarcophage ; - Définition du lestage et des cas de chargement ; - Déplacement / modifications du mât, plans des feux ;

- Autres schémas tuyautage et instrumentation (interventions, auxiliaires, air comprimé) ; - Conception ventilation et conditionnement d’air (HVAC) pour le sarcophage ;

- Définition distribution électrique ;

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- Répartition de charge (Load balance) ; - Devis des masses ;

- Calculs de stabilité ; - Calcul des accélérations ;

- Calculs des pressions règlementaires sur sarcophage ; - Bilan de puissance électrique ;

- Livrables de « basic design » pour la Classe « Basic » ; - Présentation à la classe du projet ;

- Justification de la stabilité incluant devis de poids ; - Plan d’ensemble (General Arrangement) ;

- Mise à jour des plans généraux / plans de Classe ;

- Plans de sécurité réglementaires (Safety plan : incendie, évacuation, engins de sauvetage);

- Mise à jour des autres plans existants impactés ; - Devis des poids / suivi des poids ;

- Dossier de stabilité à l'état intact ; - Dossier de stabilité après avarie.

Figure 13 : Exemple plans Basic Design (source Orion)

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2.1.2.

Detail Design

Le département BU des Chantiers de l’Atlantique était chargé de la gestion du Detail Design, que ce soit pour la configuration du test (1 moteur de propulsion + 1 groupe électrogène), ou pour le cas du retrofit complet du navire de manière préliminaire (tous les moteurs + chaudières). Cette étude comprenait les sous-tâches suivantes :

- Management du scan 3D ;

- Schéma de tuyautage et instrumentation global système de traitement des fumées ; - Conception du réseau ventilation (HVAC) pour les mailles vides V5 ou V6 ;

- Définition des cheminements des circuits ; - Échappement ;

- Injection et retour bicarbonate ; - Injection eau/air ;

- Électrique ; - Air comprimé ;

- Supportage des filtres sur pont ; - Supportage des autres équipements ; - Renforts de structure existante ; - Modes propres dans la structure ;

- « Basic design » Bruit dans les conduits et filtres, bruits solidiens ;

- Rédaction spécifications de travaux chantier ATb (cas de la structure porteuse) ; - Rédaction spécifications approvisionnement matière (TU, EL etc) ;

- Rédactions spécifications équipements hors filtres (vanne 3 voies etc) ; - Dossier structure détaillée pour consultation / construction ;

- P&ID global système traitement fumées ; - PID AUTRES –tels que construits (as built) ; - Plan de la modification de l'échappement ; - Cheminements détaillés - plan de coordination ; - Modifications des réseaux existants – isométriques ; - Plans de Classe;

- Mise à jour des autres plans existants impactés (portes, escaliers, équipements etc) ; - Structure générale ;

- Structure locale ;

- Tenue en fatigue des structures;

- Bruits/vibrations ;

- Pertes de charge/contre-pression.

Figure 14 : Exemple Plans Detail Design (source Chantier de l’Atlantique)

(20)

2.1.3.

Pilotage projet

La Méridionale était en charge des éléments suivants :

- Préparation contrat avec Chantier Naval De Marseille pour arrêts techniques (AT) 2018 (pose de la structure porteuse) ;

- Préparation Arrêt Technique (AT) du navire en mars 2019 pour intégration des éléments - Préparation contrat Andritz/Solvay ;

- Calcul de l'estimation générale des coûts ; - Interface avec Andritz ;

- Interface avec chantier ;

- Gestion des interfaces entre participants (sous-traitants) ; - Management du projet ;

- Suivi des dépenses (Cost control) ;

- Définition de la logistique pour chargement / déchargement bicarbonate ; - Évaluation économique (ROI) ;

- Déport Contrôle commande FAP sur supervision globale navire ; - Rédaction spécification pour filtres à particules ;

- Achats AT chantier 2018 ; - Achats Stop Technique 2019 ; - Achats filtres et auxiliaires ;

- Achats équipements hors filtre et auxiliaires ; - Achats pour l'installation du lest solide ; - Achats divers ;

- Logistique, livraisons, stockage ;

- Intégration au système de commande du navire/instrumentation ; - Contrôle commande supervision.

2.2. Tâche 2 : Production

Cette tâche concerne tous les éléments de production. Elle a été pilotée directement par La Méridionale qui a pris en sous-traitance directe la production (sous-traitants, chantier naval de Marseille). Seule la production des filtres et des périphériques du process a été prise en charge par Andritz.

Les principaux postes ont été les suivants :

- La réalisation du penthouse en aluminium ; - La structure porteuse ;

- Les nouveaux tuyaux d’échappement (Moteur principal + groupe électrogène) ; - Le système de réfrigération des gaz d’échappement du groupe électrogène ; - Le tuyautage du Bicarbonate de sodium ;

- Le tuyautage du résidu ;

- Le tuyautage d’air comprimé et de refroidissement des compresseurs ; - La mise en place des filtres et équipements ;

- L’isolation et le bardage des filtres ;

- Le câblage puissance et commande du système ;

- Les modifications de la structure des emménagements sous les filtres ;

- Les modifications de la structure de la maille vide et de la caisse eau douce pour le lest ; - Le coulage du lest liquide.

(21)

2.3. Tâche 3 : Intégration

La phase d’intégration a été la plus critique, et a été découpée comme suit :

- Une première mise en place des éléments de structures/tuyauteries/électricité durant les 5 semaines d’arrêt technique périodique de novembre 2018 ;

- Une finalisation (mise en place des filtres, des échappements) pendant les 3 semaines du stop technique exceptionnel de mars 2019.

La société ORION a été en charge des éléments suivants : - Devis des poids / suivi des poids.

Chantiers de l’Atlantique a été en charge des éléments suivants : - Stratégie, méthodes, découpage lots ;

- Industrialisation & préparation ; - Pré-recette (commissioning).

La Méridionale a été en charge des éléments suivants :

- Logistique sur chantier (levages, transfert, stockage chantier) ; - Gestion DNV-GL (société de classe) durant AT ;

- Suivi de chantier.

Figure 15 : Mise en place de la structure porteuse en novembre 2018

Figure 16 : Livraison des filtres en février 2019

(22)

Figure 17 : Mise à bord des filtres en mars 2019

Figure 18 : Mise en place des échappements en mars 2019

(23)

Figure 19 : Mise en place des éléments filtrants en mars 2019

Figure 20 : Vue arrière des filtres Pont, le 11 mars 2019

(24)

2.4. Tâche 4 : Mise en route

La mise en route et l’optimisation ont débuté à partir du 6 mai 2019. Il s’en est suivi un mois de recette et de mise au point du système.

La recette a été réalisée en présence de la société de classification DNV-GL afin de certifier le système selon la convention SOLAS (MED approval) et MARPOL, aboutissant à l’émission du certificat « Module G », autorisant le navire à utiliser un système de traitement des fumées.

La Méridionale était en charge des éléments suivants : - Procédure de recette;

- Acceptation (Factory Acceptance Test) ;

- Mesures bruits / vibrations avant / après travaux.

La société Andritz était en charge des éléments suivants : - Performance du process FAP.

Figure 21 : Mesures SO2 et approbation DNV-GL en mai 2019

(25)

Figure 22 : Certification MARPOL Module G DNV-GL en mai 2019

2.5. Tâche 5 : Optimisation

L’optimisation du process et du système dans son ensemble s’est déroulée sur deux mois. Elle a été réalisée par Andritz sous la supervision de La Méridionale, du 15 mai au 15 juillet 2019.

Le fonctionnement du process sur le navire a généré des adaptations, comme l’amélioration du système

« eau industrielle » du navire, du système de collecte des poussières lors du transfert du BICAR, l’adaptation de la supervision du navire pour la gestion des alarmes, ou la modification du programme de l’automate Andritz.

C’est également lors de cette phase qu’ont été effectuées les premières mesures d’émissions du système, mesures réalisées avec 3 types de combustibles différents :

- Du Gasoil 0,1% de soufre ;

- Du HFO (fuel lourd) 1,5% de soufre (le combustible réglementaire à l’époque des mesures) ; - Du HFO 2,5% de soufre (l’équivalent du HSFO autorisé depuis MARPOL2020 en cas

d’utilisation d’un système de traitement des gaz).

L’objet de cette première campagne (préliminaire) était, d’une part, d’avoir un aperçu de l’efficacité du système avant la fin du test prévue en octobre 2019, mais également de préparer la société CERTAM aux mesures finales.

2.6. Tâche 6 : Mise en exploitation par le Bord

La phase de mise en exploitation par le personnel naviguant de La Méridionale a débuté partir du 16 juillet 2019 pour une période de 2 mois.

Cette mise en exploitation correspond à une période d’utilisation du système par La Méridionale dans des conditions normales d’opérations. Toute période d’arrêt du système pour des raisons techniques reporte d’autant la fin de la période d’essai.

(26)

Cette période a été complexe, car elle a montré certaines « incompatibilités » avec l’organisation des équipes, et il a fallu adapter la conduite du système, mettre en place des procédures, etc.

Cette période a pris plus de temps que prévu (environ 2 semaines de retard), et s’est étirée jusqu’à la fin du projet. Depuis, les équipes de La Méridionale travaillent encore à l’adéquation de la conduite du FAP et de l’organisation des équipes (cf chapitre BILAN).

2.7. Tâche 7 : Mesures émissions et validation système

C’est durant la dernière semaine de la période de mise en exploitation, soit début septembre 2019, que la société CERTAM devait effectuer les relevés d’émissions permettant de statuer sur les performances du système FAP en termes de réduction des émissions (SOx, NOx, particules, COV, métaux lourds).

Contractuellement avec Andritz et Solvay, le rapport compilant toutes les mesures réalisées durant la période de mise en d’exploitation devait être remis à La Méridionale par CERTAM dans les 2 semaines suivant la fin de la période de mesure, soit fin septembre.

Les mesures ont été principalement réalisées dans des conditions normales d’exploitation, c’est-à-dire à des niveaux de charge du moteur représentatives de situations de « route moyenne ». Des mesures à plus faibles charges, plus représentatives de la manœuvre, ainsi que des mesures à charge maximale ont également été faites.

Cette campagne de mesure a fait suite aux premiers essais réalisés entre le 17 et le 20 juin 2019 sur la liaison régulière Marseille – Bastia. Elle devait permettre de conforter les premiers résultats mais également d’apporter des informations supplémentaires, notamment au regard de la mesure des poussières totales en sortie du système de dépollution à l’aide d’une métrologie par prélèvement selon la norme ISO-23210.

2.7.1.

Matériel métrologique mis en œuvre

Quatre analyseurs, un système de dilution, une sonde de débitmètre et un dispositif de traitement d’air ont été nécessaires pour cette campagne.

- Un granulomètre Dekati ELPI+ pour la mesure en temps réel de la distribution et de la concentration particulaire ;

- Une microbalance TEOM, pour la mesure de la concentration massique particulaire PM1 en temps réel ;

- Deux compteurs à noyaux de condensation TSI Ptrak pour les mesures rapides en air ambiant (dans les zones de travail) ainsi que pour le contrôle des granulomètres et de la qualité de l’air comprimé, traité par nos soins (nécessaire à la dilution de l’échantillon) ;

- Une baie d’analyse FTIR GASMET CX4000, pour l’analyse des gaz ;

- Un préleveur diluteur Dekati FPS pour l’échantillonnage en continu et la dilution des aérosols (particules) ;

- Une sonde de débit de type « Pitot S », équipée d’une sonde de température pour la mesure du débit ;

- Un système de traitement d’air par adsorption, pour l’obtention d’un air de dilution très sec et exempt de particules.

L’ensemble de ce matériel a été installé au niveau du pont n°12, entre le casing tribord et le

« penthouse » contenant les filtres à manches. Il représente un volume total d’environ 3 à 4 m3 pour une masse de 500kg. Le chargement à bord a nécessité une manutention assez lourde. L’ensemble des éléments a pu être amené au pont supérieur au moyen d’un palan motorisé installé sur une potence.

Ces opérations de manutention/installation ont nécessité une journée entière de travail. Le démontage a lui été réalisé sur une demi-journée en fin de campagne.

(27)

2.7.1.1. Granulomètre ELPI (Electrical Low Pressure Impactor)

Le granulomètre ELPI permet de mesurer la concentration particulaire d’un aérosol par classe de taille.

Le résultat obtenu est la distribution granulométrique de l’aérosol étudié. Le spectre couvert s’étend de 10 nm à 10 µm. La taille des particules est obtenue par classification inertielle au moyen d’une rampe d’impacteurs montés en cascade et fonctionnant à basse pression. La concentration particulaire est calculée à partir de la mesure de la charge électrique portée par les particules.

2.7.1.1.1. Sélection des particules (taille)

Ce système utilise les propriétés inertielles et aérodynamiques des particules (diamètre de Stokes ou diamètre aérodynamique), contrairement aux analyseurs de mobilité électrique (de type SMPS et DMS) qui s’appuient sur leurs propriétés électriques et aérodynamiques (diamètre de mobilité électrique). Pour trier les particules en fonction de leurs propriétés inertielles, l’ELPI utilise une rampe d’impacteurs montés en cascade. Ils sont au nombre de 13, ce qui permet d’obtenir 13 classes de taille.

Les 13 impacteurs sont tous différents. Le premier est le plus large, il ne recueille que les plus grosses particules alors que le dernier, beaucoup plus étroit, récupère les particules de quelques dizaines de nanomètres. La figure 23 donne une illustration de ce principe. Le pied de la rampe est maintenu à très basse pression (40 mbar), ce qui permet d’augmenter la vitesse des particules afin d’impacter les plus fines. Un impacteur classique fonctionnant à pression atmosphérique ne permet généralement pas d’étudier les particules dont la taille est inférieure à quelques centaines de nanomètres. La rampe de 13 impacteurs est complétée par un étage de filtration permettant d’atteindre la taille de 10 nm (0,01 µm), soit 14 classes au total.

Figure 23 : Impacteur ELPI (d’après DEKATI)

2.7.1.1.2. Comptage des particules (concentration)

Le comptage est électrique dans le cas de l’ELPI. Chaque particule venant impacter sur un des plateaux de l’impacteur lui communique sa ou ses charges électriques. Le flux de charge entre le plateau et le système de mesure (électromètre) provoque un courant électrique. Pour compter les particules de cette manière, il faut imposer à l’aérosol étudié une loi de charge connue afin que les courants mesurés soient interprétables. C’est le rôle d’un chargeur à effet couronne placé à l’entrée du granulomètre et représenté sur la Figure 244. Ce type de détection, bien qu’élémentaire en principe, fait appel à des techniques de métrologie très sophistiquées car la sensibilité des électromètres destinés à mesurer les courants électriques est très élevée (femto-ampère).

Impacteur en cascade présentant des étages successifs

Les particules de grande inertie impactent sur les premiers plateaux alors que les plus petites suivent l ’écoulement

(28)

Figure 24 : ELPI chargeur corona (d’après DEKATI)

Figure 25 : Exemple de distribution (moteur diesel) diamètre de Stokes (µm)

0.01 0.1 1 10

dN/d(log(Dp)) /cm3

0 107 2.0x107

(29)

Figure 26 : Electrical Low Pressure Impactor ELPI (Dekati)

2.7.1.2. Compteur complémentaire: PTRAK

Le compteur PTRAK est un compteur de type CNC (compteur à noyau de condensation). Il permet de mesurer toutes les particules dans la gamme (0,03 – 1 µm). Il est également facilement transportable, ce qui le rend très utile pour :

- Vérifier les granulomètres in-situ ;

- Vérifier la qualité de l’air de dilution utilisé ;

- Mesurer les concentrations particulaires ambiantes.

Figure 27 : PTRAK (d’après TSI)

Le comptage des particules est effectué par voie optique. Chaque particule passant dans la cellule de mesure du système diffuse une certaine quantité de lumière permettant de la détecter. Ce principe, très utilisé, notamment par les compteurs de type « salle blanche », présente toutefois une limitation physique majeure qui rend indétectables les particules les plus fines (<0,3 µm). Le compteur utilisé est un CNC. Il permet de régler ce problème et de descendre en taille jusqu’à 20 nm (0,02 µm). Le principe retenu consiste à augmenter artificiellement la taille des particules les plus fines par un procédé de nucléation afin de les rendre détectables.

(30)

Figure 28 : Principe de fonctionnement du CNC « compteur à noyau de condensation»

2.7.1.3. Concentration massique particulaire: TEOM

Le système de mesure TEOM « tapered element oscillating microbalance » permet de mesurer la concentration massique particulaire d’un aérosol. Il est basé sur l’utilisation d’une microbalance oscillante, associée à un filtre de collection, dont on cherche à mesurer la fréquence propre de résonance. Au cours du temps, le filtre collecte la matière particulaire transportée par l’aérosol jusqu’à l’appareil. Cette matière particulaire alourdit progressivement l’ensemble (filtre + microbalance), ce qui se traduit par une diminution de sa fréquence propre d’oscillation. Cette variation est directement liée à la variation de masse. La concentration massique est calculée par intégration temporelle.

Etant données les contraintes de prélèvement (longueurs de lignes, dilution) la mesure est limitée à la fraction PM1.

Figure 29 : Principe du TEOM (d’après R&P)

(31)

2.7.1.4. Analyse de Gaz FTIR GASMET

Le terme FTIR signifie infrarouge à transformée de Fourier, la méthode privilégiée de la spectroscopie infrarouge. Lorsque les rayons infrarouges (IR) traversent l’échantillon, certains sont absorbés par l’échantillon, tandis que d’autres le traversent (sont transmis). Le signal qui en résulte au niveau du détecteur est un spectre qui représente une “empreinte moléculaire” de l’échantillon. L’utilité de la spectroscopie infrarouge naît du fait que différentes structures chimiques (molécules) produisent différentes empreintes spectrales.

La FTIR utilise l’interférométrie pour enregistrer des informations sur une substance placée dans le faisceau infrarouge. La transformation de Fourier fournit des spectres que les analystes peuvent utiliser pour identifier ou quantifier une substance.

Le spectromètre FTIR GASMET CX4000 est un appareil transportable qui permet d’effectuer des mesures sur site directement à l’émission. L’ensemble du système est chauffé et régulé en température afin d’être utilisable directement sur des installations de combustion, sans dilution.

Figure 30 : Principe du FTIR

2.7.1.5. Echantillonnage et dilution

L’aérosol analysé est prélevé de manière continue au moyen d’une sonde iso-cinétique introduite dans la cheminée, il est ensuite conduit au système de dilution principal à chaud (FPS @ 150°C) via une ligne chauffée puis éventuellement re-dilué une seconde fois à froid avant d’être distribué aux différents analyseurs.

La platine NFX44 qui a été utilisée contient des sondes de différents diamètres permettant d’ajuster la vitesse de prélèvement à la vitesse débitante dans la cheminée. Ceci permet d’approcher au mieux les conditions d’iso-cinétisme.

- (1) première sonde (particules) - (2) deuxième sonde (analyse de gaz) - (3) troisième sonde (réserve)

- (4) quatrième sonde (réserve)

-

(5) orifice pour la mesure vitesse / température / débit

Figure 31 : Sondes de prélèvement

(32)

La dilution permet d’abaisser la concentration particulaire mais également le point de rosée afin de rendre possible la mesure.

Figure 32 : Dekati (à gauche) et diluteur FPS (à droite)

Le diluteur FPS est basé sur un éjecteur alimenté en air comprimé. Il contient une restriction (col) qui a pour effet de provoquer une dépression lorsqu’il est traversé par un écoulement. Les effluents sont ainsi aspirés dans la cheminée par effet venturi. Ce principe est moins perturbant pour la phase particulaire qu’une pompe mécanique. L’ensemble du système est régulé en température, étalonné et son débit de prélèvement est contrôlé sur site avant chaque utilisation.

Figure 33 : Principe de fonctionnement du FPS

2.7.1.6. Taux de dilution appliqué et température de prélèvement

Aucune dilution n’a été nécessaire pour l’analyse de gaz, en revanche pour les particules un taux moyen voisin de 100 a dû être appliqué afin de rendre compatibles les concentrations rencontrées avec la gamme de sensibilité des appareils. Ce taux de dilution permet également d’éviter tout risque de condensation d’eau dans les appareils de mesure. Le taux exact a été pris en compte dans les calculs.

Les températures de régulation étaient les suivantes : - Sonde : à la température de l’écoulement ;

- Lignes chauffées (entre sonde et appareils de mesure) : 180°C ;

(33)

- Analyseur FTIR : 180°C ; - Diluteur FPS : 150°C ;

- Dilution complémentaire (deuxième dilution) température ambiante ; - Microbalance TEOM : 50°C ;

- Granulomètre ELPI : température ambiante.

2.7.2.

Installation du matériel

2.7.2.1. Trappes normalisées NF X44-052

La trappe de visite NF X44-052 constitue un standard industriel, très répandu en France, permettant de réaliser de manière optimale des prélèvements en introduisant des sondes dans la conduite à étudier. L’ouverture rectangulaire allongée rend possible l’utilisation simultanée de plusieurs sondes ainsi que la pose de cannes courbes, souvent impossible sur des ouvertures circulaires de même surface.

A la demande du CERTAM, deux trappes normalisées ont été posées par La Méridionale, une en amont des filtres, dans le casing tribord et une en aval dans le « penthouse » (figure 34 ci-dessous) :

Figure 34 : Trappe ISO aval « penthouse », équipée de la sonde pitot (mesure de débit) et de la sonde de prélèvement (mesure des émissions).

(34)

2.7.2.2. Installation des moyens de mesure

L’installation des appareils de mesure s’est faite à l’intérieur du casing tribord pour les mesures en HFO 2,5% et en MDO (gazole marin). Il s‘agit là de la meilleure configuration possible étant donné les contraintes imposées. Toutefois, lors de la première traversée effective (mesures en HFO 1,5 %), cette configuration optimale n’a pas pu être totalement exploitée (problèmes de condensation rencontrés).

Les résultats en HFO 1,5% ne sont donc que partiellement validés. Ces aléas inévitables lors d’une première campagne sur une installation nouvelle ont été pris en compte en amont par le CERTAM en prévoyant deux traversées supplémentaires.

REMARQUE IMPORTANTE :

Lors de la première campagne, aucun moyen n’a été mis en œuvre pour la mesure des poussières (TSP et/ou PM10). Seules les particules de combustion (PM1) ont été mesurées. La configuration retenue, intégrant notamment des lignes chauffées de grande longueur et des systèmes de dilution n’auraient pas permis une telle mesure. Conscient de l’importance de ce point, notamment au regard des normes applicables en terme de qualité de l’air ambiant pour l’exposition du public, le CERTAM a mis en œuvre une métrologie adaptée pour quantifier les émissions de particules totales (poussières) lors de la deuxième campagne.

Figure 35 : Installation des baies d’acquisition dans le casing tribord

(35)

Figure 36 : Mesure de particules (masse et granulométrie)

Figure 37 : Mesure de particules (nombre) et mesure de gaz

Le déploiement de cette seconde campagne a nécessité de nombreux matériels complémentaires, notamment pour la maintenance et la vérification des systèmes de mesure (diagnostique électrique, nettoyeur ultrasons, outillage, mesure de pression et température…) ainsi que de nombreux consommables (tuyaux d’alimentation en air, raccords de plomberie, connecteurs électriques…).

2.7.3.

Principe de la mesure en temps réel

La mesure en temps réel permet de fournir des informations beaucoup plus riches que la mesure intégrée, plus répandue dans le cadre des approches purement normatives (mesures par accumulation sur filtres ou en sacs). Cette façon de procéder permet également d’apprécier la stabilité des émissions et du fonctionnement des moteurs. Il devient ainsi possible d’isoler les différentes phases (niveaux de

(36)

charge, combustible utilisé, mesure amont ou aval…). En revanche, ce type de mesure requiert bien plus de matériel, une installation plus longue et un dépouillement des données beaucoup plus soutenu.

Chaque analyseur produit un chronogramme qui constitue la représentation directe du polluant ou de la substance recherchée. La figure 38 ci-dessous donne un exemple de la mesure des particules en nombre.

Figure 38 : Exemple de chronogramme

Sur chaque chronogramme, les phases d’intérêt doivent être isolées en évitant les transitoires qui correspondent à des régimes non établis. Sur l’exemple de la figure 38, les plateaux associés aux mesures réalisées amont (~107/108) ainsi qu’en aval (~103/104) du système de dépollution sont particulièrement distincts. Ils donnent un aperçu très « visuel » de l’efficacité du système de filtration dans les conditions du test. Toutefois, le recours fréquent aux échelles logarithmiques ainsi la présence d’éventuels pics dus à des instabilités ne favorisent pas la lecture quantitative directe.

2.8. Planning du projet

Le retard pris lors de la période de prise en main par le bord, et la disponibilité des équipes CERTAM ont fait dériver le planning, et les mesures d’émissions finales ont été réalisées du 8 au 13 octobre 2019.

Le rapport de CERTAM a été remis le 30 octobre, soit un retard total du projet par rapport au planning initial de 1 mois.

temps (hh:mm)

23:00 00:00 01:00 02:00

concentration particulaire PPS (part./cm3) 102 103 104 105 106 107 108

(37)

Figure 39 : Planning du projet

(38)

3. Bilan / Principaux résultats obtenus

Dans le contexte de recherche de solutions technologiques visant à réduire les émissions des navires de fortes puissances, en particulier les particules fines, décrit dans le chapitre 1, ce projet visait à démontrer la faisabilité, d’une part, de l’intégration d’un système de traitement à sec des gaz d’échappement sur un navire en tant qu’alternative au système de traitement par voie humide (SCRUBBERS), en l’occurrence le procédé SOLVAir® associé à un filtre à manche, et d’autre part l’efficacité d’un tel système sur des moteurs diesels marins dont les cycles de fonctionnement sont différents (non linéaires) des applications de l’industrie à terre (usines d’incinération, cimenteries, centrales thermiques électriques).

Pour ce faire, La Méridionale avait défini les enjeux de ce projet en terme d’efficacité du process, de marinisation du système, de compatibilité à l’exploitation du navire, d’impact énergétique du système et de modèle économique.

La majorité des critères retenus (cf paragraphe 1.3 « Critères »), ont été atteints voire dépassés : - La réduction du SO2 (Conformité MARPOL ou zone SECA) ;

- La réduction des particules fines ; - La contre-pression à l’échappement ;

- La consommation du BICAR® et la production du résidu ; - Les vibrations liées au système ;

- Le bruit généré par le système ;

- La conformité de la maintenance/automatisation avec l’organisation des équipes.

Le succès de ce test, qui est une première mondiale, autorise alors la mise à disposition sur le marché d’un système de traitement des gaz d’échappement plus performant que les SCRUBBERS, et qui serait évolutif pour les futures réglementations à venir (NOx).

Le détail des résultats est donné ci-après.

(39)

3.1. Résultats mesures intermédiaires en juin 2019 (première

campagne)

Les mesures intermédiaires réalisées en milieu de projet (juin 2019) n’ont concerné que les émissions, de manière préliminaire. Les résultats mesurés furent cependant déjà conformes aux attentes.

3.1.1. Cas du dioxyde de soufre (SO

2

)

Les valeurs du ratio SO2/CO2 en sortie du filtre étaient conformes, que la consigne de sortie demandée soit de 21,7 (équivalent 0.5% de soufre) ou de 4,3 (équivalent 0,1% de soufre), en utilisant du HFO 2,5% de soufre. Elles ont également confirmé les mesures du système de monitoring Andritz sur lequel s’est basé le DNV-GL pour l’approbation MARPOL.

Figure 40 : Courbe de mesure du SO2 du système de monitoring du FAP

On peut voir sur ce graphe les 2 niveaux de consignes de sortie du ratio SO2/CO2 paramétrés dans la régulation du système :

- Ligne verte : consigne de sortie à 21,3  équivalent 0,5% de soufre (seuil MARPOL2020) - Ligne rouge : Consigne de sortie à 4,3  équivalent 0,1% de soufre (seuil zone SECA) Au-delà des pics observés et annotés par l’inspecteur du DNV-GL (défauts de capteurs ponctuels durant la mise en service du système), on observe que les seuils mesurés sont en dessous des consignes de 0,1% et 0,5%, et qu’ils sont atteints aisément dès la recette du système.

L’action de désulfurisation est donc validée, quel que soit le niveau de réglementation (Global 0,5% ou zone SECA).

(40)

Ces résultats sont confirmés par les mesures réalisées par CERTAM (cf rapport du CERTAM CX57) dont des extraits sont repris ci-après.

Figure 41 : Mesure SO2 (ppm) sans dépollution au HFO 2,5%S (Extrait rapport CERTAM CX57 d’août 2019)

Figure 42 : Mesure SO2 (ppm) en aval du FAP au HFO 2,5%S (Extrait rapport CERTAM CX57 d’août 2019)

Figure 43 : Efficacité déSOx en % du FAP au HFO 2,5%S (Extrait rapport CERTAM CX57 d’août 2019)

(41)

3.1.2. Cas des particules fines

Les particules ont été mesurées en masse (représentatif des PM2,5/PM10) et en nombre (représentatif des PM<1), à la fois en amont du système, et en aval (valeurs réelles et non théoriques).

Les résultats sont supérieurs aux attentes, puisque la réduction en nombre (PM<1) mesurée est de 99%, alors que le critère de réussite se situe entre 40 et 60%.

Figure 44 : Efficacité réduction PM au HFO 2,5%S (Extrait rapport CERTAM CX57 d’août 2019)

Figure 45 : Efficacité réduction PM au MDO 0,1%S (Extrait rapport CERTAM CX57 d’août 2019)

(42)

3.1.3. Récapitulatif de l’efficacité de filtration en particules du FAP

Figure 46 : Récapitulatif mesures FAP (Extrait rapport CERTAM CX57 d’août 2019)

3.2. Résultats mesures finales des particules en octobre 2019 (seconde campagne)

Cette deuxième campagne de mesures a été la campagne finale prévue au planning dans le but de valider l’efficacité du process en termes de particules.

Contrairement à la première campagne, et pour des raisons de coût, de disponibilité du HFO 2,5% et de réglementation, il a été décidé de ne pas faire de tests au HFO 2,5%, la première campagne étant suffisamment représentative avec ce combustible. Les tests ont donc été effectués au MDO 0,1%S et au HFO 1,5%S durant cinq traversées.

Les résultats obtenus confirment ceux mesurés en juin 2019, à savoir une réduction des particules de 99,99%.

(43)

Figure 47 : Concentration massique particules (Extrait rapport CERTAM CX77 d’octobre 2019) En 1, et 2 : Respectivement mesures en aval du filtre à particules

En 3, 4 et 5 : Respectivement mesures en amont du filtre à particules durant la traversée n°4, la traversée n°5 avec injection de Bicar, et 5 sans injection de Bicar.

Le tableau suivant donne les valeurs comparatives en amont/aval du FAP, dans la configuration du moteur de propulsion MP3 avec un taux de charge de 85% lors d’un fonctionnement avec un carburant HFO d’une teneur en soufre de 1,5%. On y voit par exemple les mesures ont été limitées par les capacité de détection des appareils de mesures.

(44)

Figure 48 : Comparatif amont/aval MP3 85% de charge avec HFO 1,5%S (Extrait rapport CERTAM CX77 d’octobre 2019)

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Polluant : Particules en suspension PM10 Date et heure du déclenchement de l’épisode : 08 juillet 2019 11h00 Seuil réglementaire : Seuil d’information.. et de recommandations

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