L’ADEME a organisé le 28 novembre 2023 la 7e journée de restitution (JR7) de son programme de recherche CORTEA, « Connaissances, Réduction à la source et Traitement des Émissions dans l’Air ».
Cette journée, organisée en virtuel, s’est adressé aux acteurs et décideurs dans le domaine de la qualité de l’air : industriels et professionnels, bureaux d’études, agences et instituts publics, services des ministères et DREAL, chercheurs, etc. Elle a pour objectif de favoriser le transfert des principaux résultats de travaux de recherche soutenus par CORTEA vers les utilisateurs potentiels.
Les thématiques abordées à cette JR7 concernent :
• la qualité de l’air intérieur,
• la combustion de biomasse,
• les transports,
• l’industrie - énergie
Les résumés des projets et la plaquette de synthèse des résultats sont disponibles sur ce lien : https://admouv-cortea.ademe.fr/ressources
Cette journée, organisée en virtuel, s’est adressé aux acteurs et décideurs dans le domaine de la qualité de l’air : industriels et professionnels, bureaux d’études, agences et instituts publics, services des ministères et DREAL, chercheurs, etc. Elle a pour objectif de favoriser le transfert des principaux résultats de travaux de recherche soutenus par CORTEA vers les utilisateurs potentiels.
Les thématiques abordées à cette JR7 concernent :
• la qualité de l’air intérieur,
• la combustion de biomasse,
• les transports,
• l’industrie - énergie
Les résumés des projets et la plaquette de synthèse des résultats sont disponibles sur ce lien : https://admouv-cortea.ademe.fr/ressources
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00:00 Bonjour Nathalie Poisson de l'ADEME. Quelques mots d'introduction pour présenter le seul projet
00:12 industriel et pour cause. L'industrie est sortie du scope de Cortea en 2017. Vous y reviendrez.
00:19 Alors tout d'abord quelques indicateurs intéressants sur les projets qui ont été
00:24 financés par Cortea. Nathalie. Oui bonjour à tout le monde. Effectivement je vais me faire le
00:34 porte-parole de mes collègues du service industriel qui n'ont pas pu être là aujourd'hui mais qui nous
00:39 ont transmis quelques informations pour montrer justement l'implication même si aujourd'hui on
00:43 n'a qu'un seul projet de présenté mais quel projet donc je vous encourage à rester pour l'écouter.
00:48 Mais voilà en tout cas leur implication a été très forte tout au long de la vie du programme
00:53 Cortea puisque depuis sa création en 2011 et jusqu'à son sixième appel à proposition de
01:00 recherche donc ils ont été là à chaque édition ce qui a permis de soutenir 42 projets pour un
01:06 montant de plus de 8 millions d'euros donc on voit que c'est un soutien qui a été très fort à la
01:10 recherche sur ces thématiques avec différents sujets qui ont été explorés donc vous les voyez
01:15 sur cette diapo donc avec les principaux qui sont les composés organiques volatiles et
01:20 nanoparticules, les particules ultra fines ou les composés azotés ou soufrés mais
01:25 voyez qu'on a également eu quelques autres sujets complémentaires et avec donc une petite
01:30 attention sur le fait que le sujet des particules fines était un sujet montant sur les deux dernières
01:36 éditions auxquelles ils ont participé. Sur ces 42 projets la quasi totalité sont terminés il n'y
01:42 en a plus qu'un qui est actuellement en cours les autres ont été valorisés lors des éditions
01:46 cortéas précédentes donc vous pouvez trouver les replays ou les documents en ligne et donc on a
01:52 deux sujets qui sont proposés à la valorisation aujourd'hui dans le recueil de résumé et un
01:58 donc qui va être présenté après par monsieur Dieu. Alors si on passe à la diapo suivante donc là
02:05 c'était le bilan donc d'une application forte de mes collègues sur le service industrie et donc sur
02:11 cette deuxième diapo en fait ce que l'on voit c'est un peu pourquoi ils n'ont pas été sur la
02:16 dernière édition de l'APR et bien c'est parce qu'en fait après donc avoir soutenu massivement
02:22 cette thématique donc hors combustion de masse et déchet qui sont restés dans les dernières
02:28 éditions en fait eux ont considéré qu'ils avaient soutenu déjà de façon importante les dispositifs
02:34 d'une réglementation et donc ils ont aidé en fait à anticiper et dépasser volontairement les
02:41 mesures réglementaires à l'époque jusqu'à ce qu'en fait la directive IED soit soit adoptée avec
02:47 des valeurs d'émission prévues à partir de la mise en place des meilleures technologies disponibles
02:50 et donc des valeurs limite d'émission qui progressivement se mettent en place et donc en
02:54 fait le soutien maintenant a plutôt basculé sur une autre problématique également d'importance
02:59 sur les performances énergétiques dans l'industrie manufacturière donc les soutiens de l'ADEME à
03:06 l'industrie continue ils sont un peu moins prégnants sur l'air en ce moment mais voyez
03:10 que les thématiques tournent peut-être à l'avenir reviendrons nous sur ces sujets mais en attendant
03:14 voilà on a encore quelques projets donc dont un qui va être présenté aujourd'hui avec des résultats
03:19 très intéressants. Merci beaucoup Nathalie on vous retrouvera pour la conclusion de notre journée qui
03:25 sera faite par Frédéric Millard de la DGEC et vous aurez quelques informations à nous donner sur
03:30 la suite du programme vous nous parlerez certainement d'Acacia donc le meilleur pour la fin CARP avec
03:38 Sébastien Dieux responsable de projet à l'INERIS et vous allez nous présenter ce projet en
03:46 une dizaine de minutes on prendra ensuite deux trois questions et nous arriverons à la conclusion
03:51 bienvenue Sébastien Dieux. Bonjour et bien je vous remercie et puis j'espère qu'effectivement ce
03:59 projet sera le meilleur pour la fin. Vous allez tout nous faire péter là vous allez voir. Allez c'est à vous.
04:07 Parfait merci bon et bien du coup je vais comme évoqué madame Poisson dont vous parlez de
04:13 particules et de particules fines donc pour commencer à traiter donc le sujet sur les
04:19 procédés métallurgiques à haute température qui utilisent dans le processus de fabrication des
04:24 métaux lourds qui sont le plus souvent sous forme de poudre de taille micrométrique mais il est connu
04:29 que ces procédés donc produisent des particules nanométriques métalliques et aujourd'hui encore
04:33 il y a un manque de connaissances sur les émissions de particules de ces procédés et leur réduction à
04:36 la source donc l'objectif principal du projet était donc de caractériser l'ensemble des émissions
04:42 c'est à dire les émissions canalisées, les émissions diffuses et l'exposition professionnelle mais de
04:47 façon non réglementaire donc dans cet objectif trois procédés métallurgiques ont été
04:53 sélectionnés et il s'agit donc de la projection thermique à plasma, de la fabrication additive
04:58 par procédé de fusion laser sélective et de l'atomisation des poudres sous gaz inertes
05:05 Oui, c'est à vous, pardon excusez moi je ne vous voyais pas je vais commencer donc par présenter
05:17 la projection thermique donc à plasma alors comme vous pouvez le voir sur la figure de gauche la
05:21 torche à plasma se trouve à l'intérieur d'une cabine de projection thermique sur la figure en
05:25 bas à droite des poudres micrométriques métalliques et des gaz plasmagènes donc sont injectés sous
05:30 pression au niveau de la torche de projection et un arc à fort courant électrique produit un plasma
05:34 donc à l'intérieur de ce plasma les poudres sont fondues et accélérées pour être déposées sur un
05:39 substrat et former un revêtement donc qui constituera la pièce finale. Donc la photo
05:44 centrale illustre le jet de plasma sur un substrat et la captation par un panneau aspirant des
05:49 particules non déposées qui passe ensuite au niveau d'un système de filtration avant rejet
05:53 à l'atmosphère. Enfin les clichés de microscopie montrent ici la morphologie de la poudre initiale
05:58 et le revêtement final de cette poudre sur le substrat. Donc le second procédé est un procédé
06:05 de fabrication additive par technique de fusion laser sur lits de poudre métallique donc il
06:10 consiste à fusionner avec un laser de fines particules de poudre métallique dans une chambre
06:14 d'impression sous atmosphère inerte en déposant horizontalement des couches de poudre métallique
06:19 sur les précédentes afin de façonner les pièces. Comme le montre le schéma sur les étapes du
06:25 procédé un plateau mobile vient déposer sur un plateau support un lit de poudre de quelques
06:29 micromètres d'épaisseur puis un laser vient fusionner la poudre selon des paramètres géométriques
06:34 définis à partir d'une conception assistée par ordinateur. Donc à la fin de cette étape le
06:39 plateau support descend d'une épaisseur de couche et un plateau mobile dépose une nouvelle couche
06:43 de poudre et le processus donc se répète jusqu'à la finition de la pièce. Le cycle de fabrication
06:48 d'une pièce peut varier de quelques heures à quelques semaines et enfin lors d'une production
06:53 la poudre non utilisée est recyclée en continu et les particules les plus fines sont balayées
06:58 par un flux d'azote continu vers un système de filtration situé sur le côté de la machine.
07:03 Enfin le troisième procédé est le procédé d'atomisation sous gaz de poudre métallique.
07:10 Donc sur le schéma on peut voir donc le creuset dans lequel du métal solide est fondu, une chambre
07:16 d'atomisation dans laquelle le métal en fusion issu du creuset s'écoule par gravité au travers
07:22 d'une buse d'atomisation et enfin un ou plusieurs gelées de gaz sous haute pression située en aval
07:27 de la buse qui viennent atomiser le métal en fusion pour former de fines gouttelettes.
07:31 Celles-ci se solidifient et forment la poudre par solidification convective et différents pots
07:37 reçoivent la poudre métallique élaborée. Enfin l'écoulement du gaz est régulé pour
07:41 contrôler la taille des gouttelettes et par conséquent la répartition granulométrique
07:44 de la poudre micrométrique produite.
07:47 Donc outils et méthodes utilisés, différents appareils ont été utilisés pour caractériser
07:55 l'ensemble de ces émissions. Ainsi pour les émissions canalisées on trouve différents
07:59 granulomètres et compteurs type DMS 500, APS, SMPS et les cassettes de filtration.
08:05 Pour les émissions diffuses on a également utilisé différents compteurs de particules
08:10 et pour l'exposition professionnelle non réglementaire un compteur de particules dédié.
08:14 Enfin dans les différents types d'émissions un préleveur de particules MPS utilisant
08:21 une grille de microscopie a été utilisé pour l'analyse différée de la morphologie
08:25 et de la composition chimique élémentaire des particules prélevées.
08:28 Pour les méthodes, je vais vous présenter les méthodes de mesure qui ont été utilisées
08:34 pour les différents procédés sur un exemple de projection thermique et sur les transparences
08:39 suivant l'analyse de quelques résultats qui va suivre.
08:44 Donc à gauche, sur le schéma à gauche présente les différents points de mesure
08:50 pour caractériser les différents types d'émissions et pour chaque point de mesure
08:54 les équipements utilisés représentés ici par des pastilles de couleur.
08:57 Donc pour les émissions canalisées les mesures ont été réalisées avant et après le système
09:03 de filtration comme indiqué sur les encadrés bleus.
09:05 Pour les émissions diffuses et l'exposition professionnelle non réglementaire les mesures
09:11 ont été effectuées en proximité et dans la cabine comme indiqué dans les encadrés
09:15 vert et orange.
09:16 Donc pour l'ensemble des émissions il a été déterminé des concentrations en nombre
09:21 de particules en temps réel, des granulométries, la morphologie et la taille des particules
09:26 ainsi que la composition élémentaire par analyse différée en microscopie électronique
09:30 à transmission.
09:31 Enfin des efficacités de filtration massique par prélèvement sur filtre ont été réalisées
09:35 mais uniquement pour les émissions canalisées.
09:36 Donc les principaux résultats.
09:40 Pour les principaux résultats des émissions canalisées et de la projection thermique.
09:44 Donc une bonne efficacité de filtration massique comprise entre 87 et 98% a été observée
09:49 suivant les installations qui ont été étudiées dans ce projet.
09:52 Cependant comme le montre le graphique et les photos de microscopie la concentration
09:58 en nombre de particules nanostructurées après le système de filtration reste importante
10:02 pour certains procédés étudiés avec dans l'exemple ici environ 9 10 puissance 7 particules
10:08 par cm3 avant la filtration et 4 10 puissance 6 particules par cm3 après filtration.
10:14 Et on peut observer avant et après filtration la saturation des grilles par les particules
10:19 nanostructurées.
10:20 Pour comparaison vous pouvez voir en bas à gauche la photo d'une grille vierge.
10:25 Donc la composition chimique de ces particules confirme qu'elles sont identiques à la
10:30 poudre initiale.
10:31 En revanche la morphologie et les tailles sont différentes étant donné que les particules
10:35 collectées sont nanostructurées.
10:36 A noter que par la suite cette installation de filtration donc a été modifiée sur la
10:41 base de ces résultats et d'autres systèmes de filtration étudiés dans ce projet ont
10:45 montré de meilleures performances de réduction pour ce type d'émissions.
10:48 Donc pour les émissions diffuses issues de la projection thermique les mesures réalisées
10:57 lors de la projection n'indiquent pas d'émissions hors de la cabine fermée.
11:01 En revanche comme le montrent les points 1 à 4 sur le graphique des émissions ont été
11:06 constatées à proximité de certaines cabines lors de l'ouverture de la porte à la suite
11:11 de cycles de projection thermique.
11:13 Les concentrations en ondes sont de l'ordre de 10 puissance 5 particules par cm3 alors
11:17 que la valeur ambiante est plutôt de l'ordre de 10 puissance 3 particules par cm3.
11:21 Enfin les observations qualitatives indiquent de possibles émissions diffuses lors des
11:27 phases autres que la projection par exemple des opérations de maintenance et de nettoyage
11:31 et notamment lors de changement de filtre, de fût contenant les poussières, de nettoyage
11:37 manuel de la cabine avec le balai, le jet d'air ainsi que le déversement manuel des
11:42 poussières collectées dans des big bags présents dans les locaux de travail et le
11:46 transport de ces big bags en extérieur ou dans les locaux à déchets.
11:49 Pour l'exposition professionnelle non réglementaire, comme le montre ici le graphique également,
11:57 des pics de concentration illustrés par les points 1 à 5 indiquent dans certains cas
12:02 une exposition qui peut être importante au niveau de l'opérateur notamment lors de
12:07 son entrée immédiate dans la cabine à la suite de cycles de projection.
12:11 Donc là on est sur environ 3 10 puissance 6 particules par centimètre cube dans la
12:16 gamme de taille de 10 nanomètres à 700 nanomètres.
12:19 Donc les clichés de microscopie issus des mesures sur l'opérateur montrent ici la
12:23 présence de ces particules métalliques nanostructurées et submicrométriques donc
12:27 à l'intérieur de la cabine.
12:28 On remarquera là aussi la saturation de la grille par les particules nanostructurées.
12:32 De plus les opérations de maintenance et de nettoyage observées subjèrent de possibles
12:37 expositions professionnelles voire des émissions diffuses.
12:41 Donc afin de réduire cette exposition là, il conviendrait de respecter le temps d'attente
12:48 du renouvellement d'air optimal avant de rentrer dans la cabine, à minimum environ
12:53 10 minutes avec le port de protection respiratoire adéquate.
12:56 On aura aussi de proscrire l'utilisation d'équipements de nettoyage non adaptés
13:01 type balais ou GDA.
13:03 Enfin la collecte de poussière issue de la projection nécessite d'être réalisée
13:07 avec des équipements appropriés en utilisant par exemple des systèmes d'aspiration
13:10 reliés aux installations de filtration pour le nettoyage dans la cabine réduisant ainsi
13:15 la remise en suspension des particules et donc l'exposition professionnelle et ainsi
13:19 que les émissions diffuses.
13:20 Pour la projection thermique, différentes voies d'amélioration ont été étudiées
13:28 pour réduire les émissions à la source et mieux capter les particules non déposées.
13:31 Sur la gauche de ce transparent, un premier travail sur les paramètres de fonctionnement
13:36 de la torche a été effectué et donc ces essais paramétriques révèlent qu'il est
13:41 possible sans modification des performances de revêtement final d'abaisser la concentration
13:45 au nombre de particules de la gamme de taille de 0,5 à 1 micromètre d'environ 27 à 75%
13:52 suivant le tube de poudre.
13:53 Pour la gamme de taille supérieure, l'impact est un peu moins significatif.
13:59 Sur la droite, un second travail sur la captation des particules non déposées a été réalisé
14:05 avec le développement et la mise en place d'un panneau aspirant amovible permettant
14:08 une modularité selon les configurations de la projection.
14:11 Les résultats ont montré que les émissions captées par les différents panneaux, c'est-à-dire
14:17 l'ancien et aussi le nouveau panneau aspirant, sont dominées par les concentrations en nombre
14:21 de particules nanostructurées.
14:22 L'ancien panneau aspirant fonctionnant avec une ouverture fixe de 180°, différentes ouvertures
14:29 de 30° à 180° ont été étudiées avec le nouveau panneau aspirant et des améliorations
14:35 de la captation des particules dans la gamme de taille 10 nanomètres à 100 nanomètres
14:39 ont pu être mesurées d'un facteur 2 environ.
14:41 Et pour finir sur les principaux résultats concernant les autres procédés, ainsi pour
14:49 l'atomisation gazeuse des poudres métalliques, les opérations annexes constituent l'essentiel
14:56 des expositions au niveau de l'opérateur et des émissions diffusent.
14:59 Les valeurs de concentration sont stables en dehors des périodes d'accès directes
15:03 au procédé d'atomisation, notamment lors du nettoyage de la cuve et du démontage
15:08 et nettoyage du cyclone.
15:09 Par ailleurs, les observations montrent que le transfert vers un local de nettoyage d'une
15:15 partie des équipements du procédé crée une exposition indirecte pour d'autres opérateurs
15:19 pouvant se trouver à proximité.
15:20 Donc des suggestions ont été proposées dans ce cadre pour réaliser, si cela est possible,
15:25 un nettoyage à l'intérieur de la tour d'atomisation afin d'éviter le transfert
15:29 de polluants et de contaminer d'autres zones par déplacement des éléments souillés,
15:32 mais aussi de récupérer l'eau de nettoyage et les particules dans un bac de décontention
15:37 liquide pour un meilleur confinement et une meilleure gestion des déchets.
15:40 Les émissions canalisées, donc avant filtration, pour le procédé étudié sont restées faibles
15:45 avec la présence de particules sous forme d'agrégats de taille micrométrique.
15:49 Enfin, pour la fabrication additive par fusion laser de la poudre métallique, l'ensemble
15:55 des émissions étudiées est resté négligeable hormis pendant les phases de nettoyage et
15:59 de maintenance.
16:00 Merci beaucoup.
16:01 Pour la suite, est-ce que vous pourrez aller plus loin sur le sujet des émissions environnementales?
16:08 Oui, alors c'est un des aspects qui nous intéresse et ce sera effectivement en présence
16:18 des résultats qui ont été observés sur certaines installations, notamment de projections
16:22 thermiques puisqu'on retrouve donc des concentrations de particules nanostructurées en nombre
16:27 qui restent importantes.
16:29 Donc encore une fois, sur certaines installations, il y aurait effectivement un intérêt à
16:32 mener quelques études environnementales en proximité de ces installations et maîtrisent.
16:39 Vous avez d'autres points à nous donner sur la suite de vos investigations?
16:44 Oui, on souhaitait aussi poursuivre le travail notamment à la source en continuant à développer
16:53 le panneau aspirant.
16:54 Et puis un autre travail sur ce panneau, ce serait de travailler aussi sur l'aérolique
17:00 et la modélisation des flux de particules.
17:05 Et puis un autre intérêt, ce serait aussi de développer la récupération, en fin de
17:10 compte, des poudres métalliques qui n'ont pas été déposées de façon à pouvoir revaloriser
17:15 l'ensemble des poudres métalliques non déposées.
17:18 Très bien, merci beaucoup.
17:21 Merci pour votre présentation et merci à l'ensemble de nos speakers de la journée.
17:27 On est à distance, on ne va pas pouvoir les applaudir.
17:30 J'ai applaudi quand même et vous aussi, j'espère, derrière votre écran.
17:33 Vous étiez plus de 400 à suivre la restitution de cette septième journée et nous allons
17:40 maintenant passer à la conclusion.
17:42 [Rire]