Les émissions des gaz par les navires Réalisé par :

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1 Les émissions des gaz par les navires Réalisé par :

2 plan Les émissions des gaz par les navires Introduction I. Emissions des gaz polluants: 1) Les principaux polluants atmosphériques des navires 2) Influences sur l’environnement et la santé humaine 3) Volets réglementaires et techniques pour limiter SOx: 3-1) Réglementation de l'OMI pour SOx: 3-2) Solutions technique pour réduire les SOx 4) Volets réglementaires et techniques pour limiter NOx: 4-1) Réglementation de l'OMI pour NOx: 4-2) Solutions technique pour réduire les NOx II. Emissions de gaz à effet de serre: 1) CO2 gaz à effet de serre 2) L’impact de gaz à effet de serre sur l’environnement 3) Réglementation maritime et les modes de gestion pour la réduction de CO2 A) Indice d’efficacité énergétique (EEDI): B) Plan de gestion du rendement énergétique (SEEMP): Conclusion

3 I'introduction Les différents types de navires brûlent chaque jour des milliers de tonnes de combustibles fossiles et délibèrent des polluants atmosphériques, des gaz à effet de serre et des substances qui appauvrissent la couche d'ozone. Toutes ces émissions comportent des risques pour la santé humaine et l'environnement. Les émissions de dioxyde de soufre (SO2) et d'oxydes d'azote (NOx) sont à l'origine des dépôts acides qui peuvent être nocifs pour l'environnement ainsi que des particules fines qui peuvent nuire à la santé. Les émissions de NOx et de composés organiques volatiles (COV) contribuent à la formation d'ozone troposphérique qui peut nuire à la santé et à l'environnement. Les émissions de NOx contribuent à l'eutrophisation qui est nocif pour l'environnement. Les émissions de dioxyde de carbone (CO2) contribuent au changement climatique.

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5 II. Émissions des gaz polluants 1) Les principaux polluants atmosphériques de navires Les polluants sont nombreux. Ils se présentent sous deux formes : -les gaz à 90% -les particules solides à 10% (pollens, poussières, fumées) Mais deux polluants émis sont particulièrement à étudier : l'oxyde de soufre (Sox) et l’oxyde d’azote (NOx). Ce sont les plus importants polluants de l'air; ils accélèrent la formation de particules fines et ultrafines

6 Les émissions des gaz délibérés par les navires suivant le combustible utilisé

7 2) Influences des polluants sur l’environnement et la santé humaine

8 Les oxydes d'azotes (NOx) Les sources La combinaison de l’azote et de l’oxygène de l’air conduit à des composés de formules chimiques diverses regroupés sous le terme NOx. Régulièrement mesurés, le monoxyde d'azote NO et le dioxyde d’azote NO 2 sont émis lors des phénomènes de combustion. Le NO 2 est issu de l'oxydation du NO. Les sources principales sont les transports, l’industrie, l’agriculture et la transformation d’énergie. Le NO 2 se rencontre également à l'intérieur des locaux où fonctionnent des appareils au gaz tels que gazinières, chauffe-eau.... Les effets sur la santé Le NO 2 est un gaz irritant pour les bronches. Chez les asthmatiques, il augmente la fréquence et la gravité des crises. Chez l’enfant, il favorise les infections pulmonaires. Les effets sur l’environnement Les NOx participent aux phénomènes des pluies acides, à la formation de l’ozone troposphérique, dont ils sont l’un des précurseurs, et à l'atteinte de la couche d’ozone stratosphérique comme à l’effet de serre.

9 Le dioxyde de soufre (S0 2 ) Les sources Le dioxyde de soufre SO 2 est émis lors de la combustion des matières fossiles telles que charbons et fiouls. Les sources principales sont les centrales thermiques et les grosses installations de combustion industrielles. La part des transports (diesel) baisse avec la diminution progressive du soufre dans les carburants. Les effets sur la santé Le SO 2 est un irritant des muqueuses, de la peau et des voies respiratoires supérieures (toux, gène respiratoire). Il agit en synergie avec d'autres substances, notamment avec les fines particules. Comme tous les polluants, ses effets sont amplifiés par le tabagisme. Sur l’environnement Le SO 2 se transforme en acide sulfurique au contact de l'humidité de l'air et participe au phénomène des pluies acides. Il contribue également à la dégradation de la pierre et des matériaux de nombreux monuments.

10 Les particules en suspension (PM10) Les sources Les particules liées à l’activité humaine proviennent majoritairement de la combustion des matières fossiles, du transport automobile (gaz d’échappement, usure, frottements...) et d'activités industrielles diverses (sidérurgie, incinération...). Leur taille et leur composition sont très variables. Les particules sont souvent associées à d'autres polluants tels le SO 2, les HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques)… Les PM10 représentent la catégorie de particules dont le diamètre aérodynamique est inférieur à 10 micromètres. Les effets sur la santé Selon leur taille (granulométrie), les particules pénètrent plus ou moins profondément dans l’arbre pulmonaire. Les particules les plus fines peuvent, à des concentrations relativement basses, irriter les voies respiratoires inférieures et altérer la fonction respiratoire dans son ensemble. Certaines particules ont des propriétés mutagènes et cancérigènes. Sur l’environnement Les effets de salissure des bâtiments et des monuments sont les atteintes à l'environnement les plus évidentes.

11 3)volets réglementaires et techniques pour limiter SOx: 3.1) réglementation de l'OMI pour la réduction de SOx: Dans l’annexe VI de la convention MARPOL : Limite à 0,1% la teneur en soufre des carburants marins dans la zone “SECA” depuis le 1 er janvier 2015 Limite à 0,5% la teneur en soufre des carburants marins dans toutes les eaux pour 2020 Une révision de la norme à 0,5% de soufre sera effectuée en 2018 pour vérifier la disponibilité des combustibles nécessaires en tenant compte de l’offre et la demande qui sont constatées sur le marché mondial des fuels, l’analyse des tendances observées est une question pertinente.

12 Calendrier des normes prévues par l'OMI sur les Sox

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14 3. 2) Solutions techniques pour le contrôle et la réduction des émissions de SOx: a) changement de combustible marin: Basculement vers un FO low sulphur: Wartsilä, conscient des problèmes liés au changement de combustible, étudie des procédés qui permettent d'assurer un passage automatique d'un combustible à un autre, mais cette solution simple de mise en œuvre n'est pas exempte de problèmes (ex TBN huile). Fonctionnement au MGO: Il est coûteux, mais la méthode la plus couramment utilisée pour se conformer à l'annexe VI de MARPOL tout en entrant dans les zones de contrôle des émissions de SOx. Passage au GNL: cette solution doit être envisagée sur un navire neuf,mais le problème d'avitaillement n'est pas encore résolu.

15 b) Scrubber ou filtre du fumée Une solution technologique développée pour permettre aux navires existants de continuer à utiliser du Fioul. Les gaz d'échappement du moteur sont passés à travers la tour d'épurateur où un liquide est injecté au dessus. L'eau douce mélangée avec de la soude caustique (NaOH) est utilisée comme liquide de lavage qui entre en réaction chimique avec ces gaz et permet de réduire le SOx à 95%. L'eau de lavage est ensuite envoyée à une station de broyage d‘effluent, traitée et évacuée à la mer.

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17 4)volets réglementaires et techniques pour limiter NOx: 4-1) réglementation de l'OMI pour NOx: Norme TIER I Norme TIER II Norme TIER III

18 4-2) solutions technique pour réduire les NOx: A) Action sur la température maximum de combustion: La diminution de la température de combustion résulte nécessairement, une réduction de la production de NOX, puisque les « NOX thermiques » représentent 90% de la formation totale d’oxydes d’azote. Les différentes solutions techniques permettant d’agir sur la température maximum de combustion vont être détaillées ci-dessous. Combustible émulsionné FWE (Fuel Water Emulsion): L’influence d’une injection de combustible émulsionné avec de l’eau dans les chambres de combustion du moteur varie en fonction du type de moteur, mais en moyenne 1% d’injection d’eau permet de réduire d’1% les émissions de NOX (l’eau se vaporisant dans la chambre de combustion permettant d’abaisser la température qui y règne).

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20 Injection directe d’eau dans le cylindre par injecteur double ou indépendant DWI (Direct Water Injection) : De l’eau peut également être introduite dans la chambre de combustion depuis l’injecteur lui-même comme le montre la figure ci- dessous.

21 Il s’agit du moyen le plus efficace pour réduire les émissions de NOX à l’intérieur du moteur. Le constructeur Wärtsilä a développé ce système pour ses moteurs diesel semi-rapides ; le nez d’injecteur a deux aiguilles séparées, ce qui permet d’opérer le moteur avec ou sans addition d’eau. L’injection d’eau a lieu avant l’injection de combustible à une pression comprise entre 210 et 400 bar suivant le type de moteur, ce qui permet d’abaisser la température de la chambre et limite ainsi la formation de NOX thermiques. L’injection d’eau, pilotée électroniquement en fonction de la charge moteur, prend fin lors de l’injection de combustible, ce qui évite de perturber l’allumage et la combustion qui s’ensuit. Le rapport eau/combustible varie entre 0,4 et 0,7 avec une réduction de 50 à 60% des émissions de NOX. Toutefois la consommation d’eau n’est pas négligeable au vu des quantités utilisées, et il faut s’assurer que le navire dispose des capacités suffisantes en stockage d’eau douce. Wärtsilä a également développé ce système sur moteur deux temps à rampe d’injection commune.

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23 Ajout d’eau dans l’air de suralimentation ( HAM Humid Air Motor): Une autre façon d’introduire de l’eau dans la chambre de combustion est d’humidifier l’air de suralimentation : chez Wärtsilä de l’eau chaude est ainsi injectée en gouttelettes et s’évapore rapidement dans l’air alimentant les cylindres moteur, en raison de la vitesse et de la température. MAN a développé le concept du « Humid Air Motor » HAM qui permet de réduire de 65% la formation de NOX.

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25 L’air de suralimentation est mis en communication avec de la vapeur d’eau produite par réchauffage d’eau de mer, le processus de distillation permettant d’utiliser de l’eau de mer plutôt que de l’eau douce. La capacité de l’eau à réduire les pics de température générateurs de NOX est utilisée suivant le même principe que le combustible émulsionné. En revanche, les quantités d’eau additionnées sont conséquentes au vu des masses d’air entrant dans le moteur, d’où l’intérêt d’utiliser de l’eau de mer et non de l’eau douce dont le stockage est restreint à bord. Environ 1 gramme d’eau est injecté par kg d’air, si on estime à 1500 t d’air pour une consommation journalière de 100t de combustible, cela représente 1,5 t d’eau par jour. L’intérêt de cet ajout d’eau réside dans le fait que l’on augmente la chaleur massique spécifique du mélange air/eau, ce qui conduit à un abaissement de la température finale; et que l’on réduit également la quantité d’oxygène présent, ce qui limite les réactions d’oxydation. Enfin, la présence de vapeur d’eau dans la chambre de combustion permet de réduire les dépôts dans la chambre

26 B) Action sur la quantité d’oxygène présent : Exhaust-gas recirculation EGR Ce système est largement répandu dans l’automobile, avec succès. Il s’agit en fait de réduire la concentration en oxygène dans la zone où se déroule la combustion en faisant recirculer des gaz d’échappement propres et refroidis dans le collecteur d’admission du moteur diesel. L’injection des gaz d’échappement, contenant de l’eau et du dioxyde de carbone dont la capacité thermique molaire (ou chaleur massique C, c'est-à-dire la quantité de chaleur Q nécessaire pour amener m=1 kg d’un corps à une température T+dT voisine de T) est élevée, permet d’abaisser le pic de température (et donc la formation de NOX

27 Sur l’illustration ci-dessus, on voit que les gaz d’échappement sont prélevés en amont de la turbosoufflante et réinjectés par un puissant ventilateur électrique en amont du réfrigérant d’air sur le collecteur d’admission, après être passés par une tour de lavage dont les eaux seront par ailleurs traitées.

28 C) Action sur les gaz d’échappement : Selective catalytic reduction : SCR Ce type de système traitant les fumées permet de réduire de 90% les émissions de NOX. Il peut être utilisé seul ou conjointement avec les systèmes vus précédemment, ce qui, dans ce cas, laisse de la latitude aux fabricants de moteur pour développer plus avant des mesures de réduction des émissions dans les chambres de combustion elles-mêmes. Les gaz sont en fait débarrassés des NOX par réaction chimique avec de l’ammoniac. Le plus souvent est injecté dans les gaz d’échappement un mélange d’eau et de 40% d’urée (soit environ 30L par MW.h), en présence d’un catalyseur à une température comprise entre 290°C et 450°C.

29 l’ammoniac permet alors de réduire les NOX en gaz non nocifs comme l’eau et l’azote suivant la réaction suivante : 4NO + 4NH3 + O2 = 4N2 + 6H2O 6NO2 + 8NH3 = 7N2 + 12H2O

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31 III. Émissions de gaz à effet de serre 1) Le CO2 principal gaz a effet de serre: le dioxyde de carbone (CO2) contient du carbone (C). Ce carbone prend différentes formes et circule entre les organismes vivants, Lors de la combustion des énergies fossiles, il se transforme immédiatement en CO2. Ce composant gazeux est indispensable à la vie car il participe au mécanisme de la photo-synthèse. Mais L'augmentation de leur concentration dans atmosphère forme une couche qui empêche les rayons de chaleur infrarouge de s'échapper vers l'espace et emprisonne la chaleur terrestre( effet de serre)

32 2) l’impact des gaz a effet de serre sur l’environnement: Une accentuation de l'effet de serre peut causer les problèmes suivants : Le réchauffement de la planète (entre 1,4 et 5,8°C) avec les risques associés : fonte des calottes glacières, hausse du niveau de la mer. Certaines régions risquent fortement d'être inondées (les cotes de l'Inde, l’Indonesie…….). Le bouleversement des climats avec des perturbations du régime des précipitations. Plus des phénomènes de désertifications,

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34 3) réglementation maritime et les modes de gestion pour la réduction de CO2 En 2011 L’OMI a fixée des mesures obligatoires concernant la réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) provenant des transports maritimes internationaux. Ainsi, l'indice nominal de rendement énergétique (EEDI) est rendu obligatoire pour tous les navires neufs, et le Plan de gestion du rendement énergétique du navire (SEEMP) est exigé pour tous les navires. Ces mêmes amendements sont entrés en vigueur le 1er janvier 2013.

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36 A)Indice d’efficacité énergétique (EEDI): Technologies innovantes dés la conception pour la réduction de EEDI: réduction des vitesse et l'optimisation du calendrier des voyages port to port Optimisation des dimensions et forme de la carène. construction légère par l’adoption du Nouveau matériau de construction de navire Optimisation de l'hélice - coque des dispositifs d'interface et de flux optimisation de la conception Hélice - coque - gouvernail ainsi que les modifications pertinentes sur le corps à l'arrière du navire Amélioration de hydrodynamique du navire Deux hélices en série ; tournant à direction différente. amélioration de l'efficacité du moteur : longue course, injection électronique, à géométrie variable turbo compression, WHR pour le récupération la chaleur des gaz d’échappement.

37 Utilisation de GNL pour la propulsion ou introduction des moteurs à double combustible La gestion de l’éctricité selon les besoins du bord solutions flexibles d'alimentation par le courant de terre durant les escales au port.Introduction des Variateur de vitesse pour les pompes, ventilateurs, etc.,, tendance davantage vers les énergies renouvelables (solaire et éolienne)

38 B) plan de gestion du rendement énergétique (SEEMP): Pour les navires existants, la règlementation impose l’élaboration et la mise en place à bord d’un plan de management de l’énergie (Ship Energy Efficiency Management Plan – SEEMP). Le plan doit être présent à bord et sera vérifiée lors de la première visite intermédiaire ou visite spéciale après le 1er janvier 2013. Le SEEMP est inspiré de ISO 50001 et doit inclure la structure suivante : La description des mesures d’optimisation énergétique La planification de leur mise en œuvre Le suivi des actions L’évaluation des résultats. Le plan de gestion du rendement énergétique (SEEMP) du navire est l’outil permettant à une compagnie ou à un navire d’optimiser l’énergie et réduire les émissions des gaz a la fois. Le SEEMP d’un navire doit en outre s’intégrer dans une politique plus large de gestion énergétique au sein de la compagnie exploitant le navire.

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40 l’annexe VI de la Convention MARPOL a fixé des réglementations a mettre en œuvre par les armateurs pour la prévention de la pollution de l’atmosphère par les navires. Ces armateurs devraient investir de plus en plus pour se conformer aux obligations de l’OMI, sinon ils seront pénalisés par des amendes très lourds dans le cadre de « pollueur- payeur » dans les eaux internes et territoriales de l’état côtier. conclusion

41 Bibliographie et liens internet: Cours de la réduction des émissions atmosphériques des navires de commerce. eur-lex.europa.eu › EUROPA › EU law and publications › EUR-Lex http://www.ecole-affaires- maritimes.fr/images/memoires/BT/2015/BT_2015_GOURDAIN.pdf https://www.notreplanete.info/actualites/actu_3253_gaz_effet_de_serre _transport_maritime.php www.ecole-affaires- maritimes.fr/images/memoires/BT/2016/BT_2016_REGGIO.pdf