Les aéroréfrigérants volet pollution de l'air

De
Ce rapport présente la bactérie légionnelle et étudie les risques de légionnellose dans les tours aéroréfrigérantes ainsi que les précautions à prendre pour les éviter (maintenance, entretien, désinfection, situation par rapport à l'environnement bâti...). Il analyse la situation administrative des aéroréfrigérants (principe de connexité en installations classées, code de santé publique, pouvoirs de police des maires...) et présente le guide des bonnes pratiques et celles qui sont menées dans les pays étrangers. Il émet nombre de recommandations (connaissance des parcs aéroréfrigérants, obligation de contrôle sur la conception, la réalisation, l'entretien ; non prolifération de tours aéroréfrigérantes de faible puissance, fixation de normes...)
Publié le : lundi 1 mars 2004
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IGE/02/043
Les aéroréfrigérants volet pollution de lair par Jean-Michel BIRENIngénieur général des mines et Christian dORNELLAS Ingénieur général du GREF membres de linspection générale de lenvironnement
3 mars 2004
MINISTERE DE L'ECOLOGIE ET DU DEVELOPPEMENT DURABLE
Sommaire I.Introduction ................................................................................. 1II.Légionelles et légionelloses...................................................... 2A. Historique.............................................................................................................. 2 B. La bactérie............................................................................................................. 2 C. Habitat ................................................................................................................... 2 D. La maladie............................................................................................................. 3 1.Fièvre de Pontiac...................................................................................................... 3 2.Légionellosesensu stricto.......................................................................................... 3 E. Analyses ................................................................................................................ 3 1.Méthode traditionnelle.............................................................................................. 3 2.MéthodePCR........................................................................................................... 3III. .................................................................. 5Les aéroréfrigérantsA. Les différents types ............................................................................................... 5 B. Les précautions à prendre. .................................................................................... 6 1. Conception. ............................................................................................................ 6 2. Maintenance, entretien, nettoyage, désinfection. ................................................... 7 3. Situation par rapport à l'environnement bâti. ......................................................... 7 4. Comportement du panache..................................................................................... 7IV. 8Situation administrative des aéroréfrigérants ...........................A. Le principe de connexité en installations classées ................................................ 8 B. L'arrêté du 2 février 1998 sur les prélèvements et la consommation d'eau. ......... 9 C. Le code de la santé publique ................................................................................. 9 D. Les pouvoirs de police des maires ........................................................................ 9V.Travaux de ladministration.................................................... 10A. Le guide des bonnes pratiques ............................................................................ 10 1. sur la forme........................................................................................................... 10 2. sur le fond............................................................................................................. 10 B. La circulaire de la DPPR du 23 avril 1999 ......................................................... 11 C. UnprojetsoumisauConseilsupérieurdesinstallations classées............................... 12VI. 13La situation à létranger..........................................................A. États-Unis............................................................................................................ 13 B. Australie .............................................................................................................. 13 C. Royaume-Uni ...................................................................................................... 13 D. Pays-Bas.............................................................................................................. 13 E. Espagne ............................................................................................................... 13 F. Italie .................................................................................................................... 14 G. Allemagne et Belgique........................................................................................ 14 H. Hong Kong .......................................................................................................... 14
VII.Lacunes à combler ............................................................... 15VIII. 16Rappel des solutions techniques alternatives.......................IX. 17Recommandations ..................................................................A. Les objectifs ........................................................................................................ 17 1. Connaissanceetréglementationduparcd'aéroréfrigérants. ......................................... 17 2. Analyse de larticle additionnel complétant le code de la santé publique ........... 17 3. Soumettre les aéroréfrigérants à des obligations de contrôle de leur conception, de leur réalisation, de leur montage et de leur installation, ainsi qu'à des obligations d'entretien, de nettoyage et de désinfection par un organisme tiers compétent. .............. 19 4. Éviter la prolifération de tours aéroréfrigérantes de petites puissances. .............. 21 B. Classement des aéroréfrigérants au titre des ICPE. ............................................ 22 1. Interdiction de certaines catégories. ..................................................................... 22 2. Soumission au régime de la déclaration. .............................................................. 23 3. Soumission au régime de l'autorisation................................................................ 24 4. Conclusion partielle relative aux législations à appliquer aux aéroréfrigérants humides. ........................................................................................................................... 25 C. Contrôle par des organismes tiers compétents. ................................................... 26 D. Fixation de normes.............................................................................................. 26 E. Applicationdes 26nouvelles dispositions aux aéroréfrigérants existants. .............. 1. Aéroréfrigérants soumis à autorisation ................................................................ 27 2. Aéroréfrigérants soumis à déclaration.................................................................. 27 3. Aéroréfrigérants soumis à autorisation ou à déclaration ...................................... 28 Liste des personnnes consultées...................................................... 29
I.
Introduction
Le présent rapport est né dune question dune agence de l'eau formulée : les agences de l'eau doivent-elles accorder des aides à la mise en place d'aéroréfrigérants au titre de la prévention des pollutions thermiques des eaux et de celle des prélèvements d'eau ? Dans l'affirmative, sous quelles conditions ? Les réponses à ces questions ont fait l'objet, fin septembre 2003, d'une note d'étape spécifique intitulée Mise en circuit fermé des eaux de refroidissement industriel - Financement par les agences de l'eau. Le champ de l'investigation s'était, entretemps, élargi à la problématique générale des aéroréfrigérants, aux risques sanitaires qu'ils font encourir, à l'évolution éventuelle de leur réglementation. La mission a choisi dauditionner largement : la liste des personnes rencontrées, qui comporte, au-delà de ladministration, des industriels utilisateurs de cette technique et le Conseil national du froid, en témoigne. L'épidémie de légionellose des environs de Lens est survenue pendant la phase de rédaction du rapport. Cette épidémie présentant des aspects spécifiques, ne serait-ce que par son ampleur, il a été jugé opportun de différer la rédaction dudit rapport jusqu'à la fin de cette épidémie afin den tirer tous les enseignements. Le canevas du présent rapport a été soumis en févier 2004 à une réunion commune de la section technique du Conseil général des Mines et du collège technologies et risques de lIGE.
Rapport aéroréfrigérants
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II.
Légionelles et légionelloses
A. Historique
En juillet 1976, une association d'anciens combattants des États-Unis, lAmerican Legioncongrès dans un hôtel de Philadelphie., tint son cinquante-sixième Surlesmille cinq cents participants, deux cents furent atteints d'une pneumoniequatre aiguë ; trente-quatre en moururent. Lagent infectieux et sa source furent identifiés six mois plus tard : il sagissait dune bactérie, à laquelle fut attribué le nom de genre Legionella; la contamination provenait du réseau deau chaude de lhôtel.
B. La bactérie
Bactéries aérobies strictes, à Gram négatif10,3 à 0,9 µm de large, dune taille de sur 2 à 5 µm de long, les légionelles survivent en dessous de 20°C, se multiplient entre 20 et 45°C, meurent au-dessus de 60°C. Elles pénètrent facilement dans les amibes et autres protozoaires ; la cellule-hôte les protège et facilite leur diffusion. On aidentifiéaujourd'huiunequarantainedespèces,Legionellaphmoailuenpétantreconnue comme fortement pathogène pour lhomme.
C. Habitat
Les légionelles sont présentes danstousles milieux naturels humides (mais non dans leau de mer)2 ;. De là, elles peuvent passer dans les réseaux deau si ceux-ci sont aérés, à température tiède, ou encore si leau y stagne, que les conduites sont corrodées, entartrées, recouvertes de biofilm, la multiplication, voire lexplosion des populations, est assurée. Leau chaude sanitaire présente un risque particulier ; les aéroréfrigérants forment un milieu idéal pour les légionelles. Bien dautres équipements leur sont favorables : piscines, bains à remous, stations thermales, respirateurs et nébulisateurs dhôpitaux3. Les légionelles, capables de vivre dans les gouttelettes deau, peuvent se transmettre au loin par le jeu des vents4. Si les légionelles semblent rares chez les animaux, lhomme se contamine en respirant de leau en gouttelettes (de moins de 5 µm) qui pénètrent et infestent les alvéoles pulmonaires : tout usage lié à laspersion (douches, arrosage, lavages de voiture, aéroréfrigérants) présente des risques. On ne connaît pas dautre mode de contamination que linhalation. Lingestion ne présente donc pas de risques particuliers en létat actuel des connaissances.
1La coloration de Gram permet de mieux voir les bactéries aux microscopes : celles qui résistent au violet de gentiane sont dites à Gram positif ; celles qui deviennent rose, à Gram négatif. Cette méthode aide à choisir les antibiotiques de traitement. 2On les ditseiruqelludrothyetubiquistes. 3 peut se demander si, par fortes température, les bassins de stations d'épuration des eaux ne On peuvent accueillir et diffuser les légionelles. Les lagunes dépuration semblent également suspectes. 4Toutefois, elles périssent dès que les gouttes se vaporisent. Rapport aéroréfrigérants - 2 -
D. La maladie
Deux types de maladie, lune et lautre non contagieuses, atteignent lhomme :
1. Fièvre de Pontiac Incubation : 1-2 jours. Forme grippale ; jamais mortelle, elle passe spontanément en moins de 5 jours.
2.Légionellosesensu stricto Incubation : 2 -10 jours. Provoque des abcès du poumon, attaque les reins, les intestins, le système nerveux central. Mortelle dans 20 % des cas. Le sexe masculin, lâge supérieur à cinquante ans, un état de santé affaibli, la saison (été, automne) accroissent le risque. Il ny a pas de vaccination. Seuls les antibiotiques pénétrant à lintérieur des cellules ont une efficacité curative5. Lalégionelloseestune maladie à déclaration obligatoire6(décret du 11 décembre 1987). Aujourd'hui 1000 cas sont déclarés par an, dont 150 décès (ces chiffres croissent en raison dune meilleure détection), mais lInstitut de veille sanitaire estime la réalité au double. Àtitredecomparaison,8000à18000cassontrepérésuellementnnaauxÉtats-Unis.
E.
Analyses
1. Méthode traditionnelle NormeAFNOR (nov. 1993) NT90-431 échantillon 1 litre deau (peut être : transporté non réfrigéré si moins de 6 heures), filtration, mise en culture, incubation (10 jours) à 37 °C, puis identification et comptage des colonies (4 jours). Ce nest pas une analyse difficile (sauf si forte contamination en flores adjacentes). Coût : 70 à 80  par échantillon pour lidentification, 120  si dénombrement. Les résultats sexpriment enunités formant colonie ; la méthode est sensible à 50 UFC (UFC) par litre.
2. MéthodePCRAmplification génique : extraction dADN, copie des gènes spécifiques par polymérase. Résultat en 48 heures. Cette méthode a latout de la rapidité, mais ne permet pas le comptage, car elle joue sur lADN de toutes les bactéries, y compris les mortes et les non viables, alors que, par définition, la méthode traditionnelle repère seulement celles qui sont aptes à envahir un milieu7. Les coûts sont voisins de ceux de la méthode traditionnelle. 5érythromycine, rifampicine, quinolones fluorés 6 articles L.3113-1 et D.11-2du code de la santé publique (« maladies qui nécessitent une intervention urgente locale, nationale ou internationale ») 7On nest pas parvenu à repérer un écart constant entre les deux méthodes. Rapport aéroréfrigérants - 3 -
La légionellose est due à une bactérie naturellement présente en denombreuxmilieuxnaturels,semultipliantauxtempératuresmoyennes et passant facilement dans les réseaux d eau. L homme ne se contamine que par respiration, mais en des circonstances assez courantes. Les conséquences pour les sujets fragiles peuvent être mortelles.
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III. Les aéroréfrigérants
A. Les différents types
Les aéroréfrigérants ont pour objet de refroidir l'eau d'un circuit. On en distingue deux familles : Les aéroréfrigérants secssimples échangeurs de chaleur de type eau/air. L'eau, est maintenue séparée de l'air dans un circuit étanche. Il n'existe aucun contact direct entre l'eau refroidie et l'air réchauffé. Ces aéroréfrigérants ne rejettent aucun aérosol aqueux et ne peuvent être à l'origine d'une légionellose. Les aéroréfrigérants humides. Généralement, l'eau à refroidir circule au contact direct d'un flux d'air et à contre-courant de celui-ci, dans une tour. L'eau est refroidie essentiellement par l'évaporation d'une partie d'elle-même (la chaleur latente de vaporisation de l'eau est élevée). Pour fixer les idées, la proportion d'eau injectée évaporée représente de l'ordre de 1 % du flux d'eau. Dans la suite du rapport et sauf mention contraire, le terme "aéroréfrigérant" désigne les aéroréfrigérants humides. Les aéroréfrigérants humides peuvent se présenter sous des formes variées. L'eau peut couler en un film mince le long de parois ou du garnissage (de composition et de formes variées) d'un corps d'échange. Elle peut être pulvérisée par une rampe. L'eau pulvérisée peut ensuite ruisseler sur le garnissage du corps d'échange. La circulation de l'air peut être à tirage forcé (aspirant ou soufflant) par un ventilateur ou à tirage naturel par "effet cheminée". L'eau peut être injectée directement dans la tour ou réchauffer préalablement, dans un échangeur eau/air, le flux d'air chargé de vapeur avant son rejet à l'atmosphère, afin de réduire, voire supprimer, le caractère visible du panache. L'échangeur eau/air peut également être situé en amont du flux d'air pour le réchauffer. Un dévésiculeur ou pare gouttelettes constitué de chicanes, peut être placé à l'aval du circuit d'air avant son rejet à l'atmosphère. Son objet est de capter les gouttelettes qui seraient entraînées. Son efficacité décroît avec le diamètre des gouttelettes, alors que ces mêmes gouttelettes pénètrent d'autant plus profondément dans les poumons que leur diamètre est plus faible. Sauf par temps de brouillard, les plus petites gouttelettes sont celles qui s'évaporent le plus rapidement après leur émission. Il existe également des aéroréfrigérants comportant un échangeur fluide de processeau/air, le refroidissement étant obtenu par arrosage de l'échangeur par l'eau d'un circuit annexe, en contact avec l'air, et par l'évaporation de celle-ci. De tels types d'aéroréfrigérantsprésententlesmêmesinconvénientsque les aéroréfrigérants humides (présence d'eau tiède, émissions d'aérosols aqueux). Toutefois, leur conduite est plus simple et le contrôle des paramètres physiques, chimiques et biologiques de l'eau du circuit annexe, plus aisé.
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Lesaéroréfrigérantshumidespeuventrejeterdesaérosolsdontl'origineestdouble: se recondenser en gouttelettes à la sortie de l'aéroréfrigérantla vapeur formée peut (la vapeur est constituée d'eau pure et ne contient, en principe, ni sels dissous, ni bactéries) ; l'air circulant dans la tour peut, au contact de l'eau, entraîner des gouttelettes ou vésicules ayant la même composition que l'eau à refroidir et pouvant donc contenir notamment des bactéries. La distinction entre ces deux types de gouttelettes est assez théorique, puisque les gouttelettesissuesdelacondensation delavapeurpourronta prioriêtreemendiatimmétcontaminées par les vésicules entraînées. Il existe, notamment pour le secteur tertiaire, des aéroréfrigérants mixtes constitués d'un aéroréfrigérant sec, seul mis en service lorsque la puissance calorifique à évacuer est faible (cas de l'intersaison), et d'un aéroréfrigérant humide mis en service lorsque cette puissance est plus élevée. Le "guide des bonnes pratiques" cité au paragraphe V ci-dessous décrit de façon détaillée, les différents types d'aéroréfrigérants. On retiendra que tout type d'aéroréfrigérant dans lequel de l'eau (eau de process ou eau d'un circuit annexe) est en contact direct avec l'air est potentiellement source d'une contamination de l'environnement par la légionelle.
B. LES PRÉCAUTIONS A PRENDRE.
Le "guide des bonnes pratiques" déjà cité expose clairement, au moins au niveau des principes, les précautions à prendre pour éviter les contaminations par les légionelles.
1. Conception. Toute zone dans laquelle l'eau peut stagner à une température comprise entre 20 et 45 °C,propiceàlaorilpitnoéfardeslégionelles, est à proscrire. De telles zones peuvent être constituées aussi bien du bassin de réception de l'eau refroidie de l'aéroréfrigérant, que d'un "bras mort" dans l'aéroréfrigérant ou dans le circuit de process. En outre, les éventuels bras morts rendent plus difficile la désinfection de l'eau. Une attention particulière doit être portée à l'efficacité du pare gouttelettes. D'une façon générale, tous les éléments de l'aéroréfrigérant doivent être judicieusement calculés pour réduire, sinon supprimer, l'émission d'aérosols aqueux en cas de contaminations, aussi bien internes qu'externes toujours possibles. Ainsi, un accroissement du débit de l'air, s'il favorise l'évaporation, s'accompagne d'un accroissement des émissions d'aérosols par entraînement par l'air, d'eau éventuellement polluée. Un aéroréfrigérant doit être conçu de façon à permettre un nettoyage approfondi (y compris après démontage de certains éléments) et une désinfection aisée. Les matériaux utilisés doivent, dans la mesure du possible, s'opposer aux dépôts et à la constitution de biofilms.
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2. Maintenance, entretien, nettoyage, désinfection. L'eau circulant dans l'aéroréfrigérant (et, donc, en général, dans le circuit de process) doit être traitée pour éviter l'entartrage et la corrosion des divers éléments du circuit (canalisations, pompes, équipements de distribution et de dispersion, filtres, etc.) et la prolifération biologique (algues, moisissures, protozoaires, etc.) et plus particulièrement bactérienne, par des biocides en traitement de choc ou continu. L'eau doit être traitée par des biodispersants. Des traitements biocides reposent sur l'utilisation de rayons ultraviolets ou d'ultrasons. L'évaporation d'une fraction de l'eau à refroidir nécessite des appoints et des purges. L'eau d'appoint doit être, le cas échéant, traitée pour éviter d'introduire des légionelles ou des éléments qui favoriseraient leur prolifération. Les purges doivent être analysées avant leur rejet direct ou indirect dans le milieu naturel. L'une des difficultés des traitements peut résider dans leur compatibilité avec le process sur lequel est situé l'aéroréfrigérant. On ne peut qu'insister sur la complexité des opérations de nettoyage approfondi, qui doivent s'étendre, a priori, à des éléments i peuaccessiblesourelatvementfragiles.L'emploidecertainestechniques elles-mêmes sources d aérosols aqueux, telles que le lavage des parois de la tour par eau sous pression, doit s'effectuer, surtout après une contamination, en évitant toute dispersion de gouttelettes dans l'environnement.
3. Situation par rapport à l'environnement bâti. Les tours aéroréfrigérantes de grande hauteur dispersent et diluent, sous certaines conditions, les aérosols émis. Il convient de prêter la plus grande attention à lenvironnement des tours de faible hauteur : toute précaution doit être prise pour que les prises d'air et ouvrants intérieurs ou extérieurs à l'installation ne soient pas sous l'influence de leur panache ; des personnes non munies de masques ne doivent pas pouvoir circuler ou séjourner dans cette zone d'influence. Il doit être tenu compte du fait bien connu qu'en milieu complexe, le champ de vent au niveau des bâtiments suit des directions s'écartant notablement de la direction du vent hors effet du sol et comporte des rabattements, des composantes ascensionnelles, des tourbillons,etc. La position de la tour doit permettre l'utilisation des trappes d'accès en vue du nettoyage et d'une façon générale, toutes les opérations à réaliser sur la tour.
4. Comportement du panache. Certaines conditions météorologiques telles que les temps de brouillard, semblent, a priori, "favorables" à l'apparition de légionelloses en cas de contamination d'un aéroréfrigérant. Le brouillard se rencontre en l'absence de vent. Certes, celle-ci s'oppose à la dispersion lointaine des aérosols contaminés. À linverse, l'air sursaturé en humidité constitue un milieu propice à la survie des bactéries et à la contamination de l'environnement voisin, voire, de proche en proche, à des contaminations plus lointaines. Des études mériteraient d'être approfondies sur cet aspect.
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IV. Situation administrative des aéroréfrigérants
A. Le principe de connexité en installations classées
Les aéroréfrigérants ne figurent pas actuellement dans la nomenclature des installations classées et ne sont donc pas, en tant que tels, des installations classées pour la protection de l'environnement. En application de l'article 19 du décret n° 77-1133 du 21 septembre 1977 modifié, un aéroréfrigérant situé au sein dun établissement comportant une installation classée soumise au régime de lautorisation (comme toute installation mentionnée ou non à la nomenclature) peut faire l'objet de prescriptions concernant ses"conditions d'aménagement et d'exploitation","les moyens d'analyse et de mesures nécessaires [à son] contrôle et à la surveillance de ses effets sur l'environnement, ainsi que les conditions dans lesquelles les résultats de ces analyses et mesures sont portés à la connaissance de l'inspection des installations classées", lorsque l'aéroréfrigérant, par sa proximité ou sa connexité avec cette installation, est de nature à modifier les dangersouentsvéninconideladiteinstallation.Cesprescriptions sont fixées par l'arrêté d'autorisation de l'installation et le cas échéant par les arrêtés complémentaires.Il n'existe pas de dispositions de cette nature lorsque l'installation n'est soumise qu'à déclaration. Lorsqu'une installation soumise à autorisation comporte un aéroréfrigérant, l'autorisation peut porter sur l'ensemble de l'installation, et donc sur l'aéroréfrigérant. Il en est de même lorsque l'aéroréfrigérant, sans faire partie de l'installation soumise à autorisation, est situé à proximité d'un autre aéroréfrigérant ou de tout autre équipement (lagune, station d'épuration,etc.) susceptible de rejeter des aérosols contaminés par la légionelle et lié à l'installation soumise à autorisation. En revanche, même lorsque l'aéroréfrigérant fait partie intégrante d'une installation soumise à déclaration, il ne peut faire l'objet de prescriptions, sous réserve, pour l'installation et notamment l'aéroréfrigérant, des dispositions de l'article 19 rappelées ci dessus. Il en est de même, a fortiori, lorsque l'aéroréfrigérant ne fait pas partie intégrante d'une installation soumise à déclaration. Lorsque l'aéroréfrigérant est situé dans un établissement ne comportant aucune installation soumise à autorisation ou à déclaration, il ne peut se voir imposer des prescriptions particulières. Il est à noter que lesinstallations nucléaires de base pas des installations n'étant classées pour la protection de l'environnement, la proximité ou la connexité d'une tour aéroréfrigérante avec une telle installation ne permet pas de lui appliquer, à ce titre, les dispositions de l'article 19 du décret du 21 septembre 1977 rappelées ci-dessus.
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