Triangulation multivariée et dispersion dynamique : la méthodologie ELLONA pour localiser en temps réel les sources d'émissions atmosphériques en industrie lourde

Localiser des émissions en temps réel

Pourquoi la « triangulation » doit être multivariée

Dans les industries lourdes et de transformation (métallurgie, chimie, pétrochimie, manufacturier, agroalimentaire), les émissions atmosphériques sont fréquemment multi-sources et non stationnaires : une même nuisance peut résulter de plusieurs ateliers, varier selon les phases transitoires (démarrage, arrêt, changement de recette), ou encore dépendre fortement des conditions météorologiques à l'instant T.

Les rejets peuvent être :

• Canalisés : cheminée, évent, torchère ;
• Diffus / surfaciques : ouverture de portes et quais, zones de stockage, bassins, fuites fugitives, manutentions.

Ils s'expriment souvent sous forme de mélanges : gaz (NOx, SO2, CO, NH3…), COV (dont certaines familles comme BTEX selon contexte), particules (PM10/PM2,5), et odeurs (empreintes complexes). Dans certains scénarios, des indicateurs acoustiques peuvent également être utiles comme variables de contexte (corrélation entre bruit d'activité et événement émissif), sans se substituer aux mesures physico-chimiques.

L'objectif opérationnel est double :

• Passer d'une surveillance descriptive (suivre des courbes) à une surveillance explicative (relier un épisode à une zone/source probable) ;
• Réduire le délai de décision : investigation terrain, ajustement procédé, action corrective, information interne/externe.

Pourquoi l'attribution reste complexe

Des dispositifs utiles, mais peu « diagnostic »

Sur site, la surveillance s'appuie classiquement sur : analyseurs sur points fixes (notamment en cheminée), campagnes ponctuelles (prélèvements, tubes passifs, olfactométrie), stations en périphérie et mesures HSE en zone de travail. Ces approches sont indispensables, mais répondent incomplètement à la question la plus critique en exploitation : « d'où vient l'épisode observé maintenant ? »

Multi-sources et variabilité des conditions

Un site combine typiquement plusieurs familles de contributeurs :

• Procédés (unités, ateliers) ;
• Utilités / équipements de soutien (chaudières, compresseurs, traitement) ;
• Infrastructures (ventilation, énergie interne) ;
• Logistique (trafic, chargements, manutentions).

À cela s'ajoutent des facteurs perturbateurs : effets de bâtiments (recirculation, downwash), gradients micro-météo, pluie/humidité, changements rapides de direction/vitesse de vent.

Limites des approches d'attribution usuelles

• Mesure ponctuelle : risque de manquer des épisodes courts/intermittents.
• Mesure mono-paramètre : confusion possible entre sources différentes partageant un polluant commun (ex. CO ou PM). Une attribution robuste repose souvent sur une signature (combinaison de variables) plutôt que sur une variable unique.
• Seuils réglementaires ? diagnostic source : un dépassement est un indicateur d'enjeu (conformité, exposition), mais n'identifie pas mécaniquement le levier de réduction.
• Lecture « vent amont/aval » insuffisante en proche champ : turbulence et canalisation par les obstacles peuvent dominer.

Repères réglementaires utiles en France et UE

Pour de nombreux sites industriels, le cadre de fond est la Directive 2010/75/UE (IED) sur les émissions industrielles, qui structure notamment l'approche par meilleures techniques disponibles (MTD/BAT) et les prescriptions associées via conclusions MTD.

En France, les exigences de prescriptions et de surveillance s'inscrivent dans le régime des ICPE et peuvent s'appuyer (selon rubriques et arrêtés préfectoraux) sur des textes-cadres tels que l'arrêté ministériel du 2 février 1998 (prescriptions générales, modalités d'expression de certains paramètres et exigences de suivi) ainsi que, pour le bruit des ICPE, l'arrêté du 23 janvier 1997.

Enfin, pour les repères de qualité de l'air ambiant, des valeurs limites/objectif sont fixées dans le Code de l'environnement (par exemple l'article R.221-1 et son tableau annexé, selon versions en vigueur).

Point clé : la triangulation multivariée ne remplace pas les mesures réglementaires de référence ; elle ajoute une couche diagnostic et pilotage utile pour documenter la chronologie, orienter les investigations et objectiver l'efficacité des remédiations.

Principe de la méthode ELLONA

Trois briques complémentaires

La méthodologie ELLONA vise à transformer un réseau de mesure en système d'identification/localisation en temps réel, en combinant :

1. Acquisition multi-paramètres distribuée à pas court ;
2. Analyse multivariée et reconnaissance de signatures ;
3. Modélisation de dispersion dynamique intégrant la météorologie temps réel.

Instrumentation et cohérence des données

Réseau distribué : placement, redondance, horodatage

Une localisation exploitable nécessite une redondance spatiale minimale : capteurs positionnés à des points stratégiques intra-site (proximité de zones émissives) et en périphérie (évaluation d'impact et gradient). Au-delà du nombre de points, la performance dépend de la :

• cohérence temporelle (horodatage, synchronisation),
• comparabilité métrologique (vérifications, contrôles, maintenance),
• multimodalité : gaz/COV/particules + micro-météo (au minimum vent, température, humidité), et éventuellement variables de contexte.

Pourquoi un pas de temps de l'ordre de 10 s change l'analyse

Une acquisition à pas court (ordre de grandeur : dizaine de secondes) améliore la capture des transitoires et permet d'estimer des décalages temporels (time-lag) entre points de mesure. Ces décalages, confrontés au vent et à la distance inter-capteurs, deviennent une information structurante pour inférer une direction d'arrivée et une zone probable de génération.

Triangulation multivariée : logique d'attribution

De la géométrie à l'inférence

En atmosphère, la « triangulation » n'est généralement pas une résolution géométrique directe (on ne mesure pas une distance à la source). Elle devient une triangulation inférentielle fondée sur la convergence de :

• corrélations spatio-temporelles entre capteurs (co-variations, synchronicité, retards),
• vecteurs multivariés (combinaisons de signaux : NO/NO2, SO2, CO, CO2, PM, indicateurs COV/TVOC selon capteurs, variables d'odeurs instrumentales selon configuration),
• contraintes météorologiques (direction/vitesse du vent, stabilité, gradients),
• connaissance site : inventaire de sources, zones process, plannings d'opérations et états équipements lorsque disponibles.

Construction de signatures et discrimination

Sur des fenêtres temporelles glissantes, l'analyse extrait des descripteurs exploités ensuite en statistiques multivariées et/ou modèles de classification/clusterisation :

• amplitude, pente, détection d'événements,
• ratios et co-variations (ex. NO/NO2 ; PM2,5/PM10),
• persistance (durée, intermittence),
• retards inter-stations compatibles avec l'advection/dispersion.

L'intérêt du multivarié est de réduire les ambiguïtés : deux sources peuvent générer un même polluant, mais leur motif combiné (gaz + particules + volatils + contexte météo + dynamique temporelle) est souvent suffisamment distinct pour séparer des classes d'épisodes et proposer une attribution par zone probable.

Dispersion dynamique couplée à la météo

Un second niveau de preuve

La dispersion dynamique ajoute un niveau de cohérence physique : à partir de la météo temps réel, on simule/actualise le panache attendu depuis des zones candidates (sources canalisées ou surfaciques). Le couplage « mesures / modèle » aide à :

• tester la compatibilité d'une hypothèse de source avec plusieurs capteurs impactés,
• intégrer les changements rapides de vent sans attendre une analyse a posteriori,
• produire une cartographie opérationnelle orientée décision (investigation, actions correctives, justification).

Boucle temps réel : alerter et agir

Alertes, rapports et intégration exploitation

Pour être utile au terrain, l'attribution doit déboucher sur une boucle d'exploitation :

• alertes paramétrables (seuils, dérivées, signatures, événements multi-capteurs),
• rapports horodatés intégrant météo, capteurs impactés et hypothèse de zone source,
• intégration possible avec des systèmes tiers (supervision, GMAO, outils HSE) via API selon architecture projet.

Signalements terrain : intérêt et précautions

Lorsque pertinent (notamment pour les nuisances odorantes), des signalements terrain (opérateurs/riverains selon organisation) peuvent être corrélés aux mesures. Cette approche renforce la chronologie et la qualification d'impact, tout en restant complémentaire des mesures instrumentales.

Apports et limites à connaître

Quand l'approche est la plus performante

La triangulation multivariée est particulièrement pertinente lorsque les épisodes sont intermittents, le site multi-sources, la nuisance issue d'un mélange de polluants et la décision doit être rapide (HSE, exploitation, relation parties prenantes).

Points de vigilance techniques

• Résolution spatiale : un réseau trop clairsemé détecte des épisodes sans permettre une localisation fiable.
• Qualité/maintenance des données : dérives, encrassement, influences croisées et conditions météo extrêmes imposent une stratégie de contrôle qualité.
• Aérodynamique proche champ : en zone encombrée, la localisation devient souvent une zone probable plutôt qu'un point exact.
• Ambiguïtés de signatures : certaines combustions/activités peuvent produire des empreintes proches ; l'intégration d'états process et/ou de micro-météo locale améliore la discriminabilité.

Produits ELLONA mobilisables

Composer une architecture de mesure et d'analyse

Selon l'objectif (périphérie, intra-site, air intérieur, supervision), la méthodologie peut s'appuyer sur :

• WT1 Pro : surveillance extérieure multi-paramètres et aide à la discrimination ;
• WT1 Lite : suivi en périphérie et points de contrôle ;
• POD2 : surveillance de proximité et cas d'usage air intérieur (IAQ) selon configuration ;
• EllonaSoft : centralisation, analyses, alertes, reporting et intégrations (API) selon projet.

Conclusion : du signal à la décision

Des bénéfices concrets pour l'exploitation et la conformité

En industrie lourde, localiser et attribuer rapidement une émission impose une approche réseau, multivariée et météo-dépendante. La combinaison triangulation multivariée + dispersion dynamique permet de réduire les délais d'investigation, de mieux cibler les actions correctives et de renforcer la traçabilité des événements, en complément des dispositifs réglementaires de référence.

Pour définir le dimensionnement du réseau, le positionnement des points et les règles d'alerte adaptées à votre site, contactez ELLONA et demandez un devis pour une étude de déploiement et d'intégration.