Rapport d’inventaire de carbone noir du Canada 2024 : chapitre 3

Élaboration de l’inventaire de carbone noir

Comme mentionné dans l’introduction, l’inventaire de carbone noir (CN) est fondé sur l’Inventaire des émissions de polluants atmosphériques (IEPA) du Canada (Environnement et Changement climatique Canada [ECCC], 2024). Le présent chapitre fournit une vue d’ensemble de l’élaboration de l’inventaire de carbone noir. Pour consulter les détails de l’élaboration de l’Inventaire des émissions de polluants, voir le Chapitre 3 du rapport de l’IEPA (ECCC, 2024).

3.1 Aperçu de la méthodologie pour calculer les émissions de carbone noir

Le présent inventaire repose sur deux hypothèses importantes : le carbone noir est surtout émis sous forme de matières particulaires d’un diamètre inférieur ou égal à 2,5 microns (PM_2,5) et seules les émissions de PM_2,5 résultantes de la combustion contiennent une quantité significative de carbone noir. Par conséquent, pour les sources dont les émissions de CN ne sont pas directement calculées, les émissions sont basées sur la quantité de PM_2,5 émise par les procédés de combustion et multipliée par les fractions de CN/PM_2,5 propres à chaque type de source. Même si les émissions de PM_2,5 provenant de sources autres que la combustion, comme la poussière soulevée par les véhicules sur des routes pavées ou non, ou bien par le vent et la machinerie dans les champs ou les mines à ciel ouvert, peuvent être des sources importantes de PM_2,5, elles ne sont pas considérées comme des sources de carbone noir dans cet inventaire.

Dans le cas des moteurs diesel, par exemple, les taux d’émission de PM_2,5 par unité d’énergie sont relativement élevés, et la proportion de carbone noir présente dans ces PM_2,5 est également relativement élevée. Au Canada, ce sont les sources mobiles qui utilisent la plus grande partie du carburant diesel, incluant les applications hors route. Les autres sources de combustion dont les émissions de PM_2,5 sont élevées comprennent les unités de combustion à combustible solide comme les chaudières à charbon et à bois ainsi que les foyers. En général, les sources industrielles sont dotées de dispositifs de réduction des émissions de PM_2,5 par les chaudières, dont l’efficacité est souvent de l’ordre des 90. C’est pourquoi leurs émissions de PM_2,5 sont inférieures à celles d’autres sources. Par contre, l’équipement de petite taille nettement différent utilisé pour la combustion de bois dans le secteur résidentiel (foyers, poêles à bois ou chaudières) n’est pas aussi efficace sur le plan de la réduction des émissions de PM_2,5 que les unités de plus grande taille, malgré les différents types de combustibles et de méthodes de brûlage utilisés pour la combustion du bois de chauffage. Étant donné la faible efficacité, combinée avec l’absence de traitement des gaz de cheminée pour de nombreux appareils de chauffage au bois résidentiels existants, ces appareils sont de loin la plus grande source d’émissions de PM_2,5 liées à la combustion au Canada. Néanmoins, les émissions de carbone noir produites par la combustion de bois dans le secteur résidentiel ne représentent qu’un peu plus du tiers des émissions découlant des sources mobiles en raison du faible rapport CN/PM_2,5 des appareils de chauffage au bois par rapport aux moteurs diesel.

L’ensemble de données permettant de recenser les différents composants des PM_2,5 émises par une source précise (p. ex. les émissions des moteurs diesel), dont le carbone noir et le carbone organique (CO), est communément appelé « profil de spéciation ». La plupart des profils de spéciation contiennent une fraction de carbone élémentaire; cette fraction est habituellement utilisée comme valeur de substitution permettant de quantifier les émissions de carbone noir. Le présent inventaire repose principalement sur la base de données SPECIATE de l’Environmental Protection Agency des États-Unis (U.S. EPA, 2022) pour le calcul des émissions de carbone noir à partir des données d’émissions de PM_2,5 découlant de la combustion. Plusieurs profils de spéciation de PM_2,5 sont propres aux procédés ou aux technologies de combustion (p. ex. les types d’appareils pour la combustion de bois dans le secteur résidentiel), à la classification des sous-secteurs (p. ex. béton prêt à l’emploi et produits en béton), au type de combustible (p. ex. diesel, essence, gaz naturel) ou à l’application (p. ex. utilisation du gaz naturel pour la production d’électricité).

Lorsqu’elles sont faciles à obtenir, les données sur les émissions de PM_2,5 issues de la combustion sont directement combinées aux fractions CN/PM_2,5 pour estimer les émissions de carbone noir. L’Annexe 2 présente toutes les fractions de CN/PM_2,5 utilisées dans cet inventaire. Par exemple, les estimations des sources d’utilisation de combustibles dans le secteur de l’agriculture sont fondées sur le type de combustible et la quantité utilisée au Canada ainsi que les fractions CN/PM_2,5 correspondantes.

Certaines données sur les activité ne précisent pas si les émissions de PM_2,5 proviennent de sources de combustion ou de sources autres que la combustion. Dans ces cas, il reste difficile de distinguer les PM_2,5 provenant de la combustion de celles d’autres sources en raison du manque de données sur les activités (p. ex. quantité de combustible brûlé) et sur la contribution des sources autres que la combustion (p. ex. poussière de pierre dans une mine). L’avis d’experts qui connaissent les activités pertinentes est alors pris en compte pour distinguer les PM_2,5 produites par la combustion de celles produites par d’autres sources avant l’application des CN/PM_2,5. Par exemple, les émissions de PM_2,5 par les cheminées, telles que déclarées par les installations à l’Inventaire national des rejets de polluants;(INRP), forment la base de l’estimation des émissions de carbone noir. Pour chaque cheminée, le ou les coefficients de spéciation adéquats aux émissions de PM_2,5 dues à la combustion (Annexe 2) ont été appliqués. Ensuite, les émissions à l’échelle des installations ont été additionnées pour constituer l’estimation des émissions à l’échelle des secteurs.

Dans le cas des sources qui n’ont pas d’exigences de déclarations des estimations de PM_2,5 à l’INRP, les émissions de PM_2,5 sont quantifiées à l’aide des données sur les activités (p. ex. statistiques de l’ensemble de données) et des coefficients d’émission. Aux fins du présent inventaire, les émissions découlant des secteurs de la Fabrication, de la Production d’électricité ainsi que des Minerais et industries minérales sont estimées à partir des données des installations. Les estimations pour l’Industrie pétrolière et gazière reposent sur les données déclarées par les installations combinées avec les résultats d’études indépendantes (EC, 2014 ; ECCC, 2017; Quadram Engineering ltée., 2019). Les émissions provenant de l’utilisation de combustibles – agriculture, construction et résidentiel (bois et autres) sont estimées d’après les données sur la consommation de combustibles et de l’information provenant de la technologie de combustion. Quant à l’utilisation de combustibles – commercial, elle est estimée à l’aide d’une combinaison de données fournies par les installations et d’autres sources. D’autres méthodologies notables sont utilisées pour estimer les émissions de carbone noir à l’échelle des secteurs:

• Dans le cas de certains sous-secteurs de l’industrie pétrolière et gazière en amont, les émissions de carbone noir provenant du torchage sont calculées en utilisant directement le volume du gaz torché, le pouvoir calorifique supérieur (PCS) du gaz et une équation empirique rattachant le PCS aux émissions de carbone noir (Quadram Engineering ltée., 2019).
• Pour estimer les émissions provenant des sources mobiles, des approches ascendantes sont adoptées, c.-à-d. des approches qui consistent à appliquer des coefficients d’émissions propres à chacun des carburants à des données d’activité ventilées, par exemple des données sur les véhicules ou l’équipement classé par catégorie, âge ou année modèle.
  • Dans la plupart des cas, l’estimation des émissions de PM_2,5 se fait en premier, par la suite, les fractions CN/PM_2,5 sont appliquées. Dans le cas du Transport sur route, le carbone élémentaire (en tant qu’indicateur indirect du CN) est tiré directement des résultats du modèle MOVES.
  • Les méthodes d’estimation des émissions de PM_2,5 de sources mobiles sont décrites dans le rapport de l’IEPA (ECCC, 2024).

3.2 Recalculs

À mesure que de nouvelles données et méthodes sont disponibles, les estimations d’émission figurant dans les versions antérieures de l’inventaire sont recalculées afin de fournir une tendance cohérente et comparable en matière d’émissions. Les recalculs ont lieu chaque année pour de nombreuses raisons, dont les suivantes :

• la correction des erreurs détectées par les procédures de contrôle de la qualité
• l’intégration des mises à jour des données sur les activités, y compris les modifications apportées aux sources de données
• la réaffectation d’activités à différentes catégories (ce qui affectera les sous-totaux)
• l’amélioration des méthodologies et des facteurs d’émission
• l’inclusion de catégories précédemment non estimées (ce qui améliore l’exhaustivité de l’inventaire)

De nouvelles informations sur les cheminées ont été déclarées par les installations en raison de la mise à jour des exigences de déclaration de l’INRP, comme le précise l’avis dans la Gazette du Canada pour 2022–2024^{Note de bas de page 1} . Certaines émissions sectorielles de 2013–2021 ont été recalculées sur la base de ces nouvelles informations sur les cheminées. C’est le cas principalement pour les secteurs relevant des catégories Minerais et industries minérales et Fabrication.

Le Tableau 3–1 présente les principales améliorations et mises à jour apportées aux méthodes d’estimation pour l’inventaire de cette année.

Les émissions totales de carbone noir et de PM_2,5 ont été révisées pour toutes les années, tel que présenté à la Figure 3–1 et à la Figure 3–2. Dans l’ensemble, les recalculs des estimations pour la période 2013–2021 précédemment communiquées n’ont pas entraîné de modification significative au niveau des émissions. Les tendances entre 2013 et 2021 sont restées constantes pour la soumission précédente et la soumission actuelle (-30 % pour les émissions de carbone noir et environ -20 % pour les émissions de PM_2,5). La différence entre les tendances d’émission de carbone noir et de PM_2,5 est, comme indiqué ci-dessus, due au fait que certains secteurs n’utilisent pas les PM_2,5 pour estimer les émissions.

Tableau 3–1 : Résumé des changements, du perfectionnement ou des améliorations méthodologiques

Figure 3-1 : Comparaison des tendances d’émissions de carbone noir (inventaire de 2024 par rapport à celui de 2023)

Figure 3-2 : Comparaison des tendances d’émissions de PM_2,5 produites par combustion (inventaire de 2024 par rapport à celui de 2023)

3.3 Sources d’incertitudes

Une source importante d’incertitudes associée aux inventaires de carbone noir est les incohérences retrouvées entre les définitions et les mesures de carbone noir (Bond et al., 2013). En effet, les scientifiques suivent différentes méthodes pour mesurer les émissions de particules de carbone noir à la source et dans l’atmosphère. Par conséquent, les quantités mesurées ne sont pas rigoureusement comparables.

Bien qu’elle ne soit pas quantifiée, l’incertitude concernant les estimations de carbone noir dans le présent inventaire découle en partie de l’incertitude relative aux fractions CN/PM_2,5. Il existe une grande variabilité sur le plan de la taille des échantillons de mesures utilisés pour calculer ces fractions; les mêmes fractions peuvent, par défaut, être appliquées à plusieurs technologies différentes. Par exemple, pour les carburants de turbomoteurs dans les avions à réaction, la fraction CN/PM_2,5 du diesel est utilisée parce que leur fraction CN/PM_2,5 est inconnue. De la même façon, une seule fraction CN/PM_2,5 est appliquée à tous les appareils résidentiels de combustion du bois, à l’exception des chaudières à bois (Annexe 3, Tableau A3–1). L’amélioration des fractions CN/PM_2,5 repose sur de nouvelles mesures. Il a fallu faire appel à des connaissances techniques et au jugement fondé sur des renseignements accessibles limités (comme les informations sur les cheminées des installations) pour attribuer une fraction à chaque secteur et type d’équipement, avec une précision variable.

L’incertitude est considérable lorsqu’il s’agit de déterminer la proportion des émissions de PM_2,5 qui découle des émissions provenant de la combustion dans les sources industrielles. La principale source de données pour estimer les émissions de PM_2,5 de nombreuses sources industrielles est l’INRP, auquel les émissions sont déclarées par les installations, par cheminée, ou comme une valeur globale de l’installation dans son ensemble, généralement sans distinction entre les émissions causées par la combustion et les autres types d’émissions.

3.4 Considérations relatives aux prochains rapports d’inventaire

À l’avenir, outre la couverture et l’exactitude des estimations d’émission, les aspects suivants seront améliorés :

• Explorer la possibilité d’inclure les émissions provenant de l’utilisation de moteurs diesel pour la production d’électricité dans les emplacements éloignés (ces émissions ne sont pas déclarées actuellement à l’INRP).
• Examiner et mettre à jour les fractions CN/PM_2,5 pour le transport hors route.
• Examiner et mettre à jour les facteurs d’émission de CN pour le transport maritime.
• Mettre à jour les émissions de CN provenant de la combustion de bois dans le secteur résidentiel.
• Inclure les émissions provenant des brûlages dirigés, c’est-à-dire le brûlage contrôlé et volontaire de biomasse dans le cadre de mesures d’aménagement des terres.
• Explorer la possibilité d’inclure les émissions produites par des secteurs industriels manquants, comme l’Industrie chimique.
• Incorporer les émissions de CN provenant des sources d’incinération de déchets.

Examiner et intégrer les nouvelles données sur les cheminées, collectées par l’INRP conformément aux exigences de déclaration mises à jour dans l’avis de la Gazette du Canada pour 2022–2024^{Note de bas de page 1} , pour d’autres secteurs dans les catégories de sources Minerais et industries minérales et Fabrication.

Références, Chapitre 3, Élaboration de l’inventaire du carbone noir

Bond TC, Doherty SJ, Fahey DW, Forster PM, Berntsen T, DeAngelo BJ, Flanner MG, Ghan S, Kärcher B, Koch D, et al. 2013. Bounding the role of black carbon in the climate system: a scientific assessment. Journal of Geophysical Research. 118(11): 5380-5552.

[EC] Environnement Canada. 2014. Technical report on Canada’s upstream oil and gas industry. Vols. 1–4. Calgary (AB) : Préparé par Clearstone Engineering Ltd.

[ECCC] Environnement et Changement climatique Canada. 2017. An inventory of GHG, CAC and other priority emissions by the Canadian oil sands industry: 2003 to 2015. Vols 1–3. Calgary (AB). Préparé par Clearstone Engineering Ltd.

[ECCC] Environnement et Changement climatique Canada. 2023. Rapport d’inventaire des émissions de polluants atmosphériques du Canada 1990-2022. Rapport du gouvernement du Canada en vertu de la Convention sur la pollution atmosphérique transfrontière à longue distance présenté à la Commission économique des Nations Unies pour l’Europe (mars 2024).

Quadram Engineering Ltd. 2019. A black carbon inventory for gas flaring in Alberta’s upstream oil and gas sector. Rapport inédit. Préparé pour Environnement et Changement climatique Canada.

[U.S. EPA] Environmental Protection Agency des États-Unis. 2022. SPECIATE 5.2 (en anglais seulement). [consulté le 8 décembre 2023].