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ARTEMIS : de nouveaux outils de calcul des émissions de polluants des transport

ARTEMIS : de nouveaux outils de calcul des émissions de polluants des transports routiers Michel ANDRÉ1, Mario KELLER 2 et Menouer BOUGHEDAOUI 3 1 INRETS, Lab. Transports Environnement, Bron cedex (France) 2 INFRAS, Mühlemattstrasse Berne (Suisse) 3 Université de Blida, Sc. de l’Ingénieur, Dépt Chimie Industrielle. Blida (Algérie) Résumé L’estimation précise des émissions de polluants du transport routier est nécessaire tant pour suivre les actions des États en matière de pollution de l’air, que pour les études d’impact de projets d’infrastructure et d’évaluation de politiques de transports, de réglementations ou de nouvelles technologies. Elle est également nécessaire à l’élaboration de données d’entrée pour les modèles physico-chimiques, de transport et de transformation des polluants. Des outils de calcul d’émissions sont donc développés dans un souci de mise en commun des données d’émissions (coûteuses et rares), de validité à différentes échelles spatio-temporelles et d’harmonisation des méthodes autorisant ainsi des comparaisons et évaluations objectives. Les outils d’inventaires récemment développés dans le cadre du projet européen ARTEMIS constituent certainement la référence européenne à ce jour. On récapitule dans ce papier les grandes lignes du projet et les principaux résultats : bases de données d’émissions selon les catégories de véhicules (2-roues motorisés, voitures particulières, camions, bus, autocars). On décrit ensuite les différents principes de modélisation et en particulier l’approche à l’échelle de la rue qui repose sur la définition de situations de trafic (combinaison de type de voies et de condition de circulation). Au-delà de leur qualité en terme de données d’émissions et modélisations, l’application des outils dépend d’abord de la disponibilité des données descriptives du trafic routier (trafics, composition détaillée des parcs automobiles, vitesses de circulation, etc.). On examine cet aspect du calcul d’émissions et illustre la mise en œuvre des outils à partir de cas réels : le calcul des émissions nationales Suédoises s’appuyant sur des statistiques de trafic très riches, et leur application pour l’Algérie dont les véhicules, trafics, etc. diffèrent fortement de ceux rencontrés en Europe. Mots-clés : Pollution de l’air, transport, trafic, évaluation, inventaire, émissions 1. Introduction Dans de nombreux contextes, une estimation précise des émissions de polluants des transports est nécessaire : suivi des engagements internationaux pour la pollution de l’air et les gaz à effet de serre, études d’impacts de projets d’infrastructures, de politiques de transport, de réglementations ou de technologies nouvelles, données d’entrée pour les modèles physico-chimiques, etc. La Commission Européenne a donc décidé de soutenir un grand projet de recherche - ARTEMIS, 40 partenaires, budget de 9 M€ sur 5 années -, pour développer / améliorer les méthodes européennes d’estimation et d’inventaire des émissions de polluants des différents modes de transport en Europe. Le lien avec l’action COST346 (Émissions des véhicules lourds) a permis d’accroître considérablement le partenariat et les travaux sur ces véhicules (50 participants de 17 pays). 2. Principaux résultats du projet Artemis Parmi les principaux résultats du projet, on notera : - l’élaboration de procédures représentatives de mesure des émissions de polluants (cycles de conduite ARTEMIS pour les véhicules particuliers, cf. André, 2004 -, cycles d’essai de moteur pour les poids lourds, etc.) et une analyse systématique des aspects méthodologiques et métrologiques qui peuvent conduire à une incertitude sur l’estimation des émissions (sélection et PRÉSENTATION POWERPOINT échantillonnage des véhicules, conditions de test, carburant, etc.). Les procédures de test ont été appliquées dans le cadre du projet mais aussi lors de campagnes nationales de mesure d’émissions, ce qui a permis d’élargir considérablement les bases de données. Ces travaux expérimentaux et méthodologiques ont permis également des progrès significatifs et des recommandations concernant les procédures de mesures d’émissions. - un grand nombre de véhicules lourds, de 2-roues motorisés et de véhicules récents ont été testés avec un accent particulier sur les polluants non réglementés - insuffisamment étudiés jusque-là -, le démarrage à froid, les émissions par évaporation et la contribution des auxiliaires et de la climatisation, - le développement d’approches cohérentes de calcul des émissions à différentes échelles (du régional à la rue) et leur intégration dans des outils modulaires qui permettent l’estimation des parcs et de leurs émissions et constituent une puissante plate-forme de calculs d’émissions pour différents cas d’application, - le recueil de statistiques nationales et européennes sur les caractéristiques de trafic (parcs, conditions de conduite, etc.) et l’élaboration d’hypothèses réalistes, - des expérimentations lourdes dans 3 tunnels Européens pour valider les travaux par comparaison des simulations et des concentrations réellement mesurées. Les modes non routiers (aérien, ferroviaire, maritime) ont été également l’objet de campagnes conséquentes de mesures et du développement d’outils spécifiques de calcul de leurs émissions. Ce sont donc des outils totalement renouvelés et améliorés qui résultent du projet ARTEMIS, ainsi qu’un état de l’art unique sur le sujet en Europe et un nombre considérable de résultats scientifiques et de rapports techniques dont on trouvera la synthèse en (Boulter et al., 2007). 3. Principes de calcul des émissions 3.1. Données d’émission et modélisation Un grand nombre de véhicules et de moteurs récents ont été testés dans le cadre du projet et analysés en complément de l’essentiel des données déjà existantes et de celles mesurées lors de campagnes nationales de mesures. En tout, 102 cartographies et 27 tests en transitoires ont été réalisés sur des moteurs de poids lourds des réglementations Euro0 à 3. Ceci a permis l’élaboration de cartographies par catégories jusqu’à Euro5, et le modèle PHEM (Rexeis et al., 2005) a été construit pour simuler de manière détaillée le fonctionnement de tous les types de camions, bus et autocars, ainsi que les émissions et la consommation résultantes, sous différentes conditions de trafic, de pente de la route et de chargement du véhicule. Ce modèle tient compte des fonctionnements en transitoires, des propriétés du carburant et du démarrage à froid. De la même manière, 115 2-roues motorisés ont été testés sur des cycles de conduite représentatifs. Les données d’émissions ont permis la construction de fonctions d’émissions (selon la vitesse moyenne) pour les cyclomoteurs et motos des différentes cylindrées et motorisations. Ces fonctions ont été également appliquées pour la simulation des émissions sur les situations de trafic (cf. section suivante). Enfin, des tests d’émission ont été également conduits sur les petits véhicules utilitaires, utilisant des cycles de conduite spécifiques. On a ainsi construit des fonctions d’émissions selon la vitesse moyenne et la charge du véhicule. En ce qui concerne les véhicules particuliers, les expérimentations ont principalement porté sur les polluants non réglementés - insuffisamment connus jusque là -, sur le démarrage à froid, et sur l’analyse détaillée de l’émission selon les conditions de circulation (driving patterns, André et al. 2006b). Dans ce but, 130 véhicules ont été testés lourdement. Ces données ont été combinées avec celles de plus de 2700 autres véhicules, représentant en tout quelque 28 000 tests mesurés avec des centaines de cycles de conduite différents. Une typologie des conditions de conduite a donc été construite afin de déterminer des émissions de référence pour chacune des conditions-types. Ces émissions de référence - et les caractéristiques cinématiques des conditions-types - sont ensuite utilisées pour calculer les émissions de toute autre situation de trafic ainsi que pour élaborer des fonctions d’émissions selon la vitesse moyenne. En parallèle, des modèles sophistiqués ont été élaborés pour le calcul de l’émission de départ à froid (tenant compte des longueurs de trajets et autres aspects liés à l’utilisation du véhicule) et le calcul de l’incidence des auxiliaires, en particulier la climatisation (s’appuyant sur les caractéristiques techniques, climatiques et comportementales). 3.2. Approche locale ou situations de trafic Le calcul d’émission à l’échelle de la rue nécessite la définition de « situations de trafic », cohérentes, satisfaisantes par-delà les frontières et agréées par les utilisateurs. Une analyse des classifications routières existantes et des pratiques a permis d’élaborer une typologie distinguant urbain et rural, s’appuyant sur l’organisation hiérarchique et fonctionnelle du réseau routier, et déclinant routes et autoroutes selon leurs caractéristiques et vitesses limites (Tableau 1, André et al, 2006a). Les conditions de circulation sont elles-mêmes décrites qualitativement en : (1) trafic fluide (vitesse de l’ordre de 85- 100% de la vitesse libre), (2) trafic chargé (vitesse contrainte autour de 65-85% de la vitesse libre), (3) trafic instable, quasi-saturé (vitesse variable avec des arrêts éventuels, autour de 30 à 60% de la vitesse libre) et (4) stop-and-go ou bouchon (vitesse de l’ordre de 10 km/h). Pour représenter les différentes situations de trafic résultant de la combinaison des types de routes et des conditions de trafic, des vitesses ou cinématiques représentatives ont été recueillies à partir de mesures embarquées sur véhicules (données existantes). Ces courbes de vitesses types permettent - pour chacune des catégories de véhicules et selon l’approche particulière envisagée - de calculer les émissions de polluants sur chacune des situations de trafic (Figure 1). Tableau 1 : Typologie des voies routières Fonction principale Caractéristiques Vitesse limite (km/h) 5a - Autoroute 80 - 130 Réseau National et Régional - Trafic de transit 5b – Route principale 70 - 100 4a - Autoroute (périphérique, etc.) 60 - 110 Réseau principal d’agglomération - réseau primaire, distribution principale 4b - Route principale 50 uploads/Ingenierie_Lourd/ 2-andre-elal-comm 1 .pdf