Cartographie de la qualité de l air par modélisation : contribution au programme Airproche

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1 Surveillance de la Qualité de l Air en Ile-de-France Cartographie de la qualité de l air par modélisation : contribution au programme Airproche AVRIL 2006 Etude réalisée par : Airparif Surveillance de la Qualité de l Air en Ile-de-France 7, rue Crillon PARIS Tél. : Fax : Pour : AFSSET Et Airparif

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3 SOMMAIRE I. INTRODUCTION...3 I.1 Contexte...3 I.2 Les zones d étude choisies...3 I.3 Les polluants atmosphériques considérés...4 I.4 Les informations disponibles...5 I.4.1 Le cadastre des émissions atmosphériques...6 I.4.2 Les résultats des modèle à grande échelle...6 I.4.3 Les mesures du réseau de stations fixes d Airparif...8 II. PRINCIPE DES METHODOLOGIES MISES EN ŒUVRE II.1 Chaîne de calcul des émissions du trafic routier...13 II.2 Imbrication de modèles...14 II.3 Modélisation de la dispersion autour des émetteurs de polluants...14 III. ETUDE D UN QUARTIER PERI-URBAIN PROCHE D AXES A GRANDE CIRCULATION III.1 Les caractéristiques de la zone étudiée...16 III.1.1 Les modèles utilisés...20 III.1.2 La prise en compte de la pollution de fond...20 III.2 Evaluation des sorties des modèles...22 III.2.1 Comparaison avec les mesures d une campagne organisée sur le département de l Essonne...22 III.3 Analyse des cartes de concentration en polluants...35 III.3.1 Evaluation des concentrations avec les modèles ADMS-Urban et Aria- Impact sur une zone du domaine d étude...35 III.3.2 Evaluation des concentrations avec ADMS-Urban pour le mois d octobre III.3.3 Evaluation des moyennes annuelles...46 IV. ETUDE D UN QUARTIER MIXTE URBAIN/INDUSTRIEL IV.1 Les caractéristiques de la zone étudiée...51 IV.1.1 Le modèle utilisé...55 IV.1.2 La prise en compte de la pollution de fond...56 IV.2 Evaluation des sorties des modèles : comparaison avec les mesures...56 IV.2.1 Comparaison avec les mesures des stations du réseau Airparif situées dans le domaine d étude...57 IV.2.2 Comparaison avec les mesures d une campagne organisée sur la commune de Charenton-le-Pont...59 IV.2.3 Simulations de journées types...64 IV.3 Analyse des cartes de concentration en polluants...71 IV.3.1 Evaluation des concentrations en dioxyde d azote...71 IV.3.2 Evaluation des concentrations en benzène...76 IV.3.3 Evaluation des concentrations en particules PM IV.3.4 Evaluation de l impact de la baisse des émissions de NOx de l UIOM sur les concentrations en NO2 du mois de décembre V. CONCLUSION Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France Airproche Avril 2006

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5 I. INTRODUCTION I.1 Contexte Dans le cadre du programme Airproche, l AFSSET souhaite caractériser finement les concentrations en polluants auxquelles est potentiellement exposée une partie de la population française. Le but est notamment de «combler de manière aussi continue que possible» le manque d information entre la pollution de fond et la pollution de proximité du trafic routier. L agence souhaite ainsi évaluer les méthodologies d estimation fine des concentrations en polluants. La participation d Airparif au programme Airproche consiste à montrer les possibilités offertes par ses capacités de modélisation en matière de description fine des niveaux de pollution. Cet état de l art résulte de plusieurs années d investissement d Airparif dans la modélisation de la qualité de l air à l échelle régionale et à l échelle locale (principalement à proximité du trafic routier). L étude d Airparif doit permettre de caractériser 2 situations types d exposition à la pollution atmosphérique : la proximité d axes routiers à très fort volume de circulation et la proximité d une installation industrielle majeure dans une zone très fortement urbanisée. Cette étude s inscrit parmi d autres travaux d ores et déjà engagés dans le cadre de la mission d intérêt général d Airparif. En effet, compte tenu des dépassements chroniques des normes en vigueur en situation de proximité, la modélisation de la qualité de l air à proximité du trafic routier est une priorité de l association depuis de nombreuses années. Grâce à ces investissements, des évolutions devraient intervenir dans ce domaine d ici la fin de l année 2006 avec notamment la mise à disposition périodiquement sur le site Internet de l association de cartes de qualité de l air décrivant la qualité de l air à proximité des grands axes de circulation. I.2 Les zones d étude choisies La sélection des deux zones d études s est effectuée sur des critères de proximité d émetteurs importants de polluants associés à une forte densité de population. La caractérisation des niveaux d émissions a été réalisée grâce au cadastre d émission de l année 2000 réalisé par la Drire et Airparif dans le cadre du Plan de Protection de l Atmosphère (PPA). Ce cadastre permet d étudier la part relative des activités humaines dans les émissions de polluant en tout point de l Ile-de-France. Il permet également de réaliser un inventaire des émissions de chaque secteur d activités et donc d en déduire sa part relative dans les émissions totales de l Ile-de-France. Ainsi, le trafic routier est le premier émetteur d oxydes d azote (NOx) en Ile-de-France avec 50 % des émissions annuelles. Evidemment ces émissions sont réparties le long des axes routiers, globalement en fonction des volumes de trafic routier sur ces axes. Les activités industrielles constituent un autre émetteur important d oxydes d azote. En effet, même si les émissions d origine industrielle ont fortement diminué ces 30 dernières années en Ile-de-France, il subsiste des installations fixes avec des niveaux d émissions de polluants conséquents. Par exemple les centrales thermiques de production d électricité et les usines d incinération d ordures ménagères (UIOM) contribuaient respectivement pour environ 6 % et 4.6 % au bilan des émissions régionales de NOx de l année Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France Airproche Avril 2006

6 Ces considérations ont permis de définir deux types de zones pilotes de la région Ile-de-France pour réaliser une description fine des niveaux de polluants : une zone permettant d évaluer les concentrations pour des quartiers proches d axes de circulation majeurs : la commune d Evry avec les autoroutes A6 et N104 (Francilienne) et une densité de population d environ 6000 habitants/km 2 a été retenue. une zone permettant d évaluer les concentrations pour des quartiers proches d axes de circulation et d installations industrielles : la commune d Ivry-sur-Seine avec la proximité du boulevard périphérique, du quai de Bercy et l autoroute A4, avec la présence d une UIOM, et une densité de population d environ 8500 habitants/km 2 a été retenue. Ces zones seront définies plus en détail lors de la présentation des cas d étude aux chapitres III et IV de ce rapport. I.3 Les polluants atmosphériques considérés Les polluants considérés dans le cadre de cette étude sont des polluants réglementés au niveau national ou européen pour leurs effets sur la santé : les oxydes d azote (NOx), le benzène (C6H6) et les particules fines de diamètre inférieur à 10 µm (PM10). Les oxydes d azote (NOx) sont des traceurs reconnus de la pollution urbaine. Ils sont définis sous deux formes chimiques, à savoir le monoxyde d azote (NO) et le dioxyde d azote (NO 2 ). Le monoxyde d azote est dit «primaire» car il est très majoritairement émis directement par les différentes sources d émissions de NOx. Le NO 2 est un composé qui est essentiellement formé par l oxydation du monoxyde d azote par d autres oxydants de l air, principalement l ozone. C est pourquoi il s agit d un polluant majoritairement «secondaire». Seul, le dioxyde d azote est réglementé aux niveaux national et européen pour ses effets sur la santé humaine. Il présente enfin des niveaux supérieurs aux normes (valeurs limites et objectif de qualité) en Ile-de-France notamment dans l agglomération parisienne et plus particulièrement le long du réseau routier principal. Le benzène (C6H6) est également un traceur reconnu de la pollution urbaine. Le benzène est un des composants des composés organiques volatils (COV) présents dans les atmosphères urbaines. En ville, ce sont essentiellement les véhicules Essence qui sont responsables des émissions de ce polluant, de par les imbrûlés produits à la sortie de l'échappement, de par les phénomènes d'évaporation au niveau des différents organes du véhicule (réservoir, carburateur ) et de façon indirecte par la distribution de carburant. Les composés organiques volatils non méthaniques (COVNM) sont constitués de centaines de composés individuels, souvent appelés aussi «hydrocarbures». Les sources d émissions anthropiques de COVNM peuvent être associées aux différents carburants pétroliers ainsi qu aux solvants industriels et domestiques. Les COVNM que l on retrouve dans l air ambiant sont produits majoritairement selon deux voies : les processus de combustion incomplète d une part et les processus d évaporation d autre part qui dépendent de la volatilité des différents composés. Parmi les COVNM, seul le benzène, cancérigène avéré, est actuellement réglementé dans l air extérieur pour ses effets sur la santé. Les niveaux de benzène observés sur le réseau fixe d Airparif sont globalement en deçà de l objectif de qualité pour ce composé lorsque l on se trouve éloigné des sources d émissions et notamment du trafic routier. A proximité de ces sources d émissions importantes l objectif de qualité est dépassé Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France Airproche Avril 2006

7 Quant aux particules fines dont le diamètre est inférieur à 10 micromètres (PM10), leurs sources locales incluent notamment le secteur des transports, les combustions industrielles ainsi que les sources naturelles. Mais les niveaux observés en Ile-de-France sont également liés à d autres phénomènes de plus grande échelle, comme notamment le transport transfrontalier d un aérosol secondaire, résultant de la transformation des polluants gazeux. Cet import d au-delà des limites régionales peut ponctuellement excéder 50 % des concentrations mesurées localement. La complexité des phénomènes physico-chimiques mis en jeu dans les mécanismes d émissions, de dispersion et de transformation des particules ne permet pas de décrire finement toutes les origines (anthropiques, naturelles, transfrontalières, locales, émissions directes, remise en suspension, ) de particules PM10 à l échelle de l agglomération, de la région et du continent européen. Ces aspects multi-échelles imbriqués impliquent que la documentation des émissions et des concentrations ambiantes des PM10 ainsi que la description des divers phénomènes contribuant à leur présence dans l air doivent être améliorées. Les techniques de modélisation et de cartographie des concentrations de PM10 le long des axes routiers mises en oeuvre par Airparif dans cette étude devront donc être considérées comme des premières approches pour ce polluant. Ces approches seront raffinées au fur et à mesure de l'amélioration des connaissances scientifiques et des techniques de modélisation des phénomènes particulaires. Les objectifs annuels de qualité de l air pour les particules fines sont respectés en situation de fond sur l ensemble de l Ile-de-France. Par contre, en situation d influence directe de source d émission locale importante (par exemple le long d axes routiers), ces normes ne sont pas respectées (exprimées en niveau moyen et en nombre de dépassements du seuil journalier). Pour plus d informations, le bilan de la qualité de l air 2005 en Ile-de-France est téléchargeable à l adresse suivante : I.4 Les informations disponibles Les travaux engagés par Airparif ces dernières années permettent de caractériser toute zone d Ile-de-France en fonction de trois types de données : - Un cadastre des émissions atmosphériques - Des sorties de modèle renseignant la pollution de fond - Le réseau de mesure automatique Ces différentes données sont actuellement nécessaires et complémentaires, pour décrire au mieux la qualité de l air et étudier ses perspectives d évolution pour l ensemble de la région Ilede-France. Le programme de surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France est décrit de manière détaillée dans le document «Programme de Surveillance de la Qualité de l Air (PSQA) en Ile-de-France» Airparif Juillet Ces informations permettent de définir une zone d étude en fonction de ses niveaux d émissions en polluants, des concentrations de polluants en moyenne annuelle et de les consolider à partir des données mesurées sur le réseau de mesure d Airparif. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France Airproche Avril 2006

8 I.4.1 Le cadastre des émissions atmosphériques Dans le cadre de l'actualisation des connaissances relatives aux pollutions atmosphériques en Ilede-France et plus particulièrement de l'élaboration du premier Plan de Protection de l'atmosphère francilien (PPA), la DRIRE Ile-de-France (Direction Régionale de l Industrie, de la Recherche et de l Environnement) a confié à Airparif le rôle d intégration et la maintenance du cadastre des émissions de polluants atmosphériques pour la Région Ile-de-France : c est-à-dire la description de la quantité, de la nature et de la localisation des polluants atmosphériques émis par les différentes sources de pollution de la région. Ce recensement a porté sur l année 2000 et concerne les principaux polluants qui sont soumis à réglementation et/ou qui font l'objet d'une surveillance de la part des réseaux de mesure de la qualité de l'air en France. Connaître les émissions de polluants atmosphériques sous une forme spatialisée constitue un élément majeur du dispositif de surveillance de la qualité de l air. Les utilisations d un cadastre d émissions sont en effet multiples, allant de l exploitation locale à l alimentation des outils de modélisation de la qualité de l air à des fins de cartographie, de modélisation prospective ou de prévision à court terme. L utilisation la plus directe est le fait de disposer d informations qualitatives et quantitatives sur les sources d émissions et leur contribution relative sur un secteur donné. Cela permet ainsi de mieux comprendre la problématique et les enjeux associés à la qualité de l air sur les secteurs où l on est amené à réaliser des études. Dans le cadre de la présente étude, Airparif a pu exploiter de manière fine le cadastre des émissions de l année 2000 afin de dégager des informations détaillées relatives aux quantités de polluants atmosphériques qui sont rejetés par les différentes activités émettrices sur et autour des zones étudiées. Cette exploitation a permis notamment de connaître dans le détail la contribution des différentes activités ou types d émetteurs aux émissions des principaux polluants atmosphériques : les oxydes d azote (NOx), les composés organiques volatils (COV) dont le benzène (C6H6), et les particules fines de diamètre inférieur à 10 µm (PM10). Pour tenir compte de l évolution des émissions depuis l année de référence du cadastre, les émissions des sources ponctuelles ont été calculées à partir des meilleures données disponibles à la date de l étude (cadastre Airparif/Drire 2000) et de la chaîne de calcul des émissions développée par Airparif dans le cadre du projet européen Heaven. Les émissions du trafic routier ont été calculées pour l année Les données d émission des sources ponctuelles ont été actualisées à partir du registre national des émissions ( ou des informations rendues publiques par l exploitant industriel (pour l UIOM, voir afin d adapter les données à l année I.4.2 Les résultats des modèles à grande échelle La plate-forme nationale Prev air fournit des prévisions et des analyses de qualité de l air au niveau européen et national pour 3 polluants réglementés : dioxyde d azote (NO2), ozone (O3) et particules PM10 ( Ces résultats sont fournis quotidiennement aux Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l Air (AASQA) soit comme modèle de prévision de la qualité de l air pour celles n ayant pas développé un modèle régional, soit comme conditions aux limites pour celles comme Airparif qui ont développé une plate-forme régionale de prévision de la qualité de l air. Un exemple de prévision Prev air est présenté Figure 1. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France Airproche Avril 2006

9 Figure 1 Exemple de prévision Prev air sur la France : concentrations en dioxyde d'azote pour la journée du 20 novembre 2005 Avec l appui de l Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL/CNRS), AIR NORMAND, Airparif, ATMO Champagne-Ardenne, ATMO Picardie et LIG AIR se sont associés pour étendre le principe de la plate-forme de prévision et de cartographie de la qualité de l air utilisée en Ile-de-France à un large domaine géographique incluant les régions Centre, Champagne-Ardenne, Haute-Normandie, Ile-de-France et Picardie. Le modèle Chimère a été développé initialement par l Institut Pierre Simon Laplace (IPSL). Il fait actuellement partie intégrante de la plate forme inter-régionale de cartographie et de prévision de la qualité de l air ESMERALDA. Figure 2 Exemple de prévision Esmeralda sur le domaine multi-régional : concentrations en dioxyde d'azote pour la journée du 20 novembre 2005 Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France Airproche Avril 2006

10 L objectif de cette plate forme est de diffuser quotidiennement des informations relatives à la qualité de l air sur le domaine de compétences de chaque AASQA partenaire. La modélisation est ainsi affinée au niveau régional pour les polluants NO2 et O3 ( Les conditions aux limites sont fournies par la plate-forme nationale Prev air. Un exemple de prévision Esmeralda est présenté Figure 2. I.4.3 Les mesures du réseau de stations fixes d Airparif Le réseau de mesures automatiques d Airparif comporte 46 stations réparties de manière adéquate sur l ensemble de l Ile-de-France. La carte d implantation des stations est présentée à la Figure 3. Concernant la zone d étude en proximité d axes de circulation, deux stations de fond permettent de renseigner la qualité de l air du secteur. L une située dans le secteur étudié, sur la commune d Evry, mesure les concentrations en NOx. L autre situé à l Est du domaine d étude mesure les NOx, l O3 et les particules PM10. Cette station permettra d alimenter les modèles de proximité du trafic routier en pollution importée sans utiliser les résultats du modèle de fond multirégional Esmeralda qui sont moins précis. La zone en proximité d installation industrielle située au cœur dense de l agglomération parisienne comporte de nombreuses stations de mesure. Les stations d Ivry-sur-Seine, Paris 12 ème et Paris 13 ème sont incluses dans le domaine d étude. Elles permettront d évaluer la cohérence des ordres de grandeurs des valeurs données par le modèle de proximité sur ces sites de fond par rapport aux mesures. La pollution importée dans le domaine d étude sera donnée par les mesures effectuées à la station de Paris-Les Halles située en plein centre de la capitale. Stations [NO2] moyenne annuelle (µg/m 3 ) Percentile 98 (µg/m 3 ) Percentile 99.8 (µg/m 3 ) Evry Ivry-sur-Seine Paris 12 ème Paris 13 ème Tableau 1 Bilan de la qualité de l'air des 2 zones d'études (année 2005) Le Tableau 1 présente le bilan de la qualité de l air mesurée au niveau des 4 stations du réseau automatique d Airparif situé dans les zones étudiées. La moyenne des concentrations en NO2 de la zone d Ivry-sur-Seine est de 10 µg/m 3 supérieure à la valeur mesurée à la station d Evry. Pour les valeurs maximales identifiées par le percentile 98 (resp. le percentile 99.8), la valeur annuelle de la zone d Ivry-sur-Seine est supérieure de 15 µg/m 3 (resp. 24 µg/m 3 ) à la valeur mesurée à la station d Evry. Ces valeurs sont représentatives du surplus de pollution dans le cœur dense de l agglomération parisienne par rapport à la zone d Evry située à une trentaine de kilomètres au Sud-Est du centre de Paris et en limite de l agglomération parisienne. Cette décroissance en fonction de l éloignement de Paris est visible sur les cartes de moyenne annuelle des concentrations de fond en NO2 sur la région Ile-de-France (cf. Figure 4 et Figure 5). Elle est liée à la diminution de la densité des émissions. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France Airproche Avril 2006

11 Figure 3 Carte d implantation des stations de mesure en Ile-de-France au 31/12/2005 Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France Airproche Avril 2006

12 Les deux autres polluants considérés dans cette étude (C6H6 et PM10) ne sont pas mesurés aux stations d Evry et d Ivry-sur-Seine. Les cartes de moyennes annuelles des concentrations de fond en C6H6 et en PM10 pour la région Ile-de-France au cours de l année 2005 sont présentées Figure 6 et Figure 7. Le comportement spatial du benzène est globalement similaire à celui du NO2 avec une concentration maximale au centre de l agglomération parisienne (1.1 µg/m3 en moyenne annuelle) et une valeur à la périphérie autour de 0.5 µg/m 3. Le comportement spatial des PM10 est différent de celui des deux autres polluants, avec des décroissances du centre de l agglomération parisienne vers son pourtour beaucoup moins marquées (22 µg/m3 en moyenne annuelle) s affaiblissant au fur et à mesure que l on approche de la périphérie de l agglomération autour de 15 µg/m 3. Ainsi les cartes de moyenne annuelle permettent d estimer les concentrations en moyennes annuelles pour la zone d Evry autour de µg/m3 pour le C6H6 et autour de 20 µg/m 3 pour les PM10. Ces différentes données permettent d évaluer la qualité de l air à l échelle régionale. Pour descendre à une échelle plus fine, typiquement aux échelles des rues ou des quartiers, il est nécessaire d avoir recours à des modèles développés spécifiquement pour la description de la pollution de proximité du trafic routier et des installations industrielles. Ces méthodologies sont présentées dans le chapitre suivant. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France Airproche Avril 2006

13 Figure 4 Moyenne annuelle des concentrations de fond en NO2 année 2005 Figure 5 Moyenne annuelle des concentrations de fond en NO2 année 2005 : zoom sur l agglomération Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France Airproche Avril 2006

14 Figure 6 Moyenne annuelle des concentrations de fond en benzène année 2005 Figure 7 Moyenne annuelle des concentrations de fond en PM10 année 2005 Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France Airproche Avril 2006

15 II. PRINCIPE DES METHODOLOGIES MISES EN ŒUVRE Ce chapitre est consacré à la présentation des méthodologies testées dans le cadre du projet Airproche. Ces méthodologies, développées par Airparif ces dernières années, ont été appliquées pour la première fois de manière imbriquée dans le cadre de ce projet. La méthodologie appliquée consiste à modéliser heure par heure les concentrations en polluant sur une période donnée puis à reconstituer ou à calculer des cartes de valeur moyenne annuelle à partir de ces simulations horaires. Le principe du calcul consiste à moyenner les champs de concentrations obtenus pour les 8760 heures d une année. La reconstitution d une moyenne annuelle peut également s effectuer à partir de moyennes journalières calculées sur des jours jugés représentatifs de l année en moyenne. La représentativité de ces jours sera alors validée à partir d une comparaison avec le même protocole appliqué à une ou des stations de mesure du réseau Airparif. Pour la zone d Evry, la période de calcul s étend de novembre 2004 à novembre En effet, nous ne disposions pas des données d entrée du mois de décembre 2005 lorsque les simulations ont été effectuées. Pour la zone d Ivry-sur-Seine, la période de calcul s étend sur l année civile II.1 Chaîne de calcul des émissions du trafic routier La mise en œuvre des outils de modélisation pour évaluer la pollution atmosphérique nécessite notamment des connaissances fines sur le trafic circulant sur le réseau routier francilien. Un modèle du réseau routier francilien ainsi que du trafic y circulant a été mis à disposition d Airparif par les gestionnaires du trafic à travers des travaux réalisés notamment dans le cadre du projet européen «HEAVEN» en collaboration étroite avec la Direction Régionale de l Equipement de l Ile-de-France (DREIF), son Service Interdépartemental de Sécurité et de l Exploitation de la Route (SISER) ainsi que la Direction de la Voirie et des Déplacements de la Ville de Paris. Les caractéristiques du réseau de voirie francilien correspondant au dernier réseau fourni, soit l année 2002 pour Paris et 2000 pour le reste de l Ile-de-France, sont prises en compte par ce modèle de trafic. Ainsi, certaines modifications récentes du réseau de trafic n'ont pu être prises en compte. La mise à disposition du modèle de trafic a permis notamment l élaboration d une chaîne de calcul du flux de trafic routier en temps quasi-réel pour les axes qui composent le réseau modélisé. Ce réseau est calibré, heure par heure, selon les observations en temps quasi réel d environ 600 points de comptage du trafic en Ile-de-France permettant ainsi d obtenir une image précise du trafic horaire sur les km du réseau routier modélisé. Rappelons néanmoins que le modèle de trafic fournit, pour chacun des axes, la situation moyenne de trafic le long de l axe ; ainsi le modèle ne prend pas en compte des phénomènes ponctuels de circulation tels la présence des feux tricolores ou des situations particulières d accélération ou de décélération. Le calcul des émissions à partir du modèle de trafic prend en compte la motorisation et la composition du parc roulant en Ile-de-France. Ces paramètres, définis d après des données nationales disponibles à l ADEME (Agence De l Environnement et de la Maîtrise de l Energie) et à l INRETS (Institut National de REcherche sur les Transports et leur Sécurité), sont localement adaptés à la situation en Ile-de-France à l aide des observations locales ponctuelles qui ont pu être mises à disposition d Airparif. Pour chaque type de véhicules, et selon en particulier sa Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France Airproche Avril 2006

16 motorisation et la vitesse à laquelle il roule, un facteur d émission est appliqué selon la méthodologie européenne «Copert III». A partir du modèle de trafic et des caractéristiques du parc roulant francilien, l application des facteurs d émissions adaptés permet de déduire les émissions horaires du trafic routier en Ile-de-France pour chaque axe composant le réseau routier modélisé. II.2 Imbrication de modèles L imbrication de modèle consiste à se servir des résultats obtenus en sortie d un premier modèle comme entrées d un second modèle à une échelle plus fine. C est une technique classique de modélisation. Les valeurs de pollution de fond sont fournies par le modèle Esmeralda pour le dioxyde d azote. Pour les particules, ce modèle ne fournit pas encore de valeurs de pollution de fond, la valeur fournie par le modèle Prev air est donc utilisée. Pour le benzène, il n existe pas, actuellement, de modèle fournissant les niveaux de fond sur l Ilede-France ou de modèle donnant une estimation horaire de ce niveau. Pour la zone d Evry, nous avons donc décidé d introduire une valeur de fond constante et représentative de ce secteur de l agglomération parisienne (cf. carte annuelle de concentration en C6H6 présentée à la Figure 6). Pour la zone d Ivry-sur-Seine, les valeurs horaires de pollution de fond ont été évaluées par des mesures effectuées au centre de Paris (station Paris 1 er - les Halles). II.3 Modélisation de la dispersion autour des émetteurs de polluants Les données d entrée des modèles de dispersion sont les émissions calculées par les modèles d après leurs bases de données ou fournies par l utilisateur (cas retenu par Airparif). Dans le cadre du projet AIRPROCHE, trois modèles de dispersion atmosphériques de type gaussien ont été utilisés : ADMS-Urban, Sirane et Aria-Impact. Le principe d un modèle gaussien consiste à supposer que la dispersion des polluants à partir de leurs différents points d émission s effectue à l intérieur d un panache, dont la répartition des concentrations est gaussienne par rapport à l axe du panache (l ouverture dépend des conditions météorologiques). Le modèle ADMS-Urban : ADMS-Urban est une version du Système de Modélisation de Dispersion Atmosphérique (ADMS) développé par les chercheurs du CERC (Cambridge Environnemental Research Consultant). Ce modèle est actuellement commercialisé en France par la société NUMTECH. En utilisant des modèles de sources linéiques, ponctuelles, surfaciques et volumiques, il permet de traiter dans des zones urbaines, les émissions issues de sources routières, industrielles et domestiques. Il permet de décrire les concentrations en polluants dans une zone constituée de rues ouvertes ou bordées de bâtiments. Il dispose d un modèle intégré de rue canyon basé sur le modèle OSPM (Operational Street Pollution Model). ADMS-Urban offre la possibilité d évaluer la pollution atmosphérique sur une échelle spatiale située entre l échelle de la rue et l échelle de l agglomération et sur une période allant de l heure à l année. Dans les cas simples le temps de calcul est de l ordre de quelques minutes. Ce temps dépend fortement du nombre de sources modélisées et du nombre de points de calculs demandés en sortie. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France Airproche Avril 2006

17 Dans le logiciel ADMS-Urban il est possible de choisir parmi trois modules de chimie : la corrélation de Middleton (estimation des concentrations en NO et NO 2 à partir des résultats de NOx), une combinaison de réactions chimiques et une combinaison de réactions chimiques avec un modèle de trajectoire. Pour une application en Ile-de-France, des tests ont montré que le deuxième module se révèle être le plus performant, l option «combinaison de réactions chimiques» a donc été utilisée dans cette étude. ADMS-Urban a été validé par de nombreuses comparaisons avec des mesures et est utilisé pour modéliser la qualité de l air sur de grandes villes européennes (notamment sur des quartiers de Londres et de Strasbourg). Le modèle SIRANE : Le modèle SIRANE a été développé au laboratoire de Mécanique des Fluides et d Acoustique de l Ecole Centrale de Lyon. Ce modèle de dispersion des polluants en milieu urbain est adapté à l échelle d un quartier (domaine d'étude de quelques centaines de mètres à quelques kilomètres). Le modèle SIRANE peut traiter différents types d émissions à l aide de sources linéiques, représentant par exemple une voie de circulation, et de sources ponctuelles comme une cheminée. Il ne traite pas les sources diffuses (par exemple le chauffage urbain). D un point de vue temporel, SIRANE est adapté à des échelles caractéristiques de l ordre de l heure. Le modèle SIRANE prend en compte les effets de rue canyon et a la particularité de modéliser le transport des polluants au-dessus du niveau des toits ainsi que les échanges des polluants au niveau des carrefours. SIRANE possède un modèle de chimie simple basé sur le cycle de Chapman qui tient compte uniquement des oxydes d azote et de l ozone. SIRANE est un outil opérationnel, qui utilise des modèles théoriques et des formulations simplifiées des différents phénomènes. Il est adapté au traitement d un grand nombre de rues dans un temps de calcul très limité. La validation du modèle a été réalisée par comparaison avec des expériences en soufflerie et des mesures effectuées sur le terrain. L aptitude du modèle à reproduire les niveaux de pollution en dioxyde d azote avec une résolution temporelle fine sur un quartier urbain dense a déjà été démontrée à travers plusieurs expérimentations, notamment sur des quartiers des villes de Lyon et de Paris. Le modèle ARIA-Impact : Le modèle ARIA-Impact, de type gaussien, est développé et commercialisé par la société ARIA Technologies. Il permet de traiter les sources linéiques, ponctuelles et diffuses. ARIA-impact est utilisé couramment pour des études d impact d installations industrielles. Contrairement aux deux autres modèles décrits précédemment, il ne tient pas compte des phénomènes de rue canyon, c est à dire une surconcentration des polluants due à leurs confinements entre les bâtiments. Les concentrations en dioxyde d azote sont évaluées avec la relation de Middleton. Cette estimation découle des concentrations en oxydes d azote. ARIA-Impact offre la possibilité de choisir plusieurs formulations d écart type de dispersion des panaches. Dans ce projet, deux formulations ont été testées : la relation de Pasquill-Turner (formulation standard) et la relation de Briggs (adaptée aux sites urbanisés). Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France Airproche Avril 2006

18 III. ETUDE D UN QUARTIER PERI-URBAIN PROCHE D AXES A GRANDE CIRCULATION Ce chapitre est consacré à la présentation du cas d étude péri-urbain à proximité d axes à grande circulation. III.1 Les caractéristiques de la zone étudiée La zone d étude (cf. Figure 9 ) est située dans le département de l Essonne. Ce département couvre une population de habitants vivant majoritairement au nord du territoire essonnien où la densité est supérieure à 3000 habitants au km 2. La zone d étude englobe une population d environ habitants. N104 : véhicules/jour N104 : véhicules/jour N104 : véhicules/jour N104 : véhicules/jour et A6 : véhicules/jour Figure 9 Caractérisation du trafic sur la Francilienne et l autoroute A6 dans le domaine d étude (sources : Direction Départementale de l Equipement, chiffres : 2004). Le cadastre des émissions permet de décrire la répartition spatiale des émissions dans la zone d étude. La Figure 10 présente le résultat obtenu pour les NOx. Une étude détaillée de la répartition des émissions dans le département de l Essonne met en évidence la part importante des émissions dues au transport routier. En effet 60% des émissions en oxydes d azote (NO x ) sont produites par le transport routier. Pour les particules (PM10), la contribution du transport routier est de l ordre de 42%. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

19 Figure 10 Densité d'émissions de NOx en Ile-de-France et zoom sur la zone d Evry La Figure 11 montre la contribution des différents secteurs d activité aux émissions pour deux communes comprises dans le domaine d étude : Evry et Courcouronnes ainsi que celles du département de l Essonne et de l agglomération parisienne pour comparaison. Celle-ci met en évidence que les oxydes d azote émis sur le territoire de la commune d Evry sont majoritairement liés au trafic routier (représenté en bleu) et avec une contribution non négligeable des sources industrielles (représenté en orange) alors que les oxydes d azote de la commune de Courcouronnes résultent presque totalement du trafic routier. Les émissions annuelles en valeur absolue de NOx, PM10 et COVNM sont présentées au Tableau 2. Elles permettent de constater que les émissions de NOx d Evry sont environ 1.5 fois plus importantes que celles de la commune de Courcouronnes pour les NOx. Si l on ne retient que la part liée au trafic routier, les émissions des 2 communes sont du même ordre de grandeur (environ 250 t/an pour les NOx) Evry Courcouronnes Essonne Agglomération NOx (t/an) PM10 (t/an) COVNM (t/an) Tableau 2 Emissions des 3 polluants pour Evry, Courcouronnes, le département de l Essonne et l agglomération parisienne (année 2000) Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

20 a) Evry b) Courcouronnes c) Essonne d) Agglomération parisienne Figure 11 Contribution en pourcentage des différents secteurs d'activités aux émissions pour Evry, Courcouronnes, l Essonne, et l agglomération parisienne (source cadastre Drire/Airparif 2000). Le secteur étudié comporte une portion de la Francilienne (N104) et de l autoroute A6 qui sont, en terme de flux de véhicules, deux axes majeurs de la région Ile-de-France. Dans notre zone d étude, la densité de véhicules circulant sur la Francilienne varie de véhicules/jour à véhicules/jour. Sur le tronçon regroupant l autoroute A6 et la Francilienne, elle est de véhicules/jour. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

21 Une étude de la qualité de l air autour des grands axes essonniens, réalisée par Airparif, pour le compte du conseil général de l Essonne 1 a mis en évidence l impact que peut avoir ces deux infrastructures routières sur la pollution atmosphérique. Dans cette étude, une première approche de cartographies annuelles de la pollution atmosphérique a été réalisée à l aide du modèle STREET. L utilisation du logiciel STREET permet d estimer la pollution atmosphérique au niveau de la rue mais ce modèle ne permet pas de produire des cartographies de concentrations à l échelle d un quartier. Afin de disposer d une information spatiale aussi continue que possible des niveaux moyens annuels de pollution entre les situations d ambiance générale et les situations situées sous l influence directe de sources de pollution localisées, d autres modèles doivent être utilisés. Ce premier cas test consiste à mettre en œuvre les modèles de dispersion atmosphérique ADMS- Urban et ARIA-Impact sur une zone périurbaine. Des cartographies fines des concentrations atmosphériques ont été élaborées pour différents polluants : le dioxyde d azote (NO2), le benzène (C6H6) et les particules (PM10). 1 Rapport Airparif «Etude de la qualité de l air au voisinage des grands axes routiers essonniens» à paraître Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

22 III.1.1 Les modèles utilisés Pour cette zone, nous utiliserons 2 modèles de dispersion : ADMS-Urban et Aria-Impact. Le modèle Sirane ne prend pas en compte les sources d émissions de polluants surfaciques, il est donc moins adapté à traiter des environnements péri-urbains ou cette catégorie de sources a une contribution non négligeable. Sirane sera donc utilisé préférentiellement dans des zones très fortement urbanisées avec un réseau de rues bordées de bâtiments, dense et relativement continu. A partir du réseau principal d Ile-de-France de la DREIF, nous avons extrait un réseau de trafic de 1293 axes inclus dans le domaine d étude. Ce réseau est présenté à la Figure 12. L étude se concentre sur l effet des émissions liées au trafic routier sur les autoroutes A6 et N104, dépourvues de bâtiments en bordure d axes. Pour des raisons de simplicité et de temps de calcul, nous avons donc choisi de ne pas prendre en compte l effet du bâti sur la dispersion des polluants. Figure 12 Carte du réseau de trafic modélisé : 1293 axes (source DREIF) La description fine du bâti, notamment sur les axes de circulation situés dans la ville d Evry, n aurait pas apporté d amélioration significative à la description de l influence des autoroutes. De plus cette simplification permettra de comparer les résultats des 2 modèles de dispersion, le modèle Aria-Impact ne permettant pas de traiter l effet du bâti sur la dispersion des polluants. III.1.2 La prise en compte de la pollution de fond Pour les données d entrée nécessaires à l import en pollution rentrant dans notre domaine d étude, deux méthodes ont été expérimentées. La première méthode consiste à utiliser comme conditions aux limites les concentrations en NO2 et en O3 évaluées par la plate-forme Esmeralda et les concentrations en PM10 calculées par la plate-forme Prev air. La résolution utilisée dans la plate-forme Esmeralda est de 6 6 km 2. Dans notre cas, la prise en compte de la moyenne des concentrations en NO2 et en O3, situées autour de la zone d étude, permet d évaluer la pollution importée (cf. Figure 13). La plate-forme Prev air permet d évaluer les niveaux de PM10 à l échelle européenne. La résolution est de km 2. Afin d évaluer l import en particules, la moyenne des deux mailles englobant la zone d étude a été prise. (cf. Figure 14). Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

23 La deuxième façon de tenir compte des concentrations en polluants importées dans la zone étudiée, est l utilisation des données fournies par une station de mesure. Dans notre cas, les données utilisées proviennent de la station de Melun. Cette station est située en dehors de notre domaine d étude, à environ 15 km à l Est. Figure 13 Représentation des mailles de résolution 6 6km2(en bleu) de la plate-forme Esmeralda permettant d évaluer la quantité de NO2 et d O3 importée dans le domaine d étude (représenté avec les mailles du cadastre kilométrique et le réseau routier modélisé) Figure 14 Représentation des deux mailles de résolution km 2 (en rouge) du modèle Prev air permettant d évaluer la quantité de PM10 importée dans le domaine d étude (représenté avec les mailles du cadastre kilométrique et le réseau routier modélisé) Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

24 La réalisation de cartographies fines de la pollution atmosphérique sur un grand domaine nécessite une méthodologie adaptée. En effet, afin de répondre aux contraintes techniques des modèles ADMS-Urban et Aria-Impact, le domaine étudié a été découpé en cinq zones de 5 5 km 2 (cf. Figure 15). Ce découpage permet l amélioration de la résolution des cartes. Il autorise également l application de différentes conditions météorologiques (une condition par zone). La météorologie utilisée est fournie par les sorties du modèle MM5. Ce modèle météo donne vitesse et direction de vent avec une résolution de 5 x 5 km2. Avec le logiciel ADMS-Urban, cette méthode permet de prendre en compte, les conditions aux limites autour des cinq zones en terme d impacts des sources proches de la zone étudiée. En effet, les sources d émissions situées au bord des zones sont modélisées explicitement dans ADMS-Urban. Figure 15 Domaine d étude découpé en cinq zones, avec la représentation du cadastre d émissions kilométrique et le réseau de rues III.2 Evaluation des sorties des modèles III.2.1 Comparaison avec les mesures d une campagne organisée sur le département de l Essonne Une étude de la qualité de l air au voisinage des grands axes routiers a été sollicitée par le conseil général de l Essonne. Cette étude comporte notamment une campagne de mesure. Cette campagne réalisée du 23 novembre 2005 au 21 décembre 2005 avait initialement pour but d évaluer essentiellement l impact de la Francilienne (N104) et des autoroutes A6 et A10. Afin d évaluer les sorties des deux modèles, une comparaison entre les valeurs modélisées et une partie des mesures effectuées lors de la campagne a été effectuée. Un laboratoire mobile implanté à soixante mètres de la Francilienne (cf. Figure 16) a servi à mesurer heure par heure les concentrations en NOx (monoxyde d azote et dioxyde d azote), en monoxyde de carbone (CO) et en PM10. Dans notre cas, la comparaison des mesures horaires de la pollution atmosphérique en NO2 et en PM10 aux valeurs modélisées permet d évaluer la Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

25 distribution temporelle des concentrations modélisées. Le laboratoire mobile est influencé par la Francilienne mais il ne s agit pas d un vrai site de proximité trafic selon les critères de l Ademe (ces critères sont utilisés pour définir une station de mesure de la pollution de proximité du trafic routier). En effet, pour des raisons pratiques et de sécurité, il n a pas été possible de respecter la distance maximale de cinq mètres entre l axe de circulation et la tête de prélèvement des polluants. Ceci étant, il permet de disposer de résultats mesurés dans la zone de dilution de l impact de la Francilienne, ce qui est l objet de notre étude. Dans notre domaine d étude, des mesures de dioxyde d azote et de benzène ont été effectuées à l aide de tubes à diffusion (cf. Figure 16) répartis sur 18 sites (2 tubes par site). Deux séries de mesure consécutives de quinze jours ont été réalisées. La première série permet de mesurer la concentration moyenne de NO2 et de C6H6 sur la période comprise entre le 23 novembre et le 7 décembre La deuxième série correspond à la période de mesure comprise entre le 7 décembre et le 21 décembre Après une validation technique et environnementale des données de mesure, 14 sites peuvent être exploités pour la première série de mesures et 10 sites pour la deuxième série de mesures. La comparaison des concentrations mesurées en NO2 et en C6H6 aux concentrations évaluées par les modèles permet d évaluer la représentativité spatiale des concentrations obtenues par modélisation. 18 échantillonneurs passifs (NO2, C 6 H 6 ) 1 laboratoire mobile à proximité de la Francilienne (PM10, NO 2 ) Figure 16 Position géographique des sites de mesures situés dans notre domaine d étude (campagne sollicitée par le conseil général de l Essonne) Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

26 III Concentrations horaires Les comparaisons heure par heure entre les concentrations en NO2 et en PM10 mesurées avec le laboratoire mobile situé à soixante mètres de la Francilienne et les concentrations évaluées par les modèles ADMS-Urban et ARIA-Impact sont présentées dans ce chapitre. Pour le modèle Aria-Impact, deux formulations d écart type de dispersion des panaches (Pasquill et Briggs) ont été utilisées. Afin de caractériser l import en pollution entrant dans le domaine d étude, deux cas ont été testés : l utilisation des concentrations en NO2 et PM10 évaluées par les plates-formes Chimère et Prev air et l utilisation des concentrations mesurées par la station fixe du réseau de mesures située à Melun. III Le dioxyde d azote Les résultats obtenus pour le NO2 sont présentés aux Figure 17 et Figure 18. Pour les deux méthodes d évaluation de l import des concentrations en dioxyde d azote (l utilisation de la plateforme Esméralda ou de la station de Melun), les modèles ADMS-Urban et Aria-Impact reproduisent relativement bien l allure de l évolution temporelle de la concentration en NO2. Cependant, les valeurs calculées par les deux modèles varient fortement. Avec une évaluation des concentrations en NO2 importées dans le domaine d étude calculées avec la plate-forme Esméralda, l utilisation du modèle Aria-Impact avec la formulation de Pasquill donne sur la période considérée une bonne estimation de la moyenne des valeurs mesurées. Le modèle sous-estime en moyenne de 10 % la mesure. Néanmoins, les concentrations modélisées heure par heure ne reproduisent pas la mesure. En effet, en dehors de quelques heures (le 4 et 8 décembre 2005 par exemple) Aria-Impact sous-estime ou surestime fortement les mesures horaires. Sur la période étudiée, les moyennes des niveaux de NO2 calculées avec ADMS-Urban et Aria-Impact en utilisant la formulation de Briggs sont proches. Les modèles ADMS-Urban et Aria-Impact sous-estiment respectivement de 29 % et de 31 % la moyenne des valeurs mesurées. Mises à part quelques heures, les niveaux horaires de NO2 évalués par les deux modèles sont systématiquement inférieurs à la mesure. En utilisant les mesures horaires de la station de Melun pour estimer la quantité de NO2 importée dans le domaine d étude, les concentrations calculées par le modèle Aria-Impact, avec la formulation de Pasquill sont supérieures aux mesures. Sur la période de quatre semaines, l écart relatif est de 26 %. En dehors de quelques journées (le 2 décembre par exemple), la chronique horaire des concentrations modélisées en NO2 montre une surestimation systématique par rapport aux valeurs mesurées. Sur la période d étude, les moyennes de NO2 calculées avec ADMS-Urban et Aria-Impact en utilisant la formulation de Briggs sont proches. Le modèle ADMS-Urban sous-estime en moyenne de 5 % les concentrations. Avec la formulation de Briggs, le modèle Aria-Impact surestime de 5 % les valeurs mesurées. Globalement, les niveaux horaires de NO2 évalués par les deux modèles reproduisent bien la mesure. Cependant, pour certaines heures il faut noter une forte surestimation du modèle Aria-Impact, notamment les 20 et 21 décembre Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

27 Concentration en NO2 (µg/m3) Mesure ADMS Aria (Pasquill) Aria (Briggs) 0 24/11/05 25/11/05 26/11/05 27/11/05 28/11/05 29/11/05 30/11/05 Jours Concentration en NO2 ( µg/m3) Mesure ADMS Aria (Pasquill) Aria (Briggs) 0 1/12/05 2/12/05 3/12/05 4/12/05 5/12/05 6/12/05 7/12/05 8/12/05 9/12/05 10/12/05 Jours Concentration en NO2 (µg/m3) Mesure ADMS Aria Pasquill Aria Briggs 0 11/12/05 12/12/05 13/12/05 14/12/05 15/12/05 16/12/05 17/12/05 18/12/05 19/12/05 20/12/05 21/12/05 Jours Figure 17 Evolutions temporelles des concentrations en dioxyde d azote mesurées près de la Francilienne et simulées par les modèles ADMS-Urban et Aria-Impact (import évalué par la plateforme Esmeralda). Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

28 Concentration en NO2 (µg/m3) Mesure ADMS Aria Pasquill Aria Briggs 0 24/11/05 25/11/05 26/11/05 27/11/05 28/11/05 29/11/05 30/11/05 Jours Concentration en NO2 (µg/m3) Mesure ADMS Aria Pasquill Aria Briggs 0 1/12/05 2/12/05 3/12/05 4/12/05 5/12/05 6/12/05 7/12/05 8/12/05 9/12/05 10/12/05 Jours Concentration en NO2 (µg/m3) Mesure ADMS Aria Pasquill Aria Briggs 0 11/12/05 12/12/05 13/12/05 14/12/05 15/12/05 16/12/05 17/12/05 18/12/05 19/12/05 20/12/05 21/12/05 Jours Figure 18 Evolutions temporelles de concentrations en dioxyde d azote mesurées près de la Francilienne et simulées par les modèles ADMS-Urban et Aria-Impact (import évalué avec les mesures relevées à la station de Melun). Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

29 Afin de modéliser correctement la dispersion atmosphérique du dioxyde d azote, il est important de bien estimer les niveaux du polluant importés dans le domaine d étude. L annexe 1 présente une comparaison de l évolution temporelle des concentrations en NO2 estimée par la plate-forme Esmeralda et mesurée à la station de Melun. La plate-forme Esmeralda reproduit relativement bien l évolution temporelle des concentrations en dioxyde d azote. Toutefois, les niveaux de dioxyde d azote évalués par le modèle sont inférieurs aux valeurs mesurées à la station de Melun. Compte tenu de la position géographique du domaine d étude, les valeurs modélisées semblent relativement faibles. En effet, le niveau de dioxyde d azote dans la zone étudiée est influencé par la proximité de l agglomération parisienne. Dans ce cas d étude, les valeurs mesurées à la station de Melun donnent une meilleure estimation de l import en NO2 que la plate-forme Esméralda. Comme vu précédemment, en tenant compte des mesures horaires de la station de Melun pour estimer l import en NO2, l utilisation des modèles Aria-Impact avec la formulation de Briggs et ADMS-Urban donne une bonne évaluation des niveaux moyens de NO2. Contrairement au modèle Aria-Impact, ADMS-Urban ne surestime pas fortement, pour certaines heures, les niveaux de NO2. ADMS-Urban semble mieux adapté pour l évaluation heure par heure des concentrations en NO2. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

30 III Les particules PM10 Les résultats des modélisations sont présentés aux pages suivantes. La Figure 19 présente les résultats obtenus en prenant un import en pollution donné par le modèle Prev air. La Figure 20 présente les résultats obtenus en prenant la station automatique du réseau Airparif située à Melun comme estimateur de la pollution en PM10 importée dans le domaine. Pour les deux méthodes d évaluation de l import des concentrations en particules (l utilisation de la plate-forme Prev air ou de la station de Melun), les modèles ADMS-Urban et Aria-Impact reproduisent relativement bien l allure de l évolution temporelle de la concentration en particules. Avec une évaluation des concentrations en PM10 importées dans le domaine d étude calculées avec la plate-forme Prev air, l utilisation du modèle Aria-Impact avec les formulations de Pasquill et de Briggs et du modèle ADMS-Urban donne sur la période considérée une mauvaise estimation de la moyenne des valeurs mesurées. Dans les trois cas, les modèles surestiment respectivement de 47 %, 23 % et 24 % la mesure. Globalement, les concentrations modélisées heure par heure ne reproduisent pas correctement la mesure. La moyenne des concentrations en PM10 calculées par le modèle Aria-Impact, avec la formulation de Pasquill, en utilisant les mesures horaires de la station de Melun pour estimer la quantité de PM10 importée dans le domaine d étude, est supérieure à la mesure. Sur la période d étude, l écart relatif est de 26 %. Les concentrations modélisées heure par heure surestiment les valeurs mesurées. Cette tendance est très nette pour certaines heures, notamment le 30 novembre et le 20 décembre Sur la période d étude, les moyennes des niveaux de PM10 calculées avec ADMS-Urban et Aria-Impact en utilisant la formulation de Briggs sont similaires. Les deux modèles surestiment en moyenne de 2 % les niveaux de PM10 mesurés. Globalement, les niveaux horaires de PM10 évalués par les deux modèles reproduisent bien la mesure. Cependant, pour certaines heures Aria-Impact surestime fortement les valeurs mesurées (le 20 décembre par exemple). L annexe 1 présente la comparaison de l évolution temporelle des concentrations en PM10 estimées par le modèle Prev air et mesurées à la station de Melun. Le modèle reproduit convenablement l évolution temporelle des concentrations en particules. Cependant, les niveaux de PM10 évalués par Prev air sont très supérieurs aux valeurs mesurées à la station de Melun. L écart relatif est de + 25 %. La moyenne des concentrations en PM10 estimées par Prev air est également supérieure à la moyenne mesurée au laboratoire mobile (de 6 %). La plate-forme Prev air est adaptée à un domaine d étude à grande échelle (la résolution d une maille est de km 2 ). Dans notre cas d étude, il est peu adapté à une évaluation correcte de l import en PM10. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

31 Concentratiopn en PM10 (µg/m3) Mesure ADMS Aria Pasquill Aria Briggs 0 24/11/05 25/11/05 26/11/05 27/11/05 28/11/05 29/11/05 30/11/05 Jours Concentration en PM10 (µg/m3) Mesure ADMS Aria Pasquill Aria Briggs 0 1/12/05 2/12/05 3/12/05 4/12/05 5/12/05 6/12/05 7/12/05 8/12/05 9/12/05 10/12/05 Jours Concentration en PM10 (µg/m3) Mesure ADMS Aria Pasquill Aria Briggs /12/05 12/12/05 13/12/05 14/12/05 15/12/05 16/12/05 17/12/05 18/12/05 19/12/05 20/12/05 21/12/05 Jours Figure 19 Comparaison des évolutions temporelles de concentrations en particules PM10 mesurées près de la Francilienne et simulées par les modèles ADMS-Urban et Aria-Impact (Import évalué par Prev air). Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

32 Concentration en PM10 (µg/m3) 140 Mesure 120 ADMS 100 Aria Pasquill 80 Aria Briggs /11/05 25/11/05 26/11/05 27/11/05 28/11/05 29/11/05 30/11/05 Jours Concentration en PM10 (µg/m3) 140 Mesure 120 ADMS 100 Aria Pasquill 80 Aria Briggs /12/05 2/12/05 3/12/05 4/12/05 5/12/05 6/12/05 7/12/05 8/12/05 9/12/05 10/12/05 Jours Concentration en PM10 (µg/m3) 140 Mesure 120 ADMS 100 Aria Pasquill 80 Aria Briggs /12/05 12/12/05 13/12/05 14/12/05 15/12/05 16/12/05 17/12/05 18/12/05 19/12/05 20/12/05 21/12/05 Jours Figure 20 Comparaison des évolutions temporelles de concentrations en particules PM10 mesurées près de la Francilienne et simulées par les modèles ADMS-Urban et Aria-Impact (Import évalué avec les mesures relevées à la station de Melun). Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

33 Les valeurs mesurées à la station de Melun donnent une meilleure estimation de l import en PM10 que le modèle Prev air. Il faut noter que la contribution des niveaux de particules mesurés à la station de Melun par rapport aux niveaux relevés au camion laboratoire est très importante (85 %). Cela veut dire que 15 % des concentrations en particules sont dues aux émissions locales du trafic routier. Cette forte contribution de la part du fond vient du fait que le laboratoire mobile est un site dit «d observation» influencé. Il ne s agit pas d un site de proximité trafic. L impact du trafic local relevé sur le site de mesure est donc plus faible qu il n aurait été pour une mesure au droit du trafic routier. En tenant compte des mesures horaires de la station de Melun pour estimer l import en PM10, l utilisation des modèles Aria-Impact avec la formulation de Briggs et ADMS-Urban donne une bonne évaluation des niveaux moyens de particules. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

34 III Concentrations moyennées sur 15 jours Les concentrations moyennées sur 15 jours issues d ADMS-Urban, d ARIA-Impact avec la formulation d écart type de dispersion des panaches de PASQUILL et d ARIA-Impact avec la formulation de BRIGGS ont été comparées aux mesures des tubes à diffusion pour le NO2 et le C6H6. La première série de mesures (série 1) correspond à la première période de 15 jours de la campagne de mesures : 23 novembre 2005 au 7 décembre La seconde période de mesures de 15 jours (série 2) commence le 7 décembre 2005 et se termine le 21 décembre III Le dioxyde d azote Pour le dioxyde d azote, les deux scénarii caractérisant l import en pollution atmosphérique (import Esmeralda et import station fixe de mesures) ont été testés (cf. Figure 21) ADMS Aria P asquill Aria B riggs ADMS Aria P asquill Aria B riggs Concentration en NO2 mesurées (µg/m3) Concentrations en NO2 mesurées (µg/m3) Série1 : Import Esméralda Série1 : Import Melun ADMS A ria Pasquill A ria Briggs ADMS A ria Pasquill A ria Briggs Concentrations en NO2 mesurées (µg/m3) Concentrations en NO2 mesurées (µg/m3) Série2 : Import Esméralda Série2 : Import Melun Figure 21 Comparaisons des concentrations en dioxyde d azote modélisées par les modèles ADMS- Urban et Aria-Impact avec les deux séries de mesures de 15 jours par tubes à diffusion, pour deux méthodes d évaluation de l import en dioxyde d azote : la plate-forme Esmeralda ou la station de Melun. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

35 Avec une évaluation des concentrations en NO2 importées dans le domaine d étude calculées avec la plate-forme Esmeralda, le modèle Aria-Impact (utilisé avec les formulations de Pasquill et de Briggs) et le modèle ADMS-Urban sous-estiment les concentrations mesurées. Dans la première série de mesures, cette sous-estimation est systématique. Dans la deuxième série, seul le modèle Aria-Impact utilisé avec la formulation de Pasquill surestime la mesure de quelques sites. Sur la période de quatre semaines, les écarts relatifs entre Aria-Impact employé avec les formulations de Pasquill et de Briggs, ADMS-Urban et la mesure sont respectivement de 14%, -31% et 32%. Dans ce cas, aucun modèle ne permet d évaluer correctement les concentrations en NO2. Avec une évaluation des concentrations en NO2 importées dans le domaine d étude estimées avec les données mesurées à la station de Melun, Aria-Impact appliqué avec la formulation de Briggs et ADMS-Urban évaluent globalement bien les mesures. Pour la première série de mesures les écarts relatifs moyens valent respectivement -10% et 13%. Pour la deuxième série de mesures, les écarts relatifs diminuent (7% et 2%). Le modèle Aria-Impact utilisé avec la formulation de Pasquill surestime les valeurs mesurées (9% la première série et 28% la deuxième série). Comme nous l avons vu dans le paragraphe III , les valeurs mesurées à la station de Melun donnent une meilleure estimation de l import en NO2 que la plate-forme Esmeralda. Dans ce cas, les modèles ADMS-Urban et Aria-Impact appliqué avec la formulation de Briggs évaluent convenablement les concentrations en NO2. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

36 III Le Benzène La Figure 22 représente la comparaison des concentrations en C6H6 modélisées par les modèles Aria-Impact et ADMS-Urban avec les deux séries de mesures de 15 jours par tubes à diffusion. Concentrations en benzène modélisées (µg/m3) Adms 2.0 Aria Pasquill 1.8 Aria Briggs Concentrations en benzène mesurées (µg/m3) Série 1 Concentrations en benzène modélisées (µg/m3) Adms Aria Pasquill Aria Briggs Concentrations en benzène mesurées (µg/m3) Série 2 Figure 22 Comparaisons des concentrations en C6H6 modélisées par les modèles ADMS-Urban et Aria-Impact avec les deux séries de mesures de 15 jours par tubes à diffusion. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

37 Actuellement, les plates-formes Esméralda et Prev air n évaluent pas les concentrations en benzène. De plus, dans le secteur étudié, Airparif ne dispose pas de mesures horaire de concentrations en benzène. Par conséquent, afin de tenir compte de l import en benzène, nous l avons considéré pour chaque heure constant et égal à 0.5 µg/m 3. Pour la première série de mesures, la dispersion des résultats du modèle Aria-Impact appliqué avec la formulation de Pasquill est élevée. Le modèle sous-estime les valeurs mesurées. Pour les deux séries de mesures l erreur relative moyenne est égale à 12%. Pour les quatre semaines de mesures, le modèle Aria-Impact utilisé avec la formulation de Briggs sous-estime systématiquement les niveaux de benzène mesurés. Les écarts relatifs moyens des deux séries de mesures sont de 38% et 43%. Mis à part quelques sites de mesures, les concentrations en benzène évaluées par le modèle ADMS-Urban sont inférieures aux mesures. En moyenne, les écarts relatifs de la première et deuxième série valent respectivement 22% et 25%. Le modèle Aria-Impact appliqué avec la formulation de Pasquill montre pour la première série de mesures une dispersion des résultats (erreur locale élevée). Pour les deux autres cas, les modèles sous-estiment fortement les valeurs mesurées. Ces résultats présentent toute la difficulté à évaluer correctement les concentrations en benzène. Une mauvaise estimation de l import en benzène peut expliquer en partie la mauvaise évaluation des deux modèles de dispersion atmosphériques. Cependant, la part de l import en benzène vis à vis de la part due à la proximité du trafic routier doit être peu importante. Une sous-estimation des émissions de benzène peut entraîner une sous-estimation des concentrations. Concernant ce polluant, les taux d émissions sont très sensibles à la vitesse des véhicules. Ce paramètre est relativement difficile à estimer avec précision dans une zone de forte densité de trafic. Actuellement, l incertitude liée aux émissions du benzène reste élevée. La méthodologie utilisée permet cependant d obtenir des ordres de grandeur des concentrations en C6H6. III.3 Analyse des cartes de concentration en polluants Ce chapitre est consacré aux estimations des concentrations cartographiées mensuelles et annuelles. III.3.1 Evaluation des concentrations avec les modèles ADMS-Urban et Aria-Impact sur une zone du domaine d étude Afin de réduire le temps de calcul, l évaluation des cartes des niveaux de pollution réalisée à l aide des deux modèles s est effectuée sur une période d un mois et un domaine de 5 5 km 2 centrée sur la commune d Evry. Les Figure 23, Figure 24Figure 25représentent pour la zone 4, les cartes des concentrations en dioxyde d azote, particules et benzène d octobre 2005 évaluées par le modèle Aria-Impact avec les formulations d écart type de dispersion des panaches de Briggs et de Pasquill, et le modèle ADMS-Urban. Dans ce cas, les conditions aux limites en NO2 et PM10 ont été respectivement estimées par les plate-formes Esmeralda et Prev air. Comme vu dans le paragraphe précédent, l import des concentrations en C6H6 est considéré constant soit 0,5 µg/m 3. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

38 Aria-Impact (Briggs) Aria-Impact (Pasquill) Concentrations en dioxyde d azote (µg/m3) Station d Evry ADMS-Urban Légende Figure 23 Concentrations moyennes en NO2 du mois d octobre 2005 modélisées par Aria-Impact et ADMS-Urban sur la zone englobant la commune d Evry en utilisant comme conditions aux limites les concentrations évaluées par la plate-forme Esmeralda. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

39 Aria-Impact (Briggs) Aria-Impact (Pasquill) Concentrations en particules PM10 (µg/m3) Station d Evry ADMS-Urban Légende Figure 24 Concentrations moyenne en PM10 du mois d octobre 2005 modélisées par Aria-Impact et ADMS-Urban sur la zone englobant la commune d Evry en utilisant comme conditions aux limites les concentrations évaluées par Prev air. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

40 Aria-Impact (Briggs) Aria-Impact (Pasquill) Concentrations en benzène (µg/m3) 1,5-2,0 1,0-1,5 0,5-1,0 0,0-0,5 Station d Evry ADMS-Urban Légende Figure 25 Concentrations moyennes en C6H6 du mois d octobre 2005 modélisées par Aria-Impact et ADMS-Urban sur la zone englobant la commune d Evry. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

41 Les cartes des concentrations en NO2 montrent pour le modèle Aria-Impact une différence notable entre les valeurs modélisées pour les deux formulations d écart type de dispersion des panaches. Les niveaux de concentration évalués par la formulation de Pasquill sont globalement plus élevés que les niveaux de concentration calculés avec la formulation de Briggs. Ceci conforte les résultats trouvés précédemment avec la comparaison faite avec les mesures horaires (camion laboratoire) et moyennées sur quinze jours (tubes à diffusion) réalisées du 23 novembre 2005 au 21 décembre 2005 lors de la campagne de mesure réalisée par le conseil général de l Essonne. Les trois cartes mettent en évidence que l impact des véhicules circulant sur le tronçon regroupant l autoroute A6 et la Francilienne ( véhicules/jour) est plus important que l impact des véhicules circulant sur le tronçon de la Francilienne ( véhicules/jour). Les concentrations maximales modélisées sont en dessous des concentrations mesurées à la station d Auteuil (87µg/m 3 ) qui est la station du réseau fixe d Airparif qui mesure les niveaux de NO2 les plus élevés, avec véhicules circulant chaque jour sur le périphérique. Les valeurs maximales calculées avec Aria-Impact utilisé avec les formulations de Briggs et Pasquill sont respectivement inférieures à 30 et 40 µg/m 3. Concernant le modèle ADMS-Urban cette valeur est inférieure à 50µg/m 3, donnant un ordre de grandeur cohérent. La comparaison des concentrations mesurées à la station de mesure du réseau fixe d Airparif située à Evry aux concentrations modélisées montre une sous-estimation des valeurs de concentration par les deux modèles. Pour le mois d octobre, Aria-Impact employé avec les formulations de Pasquill et de Briggs, et ADMS-Urban sousévaluent respectivement de 21%, - 44% et 32% les valeurs mesurées. Il faut noter qu une source ponctuelle se trouvant dans cette zone n a pas été modélisée explicitement. Les émissions en NOx de cette source sont prises en compte dans une source maillée. Elles représentent 84% des émissions totales en NOx de la maille. De ce fait, la dispersion du polluant n est pas correctement modélisée et la concentration en NO2 de la maille comprenant la source ponctuelle vis à vis des sources maillées adjacentes est très élevée. Nous verrons que ce point peut être amélioré facilement si l on définit explicitement la source ponctuelle (voir les cartes de concentrations annuelles en NO2 Figure 29). Les cartes des concentrations en PM10 montrent également pour le modèle Aria-Impact une nette différence entre les valeurs modélisées pour les deux formulations d écart type de dispersion des panaches. Les niveaux de concentration en particules calculés avec la formulation de Pasquill sont supérieurs aux niveaux des concentrations calculés avec la formulation de Briggs. Les cartographies réalisées à l aide des modèles ADMS-Urban et Aria-Impact (en utilisant la formulation de Pasquill) donnent, sur une grande partie du domaine, des niveaux de concentration en PM10 similaires. Dans les deux cas, les concentrations en PM10 calculées au niveau de l autoroute A6 et de la Francilienne (N104) sont très proches (de l ordre de 30 µg/m 3 ). Les valeurs restent inférieures aux concentrations mesurées à la station d Auteuil (45 µg/m 3 ) qui est la station du réseau fixe qui mesure les niveaux de PM10 les plus élevés, les ordres de grandeurs des cartes modélisées sont ainsi cohérents. Les cartes des concentrations en benzène mettent en évidence une grande disparité des concentrations modélisées. En effet, le motif des concentrations des trois cartes est très différent. Le niveau des concentrations en benzène évalué par le modèle Aria-Impact utilisé avec la formulation de Briggs est globalement homogène sur tout le domaine (1 µg/m 3 ). Aria-Impact appliqué avec la formule de Pasquill met en évidence l impact de la zone dense d axes routiers. Le niveau des concentrations évalué dans cette zone est globalement uniforme (2 µg/m 3 ). ADMS- Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

42 Urban fait ressortir l impact de certains axes routiers. Contrairement au modèle Aria-Impact utilisé avec la formulation de Pasquill, l impact est seulement de quelques mètres (la distance maximale est de 150 mètres). Les niveaux maximaux estimés avec ADMS-Urban sont de l ordre de 2 µg/m 3. Le benzène est un polluant primaire émis localement dont les plus fortes valeurs sont mesurées près des sources d émissions telles que les axes routiers. Globalement, la dispersion atmosphérique du benzène modélisée par ADMS-Urban semble être la plus cohérente. Dans les trois cas, les valeurs maximales modélisées sont inférieures aux concentrations mesurées à la station d Auteuil (3,2 µg/m 3 ) sur la même période. III.3.2 Evaluation des concentrations avec ADMS-Urban pour le mois d octobre 2005 Les évaluations du paragraphe précédent semblant plus cohérentes avec ADMS Urban, seul ce modèle a été retenu pour obtenir les cartes de concentration sur tout le domaine d étude pour le mois d octobre Les Figure 26, Figure 27 et Figure 28 représentent pour la zone d étude (cinq zones de 5 5 km 2 ) les cartes des concentrations en NO2, PM10 et benzène d octobre 2005 évaluées par ADMS- Urban. Les deux méthodes d évaluation des données d import en NO2 et PM10 rentrant dans le domaine d étude ont été utilisées : l import évalué par des plate-formes (Esmeralda et Prev air) et l import mesuré par la station du réseau fixe d Airparif située à Melun. Les deux cartes des concentrations en dioxyde d azote mettent en évidence une différence notable entre les valeurs de fond sur le domaine étudié. ADMS-Urban, en prenant comme import les valeurs données par la plate-forme Esmeralda, évalue cette valeur à 20 µg/m 3. Dans ce cas la valeur de fond est globalement homogène sur tout le domaine d étude. En utilisant, pour les concentrations importées en dioxyde d azote, les données mesurées à la station de Melun, la valeur de fond estimée par ADMS-Urban est comprise entre 25 µg/m 3 et 30 µg/m 3. Dans le secteur englobant la commune d Evry la concentration de fond est estimée à 30 µg/m 3. ADMS- Urban arrive à reproduire la concentration moyenne mesurée à la station d Evry. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

43 Import évalué par Esmeralda Import évalué par la station de Melun Légende Concentrations en dioxyde d azote (µg/m3) > Figure 26 Concentrations moyennes en NO2 du mois d octobre 2005 modélisées par ADMS-Urban sur le domaine d étude (5 zones) en utilisant comme conditions aux limites les concentrations en dioxyde d azote évaluées par Esmeralda ou la station de Melun. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

44 Import évalué par Prev air Import évalué par la station de Melun Légende Concentrations en particules PM10 (µg/m3) > Figure 27 Concentrations moyennes en PM10 du mois d octobre 2005 modélisées par ADMS-Urban sur le domaine d étude (5 zones) en utilisant comme conditions aux limites les concentrations en particules évaluées par Prev air ou la station de Melun. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

45 Import constant (0,5µg/m3) Légende Concentrations en benzène (µg/m3) 1,5-2,0 1,0-1,5 0,5-1,0 0,0-0,5 Figure 28 Concentrations moyennes en benzène du mois d octobre 2005 modélisées par ADMS-Urban sur le domaine d étude (5 zones) en utilisant comme conditions aux limites un import constant de 0,5 µg/m 3. Analysons maintenant la carte des concentrations en NO2 réalisée avec l import provenant des données mesurées à la station de Melun. Les concentrations estimées sur la Francilienne sont comprises entre 30 µg/m 3 et 40 µg/m 3. Sur le domaine d étude, les concentrations maximales modélisées sont situées sur le tronçon regroupant l autoroute A6 et la Francilienne. Ces valeurs sont comprises entre 40 et 45 µg/m 3. L impact local du tronçon (autoroute A6 et Francilienne) évalué par ADMS-Urban par rapport à Evry est de 50%, soit 45 µg/m 3 contre 30 µg/m 3. Par comparaison, l impact local relevé à la station d Auteuil est de 85% par rapport aux stations du réseau fixe situées dans le septième arrondissement de Paris (PA07) et Issy-les-Moulineaux, soit 87 µg/m 3 contre 47 µg/m 3. Cette comparaison montre que les valeurs maximales de NO2 évaluées par le modèle sont cohérentes. En effet, la densité de véhicules sur le boulevard Périphérique ( véhicules par jour) étant supérieure à celle du tronçon regroupant l autoroute A6 et la Francilienne ( véhicules par jour), l impact de cet axe routier est plus important que l impact du tronçon. Il faut noter qu une source ponctuelle se trouvant dans la zone 4 (cf. paragraphe III.3.1) n a pas été modélisée explicitement. De ce fait, la concentration en dioxyde d azote de la maille comprenant la source ponctuelle vis à vis des sources maillées adjacentes est très élevée. ADMS- Urban surestime les concentrations calculées dans cette maille. Les cartes des concentrations en PM10 font ressortir des concentrations de fond globalement homogènes sur le domaine étudié et des niveaux calculés légèrement différents. En estimant avec Prev air les concentrations en PM10 importées, ADMS-Urban évalue la valeur de fond à 25 µg/m 3. En utilisant, les données mesurées à la station de Melun, la valeur de fond estimée par ADMS-Urban est de seulement 20 µg/m 3. Le suivi des PM10 n est pas réalisé sur la station de mesure d Evry. Cependant afin de compléter les connaissances des niveaux de PM10 en Ile-de- France, des mesures sont effectuées ponctuellement. Ainsi, en octobre 2005 quatorze jours de Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

46 mesures ont été réalisés. La comparaison du modèle ADMS-Urban aux mesures (cf. annexe 3) présente, en moyenne sur la période, une surestimation des valeurs modélisées de 8% (avec l import estimé par le modèle Prev air) ou une sousestimation de 5% (avec l import évalué par les données de la station de Melun). Dans les deux cas ADMS-Urban donne l ordre de grandeur de la concentration moyenne mesurée à Evry. Regardons la carte des concentrations en PM10 appliquée avec l import provenant des données mesurées à la station de Melun. Les niveaux de particules calculés sur la Francilienne sont situés entre 20 µg/m 3 et 25 µg/m 3. Sur le tronçon regroupant l autoroute A6 et la Francilienne les concentrations en PM10 sont comprises entre 25 µg/m 3 et 30 µg/m 3. L impact du tronçon évalué par ADMS-Urban par rapport à la station de Melun est de 58%, soit 30 µg/m 3 contre 19 µg/m 3. Sur la même période, l impact relevé à la station d Auteuil est de 96% par rapport à la station d Issy-les-Moulineaux soit 45 µg/m 3 contre 23 µg/m 3. L impact du boulevard périphérique ( véhicules par jour) est plus élevé que l impact du tronçon ( véhicules par jour). Les valeurs maximales de PM10 évaluées par le modèle sont cohérentes. Au nord du domaine d étude, nous pouvons remarquer sur les deux cartes une zone (englobant une partie de l autoroute A6) marquée par des concentrations en particules élevées. Ce secteur correspond à une zone d activité industrielle émettant une quantité non négligeable de PM10. Les valeurs des concentrations calculées par le modèle ne sont pas homogènes vis à vis des niveaux de PM10 évalués autour de ce secteur. Ceci est la double conséquence des limites de la méthodologie de répartition des émissions et d une mauvaise modélisation des sources émettrices. En effet, les émissions liées à la zone d activité sont prises en compte dans le cadastre d émissions sous forme de sources surfaciques injectées dans chaque maille kilométrique du cadastre. Dans la zone considérée les activités fortement émettrices en particules correspondent aux procédés de production (utilisés en fabrication pour les secteurs industriels et artisanaux). La méthode de répartition utilisée dans le cadastre pour ces activités consiste à projeter l ensemble des émissions en fonction de l occupation du sol de chaque maille. En conséquence, la résolution kilométrique du cadastre ne permet pas de modéliser convenablement les émissions pour une application à si petite échelle. Il faudrait pouvoir les localiser de manière explicite sous forme de sources ponctuelles ou volumiques (de la même manière que sont traités les sources ponctuelles dans les modèles gaussiens). Dans ce secteur, la contribution des émissions de PM10 de la zone industrielle vis à vis des émissions des sources routières est très importante. Par exemple, 79% des émissions d une des mailles de la zone proviennent d une source ponctuelle. Cette source n ayant pas été modélisée explicitement, la dispersion des particules est mal prise en compte. Ceci explique les fortes concentrations localisées sur cette maille. Pour les autres mailles situées dans la zone considérée une vérification de l inventaire des émissions devra être faite. En effet, il se peut que certaines sources considérées surfaciques à l échelle régionale doivent être traitées comme des sources ponctuelles lorsqu on affine la résolution. Enfin, il faudrait également raffiner la spatialisation de l inventaire des émissions en améliorant notamment la pertinence des clefs de répartitions basées sur l occupation du sol. La carte des concentrations en benzène présente des valeurs de fond comprises entre 0,5 µg/m 3 et 1 µg/m 3. La station permanente du réseau fixe d Airparif la plus proche de la zone d étude où le suivi du benzène est réalisé, est la station de fond de Vitry-sur-Seine. Elle est située à 17 kilomètres au nord de la commune d Evry et dans une zone très dense de l agglomération parisienne. En octobre 2005, le niveau moyen de concentration en benzène mesuré est de 1,3 Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

47 µg/m 3. Malgré une sousestimation des niveaux, le modèle ADMS-Urban donne l ordre de grandeur des concentrations de fond. Pour le benzène les valeurs maximales évaluées par ADMS-Urban ne sont pas situées uniquement sur le tronçon regroupant l autoroute A6 et la Francilienne mais également sur des axes secondaires et au niveau de certains carrefours. Les taux d émissions de ce composé sont sensibles à la vitesse des véhicules. Pour des axes routiers encombrés où la vitesse des véhicules est faible les émissions sont élevées. Une estimation des vitesses faibles par le modèle de trafic entraîne donc des niveaux de benzène importants. Les concentrations maximales calculées par ADMS-Urban sont de l ordre de 2 µg/m 3. L impact des voies les plus polluées évalué par le modèle en fonction de la valeur moyenne du fond estimée est de 100%, soit 2 µg/m 3 contre 1 µg/m 3. Par comparaison, l impact relevé à la station d Auteuil par rapport à la station de Vitry-sur-Seine est de 146%, à savoir 3,2 µg/m 3 contre 1,3 µg/m 3. Cependant, l impact le plus fort est relevé à la station située dans le quatorzième arrondissement de Paris sur la place Victor-Basch soit 484% (avec 7,6 µg/m 3 de benzène mesurée). Notons que cette mesure est caractéristique d un carrefour parisien en situation de trafic très congestionné et ne semble pas représentative de la zone étudiée. Globalement, les concentrations maximales calculées par ADMS-Urban sont sensées. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

48 III.3.3 Evaluation des moyennes annuelles Compte-tenu des disponibilités des données d entrée à la date des simulations, la moyenne annuelle a été calculée sur une année comprise entre le début de novembre 2004 et la fin du mois d octobre Le temps de calcul des modèles utilisés dépend fortement du nombre de sources, du nombre de points récepteurs (points pour lesquels les modèles calculent les concentrations), des options demandées par l utilisateur (ex : prise en compte du relief, ) Il dépend également de l échelle temporelle considérée. Pour cela, la réalisation des cartes des niveaux de polluants en moyenne annuelle génère des temps de calcul conséquents. Dans cette étude, les cartes des concentrations annuelles n ont pas été établies en modélisant heure par heure une année entière. Afin de réduire le temps de calcul, les cartographies ont été obtenues en simulant 52 jours (environ 1 jour sur 7 choisis parmi des jours ouvrables, samedi et dimanche représentatifs d une année). La moyenne des concentrations mesurées en NO2, benzène et PM10 au cours des 52 jours étudiés est représentative des niveaux de pollution annuels (cf. graphes annexe 2). En effet, la comparaison des concentrations moyennées sur 52 jours aux concentrations annuelles mesurées (année 2005) aux différentes stations situées en proximité du trafic routier montre, quelque soit le polluant, un écart relatif faible. Pour le NO2, cet écart varie entre 3% et 5%. Pour les PM10, la variation relative est comprise entre 4% et 5%. Les stations de Basch et Auteuil pourvues d analyseurs automatiques de benzène ont respectivement un écart relatif de 1% et 1%. On peut noter que, pour la station de fond située à Evry, l écart entre les concentrations en NO2 moyennées sur 52 jours et les concentrations annuelles mesurées est de 4%. Comme nous l avons vu précédemment l évaluation des cartes de concentrations en appliquant comme conditions aux limites les valeurs calculées par les plate-formes Esmeralda et Prev air semble être prématurée. Le modèle Prev air est adapté à un domaine d étude à grande échelle (résolution de km 2 ). Dans notre cas, il ne permet pas d évaluer avec une très grande précision l import en particules PM10. Actuellement le niveau de NO2 estimé par Esmeralda sousestime les valeurs mesurées. La chaîne de calcul permettant d évaluer l import en NO2 est en perpétuel développement et des consolidations techniques restent à faire comme l amélioration des conditions météorologiques en milieu urbain et l utilisation d un cadastre d émissions plus fin (i.e. passer d une résolution de 6 6 km 2 à une résolution de 3 3 km 2 ). L évaluation des niveaux de benzène et de PM10 par la plate-forme Esmeralda est également prévue. Afin d évaluer l import en pollution, l utilisation des stations de mesures reste aujourd hui la méthode la plus fiable. La comparaison des concentrations de polluants calculées avec les deux modèles aux valeurs mesurées lors de la campagne réalisée pour le compte du conseil général de l Essonne a montré des résultats similaires entre ADMS-Urban et Aria-Impact (avec la formulation de Briggs). Cependant ADMS-Urban semble mieux adapté à l évaluation heure par heure des niveaux de polluants. Ces performances sont plus constantes. Les premières comparaisons des cartes montrent un mode de dispersion des deux modèles différent. Aria-Impact (avec la formulation de Briggs) «disperse» les polluants sur une plus petite distance qu ADMS-Urban. Ce phénomène est certainement lié aux paramètres différents utilisés par chaque modèle pour modéliser la dispersion. L impact des polluants modélisé par ADMS-Urban semble plus proche de la réalité des mesures effectuées sur le terrain. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

49 En vue de réaliser les cartographies des niveaux de concentrations, ADMS-Urban semble être le modèle le mieux adapté. Les Figure 29, Figure 30 et Figure 31 présentent les cartes des concentrations moyennes en NO2, PM10 et benzène des 52 jours étudiés (représentatifs des niveaux de pollution annuels) évaluées avec ADMS-Urban en appliquant comme conditions aux limites les données mesurées à la station de Melun et une valeur constante pour le benzène soit 0,5 µg/m 3. Légende Concentrations en dioxyde d azote (µg/m3) > Figure 29 Concentrations moyennes en NO2 de 52 jours représentatifs d une année modélisées par ADMS-Urban sur le domaine d étude en utilisant comme conditions aux limites les concentrations en dioxyde d azote évaluées avec les niveaux relevés à la station de Melun. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

50 Légende Concentrations en particules PM10 (µg/m3) > Figure 30 Concentrations moyennes en PM10 de 52 jours représentatifs d une année modélisées par ADMS-Urban sur le domaine d étude en utilisant comme conditions aux limites les concentrations en particules évaluées avec les niveaux relevés à la station de Melun. Légende Concentrations en benzène (µg/m3) 1,5-2,0 1,0-1,5 0,5-1,0 0,0-0,5 Figure 31 Concentrations moyennes en benzène de 52 jours représentatifs d une année modélisées par ADMS-Urban sur le domaine d étude en utilisant comme conditions aux limites un import constant de 0,5 µg/m 3. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

51 La carte des concentrations en dioxyde d azote présente une valeur de fond globalement homogène sur tout le domaine soit 30 µg/m 3. Dans la commune d Evry, cette valeur est égale à 32 µg/m 3 avec une part des concentrations importées (évaluées avec les données de la station de Melun) de 75% soit 24 µg/m 3. ADMS-Urban reproduit la mesure annuelle relevée entre novembre 2004 et octobre 2005 à la station d Evry à savoir 34 µg/m 3. Les valeurs calculées sur la Francilienne sont comprises entre 40 µg/m 3 et 45 µg/m 3. Sur le tronçon regroupant l autoroute A6 et la Francilienne elles varient entre 45 µg/m 3 et 50 µg/m 3. L impact local du tronçon évalué par ADMS-Urban par rapport à Evry est de 50%, soit 48 µg/m 3 contre 32 µg/m 3. Par comparaison, l impact relevé à la station d Auteuil est de 135% par rapport aux stations du réseau fixe situées dans le septième arrondissement de Paris (PA07) et Issy-les- Moulineaux, soit 106 µg/m 3 contre 45 µg/m 3. L impact local du boulevard périphérique ( véhicules par jour) est plus élevé que l impact du tronçon ( véhicules par jour). Pour les deux périodes testées (52 jours et octobre 2005) l impact local évalué par le modèle est le même à savoir 50%. Pour le mois d octobre 2005 l impact relevé à la station d Auteuil (par rapport aux stations PA07 et Issy-les-Moulineaux) est de 85%. En s éloignant du tronçon, les concentrations baissent jusqu à obtenir les valeurs de fond (à environ 300 mètres de l axe). Sur la Francilienne, les concentrations de fond sont observées à une distance moyenne de 200 mètres de l axe. En terme de niveaux de dioxyde d azote et de distance, l impact du tronçon (regroupant l autoroute A6 et une partie de la Francilienne) est plus important que l impact de la Francilienne. Il faut noter que contrairement aux cartes des concentrations en dioxyde d azote présentées précédemment (cf. paragraphes III.3.1 et III.3.2), la cheminée (ou source ponctuelle) se trouvant dans la zone englobant la commune d Evry a été modélisée explicitement. De ce fait, vis à vis des mailles adjacentes la maille englobant cette source ne surestime pas le niveau de dioxyde d azote. La carte des concentrations en particules montre des niveaux de fond d une manière générale homogènes sur le domaine à savoir 20 µg/m 3. La valeur moyenne relevée à la station de Vitry-sur- Seine (située à 17 kilomètres au nord du domaine étudié) entre novembre 2004 et octobre 2005 est de 21 µg/m 3. Sur la même période, le niveau moyen mesuré à la station de Melun (située à 18 kilomètres au sud-est du secteur d étude) est égal à 18 µg/m 3. Globalement, les concentrations en particules calculées par le modèle sont cohérentes. En effet elles sont situées entre les niveaux de fond mesurés près de l agglomération parisienne (Vitry-sur-Seine) et les valeurs relevées loin de l agglomération parisienne (Melun). Les niveaux de particules estimés sur la Francilienne sont compris entre 20 µg/m 3 et 25 µg/m 3. Sur le tronçon regroupant l autoroute A6 et la Francilienne, les valeurs calculées varient entre 25 µg/m 3 et 30 µg/m 3. L impact du tronçon évalué par ADMS-Urban par rapport à la station de Melun est de 66%, soit 30 µg/m 3 contre 18 µg/m 3 de particules mesurées de novembre 2004 à octobre Sur la même période, l impact relevé à la station d Auteuil est de 115% par rapport à la station d Issy-les-Moulineaux soit 42 µg/m 3 contre 20 µg/m 3. Le modèle évalue une influence de la Francilienne qui s étend en moyenne à environ 150 mètres de l axe. Sur le tronçon, les concentrations de fond sont évaluées à une distance supérieure à 200 mètres de l axe. D une manière générale l influence du tronçon est plus importante que l influence de la Francilienne. Ces résultats ne sont pas en concordance directe avec les observations de terrain existantes. Les différences pourraient provenir de la mauvaise prise en compte, par le modèle de dispersion, du comportement des poussières (déposition notamment). Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

52 Comme nous l avons vu précédemment une zone située au nord du domaine est marquée par des concentrations en particules élevées. Ceci est la conséquence d une mauvaise modélisation des sources émettrices et des limites de la méthodologie de la répartition des émissions (cf. paragraphe III.3.2). Les niveaux de fond en benzène évalués par ADMS-Urban sont situés entre 0,5 µg/m 3 et 1 µg/m 3. Par comparaison les concentrations moyennes annuelles mesurées à la station de Vitry-sur-Seine pour les années 2004 et 2005 sont respectivement égale à 1,2 µg/m 3 et 1,1 µg/m 3. La commune de Vitry-sur-Seine est située dans une zone globalement plus urbanisée que le domaine étudié. Les densités des émissions en benzène comme les concentrations sont donc plus importantes. De ce fait, les concentrations de benzène en situation de fond évaluées par le modèle semblent cohérentes. Comme nous l avons vu dans le paragraphe III.3.2 les niveaux de benzène sont sensibles aux conditions de circulation. En effet, malgré un volume de trafic très inférieur sur des axes secondaires comparativement à une partie de la Francilienne, les niveaux de benzène y sont sensiblement plus élevés, notamment en raison d une circulation plus lente et souvent congestionnée favorisant de plus fortes émissions de benzène. Ces conditions de circulation difficile se retrouvent typiquement aux environs des carrefours, engendrant des niveaux de benzène élevés. Le modèle ADMS-Urban arrive à reproduire ce phénomène. Les valeurs maximales calculées par le modèle sont de l ordre de 2 µg/m 3. L impact des voies les plus polluées évalué par le modèle en fonction de la valeur moyenne du fond estimée est de 100%, soit 2 µg/m 3 contre 1 µg/m 3. Par comparaison, cet impact est inférieur à l impact relevé en 2005 à la station d Auteuil par rapport à la station de Vitry-sur-Seine à savoir 209% (3,4 µg/m 3 contre 1,1 µg/m 3 ). Pour le benzène le rayon d influence des différents axes routiers évalué par ADMS-Urban s étend en moyenne sur une centaine de mètres. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

53 IV. ETUDE D UN QUARTIER MIXTE URBAIN/INDUSTRIEL Ce chapitre est consacré à la présentation du cas d étude de quartiers proches d axes de circulation et d installations industrielles. IV.1 Les caractéristiques de la zone étudiée La zone d étude (cf. Figure 32) est située à cheval sur les départements de Paris et du Val-de- Marne. La superficie du domaine étudié est d environ 7 x 8 km 2. Ce domaine comprend le quart Sud-Est de Paris, la commune d Ivry-sur-Seine et la commune de Charenton-le-Pont. La population concernée est estimée à environ habitants selon le recensement La commune d Ivry-sur-Seine comptait habitants en 1999 ( en 2004), sur 6.1 km 2, soit une densité de habitants/km 2 (9320 en 2004). Ce domaine englobe 3 Grandes Sources Ponctuelles (GSP) répertoriées dans le cadastre des émissions Drire/Airparif (année 2000) : - Une Usine d Incinération des Ordures Ménagères (UIOM) - Deux chaufferies urbaines L UIOM rejette environ 1373 tonnes par an de NOx dans l atmosphère, la chaufferie d Ivry-sur- Seine environ 409 tonnes et la chaufferie de Bercy environ 61 tonnes. L UIOM rejette environ 122 tonnes par an de PM10 dans l atmosphère, la chaufferie d Ivry environ 13 tonnes et la chaufferie de Bercy environ 1.7 tonnes. Enfin, l UIOM rejette environ 129 kg par an de benzène dans l atmosphère. Ce domaine englobe également de nombreux axes routiers parmi lesquels les quais de Bercy ( véhicules/jour), le Boulevard Périphérique et l autoroute A4 ( véhicules/jour chacun), ainsi que deux routes nationales (RN305 avec véhicules/jour et RN19 avec véhicules/jour). Quai de Bercy : véh/jour BP : véh/jour A4: véh/jour Figure 32 Caractérisation du trafic dans le domaine d étude (sources DREIF/Ville de Paris année 2005) Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

54 Cette portion d Ile-de-France située au cœur dense de l agglomération parisienne correspond à des densités d émissions parmi les plus élevées de l agglomération parisienne (cf. Figure 33). Figure 33 Densité d'émissions de NOx en Ile-de-France et zoom sur la zone d Ivry-sur-Seine En l absence de données précises sur les périodes de fonctionnement des grandes sources ponctuelles, des hypothèses de fonctionnement ont été retenues. Nous avons pris l hypothèse que l UIOM fonctionnait en permanence tous les jours de l année Les émissions ont été actualisées à partir des données du registre national des émissions (IREP dernière année disponible : 2004). A partir du mois de décembre 2005, cette usine respectait une valeur limite à l émission d oxydes d azote de 80 mg/nm3, soit une division par 5 de ses émissions pour ce polluant. Nous en avons donc tenu compte pour calculer la moyenne mensuelle des concentrations en NO2 de décembre 2005 et de l année Pour les deux chaufferies industrielles, nous avons pris l hypothèse d un fonctionnement hivernal (d octobre à avril) pour estimer la répartition des émissions annuelles déclarées (source cadastre Drire/Airparif 2000). Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

55 a) Ivry-sur-Seine b) Charenton-le-Pont c) Paris d) Agglomération parisienne Figure 34 Contribution en pourcentage des différents secteurs d'activités aux émissions pour Ivrysur-Seine, Charenton-le-Pont, Paris et l agglomération parisienne (source cadastre Drire/Airparif 2000). La Figure 34 montre la contribution des différents secteurs d activité aux émissions pour les 3 communes comprises dans le domaine d étude. Celle-ci met en évidence que les oxydes d azote émis sur le territoire de la commune d Ivry-sur-Seine sont majoritairement liés à des sources industrielles (représentées en orange) alors que les oxydes d azote émis sur la commune de Charenton-le-Pont résultent presque totalement du trafic routier (représenté en bleu). Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

56 Les émissions en valeur absolue de NOx, PM10 et COVNM sont présentées au Tableau 3. Elles permettent de constater que les émissions d Ivry-sur-seine sont environ 5 fois plus importantes que celles de la commune de Charenton-le-Pont pour les NOx et 3 fois plus importantes pour les particules PM10. NOx (t/an) PM10 (t/an) COVNM (t/an) Ivry-sur-Seine Charenton-le-Pont Paris Agglomération Tableau 3 Emissions des 3 polluants pour 3 communes retenues incluses dans le domaine l étude et l agglomération parisienne L analyse des émissions constitue la première étape d une étude mais elle ne permet en rien de caractériser directement la qualité de l air résultante du secteur considéré. En effet, les concentrations dépendent aussi des conditions de dispersion de ces polluants, des imports en polluants de l extérieur vers le secteur étudié et de transformations chimiques. D ou la nécessité d utiliser un modèle de dispersion permettant de réaliser le lien entre émissions et concentrations dans l atmosphère. C est l objet du prochain chapitre. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

57 IV.1.1 Le modèle utilisé Pour cette application, le modèle Sirane a été utilisé. En effet, Sirane est particulièrement adapté dans des zones très fortement urbanisées ou le réseau de rues bordées de bâtiments est dense et relativement continu. La prise en compte de l influence du bâti sur la dispersion des polluants est fondamentale pour ce secteur proche du cœur dense de l agglomération parisienne, comportant de nombreuses rues avec un caractère canyon très marqué (rapport hauteur sur largeur > 1.5). La géométrie des rues est un des paramètres d'entrée permettant d'évaluer la concentration en polluant à l'intérieur d'une rue canyon. Sirane utilise des paramètres simplifiés pour décrire la géométrie d une rue (largeur de la rue et hauteur moyenne des bâtiments). Le premier travail consiste donc à décrire le réseau de rues de la zone d'étude à l'aide de ces 2 paramètres. Ces paramètres ont été obtenus à partir des données fournies dans la BD topo de l'ign, qui décrit à l échelle du bloc d immeubles, la forme et la hauteur du bâti. Ainsi les 1100 axes compris dans le domaine d étude ont été caractérisés en fonction de la largeur de la rue, de la présence ou non de bâtiments bordant la rue, et de la hauteur moyenne des bâtiments présents. Figure 35 Bâtiments présents dans la zone d étude (source BDtopo IGN) Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

58 Figure 36 Carte du réseau routier modélisé : 1100 axes (sources Ville de Paris/DREIF) Le réseau de trafic modélisé, composé de 1100 axes, est présenté à la Figure 36. Seuls ces axes majeurs de circulation ont été pris en compte. En effet, pour les axes secondaires, nous n avons pas de données de trafic disponibles. De plus, ils contribuent faiblement aux niveaux de pollution de la zone étudiée. Ils ont donc été négligés pour caractériser l impact associé de sites industriels et d axes routiers majeurs. Les données météorologiques ont été fournies par la station météorologique d Airparif située à proximité de la place de la Nation (Paris 20 ème arrondissement) située au sommet de la canopée urbaine. IV.1.2 La prise en compte de la pollution de fond Dans sa version actuelle, le modèle Sirane ne permet pas de prendre en compte les émissions surfaciques. La pollution de fond sera donc modélisée en ajoutant un niveau de fond fourni par une des stations du réseau automatique d Airparif. Dans cette étude, nous avons choisi la station du centre de Paris (Les Halles) comme représentative des niveaux de pollution importés dans le domaine d étude. L étude Essonne a d ailleurs montré que c est la méthode la plus fiable pour caractériser les niveaux de fonds. IV.2 Evaluation des sorties des modèles : comparaison avec les mesures Les sorties du modèle seront évaluées par comparaison avec des mesures, soit des analyseurs automatiques, soit des tubes passifs. Pour ce cas d étude, nous disposons de 3 stations automatiques du réseau Airparif qui mesurent la pollution de fond dans le domaine d étude. Nous ne disposions malheureusement d aucune station automatique de mesure de la pollution de proximité du trafic routier dans ce domaine. Par contre, une campagne ponctuelle avec des tubes passifs a été organisée au printemps 2005 afin de caractériser la qualité de l air à proximité de l autoroute A4 sur la commune de Charenton-le-Pont. Ces 2 types de données vont nous permettre d évaluer la cohérence des résultats. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

59 IV.2.1 Comparaison avec les mesures des stations du réseau Airparif situées dans le domaine d étude Trois stations du réseau (Ivry, Paris 12ème arrdt et Paris 13ème arrdt) sont dans le domaine d étude. Ces stations n ont pas été utilisées pour alimenter le modèle en pollution de fond, il est donc pertinent d évaluer les résultats donnés par le modèle en ces 3 points de mesure afin de vérifier la cohérence des résultats. Année 2005 Ivry-sur- Seine Paris 12 ème arrdt Paris 13ème arrdt Paris Les Halles Moyenne annuelle [NO2] aux stations (µg/m 3 ) Moyenne annuelle modèle (µg/m 3 ) Tableau 4 Comparaison mesures/calculs pour les concentrations en NO2 aux 3 stations incluses dans le domaine de calcul pour l année 2005: Ivry-sur-Seine, Paris 12 ème, Paris 13 ème. La valeur de la station de fond utilisée (Paris-Les Halles) est incluse pour comparaison. Le Tableau 4 présente les moyennes annuelles de concentration en NO2 mesurées et simulées aux niveaux des stations du réseau Airparif incluses dans le domaine. On constate que le modèle surestime de 13 % la moyenne annuelle au niveau de la station Paris 13ème. Soulignons que 40 % de cette surestimation peut être attribuée à l utilisation de la station des Halles comme valeur de fond importée dans le domaine. En effet la moyenne annuelle mesurée au niveau de cette station située en plein centre de Paris est déjà supérieure à celle mesurée dans le 13ème arrondissement. D autre part, le modèle a tendance à légèrement surestimer les niveaux de pollution au niveau de la station d Ivry (environ 7 %). La Figure 37 présente les concentrations mensuelles en NO2 mesurées et modélisées pour les 3 stations comprises dans le domaine. Elle confirme que l application d un fond homogène sur l ensemble du domaine (le niveau de la station Paris Les Halles) tend à surestimer légèrement les concentrations au niveau des stations de mesure. L utilisation d un modèle raffiné de description de la pollution de fond permettrait d imposer des conditions aux limites plus réalistes. Par exemple, par vent de secteur Sud, la station d Ivry est peu influencée par les émissions localisées au niveau de la ville de Paris alors que la station des Halles située en plein centre de Paris est influencée par celles-ci quelle que soit la direction du vent. L hypothèse de pollution de fond uniforme n est donc pas parfaitement vérifiée à l échelle annuelle, a fortiori l hypothèse pourra se révéler grossière à l échelle de l heure pour certaines conditions météorologiques. Les valeurs des concentrations modélisées restent cependant cohérentes par rapport aux mesures. L utilisation d une station du réseau fixe comme estimateur du niveau de pollution importée à l intérieur du domaine est donc acceptable. L utilisation d un modèle de pollution de fond entraînerait une incertitude supérieure à cette méthode (ceci a été mis en évidence pour le cas d étude péri-urbain, voir le chapitre III.3.3). Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

60 70 60 Ivry modèle Ivry mesure Station Les Halles 50 [NO2] (µg/m3) décembre novembre octobre septembre août juillet juin mai avril mars fevrier janvier mois PA12 modèle PA12 mesure Station Les Halles 50 [NO2] (µg/m3) décembre novembre octobre septembre août juillet juin mai avril mars fevrier janvier mois PA13 modèle PA13 mesure Station Les Halles 40 [NO2] (µg/m3) décembre novembre octobre septembre août juillet juin mai avril mars fevrier janvier mois Figure 37 Evolution mensuelle des concentrations en NO2 pour l'année 2005 aux stations d'ivry, de Paris 12 ème arrdt (PA12) et de Paris 13 ème arrdt (PA13). La station de fond utilisée ( Paris -Les Halles) est représentée pour comparaison. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

61 IV.2.2 Comparaison avec les mesures d une campagne organisée sur la commune de Charenton-le-Pont Au printemps 2005, la commune de Charenton-le-Pont a commandé une campagne de caractérisation de la qualité de l air au voisinage de l autoroute A4 2. Afin d étudier la décroissance des niveaux de pollution atmosphérique et plus précisément ceux du NO2, des transects avaient été installés perpendiculairement à l autoroute A4. Cette campagne s est déroulée du 17 mai au 14 juin 2005 avec 2 séries de mesure. La première série a eu lieu du 17 au 31 mai 2005, la deuxième série de mesure a eu lieu du 31 mai au 14 juin Deux transects par rapport à l autoroute A4 ont été mis en place pendant ces périodes : Un transect le long d une rue perpendiculaire à l autoroute (en direction des Jardins du Cardinal Richelieu) Un transect en situation dégagée au stade H Guérin Le plan d échantillonnage est présenté à la Figure 38. Un premier transect est situé entre l autoroute A4 et la Place Henri d Astier (sous le vent 3 de l A4 lors de vent de secteur Ouest à Sud) et un second au stade H. Guérin (sous le vent de l A4 lors de vent de secteur Nord). Chaque transect est composé de 5 sites de mesure. Le premier transect, entre l A4 au Sud-Ouest et la Place Henri d Astier au Nord-Est, permet d étudier la dispersion de la pollution dans un environnement confiné caractérisé par un urbanisme dense avec le centre commercial de «Bercy 2» et les immeubles du quartier des «Jardins du Cardinal de Richelieu». Les cinq sites de mesure sont éloignés de l autoroute A4 respectivement de 3, 50, 80, 110 et 140 mètres. A contrario, le transect au Sud de l A4 est situé au sein d un environnement plus dégagé puisque les sites sont implantés au stade H. Guérin. Ce transect est composé de cinq sites éloignés vers le Sud de 2, 30, 55, 80 et 110 mètres par rapport au bord de l A4. 2 Rapport Airparif «Caractérisation de la qualité de l air à proximité de l autoroute A4 sur la commune de Charenton-le-Pont (94)», août On dit qu un secteur géographique est «sous le vent» de l autoroute A4 lorsque l A4 se trouve entre l endroit d où le vent souffle et la zone considérée. Par exemple, un vent venant du Sud-Ouest met les secteurs géographiques au Nord-Est de l A4 sous le vent de celle-ci. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

62 (a) Transect de l A4 au «Jardins du (b) Transect de l A4 au Stade H. Guérin Cardinal de Richelieu» Figure 38 Localisation des sites lors de la campagne de mesure sur la commune de Charenton-le-Pont La Figure 39 montre que le modèle sous-estime les concentrations pour le transect en environnement urbanisé (d environ 10 à 20 µg/m 3 ). Il faut noter que la petite rue dans laquelle les tubes étaient placés n est pas modélisée explicitement dans nos simulations, seule l autoroute A4 et le quai de Bercy ont été pris en compte. Cette sous-estimation peut donc probablement s expliquer par la non-modélisation de l effet canyon introduit par la présence de bâtiments dans cette rue. Pour le transect en environnement dégagé (cf. Figure 40), le modèle a tendance à surestimer les concentrations par rapport aux mesures (d environ 20 µg/m 3 ). Par contre, on identifie bien que l influence en valeur moyenne de l autoroute se limite à environ 110 m de celle-ci (distance du dernier point de mesure). Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

63 120 modèle Sirane tubes passifs [NO2] (µg/m3) distance à l'axe (m) 1 ère période (17 mai au 31 mai 2005) modèle Sirane tubes passifs 80 [NO2] (µg/m3) distance à l'axe (m) 2 ème période (31 mai au 14 juin 2005) Figure 39 Transect en site urbanisé : concentrations en NO2 pour les 2 périodes de mesures Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

64 120 modèle Sirane tubes passifs [NO2] (µg/m3) distance à l'axe (m) ère période (17 mai au 31 mai 2005) modèle Sirane tubes passifs 80 [NO2] (µg/m3) distance à l'axe (m) 2 ème période (31 mai au 14 juin 2005) Figure 40 Transect en site dégagé : concentrations en NO2 pour les 2 périodes de mesure Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

65 Les cartographies des concentrations en NO2 pour les 2 périodes de mesure ont été représentées à la Figure 41. Sur la base des comparaisons avec les transects, on peut estimer que ces concentrations sont évaluées avec une incertitude de l ordre de 25 %. Les concentrations modélisées au niveau du boulevard Périphérique et de l autoroute A4 sont comprises entre 90 et 110 µg/m 3. Les autres axes avec des concentrations supérieures à la valeur limite annuelle 2005 (50 µg/m 3 ) sont presque exclusivement situés dans Paris Intra-muros. A titre de comparaison, les concentrations moyennes en NO2 sur les 2 périodes de mesure valaient 121 µg/m 3 pour la station du boulevard Périphérique Auteuil et 64 µg/m 3 pour la station des Champs-Elysées. 1 ère période 2 nde période Figure 41 Concentrations en dioxyde d azote pour les 2 périodes de mesure : à gauche du 17 mai au 31 mai, à droite du 31 mai au 14 juin 2005 Il faut noter que les mesures de transect représentent la description des micro-environnements dans lesquels ils ont été placés. Une réelle validation et/ou calage des modèles de proximité nécessiterait un échantillonnage dédié à cette problématique avec par exemple un nombre de tubes beaucoup plus importants afin de renseigner le comportement spatial des polluants (et pas simplement leur décroissance sur une dimension). L évaluation de la modélisation est également limitée par la précision des mesures. Airparif a prévu d organiser ce type de campagne, avec une couverture raffinée d un secteur limité à proximité d axes routiers situés dans Paris intra-muros, dans le courant de l année Elle permettra d une part de renseigner le comportement spatial des polluants par des mesures sur le terrain et d autre part de confronter ces mesures aux résultats donnés par la modélisation. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

66 IV.2.3 Simulations de journées types Nous proposons d évaluer les capacités du modèle à reproduire les concentrations horaires sur quelques journées types. Il faut noter que ces exemples ne constituent qu une évaluation partielle des résultats du modèle. Ils ne prétendent pas démontrer que ce modèle permet d évaluer précisément toutes les situations de pollution atmosphérique de ce secteur. IV Exemple du 13 septembre 2005 La journée du 13 septembre 2005 est caractérisée par un indice ATMO de l agglomération parisienne égal à 3. La valeur du sous-indice NO2 est également de 3. Figure 42 Sous-indice NO2 pour la journée du 13 septembre 2005 pour l agglomération parisienne Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

67 station Ivry modèle Ivry station Les Halles 80 [NO2] (µg/m3) heures Figure 43 Evolution horaire des concentrations en NO2 le 13 septembre 2005 : mesures (en rouge), modèle (en bleu) et fond (en vert) La Figure 43 illustre l évolution horaire des concentrations en NO2 au niveau de la station d Ivry. Elle met bien évidence une évolution de la pollution sous forme de 2 modes dans la journée correspondant à l heure de pointe du matin et l heure de pointe du soir du trafic routier. Les concentrations modélisées sont en très bon accord avec les mesures pour la première partie de la journée. Par contre, en fin d après-midi, le modèle sous-estime les concentrations d environ 20 µg/m 3. Les concentrations mesurées entre 19h et 21 h TU sont de l ordre de 96 µg/m 3 alors que le modèle les estime à 76 µg/m 3. Les Figure 44 et Figure 45 montrent les cartes de concentration autour de l heure de pointe du matin (5h à 11h TU) et de l heure de pointe du soir (15h à 21h TU). Elles mettent en évidence les moins bonnes qualités dispersives de l atmosphère en fin d après-midi de cette journée. Sur cette période, on identifie clairement une augmentation significative de l impact des axes routiers sur les niveaux de pollution de l ensemble du domaine. Bien qu il semble sous-estimé, cet impact est visuellement bien perceptible au niveau de la station d Ivry (cette station est située à seulement à 500 m à vol d oiseau de l autoroute A4). Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

68 5h-6h 6h-7h station PA12 station PA13 UIOM station Ivry 7h-8h 8h-9h 9h-10h 10h-11h Figure 44 Concentrations horaires en NO2 le 13 septembre 2005 de 5h à 12h TU Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France - 66

69 15h-16h 16h-17h station PA12 station PA13 UIOM station Ivry 17h-18h 18h-19h 19h-20h 20h-21h Figure 45 Concentrations horaires en NO2 le 13 septembre 2005 de 15h à 21h TU Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France - 67

70 IV Exemple du 18 novembre 2005 Cette journée du mois de novembre se caractérise par un indice ATMO de l agglomération égal à 4. La Figure 46 présente la cartographie du sous-indice NO2 pour cette journée. Elle montre ce jour-là que la zone correspondant à notre domaine d étude a connu une qualité de l air médiocre (indice 6 NO2 pour la commune d Ivry, historique consultable à la rubrique Historique des indices, indice par commune du site Internet d Airparif). Figure 46 Sous-indice NO2 pour la journée du 18 novembre 2005 pour l agglomération parisienne Il semble donc intéressant d évaluer les résultats donnés par le modèle Sirane par une comparaison avec les mesures de pollution. Ces comparaisons sont présentées à la Figure 47. On constate que le modèle reproduit bien un pic de pollution matinal en NO2 au dessus de 140 µg/m3. Il existe cependant un décalage d une heure, le modèle donne un maxima de concentration entre 8h et 9h TU et celui-ci était intervenu entre 7h et 8h TU. Ce décalage est provoqué par l incertitude sur les données météorologiques (notamment la stabilité atmosphérique qui régit les conditions de dispersion). Le modèle Sirane voit un changement de stabilité atmosphérique à partir de 9h (passage d une atmosphère stable à une atmosphère instable, débloquant la dispersion des polluants sur l ensemble de la couche limite atmosphérique), dans la réalité celui-ci est intervenu une heure plus tôt. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

71 station Ivry modèle Ivry station Les Halles [NO2] (µg/m3) heures Figure 47 Evolution horaire des concentrations en NO2 le 18 novembre 2005 : mesures (en rouge), modèle (en bleu) et fond (en vert) La Figure 48 présente les résultats cartographiés des concentrations de NO2 en moyenne horaire pour la période de 5h à 11h TU. La situation entre 8h et 9h TU constitue un exemple typique de l influence de mauvaises conditions dispersives sur la qualité de l air. Elle met clairement en évidence que, pour cette heure particulière, le panache de polluants issus de l UIOM a été rabattu vers le sol ou lieu de se disperser en altitude. Ce panache, très directif, illustre la nécessité d une bonne prise en compte de la direction du vent dans la modélisation. Une erreur de quelques degrés sur celle-ci peut entraîner une mauvaise localisation du panache, et donc une mauvaise modélisation de la concentration au point de mesure. Une bonne précision de la stratification verticale est également indispensable pour évaluer si le panache retombe ou non au sol. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

72 5h-6h 6h-7h direction du vent UIOM station Ivry 7h-8h 8h-9h 9h-10h 10h-11h Figure 48 Concentrations horaires en dioxyde d azote le 18 novembre 2005 de 5h à 11h TU Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France - 70

73 IV.3 Analyse des cartes de concentration en polluants La totalité des heures de l année 2005 a été simulées. Ce paragraphe présente les statistiques obtenues à partir de ces calculs. IV.3.1 Evaluation des concentrations en dioxyde d azote En moyenne annuelle, les normes de qualité de l air fixent une valeur limite en concentration de NO2 égale à 50 µg/m 3 pour l année 2005 et un objectif de qualité égal à 40 µg/m 3. Figure 49 Concentrations moyennes en NO2 année 2005 La Figure 49 présente les valeurs estimées de concentrations moyennes annuelles en NO2 pour l année L objectif de qualité de 40 µg/m3 est évidemment dépassé sur l ensemble de la zone, du fait même que le niveau de fond en NO2 dépasse déjà cette valeur sur cette zone. Concernant la valeur limite 2005, elle est dépassée sur un large périmètre centré autour des échangeurs de la porte de Bercy. Le dépassement semble avéré dans une bande d environ 300 m de part et d autre du Boulevard Périphérique, des quais de Bercy et de l autoroute A4. Des rues situées dans Paris Intra-muros dépassent également cette valeur limite : les boulevards des Maréchaux et les principales voies d accès au centre de Paris (avenue d Italie, boulevard de l Hôpital, avenue Daumesnil, etc.). Ces résultats sont globalement cohérents avec ceux obtenus pour l année avec le logiciel Street. Notons que Street fournit une évaluation pour les concentrations maximales au niveau de chaque rue, alors que les résultats obtenus ici renseignent les concentrations sur l ensemble du domaine (avec une résolution de 50 m). 4 voir le rapport Airparif «Evaluation de la qualité de l air en situation de proximité du trafic routier en Ile-de-France : concentrations moyennes pour l année 2004», décembre 2005 Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

74 Ces résultats sont également cohérents avec les conclusions issues de la campagne de mesures au voisinage de l échangeur de la Porte de Bagnolet. Celle-ci avait montré que l impact du périphérique avait une extension jusqu à environ 150 m de distance en site ouvert (la valeur mesurée rejoignait la valeur de fond du secteur). Pour des rues avec du bâti (petite rue de la commune de Bagnolet), les valeurs mesurées étaient systématiquement supérieures au niveau de fond (jusqu à 10 % pour le dioxyde d azote). Les évolutions saisonnières connues pour le dioxyde d azote sont également clairement mises en évidence avec des concentrations beaucoup plus élevées à la saison hivernale qu à la saison estivale (cf. Figure 50). HIVER 2005 ETE 2005 Figure 50 Concentrations en NO2 pour la période hivernale (janvier à mars, octobre à décembre 2005) et la période estivale (avril à septembre 2005) L influence des axes majeurs est clairement visible sur ces cartes de concentration annuelle et saisonnières (axes majeurs : boulevard Périphérique, quai de Bercy, autoroute A4). Sur le domaine d étude, les concentrations en NO2 sont très largement supérieures à 40 µg/m 3 en moyenne hivernale. L impact des axes de circulation est visible sur quasiment l ensemble du domaine d étude avec des valeurs de fond de l ordre de 50 à 60 µg/m3 sur les trois-quarts du domaine. A proximité des axes de circulation (typiquement une bande d environ 150 à 200 m de ces axes), les concentrations en NO2 sont de l ordre de 60 à 70 µg/m 3. A proximité immédiate des axes, les concentrations moyennes hivernales en NO2 sont très supérieures à 80 µg/m3. Ce résultat est cohérent avec la valeur mesurée pendant la saison hivernale à la station Boulevard Périphérique de la Porte d Auteuil (110 µg/m3) en En saison estivale, les valeurs de fond sur le domaine d étude sont inférieures à 40 µg/m3 dès que l on s éloigne suffisamment des axes majeurs (typiquement à une distance supérieure à 300 m). Par contre, les concentrations dans cette bande de 300 m restent largement supérieures à 40 µg/m3 pendant cette saison estivale, et même supérieures à 80 µg/m3 à proximité immédiate de ces axes majeurs. Ce constat est vérifié à la station Boulevard Périphérique de la Porte d Auteuil avec une moyenne estivale égale à 100 µg/m3 en Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

75 Les Figure 52 et Figure 53 présentent les moyennes mensuelles des concentrations en NO2 modélisées sur le domaine d étude. Ces moyennes mensuelles reflètent les conditions météorologiques et donc les qualités dispersives de l atmosphère rencontrées au cours de chaque mois de l année Bien que nous ne disposions pas de station de mesure de la pollution de proximité sur le domaine d étude, nous pouvons comparer les ordres de grandeur des concentrations mesurées aux abords du Boulevard Périphérique avec les mesures obtenues sur le site du Boulevard Périphérique Porte d Auteuil et de l avenue des Champs-Elysées (cf. Figure 51). Figure 51 Evolution mensuelle des concentrations mesurées aux stations de mesure du Boulevard Périphérique Porte d'auteuil (AUT) et à la station Champs-Élysées (ELYS) au cours de l'année 2005 Visuellement les cartographies de concentration mensuelle en NO2 suivent l évolution des moyennes mensuelles des stations du Boulevard Périphérique et de l avenue des Champs-Elysées représentée à la Figure 51 avec par exemple un impact maximal au mois de mars L influence des émissions liées aux activités industrielles semble peu visible sur l ensemble des cartes présentées dans ce chapitre. En effet, compte-tenu des échelles de temps considérées (mois, saison et année), l influence des sources fixes ne ressort pas clairement par rapport au trafic routier alors qu elle a pu être mise en évidence à l échelle horaire ou journalière (cf. paragraphe IV.2.3). En moyenne, à l échelle locale, les caractéristiques thermodynamiques et la hauteur d émission des rejets industriels jouent pleinement leur rôle dans la dilution de la pollution. A contrario, les émissions du trafic routier sont localisées très proches du sol et leur dilution est entravée par la présence d un bâti particulièrement dense et des vitesses de vent plus faibles à proximité du sol. A l échelle régionale, l ensemble des rejets de la zone contribue aux problématiques de pollution de fond mais ce n est pas l objet de cette étude. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

76 janvier 2005 février 2005 mars 2005 avril 2005 juin 2005 mai 2005 Figure 52 Concentrations en NO2 pour les 6 premiers mois de l'année 2005 Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France - 74

77 juillet 2005 août 2005 septembre 2005 octobre 2005 novembre 2005 décembre 2005 Figure 53 Concentrations en NO2 pour les 6 derniers mois de l'année 2005 Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France - 75

78 IV.3.2 Evaluation des concentrations en benzène En moyenne annuelle, les normes de qualité de l air fixent une valeur limite en concentration de benzène égale à 10 µg/m 3 pour l année 2005 et un objectif de qualité égal à 2 µg/m 3. Figure 54 Concentrations moyennes en benzène année 2005 La Figure 54 présente les valeurs estimées de concentrations moyennes annuelles en benzène pour l année La valeur limite 2005 n est dépassé en aucun point du domaine. Quant à l objectif de qualité de 2 µg/m3, il est dépassé sur un périmètre restreint autour des échangeurs de la porte de Bercy et des axes majeurs du domaine. Les maxima de concentration sont localisés aux seins même des échangeurs et des intersections des axes majeurs du secteur (Boulevard Périphérique, autoroute A4, quai de Bercy). Des rues situées dans Paris Intra-muros dépassent également cet objectif de qualité : des portions des boulevards des Maréchaux et les principales voies d accès au centre de Paris (avenue d Italie, boulevard de l Hôpital, avenue Daumesnil, etc.). Les concentrations modélisées au niveau du Boulevard Périphérique sont cohérentes avec les 3.4 µg/m 3 mesurés en moyenne annuelle au niveau de la station du Boulevard Périphérique de la Porte d Auteuil. Ces résultats sont globalement cohérents avec ceux obtenus pour l année avec le logiciel Street et cohérents avec les résultats obtenus lors de la campagne de mesures autour de l échangeur de la Porte de Bagnolet. Ils confirment qu en moyenne l influence du périphérique se situe dans un corridor de l ordre de 300 m de part et d autre de l axe. 5 voir le rapport Airparif «Evaluation de la qualité de l air en situation de proximité du trafic routier en Ile-de-France : concentrations moyennes pour l année 2004», décembre 2005 Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

79 Les évolutions saisonnières connues pour le benzène sont également clairement mises en évidence avec des concentrations beaucoup plus élevées à la saison hivernale qu à la saison estivale (cf. Figure 55). HIVER 2005 ETE 2005 Figure 55 Concentrations en benzène pour la période hivernale (janvier à mars, octobre à décembre 2005) et la période estivale (avril à septembre 2005) L influence des axes majeurs est clairement visible sur ces cartes de concentration annuelle et saisonnières (axes majeurs : boulevard Périphérique, quai de Bercy, autoroute A4). Sur le domaine d étude, les concentrations en benzène en moyenne hivernale sont supérieures à 1.5 µg/m 3 pour les niveaux de fond. A proximité immédiate des axes, les concentrations moyennes hivernales en benzène sont comprises entre 2.5 et 4 µg/m 3. Ces concentrations dépassent même les 4 µg/m3 au niveau des intersections et ponctuellement dans certaines artères de Paris Intra- Muros. Ce résultat est cohérent avec la valeur mesurée pendant la saison hivernale à la station Boulevard Périphérique de la Porte d Auteuil (3.8 µg/m3) en En saison estivale, les valeurs de fond sur le domaine d étude sont inférieures à 1 µg/m 3 à une distance supérieure à 300 m des axes majeurs coté banlieue. Dans Paris Intra-Muros, l impact des émissions du trafic routier entraîne des niveaux de fond compris entre 1 et 1.5 µg/m3. A proximité immédiate de ces axes majeurs, les niveaux estivaux atteignent des concentrations de l ordre de 2 à 3 µg/m 3. Ces valeurs sont cohérentes avec les mesures de la station Boulevard Périphérique de la Porte d Auteuil avec une moyenne estivale égale à 3.2 µg/m3 en Les Figure 57 et Figure 58 présentent les moyennes mensuelles des concentrations en benzène modélisées sur le domaine d étude. Ces moyennes mensuelles reflètent les conditions météorologiques et donc les qualités dispersives de l atmosphère rencontrées au cours de chaque mois de l année Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

80 5 4 C6H6 AUT C6H6 Les Halles 4 3 [C6H6] (µg/m3) janv-05 févr-05 mars-05 avr-05 mai-05 juin-05 juil-05 août-05 sept-05 oct-05 nov-05 déc-05 Figure 56 Evolution mensuelle des concentrations en benzène mesurées aux stations du Boulevard Périphérique Porte d'auteuil (AUT) et à la station de Paris 1 er arrdt (Les Halles) au cours de l'année 2005 Bien que nous ne disposions pas de station de mesure de la pollution de proximité sur le domaine d étude, nous pouvons comparer les ordres de grandeur des concentrations simulées aux abords du boulevard périphérique avec les mesures obtenues sur le site du boulevard périphérique Porte d Auteuil. La Figure 56 présente l évolution mensuelle de la pollution de fond en benzène au cours de l année 2005 (station Paris-Les Halles) et celle de la station de la Porte d Auteuil Boulevard Périphérique. Elle illustre de nouveau le cycle saisonnier des niveaux de benzène. Visuellement les cartographies de concentration mensuelle en benzène suivent l évolution des moyennes mensuelles de la station du Boulevard Périphérique, avec des minima de concentrations pendant les mois d été, et des maxima les mois d hiver. L influence des émissions liées aux activités industrielles semble peu visible sur l ensemble des cartes présentées dans ce chapitre. D une part compte-tenu des échelles de temps considérées (mois, saison et année) et d autre part du fait de la faible part des sources fixes dans les émissions de benzène du secteur d étude ou tout au moins dans les singularités locales. Rappelons que les COVNM et notamment le benzène sont émis principalement par le trafic routier et le secteur résidentiel (chauffage individuel) en Ile-de-France (cf. Figure 34). Les émissions de l UIOM (129 kg/an de benzène, 2000 kg de COVNM) ne représentent qu un très faible pourcentage des émissions de benzène de la commune d Ivry-sur-Seine (24 tonnes/an de benzène, 592 tonnes/an de COVNM). Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

81 janvier 2005 février 2005 mars 2005 avril 2005 mai 2005 juin 2005 Figure 57 Concentrations en benzène pour les 6 premiers mois de l'année 2005 Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France - 79

82 juillet 2005 août 2005 septembre 2005 octobre 2005 novembre 2005 décembre 2005 Figure 58 Concentrations en benzène pour les 6 derniers mois de l'année 2005 Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France - 80

83 IV.3.3 Evaluation des concentrations en particules PM10 En moyenne annuelle, les normes de qualité de l air fixent une valeur limite en concentration de PM10 égale à 40 µg/m 3 pour l année 2005 et un objectif de qualité égal à 30 µg/m 3. Figure 59 Concentrations moyennes en PM10 année 2005 La carte des concentrations moyennes annuelles de PM10 est présentée à la Figure 59. On constate que les concentrations modélisées sur le boulevard périphérique sont comprises entre 25 et 30 µg/m3 avec quelques secteurs avec des valeurs légèrement supérieures. Ces estimations sont inférieures d environ 10 à 15 µg/m3 à la moyenne annuelle pour mesurée au niveau de la station Porte d Auteuil (42 µg/m 3 ). Ces résultats semblent indiquer que les niveaux de proximité sont sousestimés, pour les particules PM10, d environ 25 % si l on se prend la station de la Porte d Auteuil comme référence. Cette sous-estimation avait déjà été constatée avec des modélisations plus simples basées sur l utilisation du logiciel Street (voir le rapport Airparif «Evaluation de la qualité de l air en situation de proximité du trafic routier en Ile-de-France : concentrations moyennes pour l année 2004»). La méthodologie de modélisation utilisée dans le cadre de la présente étude doit donc être interprétée comme fournissant, dans une première approche, des ordres de grandeur des concentrations en PM10 à proximité du trafic routier. Concernant ce polluant, il est nécessaire d améliorer nos connaissances afin d augmenter la fiabilité des concentrations modélisées à proximité du trafic routier. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

84 D ores et déjà, nous pouvons citer 2 points d amélioration : une consolidation des facteurs d émission de particules PM10 par le trafic routier et la prise en compte des phénomènes de remise en suspension des particules. Nous pouvons néanmoins évaluer les variations saisonnières (Figure 61) et mensuelles (Figure 62 et Figure 63) des concentrations en particules PM10 au regard des mesures effectuées à la station du Boulevard Périphérique Porte d Auteuil ( Figure 60). Ces moyennes mensuelles reflètent les conditions météorologiques et donc les qualités dispersives de l atmosphère rencontrées au cours de chaque mois de l année Cette figure montre par exemple qu au mois de mars 2005, les concentrations en PM10 étaient particulièrement élevées à la station Auteuil (49 µg/m 3 ). Cette tendance est également clairement identifiée sur la carte des concentrations moyennes du mois de mars 2005, malgré la sous-estimation d environ 30 % des valeurs pour le Boulevard Périphérique (30-35 µg/m 3 ). Ce constat est également vérifié pour les mois de juin et de septembre Par contre la carte des concentrations du mois d octobre 2005 semblerait indiquer des concentrations mensuelles les plus importantes de l année et notamment supérieures à celle du mois de septembre alors que la mesure indique que ce mois a connu des concentrations inférieures. L utilisation de la station des Halles comme valeur de fond semble être à l origine de cette mauvaise estimation. Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

85 60 PM10 AUT PM10 Les Halles [PM10] (µg/m3) janv-05 févr-05 mars-05 avr-05 mai-05 juin-05 juil-05 août-05 sept-05 oct-05 nov-05 déc-05 Figure 60 Evolution mensuelle des concentrations en PM10 mesurées aux stations du Boulevard Périphérique Porte d'auteuil (AUT) et à la station de Paris 1 er arrdt (Les Halles) au cours de l'année 2005 HIVER 2005 ETE 2005 Figure 61 Concentrations en PM10 pour la période hivernale (janvier à mars, octobre à décembre 2005) et la période estivale (avril à septembre 2005) Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

86 janvier 2005 février 2005 mars 2005 avril 2005 mai 2005 juin 2005 Figure 62 Concentrations en PM10 pour les 6 premiers mois de l'année 2005 Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France - 84

87 juillet 2005 août 2005 septembre 2005 octobre 2005 novembre 2005 décembre 2005 Figure 63 Concentrations en PM10 pour les 6 derniers mois de l'année 2005 Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France - 85

88 IV.3.4 Evaluation de l impact de la baisse des émissions de NOx de l UIOM sur les concentrations en NO2 du mois de décembre 2005 L arrêté ministériel du 20 novembre 2002 a imposé aux installations existantes (capacité nominale > 6 t/h) une valeur à l émission maximale de 200 mg/nm3 en moyenne journalière au plus tard le 28 décembre 2005 (400 mg/nm3 en moyenne sur une demi-heure). L arrêté préfectoral d autorisation d exploiter du 16 juin 2004 a fixé pour l usine d Ivry-sur- Seine, une valeur limite de 80 mg/nm 3 en moyenne journalière (160 mg/nm3 en moyenne sur une demi-heure). Cette valeur limite de 80 mg/nm3 a été appliquée par anticipation par l exploitant pour les 2 fours composant l UIOM dès le début décembre Il est donc intéressant d évaluer l impact de cette mesure sur les concentrations en NO2 du mois de décembre. Les concentrations de NO2 en moyenne mensuelle sont présentées à la Figure 64. Deux simulations ont été effectuées : l une correspondant à la situation réelle (i.e. émissions de NOx en sortir de cheminée égales à 80 mg/nm 3 ), l autre correspondant à la situation qu on aurait eu si les émissions étaient restées à leur ancienne valeur (i.e. 400 mg/nm 3 ). Les différences de concentration sont présentées à la Figure 65. Ainsi on peut estimer le gain maximal à environ 0.5 µg/m3 sur la moyenne mensuelle des concentrations en NO2. Ces gains sont spatialement répartis en fonction de la rose des vents et des conditions de stabilité atmosphérique rencontrées au cours du mois de décembre mg/nm3 400 mg/nm3 Figure 64 Concentrations en NO2 moyenne mensuelle décembre 2005 : à gauche avec la norme d émission de NOx en vigueur (80 mg/nm 3 ), à droite si la norme était restée à 400 mg/nm 3 Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France

89 Figure 65 Impact de la nouvelle norme à l émission sur les concentrations moyennes de NO2 du mois de décembre 2005 L abaissement des émissions a eu un impact limité pour le mois de décembre 2005 compte-tenu des conditions climatiques plutôt dispersives rencontrées ce mois là. En effet, bien que le niveau d émission soit conséquent (1370 t/an c est, si l on compare aux émissions de l ensemble du boulevard périphérique, équivalent à environ 30 % d un Boulevard Périphérique pour l année 2000 et environ 45 % pour l année 2005 du fait des progrès technologiques liés au renouvellement du parc roulant) mais ces émissions ont la particularité d être relâchées en hauteur (80 m) avec une température et une vitesse d éjection des gaz qui surélèvent encore plus le panache. La dilution des rejets dans l atmosphère atténue très fortement l impact local en terme de concentrations en polluants. C est donc plus un effet sur le niveau global en pollution de fond que l on peut attendre. Par contre, des conditions météorologiques particulières peuvent bloquer momentanément cette dispersion du panache sur la verticale et entraîner des augmentations de concentrations de polluants au niveau du sol. La Figure 66 présente l historique de l indice ATMO sur l agglomération parisienne pour le mois de décembre Figure 66 Historique de l'indice ATMO sur l'agglomération parisienne mois de décembre 2005 Airparif : Surveillance de la qualité de l air en Ile-de-France