Modélisation de la dispersion des émissions polluantes dans le quartier de la gare de l Est : influence du trafic ferroviaire Diesel

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1 Modélisation de la dispersion des émissions polluantes dans le quartier de la gare de l Est : influence du trafic ferroviaire Diesel Etude réalisée pour le compte du Conseil Régional Ile-de-France avec le soutien de la Ville de Paris Service Modélisation et Prévision Avril 2003

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3 SOMMAIRE 0. SYNTHÈSE DES RESULTATS 1 1. INTRODUCTION CONTEXTE OBJECTIFS MODÈLE NUMÉRIQUE UTILISÉ 7 2. MODÉLISATION DU QUARTIER DE LA GARE DE L EST DOMAINE D ÉTUDE MODÉLISATION DE LA GÉOMÉTRIE DU QUARTIER SITUATIONS MÉTÉOROLOGIQUES ÉTUDIÉES ETAT INITIAL EN CONCENTRATION DE POLLUANTS EMISSIONS Mode d injection des polluants Trafic routier Trafic ferroviaire à motorisation Diesel Part respective des émissions du trafic ferroviaire Diesel et du trafic routier RÉSULTATS PRÉAMBULE PHASE 1 : MODÉLISATION DU QUARTIER SANS TRAFIC FERROVIAIRE DIESEL Visualisation de l écoulement Champs de concentration en polluants en l absence de trafic ferroviaire Diesel Analyse de la qualité de l air simulée PHASE 2 : MODÉLISATION DU QUARTIER AVEC TRAFIC FERROVIAIRE DIESEL Scénario 1 : Vent de 5 m/s et de direction sud ouest Scénario 1 : Vent de 5 m/s et de direction nord est Scénario1 : Vent de 2 m/s et de direction sud ouest Scénario 1 : Vent de 2 m/s et de direction nord est Scénario 2 : Vent de 5 m/s et de direction sud ouest INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS CONTRIBUTION DES SOURCES FERROVIAIRES DIESEL AUX NIVEAUX DE POLLUTION EVALUATION DES ZONES D IMPACT MAXIMALES ETUDE DES PHÉNOMÈNES DE PERSISTANCE SYNTHÈSE DES PRINCIPAUX RÉSULTATS CONCLUSION 62 TABLE DES FIGURES ET TABLEAUX 65 ANNEXE 1 : RÉGLEMENTATION 68

4 ANNEXE 2 : DONNÉES D ÉMISSION D UNE LOCOMOTIVE CC72000 ACTUELLE ET D UNE LOCOMOTIVE CC72000 REMOTORISÉE 80 ANNEXE 3 : INFLUENCE PREVISIBLE DE LA REMOTORISATION DES LOCOMOTIVES CC72000 SUR LES NIVEAUX DE CONCENTRATION EN POLLUANTS D ORIGINE FERROVIAIRE 81

5 Page 1 0. SYNTHESE DES RESULTATS La reconstitution numérique de l'état de la qualité de l'air aux environs de la gare de l Est a permis d'évaluer la part prise par les locomotives Diesel dans le niveau de pollution de ce quartier. Cette évaluation a porté sur la dispersion des polluants émis par le trafic routier et le trafic ferroviaire Diesel pour des conditions météorologiques de référence. Cette étude fait suite à la campagne intensive de surveillance réalisée dans le quartier de la gare de l Est au cours de l année Pendant cette campagne, 29 sites avaient été instrumentés dans un secteur de 1 km x 1 km autour de la gare de l Est (cf. rapport - Etude de la qualité de l'air dans le secteur de la gare de l Est - Juillet 2001). Cette étude avait montré que dans le périmètre d étude les niveaux de concentration étaient «soutenus», en particulier pour les oxydes d azote avec des niveaux comparables à la station de mesure d située dans le 18ème arrondissement. Ces niveaux étaient associés à une omniprésence de la signature des émissions du trafic routier, associant les oxydes d azote et le benzène et au droit du trafic Diesel de la SNCF, à des bouffées d oxydes d azote très localisées mais intenses. La période d étude retenue pour la modélisation de la qualité de l air a été sélectionnée de manière à se placer dans la situation où les niveaux d émission de polluant issus du trafic routier et du trafic ferroviaire Diesel sont maximaux. A partir de l examen des chroniques des mouvements de locomotives Diesel en gare de l Est fournies par la SNCF pour des jours ouvrables considérés comme représentatifs, une période de 6 minutes a été particulièrement étudiée (9h15-9h20) faisant intervenir 3 locomotives Diesel de type CC72000 en fonctionnement sur 3 voies proches. Cette période correspond à l heure de pointe du matin en trafic routier. Sur cette période, les simulations doivent permettre d appréhender l impact sur la qualité de l air du quartier induit par les locomotives Diesel avant le changement de mode d exploitation (selon la SNCF, le conditionnement de rame s effectue maintenant en dehors du périmètre de la gare de l Est) et avant la remotorisation programmée des locomotives CC72000 opérant dans le périmètre de la gare de l Est. Les modélisations ont été effectuées avec le modèle de mécanique des fluides MERCURE issu des laboratoires de recherche d EDF et commercialisé par la société ARIA Technologies. Le trafic routier et le trafic ferroviaire Diesel ont été pris en compte afin d évaluer la contribution respective de chacune des sources à la pollution du secteur. Plusieurs situations météorologiques définies par la force du vent, sa direction et la stabilité de l atmosphère ont été étudiées de manière à évaluer ces contributions pour des conditions de dispersion variées : une force de vent de 2 et 5 m/s et une direction de vent de sud ouest (220 ) et de nord est (22 ). Les principaux résultats de l étude de modélisation du quartier de la gare de l Est sont synthétisés ci-dessous. Niveau d ambiance du quartier : Les simulations numériques confirment que les niveaux de pollution atteints dans le quartier de la gare de l Est correspondent aux valeurs communément mesurées pour des points éloignés du trafic routier. Ces niveaux sont représentatifs de situation de fond en paysage urbain dense typique de l agglomération parisienne. Les résultats des modélisations sont en

6 Page 2 bon accord avec les résultats obtenus lors de la campagne de mesure de l hiver 2001 (cf. rapport - Etude de la qualité de l'air dans le secteur de la gare de l Est - Juillet 2001). Niveau de proximité du trafic routier : En situation de proximité des axes routiers principaux, les concentrations en polluant peuvent atteindre localement des valeurs très élevées (de l ordre de 1200 µg/m 3 pour les oxydes d azote et de l ordre de 150 µg/m 3 pour les particules). Il faut noter que ces valeurs sont des maxima instantanés, spatialement très localisés à certains endroits des principales artères du quartier (boulevard Magenta, Rue Lafayette et Rue du Faubourg St Martin). Ces simulations ont été effectuées pour un trafic routier intense correspondant à l heure de pointe du matin. Ces maxima sont comparables aux valeurs maximales en concentration quart-horaire mesurées sur les stations trafic d et sont représentatifs de niveaux observés près d axes où le trafic routier est important (en heure de pointe: de l ordre de 3000 véhicules/heure pour le Boulevard Magenta et la Rue du Faubourg St Martin, 2000 véhicules/heure pour la Rue Lafayette). Ces effets sont amplifiés par la présence d un bâti dense associé à un relief non négligeable. Contribution du trafic ferroviaire à motorisation Diesel : Le croisement des informations relatives aux mouvements Diesel en gare de l Est avec les émissions unitaires de ces motrices (fournies par la SNCF) a tout d abord permis d évaluer, pour un jour ouvrable type, la contribution des locomotives Diesel aux émissions totales du quartier : de l ordre de 20 % pour les NOx et de l ordre de 10 % pour les particules. Il faut noter que les émissions ferroviaires ont la particularité d être très localisées aux abords des voies ferrées alors que les émissions du trafic routier sont réparties dans les rues principales sur tout le domaine d étude. Les modélisations conduites selon différents modes de fonctionnement des motrices Diesel et conditions météorologiques ont ensuite permis d identifier des ordres de grandeur pour les niveaux et l emprise des phénomènes de pollution induits par le trafic ferroviaire Diesel dans le quartier de la gare de l Est. Polluant par polluant, la contribution peut se révéler localement : Importante pour les oxydes d azote. Les locomotives, notamment en situation de chauffage de rame, sont d importants contributeurs en NOx. Les NOx émis par les locomotives se dispersent sous le vent, entraînant la formation d un panache suivi d une dispersion dans les rues situées sous le vent. Pour des conditions de dispersion défavorables, les concentrations de NOx peuvent atteindre des valeurs supérieures à 1200 µg/m 3 (avec une contribution de la source ferroviaire supérieure à 60 %) à quelques centaines de mètres des locomotives Diesel. Elles contribuent ainsi jusqu à quelques centaines de mètres à des concentrations supérieures à celles observées à proximité immédiate des axes du quartier où le trafic routier est le plus dense. Relativement importante pour les particules atmosphériques. Pour ce polluant, les niveaux d émissions dépendent beaucoup moins du mode de fonctionnement du

7 Page 3 moteur Diesel (chauffage de rame, ralenti, arrivée ou départ). Le panache de particules entraîne une dispersion dans les rues situées sous le vent, néanmoins plus limitée en extension que dans le cas des NOx. Pour des conditions de dispersion défavorables, les concentrations en particules peuvent atteindre des valeurs supérieures à 175 µg/m 3 à quelques centaines de mètres des locomotives Diesel. Relativement faible pour le monoxyde de carbone. Les fortes concentrations restent localisées en proximité proche de l émetteur, les locomotives étant de faibles émetteurs en CO. Même en mode ralenti (mode le plus riche en production de CO), les sur-concentrations dues au trafic ferroviaire restent localisées au droit des locomotives Diesel restées à quai. En relatif, la contribution du trafic ferroviaire Diesel peut se relever très importante. Suivant la direction et la force du vent, les pourcentages de NOx d origine ferroviaire peuvent atteindre des valeurs de 70 à 80 % pour des zones situées à plusieurs centaines de mètres des locomotives, excédant ainsi les limites de l emprise des installations de la SNCF. Ces fortes contributions restent cependant géographiquement relativement très localisées (sous le vent) et limitées dans le temps (avec une persistance d une dizaine de minutes au maximum après l extinction des sources). Le départ d une locomotive Diesel entraîne la formation pendant un laps de temps court d un panache de polluants au-dessus du parcours de la motrice. Cette situation avait été observée lors de la campagne de mesure sur la passerelle surplombant les voies de la gare de l Est (cf. rapport - Etude de la qualité de l'air dans le secteur de la gare de l Est - Juillet 2001 page 37-39). Des augmentations très intenses et très brèves de la concentration en oxydes d azote (de l ordre de 1300 à 1700 µg/m 3 pendant environ 2 minutes) avaient été observées lors du passage d un train. En dehors de ces périodes, les émissions des locomotives Diesel situées en tête de quai entraînent la formation d un panache de NOx suivant la direction du vent et l axe des bâtiments. Evolution prévisible de la contribution des locomotives Diesel : En complément de cette étude, un nouveau scénario a été simulé afin d étudier l impact du changement de mode d exploitation des locomotives Diesel (conditionnement des locomotives effectué en dehors du périmètre de la gare de l Est) et l impact des futures remotorisations des locomotives CC72000 intervenant dans cette gare. La remotorisation devrait réduire significativement les émissions de polluant générées par chaque mouvement de locomotive Diesel. Selon la SNCF et à titre d exemple, cette remotorisation se traduirait par une réduction de 67 % des émissions de NOx en mode «Ralenti», et de 45 % en mode «Chauffage de rame». Les simulations montrent que ces nouvelles valeurs entraîneraient une réduction de l impact des locomotives Diesel s agissant des concentrations maximales de NOx, atteignant une baisse de l ordre de 50 % pour les conditions météorologiques les plus fréquentes en Ile de France. Cette remotorisation réduirait également les niveaux de polluants diffusés sous le vent des locomotives, avec une zone d emprise deux fois moins étendue en comparaison avec les performances initiales des locomotives.

8 Page 4 Cette étude complémentaire montre que l association d un mode d exploitation réduisant les périodes de chauffe en gare de l Est et de la remotorisation des locomotives conduiraient à une réduction significative de l impact du trafic ferroviaire Diesel pour le quartier gare de l Est par rapport à la situation initiale.

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10 Page 6 1. INTRODUCTION 1.1. Contexte A la demande du Conseil Régional d Ile-de-France et avec le soutien de la Ville de Paris, a réalisé une étude détaillée de la qualité de l air dans le secteur de la gare de l Est à Paris. Cette étude a comporté deux volets successifs et complémentaires. Le premier volet achevé au cours de l année 2001 a concerné l analyse de la qualité de l air de ce secteur et a donné lieu à une campagne intensive de surveillance. Pendant cette campagne, 29 sites ont été instrumentés dans un secteur de 1 km x 1 km autour de la gare de l Est (cf. rapport - Etude de la qualité de l'air dans le secteur de la gare de l Est - Juillet 2001). Cette étude a montrée que dans le périmètre d étude les niveaux de concentration étaient «soutenus», en particulier pour les oxydes d azote avec des niveaux comparables à la station de référence du 18ème arrondissement d. Ces niveaux sont associés à une omniprésence de la signature des émissions du trafic routier, associant les oxydes d azote et le benzène et au droit du trafic SNCF, à des bouffées d oxydes d azote très localisées mais intenses. La campagne menée avait également permis d identifier des phénomènes de pollution spécifiques intéressant l intérieur de la gare de l Est. Le second volet vient compléter cette analyse par la mise en œuvre d un outil complémentaire de description de la pollution atmosphérique reposant sur l utilisation de la modélisation numérique comme outil de compréhension de la dispersion des polluants à proximité de la gare. Ce second volet constitue l objet de ce présent rapport et doit viser à approfondir les constats issus de la campagne de surveillance menée par dans le quartier concerné Objectifs L objectif principal de cette étude de modélisation est d'évaluer la part prise par les locomotives Diesel dans le niveau de pollution du quartier en modélisant la dispersion des polluants atmosphériques de différentes origines. Cette description numérique de l'état de la qualité de l'air aux environs de la gare de l Est pour des conditions météorologiques de référence doit permettre : 1) d'évaluer la part respective des différentes sources locales de polluants sur la qualité de l'air du quartier, 2) de quantifier les impacts du trafic ferroviaire Diesel suivant différents modes de fonctionnement des moteurs Diesel. Les niveaux de concentration des différents polluants à proximité de la gare de l Est résultent d une part de la pollution de fond générée par l'agglomération parisienne dans son ensemble, et d autre part des émissions locales liées principalement au trafic routier du quartier et aux émissions des locomotives à motorisation Diesel.

11 Page 7 La dispersion des polluants est fortement dépendante des conditions météorologiques (stabilité de l atmosphère, direction et vitesse du vent). Elle est également très dépendante localement des caractéristiques topologiques du site (hauteur des bâtiments, largeur des rues, enclavement et relief naturel) Modèle numérique utilisé La complexité du site et la prise en compte de ses caractéristiques topologiques nécessitent une approche de modélisation tridimensionnelle résolvant les principales équations de la mécanique des fluides avec une paramétrisation fine de la turbulence. Cette étude a donc été menée avec le modèle MERCURE, commercialisé en France par la société ARIA Technologies. Le modèle MERCURE est une version périphérique du code de calcul ESTET (Ensemble de Simulations Tridimensionnelles d Ecoulements Turbulents), code de calcul conçu par le LNH (Laboratoire National d Hydraulique) d EDF. Il a été développé par le Groupe Météorologie et Climat d EDF pour une application à des écoulements atmosphériques et à la dispersion d effluents non réactifs à une échelle locale allant de quelques centaines de mètres à 100 kilomètres. La société ARIA Technologies a réalisé un premier maillage du domaine d étude et la modélisation d'un premier test de dispersion des émissions. L ensemble de l étude a ensuite été réalisée par le service modélisation d.

12 Page 8 2. MODELISATION DU QUARTIER DE LA GARE DE L EST 2.1. Domaine d étude Modélisation de la géométrie du quartier Les informations concernant les caractéristiques topologiques du quartier de la gare de l Est sont issues de la base de données topographiques tridimensionnelles de l Institut Géographique National (Base de Données «TOPO 3D» de l IGN). Le quartier de la gare de l Est est caractérisé par un relief non négligeable : altitude minimale 36 m, au Sud Ouest du domaine, altitude maximale 56 m, au Nord du domaine (cf. Figure 1). Figure 1 : Topographie du quartier autour de la gare de l Est (altitude en m)

13 Page 9 Bâtiment Voies ferrées Ligne de niveau Cours d eau Figure 2 : Eléments cartographiques présents dans la base de données IGN Pour les bâtiments, les données IGN ont servi de point de départ à l élaboration d un maillage tridimensionnel du site (i.e. une description des bâtiments inclus dans le domaine d étude sous une forme intégrable dans un code de calcul tridimensionnel). Etant donnée la très grande complexité du site, quelques simplifications de géométrie ont été nécessaires, afin de conserver les règles de maillage imposées par le code de calcul MERCURE. Les limites du domaine d étude ont été choisies de façon à intégrer les bâtiments situés autour de la gare de l Est. Le domaine de calcul ainsi défini représente un parallélépipède de 1100 mètres de long sur 1100 mètres de large et 170 mètres de haut. L altitude maximale à prendre en compte est dictée par les effets du relief et des bâtiments sur les mouvements des masses d air aux abords du site (cf. Figure 4). Le fichier, centré sur la fenêtre utile (1100 m x 1100 m), a permis de générer un maillage tridimensionnel (régulier suivant les directions X et Y - résolution 10 m ; progression géométrique suivant la verticale Z de 1m près du sol à 40m au sommet du domaine- 170 m). Le maillage a été réalisé de manière à avoir une résolution très fine au niveau du sol (cf. Figure 3, Figure 5 et Figure 6) conduisant à un nombre de mailles très important : environ nœuds ont été paramétrés. Le maillage comprend 111 plans en X (longueur), 111 plans en Y (largeur) et 21 plans en Z (hauteur). Ce domaine privilégie la représentation de la dispersion au niveau du quartier situé autour de la gare de l'est. La modélisation explicite de l'intérieur de la gare n'est pas possible dans cette

14 Page 10 approche «quartier» car elle nécessiterait une description détaillée de l architecture intérieure (de l ordre du mètre) incompatible avec une description d un quartier de 1100 mètres par 1100 mètres. L étude de la qualité de l air à l intérieur de la gare nécessiterait une étude spécifique. C est bien évidemment la description relative à l impact du trafic ferroviaire Diesel sur l environnement du quartier qui a été menée par. Les différents niveaux verticaux : Le premier niveau vertical du modèle caractérise le sol. L injection des émissions du trafic routier est effectuée au troisième niveau vertical du maillage (correspondant à une hauteur sol de 2.2 m). Ceci correspond au deuxième niveau vertical «fluide» disponible et permet de prendre en compte, de manière réaliste, la dispersion induite par les turbulences locales. Les résultats des modélisations seront donc interprétés au quatrième niveau vertical, hauteur descriptive des niveaux d exposition des citadins et des mesures effectuées au sein des axes de trafic. Figure 3 : Discrétisation verticale utilisée dans la modélisation

15 - Page 11 gare du Nord Rue du Faubourg S t Martin gare de l Est Boulevard Magenta Figure 4 : Domaine d étude Vue isométrique La Figure 4 montre les obstacles modélisés dans le cadre de cette étude ainsi que quelques informations pratiques facilitant la localisation du quartier (voies ferrées, gares, boulevards principaux).

16 - Page 12 Figure 5 : Maillage - Vue de dessus Figure 6 : Maillage - Vue isométrique

17 - Page Situations météorologiques étudiées La dispersion des polluants dépend fortement de la situation météorologique. Les données principales qui définissent un cas météorologique sont la direction et la vitesse du vent, la classe de stabilité atmosphérique 1. Pour cette étude, les situations météorologiques choisies ont été déterminées en choisissant les situations les plus courantes et représentatives de la climatologie francilienne : - Pour la direction du vent 2 : a) un vent de direction sud ouest, 220 degrés entraînant une dispersion des polluants vers le nord Est b) un vent de direction nord est, 22 degrés entraînant une dispersion des polluants vers le sud ouest. - Pour la vitesse du vent : a) un vent relativement fort de 5 m/s à 10 m. b) un vent relativement faible de 2 m/s à 10 m. - Pour la stabilité atmosphérique : classe D de Pasquill correspondant à une atmosphère neutre. Les paramètres des situations météorologiques sont récapitulés dans le Tableau 1 ci-dessous : Situation météorologique Stabilité Direction du vent Vitesse du vent Notée 5D-SO Neutre (D) Sud-Ouest (220 ) 5 m/s Notée 2D-SO Neutre (D) Sud-Ouest (220 ) 2 m/s Notée 5D-NE Neutre (D) Nord-Est (22 ) 5 m/s Notée 2D-NE Neutre (D) Nord-Est (22 ) 2 m/s Tableau 1 : Situations météorologiques retenues Ces conditions ont été imposées en conditions initiales sur l ensemble du domaine d étude. Elles correspondent globalement dans deux cas à des conditions de dispersion «favorables» (5D) et dans les autres cas à des conditions de dispersion «défavorables» (2D). La Figure 7 montre un exemple de conditions imposées aux limites du domaine pour la vitesse du vent. 1 La stabilité atmosphérique définit l état thermodynamique de l atmosphère. La dispersion verticale des polluants dépend de cet état thermodynamique représenté par le gradient thermique des basses couches de l atmosphère. La classification de Pasquill distribue la stabilité atmosphérique en 5 classes notées de A à F : la classe A représente une atmosphère très instable (gradient très négatif), la classe D, une atmosphère neutre (gradient nul) et la classe F, une atmosphère très stable (gradient très positif). 2 Les directions de vent sont données en degrés par rapport au Nord et indiquent la direction d où vient le vent (convention météorologique internationale). Un vent de 0 est donc un vent venant du Nord, un vent de 180 est un vent venant du Sud.

18 - Page 14 La température de l atmosphère à 10 m d altitude a été prise égale à 5 C. La Figure 8 montre le profil vertical de température imposée comme conditions aux limites du domaine. Cette température atmosphérique assure une bonne représentativité des conditions de dispersion hivernales, période de l année où il existe un grand différentiel entre la température des gaz polluants émis et la température ambiante. Figure 7 : Exemple de conditions aux limites MERCURE pour la vitesse du vent (vent 2 m/s de direction nord est) Figure 8 : Conditions aux limites MERCURE pour la température

19 - Page Etat initial en concentration de polluants La qualité de l air au niveau du quartier a été initialisée avec des sorties du modèle SIMPAR en mode non-réactif (code HERMES, qui permet d effectuer des modélisations de la pollution de l air au niveau de l agglomération parisienne). Cette démarche permet d assurer l homogénéité entre l approche «échelle régionale» et l approche «échelle locale». Une verticale de concentrations en polluant (pour le CO, les NOx et les particules) a été extraite du calcul SIMPAR réalisé sur un domaine couvrant la région parisienne afin d initialiser les conditions aux limites sur le domaine MERCURE. Le Tableau 2 présente les valeurs de concentration extraites du calcul SIMPAR pour chacun des trois polluants : Altitude sol (en m) CO (en mg/m 3 ) NOx (en µg/m 3 Particules (en ) µg/m 3 ) 0 0, ,3 31 0, ,3 98 0, , , ,1 Tableau 2 : Concentrations en polluant extraites du calcul SIMPAR Entre deux niveaux verticaux du modèle SIMPAR (par exemple, entre 31 m et 98 m), les valeurs de concentrations introduites comme conditions aux limites du modèle MERCURE ont été interpolées linéairement sur le maillage vertical. Cette approche tridimensionnelle permet d obtenir une verticale de concentration sur le domaine étudié définissant ainsi un état initial. A partir de cet état initial, une situation d équilibre va rapidement apparaître lorsque les polluants émis par les différents émetteurs locaux auront diffusé horizontalement et verticalement à travers tout le domaine Emissions A partir de l examen des chroniques des mouvements de locomotives Diesel en gare de l Est fournies par la SNCF pour des jours ouvrables considérés comme représentatifs, une période de 6 minutes a été particulièrement étudiée (9h15-9h20) faisant intervenir 3 locomotives Diesel de type CC72000 en fonctionnement sur 3 voies proches conduisant ainsi à une configuration majorante des émissions du trafic ferroviaire. Cette période correspond à l heure de pointe du matin en trafic routier. La complexité des outils numériques mis en œuvre et les temps de calcul associés ainsi que la multiplicité des scénarii à envisager imposent une limitation de la durée des émissions ferroviaires à 6 minutes. Au demeurant, compte tenu des phénomènes décrits, cette durée permet d avoir une description robuste des impacts générés par le trafic routier et ferroviaire dans le quartier de la gare de l Est.

20 - Page Mode d injection des polluants L injection des polluants s effectue de façon volumique au niveau des mailles émettrices (du trafic routier et du trafic ferroviaire). L échantillonnage temporel permet de prendre en compte des rejets variables dans le temps Trafic routier Les données d émissions résultant du trafic routier ont été calculées pour l heure de pointe du matin à l aide de la suite logicielle SIMPAR d, pour un parc roulant représentatif de l année 2000 et avec les facteurs d émission issus de la méthodologie européenne normalisée COPERT 3, décrivant les émissions des principaux polluants atmosphériques par les différents véhicules selon leur mode de circulation. Les émissions sont calculées sur le réseau routier principal (réseau de la Direction Régionale de l Equipement Ile de France, DREIF 3 ). Elles sont considérées constantes au pas de temps horaire. La Figure 9 montre la localisation des émissions dans les rues du quartier de la gare de l Est. Seules les rues intégrées dans le réseau DREIF ont été renseignées en terme d émission, les émissions des rues secondaires étant faibles par rapport à celles des axes majeurs pris en compte dans le réseau DREIF. Il est également important de noter que des brins de trafic situés en dehors du domaine, et qui n ont pas été modélisés explicitement dans cette étude, auraient pu influencer partiellement les niveaux de concentration en polluant pour des zones situées près des frontières du domaine d étude. Par ailleurs, les autres émissions urbaines à l intérieur du quartier n ont pas été prises en compte, compte tenu de leur volume limité et de leur homogénéité à l échelle du quartier (par exemple, les chauffages individuels). 3 Il peut arriver que le réseau routier utilisé sur Paris se retrouve localisé au niveau d un bâtiment (le réseau routier étant symbolique, constitué de brins reliés par des nœuds, il ne se superpose pas obligatoirement avec les rues issues du cadastre. Dans ce cas, l émission est affectée au niveau d une maille proche représentative de la rue telle que prise en compte dans le maillage MERCURE.

21 - Page 17 Figure 9 : Localisation des émissions produites par le trafic routier.

22 - Page Trafic ferroviaire à motorisation Diesel Le trafic journalier moyen des locomotives à motorisation Diesel est de l ordre de 80 mouvements quotidiens en gare de l Est (source SNCF). Trois types de locomotives sont utilisés lors de ces mouvements : BB67400 pour les liaisons Ile-de-France, majoritairement CC72000 pour les liaisons grandes lignes (ex : Paris-Troyes, Paris-Mulhouse ou Bâle) et des engins de manœuvre Y8000 pour le déplacement de rames. Le mode de fonctionnement de ces locomotives peut être décomposé en quatre régimes moteurs : - le ralenti, - le chauffage de rame (conditionnement de la rame avant le départ), - le départ - et l arrivée. Pour cette étude, nous avons retenu des scénarii faisant intervenir uniquement des locomotives CC72000, pour deux raisons principales. Tout d abord, ce type de locomotives est très largement utilisé à la gare de l Est et ensuite les niveaux d émissions de polluants de la CC72000 sont majorants par rapport à ceux de la BB67400 ou de la Y8000. En outre, nous ne disposions de facteurs d émission pour les particules que pour ce type de locomotive. L ensemble des facteurs d émission a été fourni par la SNCF - Division Thermique Transmissions (cf. Tableau 3). Aucune donnée d émissions d hydrocarbures n était disponible pour ces locomotives. Les travaux n ont donc été conduits que pour trois polluants : monoxyde de carbone (CO), oxydes d azote (NOx) et particules. Polluant Ralenti/Arrivée Chauffage de rame Départ (1 min) CO 3103 g/h 1600 g/h 1480 g/h NOx 577 g/h 7500 g/h g/h Particules 259 g/h 350 g/h 425 g/h Tableau 3 : Données d émissions pour une locomotive CC72000 (source SNCF) Les émissions à l arrivée et au ralenti peuvent être considérées comme équivalentes dans la mesure où l effort de traction est nul lors de l arrivée en gare. Les différents modes de régime moteurs ont des caractéristiques d émission très différentes. Ainsi, le mode «Ralenti» produit 2 fois plus de CO que le mode «Départ». A l arrêt, le mode «Chauffage de rame» est 13 fois plus émetteur de NOx que le mode «Ralenti», soit 7500 g/h de NOx 4. A contrario, les émissions de particules sont du même ordre de grandeur pour les différents régimes moteurs. 4 Par comparaison, à 50 km/h, une voiture particulière moyenne émet 30 g/h de NOx et un poids lourd 165 g/h. Pour les particules, les émissions sont respectivement de 1.5 g/h pour une voiture particulière et de 16 g/h pour un poids lourd.

23 - Page 19 L étude du trafic ferroviaire à motorisation Diesel 5 a permis de définir une situation type de présence de ces locomotives à la gare de l Est faisant intervenir 3 locomotives CC72000 (cf. Figure 10). 1 ère minute 2 ème 5 ème minute 6 ème minute Figure 10 : Schéma de circulation des 3 locomotives Diesel ( V8,V10 et V11 sont les voies où les locomotives Diesel sont présentes) Concernant le mode de fonctionnement des moteurs Diesel, 2 scénarii ont été définis : - un scénario avec des modes de fonctionnement des locomotives Diesel en stationnement entraînant des émissions fortes ( mode «Chauffage de rame»), - un scénario avec les locomotives fonctionnant au ralenti après leur arrivée ou avant leur départ. Le scénario 1 fait intervenir la modélisation de trois locomotives Diesel CC72000 évoluant pendant la période de référence (6 minutes) : une première locomotive stationnée en tête de quai 6 voie n 8 durant toute la durée de la simulation (type d'émission : chauffage de rame), une deuxième locomotive stationnée en tête de quai voie n 10 pendant les 5 premières minutes (type d'émission : chauffage de rame), puis quittant la gare de l Est la dernière minute (type d'émission : départ), une troisième et dernière locomotive arrivant en voie n 11 pendant la 1ère minute (type d'émission : arrivée) puis stationnant pendant 5 minutes en tête de quai (type d'émission : ralenti). Le scénario 2 est identique en terme de chronologie, seul le mode de fonctionnement des locomotives change : 5 Les caractéristiques du trafic ferroviaire ont été fournies par la SNCF sur la base de relevés effectués le jeudi 1 février, le mardi 6 février et le mercredi 7 février Tête de quai : c est-à-dire à l extrémité du quai situé côté gare

24 - Page 20 une première locomotive voie n 8 (type d'émission : ralenti). une deuxième locomotive voie n 10 pendant les 5 premières minutes (type d'émission: ralenti), puis quittant la gare de l Est la dernière minute (type d'émission : départ), pas de changement pour la troisième locomotive. Nous avons fait l hypothèse que la totalité des polluants était émis à l air libre, et donc que les locomotives Diesel étaient situées en retrait de la verrière de la gare de l Est. Les émissions d origine ferroviaire sont effectuées à 3 m au-dessus de celles liées au trafic routier afin de tenir compte de la position surélevée d évacuation des gaz sur une locomotive. Le scénario 1 correspond au mode d exploitation classiquement utilisé par la SNCF jusqu à l année Selon la SNCF, le mode d exploitation des locomotives Diesel a été modifié depuis cette date afin de ne plus réaliser de conditionnement de rame en gare de l Est (i.e. des moteurs Diesel en mode «Chauffage de rame»). A terme, les locomotives CC72000 circulant dans le quartier gare de l Est doivent faire l objet d une remotorisation d ensemble Part respective des émissions du trafic ferroviaire Diesel et du trafic routier La part relative, pour chaque polluant, des sources routières et des sources ferroviaires permet d évaluer l importance de chaque type de source. Le Tableau 4 résume les quantités de polluant émises sur l ensemble du domaine d étude pour la durée de l épisode simulé. Sources (6 minutes de fonctionnement) CO NOx Particules Trafic routier 16 kg 1.8 kg 197 g Locomotives du scénario g soit 3.9 % du trafic routier 1.6 kg soit 88.9 % du trafic routier 97 g soit 49.2 % du trafic routier Locomotives du scénario g soit 5.7 % du trafic routier 337 g soit 18.7 % du trafic routier 80 g soit 40.6 % du trafic routier Tableau 4 : Emissions des sources routiers et ferroviaires (période de référence : 6 minutes) Il faut noter que cette comparaison est faite pour la seule période de 6 minutes. Evidemment, le trafic routier est également émetteur de polluants avant et après cette période. Le croisement des informations relatives aux mouvements Diesel en gare de l Est avec les émissions unitaires de ces motrices a permis d évaluer les émissions de locomotives Diesel pour un jour ouvrable type. Ainsi lors d un jour ouvrable type, les locomotives émettent de l ordre de 68 kg de NOx et de 3.4 kg de particules. A titre de comparaison, 1 km de boulevard

25 - Page 21 Magenta émet environ 60 kg de NOx et 6 kg de particules pour un jour moyen (année de référence 2002 avec une circulation de véhicules/jour). Sur l ensemble du domaine, les émissions du trafic routier pour un jour ouvrable type sont de l ordre de 270 kg pour les NOx et de 29.6 kg pour les particules (cf. Tableau 5). Sur le domaine, les locomotives sont donc responsables d environ 20 % des émissions totales journalières pour les NOx et de 10 % des émissions journalières de particules. Il faut noter que : - Les émissions ferroviaires ont la particularité d être très localisées aux abords des voies ferrées alors que les émissions du trafic routier sont réparties dans les rues sur tout le domaine d étude. Les Figure 11, Figure 12 et Figure 13 représentent respectivement le total des émissions sur la période de 6 minutes de CO, de NOx et de particules. Ces émissions ont été normalisées à la valeur du maximum d émission pour chaque polluant. On remarque que pour les 3 polluants, les maxima sont localisés au droit des locomotives. - Les émissions des locomotives Diesel sont fortement discontinues (liées aux mouvements des locomotives) alors que les émissions du trafic routier sont réparties de manière continue avec des maxima journaliers correspondant aux heures de pointes de la journée (matin et soir). Sources (Jour Ouvrable Type) CO NOx Particules Trafic routier 2400 kg/jour 270 kg/jour 29.6 kg/jour Locomotives 21 kg/jour 68 kg/jour 3.4 kg/jour Trafic routier pour l ensemble de Paris 191 tonnes/jour 35 tonnes/jour 3.3 tonnes/jour Tableau 5 : Emissions du trafic routier et du trafic ferroviaire Diesel pendant une journée ouvrable type et sur le domaine d étude.

26 - Page 22 Figure 11 : Emissions relatives de CO dans le domaine (la base 100 représente la valeur maximale d'émission) Figure 12 : Emissions relatives de NOx dans le domaine (la base 100 représente la valeur maximale d'émission)

27 - Page 23 Figure 13 : Emissions relatives de particules dans le domaine (la base 100 représente la valeur maximale d'émission)

28 - Page RESULTATS 3.1. Préambule Les résultats obtenus par modélisation permettent d estimer les concentrations en tout point du domaine d étude pour les 4 espèces polluantes traitées (champs de concentration en NOx totaux, en NOx d origine ferroviaire, en CO et en particules). A l aide de ces champs de concentration, il est possible d évaluer la part prise par le trafic ferroviaire Diesel dans les concentrations de polluant, au regard des contributions des autres composantes de la pollution : pollution de fond et pollution locale provoquée par le trafic routier. Cependant les résultats obtenus avec un modèle tri-dimensionnel (3D) sont des concentrations en polluant pour des situations météorologiques particulières et pour des durées de simulation généralement faibles. La complexité des modélisations à conduire et les temps de calcul associés ne permettent en effet que de décrire les phénomènes de pollution pour des durées très limitées. Ces résultats ne sont donc pas directement comparables aux mesures provenant de stations automatiques du réseau qui effectuent des mesures au pas de temps horaire ou quart-horaire. A fortiori, ces résultats instantanés ne sont pas non plus comparables aux valeurs des seuils réglementaires de qualité de l air définis pour des périodes horaires et annuelles. Un résumé de la réglementation en vigueur est fournie en annexe (Annexe 1). Des vues en 3 dimensions ou des cartes en 2 dimensions sont des éléments de compréhension simples permettant d appréhender la dispersion et la distribution de polluant dans le domaine étudié, en particulier au niveau de la gare de l Est et de ses environs. Ce type de modélisation permet d évaluer la dispersion atmosphérique des rejets de polluants au niveau du site, avec notamment la prise en compte de l effet des bâtiments. Les résultats se présentent sous la forme de cartographies sur le domaine d étude, des champs de vent et des champs de concentration en polluant pour une hauteur de 3.6 m par rapport au sol. Les figures suivantes illustrent : des vues globales de l écoulement (champ de vent, vecteurs vitesses, lignes de courant), les formes et positions du panache polluant pour les scénarii traités, les champs de concentration horizontaux à proximité du sol. Afin d évaluer la contribution des émissions des locomotives Diesel dans les concentrations simulées dans le quartier, la modélisation a été effectuée en 2 phases : - phase 1 : modélisation des champs de concentration en polluant en présence de trafic routier mais en l absence totale d émissions dues aux locomotives Diesel - phase 2 : rajout de la contribution des locomotives Diesel.

29 - Page Phase 1 : modélisation du quartier sans trafic ferroviaire Diesel La modélisation de l écoulement permet de représenter les champs de vent pour une condition météorologique donnée. Cette distribution va fortement influencer la dispersion des polluants depuis leurs lieux d émission. L injection de manière continue de polluants dans cet écoulement conduit à l instauration d un état stationnaire des champs de concentration en polluant. Cet état stationnaire est représentatif d une situation rencontrée le matin, pendant l heure de pointe du trafic routier et en l absence de trafic ferroviaire Diesel. La phase 1 de modélisation permet de caractériser le site juste avant la mise en circulation des locomotives Diesel. Lors de la phase 2, une période transitoire de 6 minutes sera simulée avec la mise en fonctionnement de locomotives Diesel Visualisation de l écoulement Les Figure 14, Figure 15 et Figure 16 représentent des coupes horizontales du champ de vent pour différentes situations météorologiques. Elles permettent d analyser le comportement global de l écoulement autour du relief et des bâtiments. Ces figures montrent l extrême complexité des champs de vent et des écoulements associés dans un environnement urbain dense. Les positions relatives des bâtiments, leur densité et le relief environnant entraînent de fortes hétérogénéités du vent (i.e. zones d accélération, zones de très faibles vents, zones de décollement, zones de recirculations à l arrière des obstacles et de canalisations dans les rues). Figure 14 : Circulation de l écoulement (vent 5 m/s de direction sud ouest)

30 - Page 26 Zone de très faible vent en aval de l obstacle Figure 15 : Ecoulement : champ des vitesses (vent 5 m/s de direction sud ouest) Figure 16 : Ecoulement : champ des vitesses (vent 2 m/s de direction sud ouest)

31 - Page Champs de concentration en polluants en l absence de trafic ferroviaire Diesel Cette première phase permet de modéliser la qualité de l air du quartier en l absence de trafic ferroviaire Diesel, pour 3 polluants : le monoxyde de carbone CO, les oxydes d azote NOx et les particules. Le trafic ferroviaire sera pris en compte dans une seconde phase où les polluants émis par les locomotives Diesel rajouteront leur contribution aux champs de concentration. La Figure 17 représente le champ de concentration en CO pour un vent de 5 m/s de direction sud ouest. Au niveau des rues, les champs de concentration en CO sont très hétérogènes et varient autour d une valeur médiane d environ 4 mg/m 3. Cependant les valeurs simulées peuvent localement atteindre des concentrations de l ordre de 6 mg/m 3. Pour un vent de 2 m/s, les concentrations en CO sont relativement plus élevées du fait de la moindre dispersion des polluants au niveau des rues (de l ordre de 10 mg/m 3 cf. Figure 18). A titre de comparaison, pour l année 2001, le maximum de concentration mesurée pendant l heure de pointe du matin du trafic était de 7.2 mg/m 3 pour la station «quai des Célestins» et 7.4 mg/m 3 pour la station trafic «place Victor Basch». Lorsque l on descend en résolution temporelle au niveau des mesures quart-horaires, les maxima des concentrations moyennées sur 15 minutes ont atteint les jours correspondants aux maxima horaires cités ci-dessus, 8.9 mg/m 3 pour la station «quai des Célestins» et 9.2 mg/m 3 pour la station «place Victor Basch». Figure 17 : Champ de concentration en CO pendant l heure de pointe de trafic du matin (vent 5 m/s de direction sud ouest)

32 - Page 28 Figure 18 : Champ de concentration en CO pendant l heure de pointe du trafic du matin (vent 2 m/s de direction sud ouest) La Figure 19 représente le champ de concentration de NOx pour un vent de 5 m/s et de direction sud ouest. Elle met en évidence l existence de valeurs localement relativement élevées. Les axes à fort trafic routier ressortent clairement des valeurs de fond, avec des valeurs supérieures à 400 µg/m 3. Figure 19 : Champ de concentration en NOx pendant l heure de pointe de trafic du matin (vent 5 m/s de direction sud ouest)

33 - Page 29 La Figure 20 représentant une isosurface 7 de NOx de valeur 400 µg/m 3 permet d identifier les endroits du domaine où les concentrations instantanées sont supérieures à cette valeur. Figure 20 : Isosurface de NOx à la valeur de 400 µg/m 3 (vent 5 m/s de direction sud ouest) Pour un vent de 5 m/s et de direction nord est, les résultats sont globalement similaires (cf. Figure 21), avec des maxima ponctuels pouvant aller jusqu à 900 µg/m 3. Figure 21 : Champ de concentration en NOx pendant l heure de pointe de trafic du matin (vent 5 m/s direction nord est) 7 Isosurface : on rappelle qu une isosurface de valeur X est l enveloppe à l intérieure de laquelle la concentration en polluant est supérieure ou égale à X.

34 - Page 30 Par contre, lorsque le vent devient plus faible (2 m/s de direction sud ouest ou de direction nord est), les concentrations en NOx sont en moyenne de l ordre de 1000 µg/m 3, avec des maxima très localisés pouvant aller jusqu à 1400 µg/m 3 (cf. Figure 22 et Figure 23). Figure 22 : Champ de concentration en NOx pendant l heure de pointe de trafic du matin (vent 2 m/s direction sud ouest) Figure 23 : Champ de concentration de NOx pendant l heure de pointe de trafic du matin (vent 2 m/s de direction nord est)

35 - Page 31 Concernant les particules, les concentrations au niveau des rues sont de l ordre de 50 µg/m 3 avec des maxima locaux de l ordre de 100 µg/m 3 (cf. Figure 24 et Figure 25) pour un vent de 5 m/s. Figure 24 : Champ de concentration en particules pendant l heure de pointe de trafic du matin (vent 5 m/s de direction sud ouest) Figure 25 : Champ de concentration en particules pendant l heure de pointe de trafic du matin (vent 5 m/s de direction nord est)

36 - Page 32 Pour un vent de 2 m/s, les maxima de concentrations deviennent plus élevées (de l ordre de 150 µg/m 3 pour une direction de vent nord est, cf. Figure 26, 100 µg/m 3 pour une direction de vent sud ouest, cf. Figure 27). Figure 26 : Champ de concentration en particules pendant l heure de pointe de trafic du matin (vent 2 m/s de direction nord est) Figure 27 : Champ de concentration en particules pendant l heure de pointe de trafic du matin (vent 2 m/s de direction sud ouest)

37 - Page Analyse de la qualité de l air simulée Rappelons que les résultats obtenus avec le modèle MERCURE constituent des valeurs de concentrations en polluant pour des situations météorologiques spécifiques. Au sein d une rue particulière, la complexité des écoulements peut bien évidemment conduire à des concentrations ponctuelles de polluants différentes à des instants particuliers. Dans cette première phase, ces résultats permettent de diagnostiquer la situation dans le quartier de la gare de l Est en l absence de la contribution des émissions générées par le trafic ferroviaire Diesel. La période de la journée étudiée correspond à l heure de pointe matinale du trafic avec des niveaux d émission de polluants élevés. Globalement, les modélisations numériques du niveau d ambiance du quartier montrent que les niveaux de pollution atteints dans le quartier de la gare de l Est correspondent aux valeurs communément mesurées par le réseau automatique d pour des points éloignés du trafic routier. Ces niveaux sont représentatifs de situation de fond en paysage urbain dense. En situation de proximité des émetteurs, les concentrations en NOx peuvent atteindre localement des valeurs élevées (de l ordre de 900 µg/m 3 pour un vent de 5 m/s). Il faut noter que ces valeurs sont des maxima spatialement très localisés à certains niveaux des principales artères du quartier et de leurs intersections (le boulevard Magenta, la rue Lafayette et la rue du Faubourg St Martin). Des valeurs importantes sont aussi observées pour le CO (de l ordre de 6-7 mg/m 3 ) et pour les particules (de l ordre de 70 µg/m 3 ). Pour un vent plus faible (2 m/s), la dispersion des polluants émis dans chaque rue devient moins efficace au niveau du sol. En conséquence, les concentrations en situation de proximité du trafic peuvent atteindre des valeurs encore plus élevées. Localement, les concentrations peuvent être de l ordre 1200 µg/m3 pour les NOx et de l ordre de 150 µg/m 3 pour les particules. Les répartitions géographiques des champs de concentration simulés sont en bon accord avec les résultats obtenus lors de la campagne de mesure de l hiver 2001 (cf. rapport - Etude de la qualité de l'air dans le secteur de la gare de l Est - Juillet 2001). Les points de prélèvement proches d un trafic routier important s étaient montrés fortement influencés par les émissions du trafic routier (cette influence moyenne était mesurée par des tubes à diffusion pour le benzène laissés sur place pendant une période d un mois). Les modélisations numériques des niveaux de proximité sont représentatives de niveaux observés près d axes où le trafic routier est important (en heure de pointe : de l ordre de 3000 véhicules/heure pour le Boulevard Magenta, 2000 véhicules/heure pour la Rue Lafayette et 3000 véhicules/heure pour la Rue du Faubourg St Martin). Ces effets sont amplifiés par la présence d un bâti dense associé à un relief conséquent. A titre de comparaison, les maxima horaires pour l année 2001 pour les stations de mesure de proximité situées Place V. Basch, Auteuil périphérique, et Quai des Célestins sont pour l heure de pointe du matin ( HPM cf. Tableau 6) : - Pour les NOx, de 1074 µg/m 3 pour la station V. Basch, de 1604 µg/m 3 pour la station Auteuil périphérique et de 1362 µg/m 3 pour la station Quai des Célestins. - Pour les particules, de 116 µg/m 3 pour la station de la place V. Basch et de 130 µg/m3 pour la station du Bd Périphérique Auteuil.

38 - Page 34 Toutes heures confondues, les maxima horaires en concentration de NOx mesurés pour l'année 2001 sont de : 1279µg/m 3 pour la station V. Basch, 1760 µg/m 3 pour la station Auteuil périphérique et de 1835 µg/m 3 pour la station quai des Célestins. Si l on descend en résolution quart-horaire, les valeurs maximales de concentration en NOx mesurées sur ces trois stations trafic d sont de : 1368 µg/m 3 pour la place V. Basch, 2034 µg/m 3 pour la station Auteuil périphérique et 2085 µg/m 3 pour la station quai des Célestins. Toutes heures confondues, les maxima horaires en particules mesurés pour l année 2001 sont de : 124 µg/m 3 pour la station V. Basch et 203 µg/m 3 pour la station Auteuil périphérique. En résolution quart-horaire, les valeurs maximales de concentration en particules mesurées sur ces deux stations trafic d sont de : 125 µg/m 3 pour la place V. Basch et 239 µg/m 3 pour la station Auteuil périphérique. Concentration maximale en polluant Place V. Basch Auteuil périphérique Quai des Célestins NOx (HPM) 1074 µg/m µg/m µg/m 3 Particules (HPM) 116 µg/m µg/m 3 - NOx toutes heures confondues Particules toutes heures confondues NOx mesure quarthoraire Particules mesure quarthoraire 1760 µg/m µg/m µg/m µg/m µg/m µg/m µg/m µg/m µg/m µg/m 3 - Tableau 6 : Concentrations horaires et quart-horaires maximales observées en 2001 sur 3 stations trafic du réseau pour les NOx et les particules Phase 2 : modélisation du quartier avec trafic ferroviaire Diesel L objectif de cette deuxième phase est de quantifier l influence du fonctionnement des locomotives Diesel sur la qualité de l air dans le secteur de la gare de l Est. Les scénarii de circulation des trains retenus font intervenir trois locomotives Diesel évoluant simultanément pendant une durée de 6 minutes, avec une arrivée, un départ et des stationnements à quai. Pour les locomotives stationnées, deux modes de fonctionnement des moteurs Diesel ont été simulés : le scénario 1 avec de fortes émissions de NOx d origine ferroviaire (i.e. des locomotives en mode «Chauffage de rame» et des locomotives en mouvement) et le scénario 2 avec des émissions de NOx beaucoup moins élevées (i.e. des locomotives en mode «Ralenti» et des locomotives en mouvement). Les NOx d origine ferroviaire ont été distingués afin d évaluer la dispersion des polluants émis par les locomotives Diesel sur l ensemble du domaine et leur contribution spécifique aux niveaux mesurés dans l environnement.

39 - Page 35 Cas particulier du monoxyde de carbone CO : Les locomotives Diesel sont de faibles émetteurs de CO par rapport au trafic routier (cf. Tableau 4). Ces émissions ont donc peu d effet sur les concentrations en CO simulées sur le quartier. La Figure 28 confirme que les champs de CO simulés, pour un vent de 5 m/s de direction sud ouest, ne sont pas fortement influencés par les sources d origine ferroviaire. En conséquence, nous focaliserons notre attention sur les deux autres polluants : NOx et particules, qui par ailleurs posent des problèmes plus marqués en matière de pollution atmosphérique en Ile de France. Figure 28 : Champ de concentration en CO et à t=6 minutes, vent 5m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes (locomotives en mode «Chauffage de rame ). Pour le scénario 1, les simulations ont été effectuées pour toutes les configurations météorologiques. Pour le scénario 2 avec des locomotives Diesel stationnées en mode «ralenti», seule la configuration météorologique avec un vent de 5 m/s de direction sud ouest a été modélisée.

40 - Page Scénario 1 : Vent de 5 m/s et de direction sud ouest Dans cette configuration, la présence de deux locomotives Diesel stationnées en tête de quai en mode «Chauffage de rame» entraîne la formation au Nord Est de la gare d un panache avec des concentrations en NOx supérieures à 500 µg/m 3 (cf. Figure 29). Ces concentrations peuvent atteindre localement des valeurs supérieures à 1000 µg/m 3 (cf. Figure 30). Ce panache se disperse ensuite dans la zone Nord Est du domaine. A cet endroit, sa contribution s ajoute aux champs de concentration dus au trafic routier pour donner des concentrations en NOx de l ordre de 750 µg/m 3, imputables à l ensemble des émetteurs du quartier. Figure 29 : Champ de concentration en NOx, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t= 6 minutes (avec isocontour 500 µg/m 3 ) Figure 30 : Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m 3, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes

41 - Page 37 Les concentrations en particules sont elles aussi fortement influencées par les émissions ferroviaires (cf. Figure 31 et Figure 32). A proximité des locomotives, les concentrations en particules sont supérieures à 100 µg/m 3. Dans le quartier situé au Nord Est du domaine, les concentrations en particules sont de l ordre de 50 µg/m 3. Figure 31 : Champ de concentration en particules, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t= 6 minutes (avec isocontour 60 µg/m 3 ) Figure 32 : Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m 3, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes

42 - Page Scénario 1 : Vent de 5 m/s et de direction nord est Pour cette configuration, les résultats sont globalement similaires aux résultats présentés précédemment pour un vent de direction sud ouest. Cependant le changement de direction du vent modifie sensiblement la forme du panache. L influence de la gare (située sous le vent par rapport aux lieux d émissions des locomotives Diesel) entraîne une dispersion verticale plus efficace et les concentrations simulées dans le voisinage du parvis devant la gare sont réduites de 50 % par rapport aux concentrations au droit des locomotives. Figure 33 : Champ de concentration en NOx, vent 5 m/s de direction nord est, à t= 6 minutes (avec isocontour 500 µg/m 3 ) Figure 34 : Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m 3, vent 5 m/s de direction nord est, à t=6 minutes

43 - Page 39 Figure 35 : Champ de concentration en particules, vent 5 m/s de direction nord est, à t= 6 minutes (avec isocontour 60 µg/m 3 ) Figure 36 : Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m 3, vent 5 m/s de direction nord est, à t=6 minutes

44 - Page Scénario1 : Vent de 2 m/s et de direction sud ouest Dans cette configuration, les concentrations augmentent car la dispersion est devenue moins efficace. En conséquence, les valeurs de concentration en NOx vont être supérieures à celles simulées pour un vent de 5 m/s. La Figure 37 montre que ces valeurs peuvent atteindre localement les 1800 µg/m 3. L extension du panache représentée par l isosurface 1000 µg/m 3 est également plus importante (cf. Figure 38). Figure 37 : Champ de concentration en NOx, vent 2 m/s de direction sud ouest, à t= 6 minutes (avec isocontour 500 µg/m 3 ) Figure 38 : Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m 3, vent 2 m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes

45 - Page 41 Ce phénomène s observe également pour le champ de concentration en particules (cf. Figure 39 et Figure 40). Figure 39 : Champ de concentration en particules, vent 2 m/s de direction sud ouest, à t= 6 minutes (avec isocontour 60 µg/m 3 ) Figure 40 : Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m 3, vent 2 m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes

46 - Page Scénario 1 : Vent de 2 m/s et de direction nord est Dans cette configuration (vent nord est), les polluants sont rabattus sur la gare. Ainsi, même si la dispersion est moins efficace par vent de 2 m/s, les valeurs de concentration en NOx observées sous le vent ne vont pas atteindre des valeurs aussi importantes que sous un vent de même intensité de direction sud ouest. Les valeurs maximales restent localisées au droit des locomotives (cf. Figure 41). La dispersion des polluants s effectue en grande partie sur la verticale comme l illustre la Figure 42, avec un panache représenté par l isosurface à 1000 µg/m 3 passant par dessus les bâtiments. Figure 41 : Champ de concentration en NOx, vent 2 m/s de direction nord est, à t= 6 minutes (avec isocontour 500 µg/m 3 ) Figure 42 : Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m 3, vent 2 m/s de direction nord est, à t=6 minutes

47 - Page 43 Ce phénomène s observe également pour le champ de concentration en particules (cf. Figure 43 et Figure 44). Figure 43 : Champ de concentration en particules, vent 2 m/s de direction nord est, à t= 6 minutes (avec isocontour 60 µg/m 3 ) Figure 44 : Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m 3, vent 2 m/s de direction nord est, à t=6 minutes

48 - Page Scénario 2 : Vent de 5 m/s et de direction sud ouest Dans le scénario 2, les locomotives Diesel stationnées en tête de quai ont un mode de fonctionnement des moteurs type «Ralenti». La Figure 45 montre les champs de concentration en NOx, à t = 5 minutes, c est à dire lorsque les 3 locomotives Diesel sont en mode «Ralenti». La dernière minute, une des locomotives quittera la gare (et passera donc en mode de fonctionnement «Départ»). L impact sur la qualité de l air du quartier est beaucoup moindre que lorsque 2 locomotives étaient en mode «Chauffage de rame». En effet, ce mode de fonctionnement des moteurs est 13 fois moins émetteur en NOx que le mode «Chauffage de rame» (cf. Tableau 3 : Données d émissions pour une locomotive CC72000 (source SNCF)). A la dernière minute de simulation (cf. Figure 46), une des 3 locomotives quitte la gare, entraînant la formation d un panache de NOx à des concentrations de l ordre de 1000 µg/m 3 comme le montre l isosurface représentée sur la Figure 47. Ce type de phénomène avait été observé lors de la campagne de mesure menée sur le pont Lafayette surplombant les voies de chemin de fer (cf. rapport - Etude de la qualité de l'air dans le secteur de la gare de l Est - Juillet 2001 page 37-39). Figure 45 : Champ de concentration en NOx, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t = 5 minutes et locomotives stationnées en mode «Ralenti».

49 - Page 45 Figure 46 : Champ de concentration en NOx, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t = 6 minutes et locomotives stationnées en mode «Ralenti». Figure 47 Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m 3, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes, locomotives stationnées en mode «Ralenti».

50 - Page 46 Figure 48 : Champ de concentration en particules, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t = 6 minutes et locomotives stationnées en mode «Ralenti». Figure 49 Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m 3, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes, locomotives stationnées en mode «Ralenti».

51 - Page INTERPRETATION DES RESULTATS 4.1. Contribution des sources ferroviaires Diesel aux niveaux de pollution Les résultats de cette deuxième phase permettent d évaluer la situation dans le quartier de la gare de l Est avec la contribution des émissions générées par le trafic ferroviaire Diesel. Les figures qui suivent présentent ainsi le pourcentage de contribution du trafic ferroviaire Diesel dans les concentrations en NOx et en particules estimées du quartier de la gare de l Est. Nous nous sommes volontairement placés dans une situation majorante du point de vue de la contribution des locomotives Diesel en supposant que les locomotives stationnées en tête de quai fonctionnaient selon le mode «Chauffage de rame». Une comparaison avec le mode moins émetteur «Ralenti» a été effectuée pour la situation météorologique caractérisée par un vent de direction sud-ouest et de vitesse 5 m/s. Pour chaque figure est représentée l isocontour de contribution 25 % permettant d estimer visuellement l emprise de l impact significatif des motrices Diesel sur la qualité de l air. Figure 50 : Locomotives stationnées en mode «Ralenti» : pourcentages de concentration en NOx dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 5 m/s de direction sud ouest)

52 - Page 48 Figure 51 : Locomotives stationnées en mode «Chauffage de rame» : pourcentages de concentration en NOx dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 5 m/s de direction sud ouest) Figure 52 : Locomotives stationnées en mode «Chauffage de rame» : pourcentages de concentration en NOx dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 5 m/s de direction nord est)

53 - Page 49 Figure 53 : Locomotives stationnées en mode «Chauffage de rame» : pourcentages de concentration en NOx dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 2 m/s de direction sud ouest) Figure 54 : Locomotives stationnées en mode «Chauffage de rame» : pourcentages de concentration en NOx dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 2 m/s de direction nord est) Ces figures montrent que la contribution du trafic ferroviaire Diesel dans les environs proches des voies ou de la gare de l Est peut être importante pour les oxydes d azote. Ainsi, l isocontour de contribution 25% délimite une zone d emprise non négligeable comprenant la proximité immédiate des voies et la zone située sous le vent des émissions Diesel. Par direction de vent nord-est, le rayon d influence des motrices Diesel de part et d autre des voies est de l ordre de m et la propagation dans le quart sud-ouest du domaine concerne le parvis de la gare de l Est ainsi que les zones d habitation jusqu à une distance de 100 m (par vent de 2m/s) ou 200 m (par vent de 5m/s).

54 - Page 50 Par direction de vent sud ouest, la contribution relative des motrices Diesel est comparativement plus étendue aux abords des sources émettrices. Le rayon d influence de part et d autre des voies se situe plutôt aux alentours de m et il a tendance à s élargir en s éloignant de la gare. L impact sur les zones d habitation au nord-ouest du domaine est également plus large que dans la configuration vent de nord-est touchant les zones d habitation jusqu à une distance de 200 m (par vent de 2 m/s) à 400 m (par vent de 5 m/s). Cet effet s explique bien par le fait déjà évoqué que la direction du vent conditionne en grande partie la forme du panache des émissions des motrices Diesel. En régime de nord est, l influence de la gare (située sous le vent par rapport aux lieux d émissions des locomotives Diesel) entraîne une dispersion verticale plus efficace et les concentrations simulées dans le voisinage du parvis devant la gare sont réduites de 50 % par rapport aux concentrations au droit des locomotives. Cette contribution est plus importante lorsque les locomotives stationnées en tête de quai sont en mode «Chauffage de rame», comme en témoigne la comparaison entre la Figure 50 et la Figure 51. Afin d évaluer la contribution relative des émissions ferroviaires Diesel pour les particules, une simulation a été effectuée en distinguant les particules d origine ferroviaire. Compte tenu des contraintes de temps de calcul, cette simulation n a été réalisée que pour une seule direction de vent (sud ouest). Les résultats sont présentés sur la Figure 55 pour un vent de 5m/s et sur la Figure 56 pour un vent de 2 m/s. Ils montrent que la contribution relative du trafic ferroviaire Diesel en terme de particules est du même ordre de grandeur que pour les NOx à proximité immédiate des voies. Cependant pour le quartier situé sous le vent des émissions ferroviaire Diesel, cette contribution apparaît plus limitée que celle des NOx. L emprise spatiale de la limite des 25 % y est réduite d environ un tiers par rapport à celle des NOx. Figure 55 : Locomotives stationnées en mode «Chauffage de rame» : pourcentages de concentration en particules dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 5 m/s de direction sud ouest)

55 - Page 51 Figure 56 : Locomotives stationnées en mode «Chauffage de rame» : pourcentages de concentration en particules dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 2 m/s de direction sud ouest) 4.2. Evaluation des zones d impact maximales Afin de quantifier plus précisément l impact des locomotives Diesel sur la qualité de l air du quartier dans les différentes configurations, les concentrations estimées à t=6 minutes ont été étudiées pour trois lieux particuliers : 1. le parvis situé devant la gare de l Est, 2. l abord immédiat des voies ferrées, 3. le quartier situé sous le vent (au nord est du domaine pour un vent de sud ouest et au sud ouest du domaine pour un vent de nord est) L impact des locomotives Diesel sur ces 3 lieux dépend des conditions météorologiques et du niveau d émission des locomotives Diesel (et donc de leurs modes de fonctionnement). Du fait de la forte densité en bâtiment, les flux d air sont canalisés et le lieu d émission des polluants va conditionner la dispersion des polluants. Ainsi l axe des voies constitue une direction privilégiée de dispersion des polluants émis par les locomotives Diesel pour un vent de direction sud ouest. Par vent de direction nord est, l effet du bâtiment de la gare devient primordial sur le niveau de dispersion des polluants. De plus, le positionnement des rues par rapport au vent et la présence d intersections jouent un rôle important dans la façon dont les polluants vont être transportés au niveau des rues situées en aval des locomotives en fonctionnement. Par vent de direction sud ouest (situation météorologique la plus courante en Ile de France), la dispersion des émissions ferroviaires s effectuent sous forme d un panache évoluant le long des voies de chemin de fer, s élargissant progressivement puis se dispersant dans les rues situées dans la partie nord est du domaine. Le pourcentage de la concentration en NOx d origine ferroviaire peut atteindre localement de l ordre de 90 % aux abords des voies ferrées et de l ordre de % pour le quartier situé sous le vent. En valeur absolue, ces pourcentages correspondent à des concentrations maximales :

56 - Page 52 Pour un vent de 2 m/s : de l ordre de 1800 µg/m 3 pour les voies ferrées et 1000 µg/m 3 pour le quartier situé sous le vent (cf. Figure 37). Pour un vent de 5 m/s : de l ordre de 1400 µg/m 3 pour les voies ferrées et 750 µg/m 3 pour le quartier situé sous le vent (cf. Figure 29). Par vent de direction nord est, la présence de la gare sous le vent entraîne une extension verticale du panache plus importante que pour un vent de direction sud ouest. La dispersion verticale des émissions y est donc beaucoup plus efficace contribuant de fait à des concentrations au sol moins importantes. Cet effet est relativement plus important pour des faibles vents (2 m/s) dont l intensité ne permet pas une dispersion efficace par le côté du bâtiment. Dans ce cas, les polluants sont préférentiellement dispersés par le dessus du bâtiment de la gare. Le pourcentage de la concentration en NOx d origine ferroviaire est au maximum de l ordre de 70 à 80 % sur le parvis, de l ordre de 90 % aux abords des voies ferrées et de 60 à 85 % pour le quartier situé sous le vent. En valeur absolue, ces pourcentages correspondent à des concentrations maximales : Pour un vent de 2 m/s : de l ordre de 1000 µg/m 3 pour le parvis, de 1500 µg/m 3 pour les voies ferrées et de 1200 µg/m 3 pour le quartier situé sous le vent. Pour un vent de 5 m/s : de l ordre de 1200 µg/m 3 pour le parvis, de 1000 µg/m 3 pour les voies ferrées et 1000 µg/m 3 pour le quartier situé sous le vent Etude des phénomènes de persistance L impact du trafic ferroviaire Diesel ne disparaît pas immédiatement après le départ ou l arrêt des locomotives Diesel. Pour étudier cette persistance des polluants d origine ferroviaire dans l air du quartier, les émissions des locomotives ont été stoppées à t=6 minutes. La simulation a été prolongée en l absence totale d émission de locomotives Diesel (de 4 minutes pour un vent de 5 m/s et de 9 minutes pour un vent de 2 m/s). La Figure 57 montre l évolution du pourcentage de NOx d origine ferroviaire 0, 2 et 4 minutes après l extinction des moteurs Diesel pour un vent de 5 m/s et de direction sud ouest. La Figure 58 montre l évolution du pourcentage de particules d origine ferroviaire 0, 2 et 4 minutes après l extinction des moteurs Diesel pour un vent de 5 m/s et de direction sud ouest. La Figure 59 montre l évolution du pourcentage de NOx d origine ferroviaire 0, 2 et 4 minutes après l extinction des moteurs Diesel pour un vent de 5 m/s et de direction nord est. La Figure 60 montre l évolution du pourcentage de NOx d origine ferroviaire 0, 2, 4 et 9 minutes après l extinction des moteurs Diesel pour un vent de 2 m/s et de direction nord est. La Figure 61 montre l évolution du pourcentage de NOx d origine ferroviaire 0, 2, 4 et 9 minutes après l extinction des moteurs Diesel pour un vent de 2 m/s et de direction sud ouest.

57 - Page 53 Ces figures montrent que la concentration des NOx et de particules d origine ferroviaire chute relativement rapidement après l extinction des sources ferroviaires. Cette décroissance est néanmoins fonction de la situation météorologique. Moins l atmosphère est dispersive et plus on observe une persistance des concentrations de polluants issus des motrices Diesel. En situation peu dispersive (vent de 2m/s), il faut attendre de l ordre de 9 minutes après l extinction des moteurs Diesel pour que la contribution des émissions des motrices ait quasiment disparu, en situation plus dispersive (vent de 5 m/s), la durée nécessaire est plutôt de l ordre de 4 minutes. Les durées de persistance de la contribution du trafic ferroviaire Diesel illustre bien le fait que les émissions associées à ce trafic reste limitée dans le temps à une période de quelques minutes alors que l influence du trafic routier est omniprésente avec des émissions réparties tout au long de la journée. Néanmoins, l influence continue des émissions directes des locomotives associées aux phénomènes d extinction mis en évidence pourrait conduire dans l hypothèse d un nombre de mouvements répétés, dans un laps de temps réduit, l heure par exemple, à une persistance forte de la contribution des émissions ferroviaires Diesel aux niveaux de pollution observés dans le quartier concerné.

58 - Page 54 Figure 57 : Pourcentage de NOx d origine ferroviaire 0, 2 et 4 minutes après l extinction des locomotives en mode «Chauffage de rame» (vent 5 m/s de direction sud ouest).

59 - Page 55 Figure 58 : Pourcentage de particules d origine ferroviaire 0, 2 et 4 minutes après l'extinction des locomotives en mode «Chauffage de rame» (vent 5 m/s de direction sud ouest)

60 - Page 56 Figure 59 : Pourcentage de NOx d origine ferroviaire 0, 2 et 4 minutes après l extinction des locomotives en mode «Chauffage de rame» (vent 5 m/s de direction nord est).

61 - Page 57 t = 0 min après extinction des locomotives t = 2 min après extinction des locomotives t = 4 min après extinction des locomotives t = 9 min après extinction des locomotives Figure 60 : Pourcentage de NOx d origine ferroviaire 0, 2, 4 et 9 minutes après l'extinction des locomotives en mode «Chauffage de rame» ( vent 2 m/s de direction nord est)

62 - Page 58 t = 0 min après extinction des locomotives t = 2 min après extinction des locomotives t = 4 min après extinction des locomotives t = 9 min après extinction des locomotives Figure 61 : Pourcentage de NOx d origine ferroviaire 0, 2, 4 et 9 minutes après l'extinction des locomotives en mode «Chauffage de rame» ( vent 2 m/s de direction sud ouest)

63 - Page Synthèse des principaux résultats Le tableau qui suit (Tableau 7) permet de récapituler les principales informations concernant la contribution du trafic ferroviaire Diesel aux niveaux de pollution du quartier de la gare de l Est. Les principales propriétés de dispersion des émissions Diesel au sein du quartier qui ont pu être mises en évidence dans le cadre de cette étude sont les suivantes : 1. un vent fort (5 m/s) entraîne une dispersion plus importante des polluants au sein du quartier entraînant des contributions des sources ferroviaires relativement plus élevées pour des points éloignés de la source de pollution que pour un vent plus faible (2 m/s). A contrario, cette plus grande dispersion entraîne une persistance temporelle moindre des polluants. Les niveaux de pollution en valeur absolue sont néanmoins moindres en tout point du domaine par vent fort que par vent faible, à l exception de la zone du parvis de la gare de l Est par vent de secteur nord-est. 2. la présence du bâtiment de la gare juste sous le vent des locomotives Diesel dans ce cas (vent de secteur nord est) entraîne en effet une dispersion verticale des polluants. Cet effet est relativement plus important pour des faibles vents (2 m/s) dont l intensité ne permet pas de transporter latéralement les polluants de façon efficace par le coté ouest du bâtiment. Dans ce cas, les polluants sont préférentiellement dispersés par le dessus du bâtiment de la gare.

64 - Page 60 Situation météorologique Parvis Voies ferrées Zones d étude Quartier immédiatement situé sous le vent Persistance dans ce quartier Direction SO Situé au Nord Est de la gare Vent 2/ms Zone hors d influence des locomotives Diesel Contribution max. des motrices Diesel : 90 % Valeur maximale ~ 1800 µg/m 3 Emprise des contributions > 25 % : 150 m Contribution max. des motrices Diesel : 70 % Valeur maximale ~ 1000 µg/m 3 Emprise des contributions > 25 % : 200 m (dans l axe du vent) 200 m (dans la direction orthogonale au vent) De l ordre de 9 minutes Vent 5 m/s Zone hors d influence des locomotives Diesel Contribution max. des motrices Diesel : 90 % Valeur maximale ~ 1400 µg/m 3 Emprise des contributions > 25 % : 180 m Contribution max. des motrices Diesel : 60 % Valeur maximale ~ 750 µg/m 3 Emprise des contributions > 25 % : 400 m (dans l axe du vent) 250 m (dans la direction orthogonale au vent) De l ordre de 4 minutes

65 - Page 61 Situation météorologique Parvis Zones d étude Voies ferrées Quartier immédiatement situé sous le vent Persistance dans ce quartier Direction NE Situé au Sud Ouest de la gare Vent 2 m/s Contribution max. des motrices Diesel : 70 % Valeur maximale ~ 1000 µg/m 3 Emprise des contributions > 25 % : 100 m Contribution max. des motrices Diesel : 90 % Valeur maximale ~ 1500 µg/m 3 Emprise des contributions > 25 % : 80 m Contribution max. des motrices Diesel : 60 % Valeur maximale ~ 1200 µg/m 3 Emprise des contributions > 25 % : 350 m (dans l axe du vent) 100 m (dans la direction orthogonale au vent) De l ordre de 9 minutes Vent 5 m/s Contribution max. des motrices Diesel : 80 % Valeur maximale ~ 1200 µg/m 3 Emprise des contributions > 25 % : 100 m Contribution max. des motrices Diesel : 90 % Valeur maximale ~ 1000 µg/m 3 Emprise des contributions > 25 % : 70 m Contribution max. des motrices Diesel : 85 % Valeur maximale ~ 1000 µg/m 3 Emprise des contributions > 25 % : 500 m (dans l axe du vent) 200 m (dans la direction orthogonale au vent) De l ordre de 4 minutes Tableau 7: Impact maximum des locomotives Diesel pour t = 6 minutes (estimé à partir du pourcentage de concentration en NOx d origine ferroviaire)

66 - Page 62 _ 5. CONCLUSION Ce rapport présente la reconstitution numérique de l état de la qualité de l air dans le quartier de la gare de l Est. Les émissions du trafic routier et du trafic ferroviaire Diesel ont été prises en compte et leurs dispersions modélisées afin d évaluer la contribution de chaque type de source dans le niveau de qualité de l air du quartier. Il convient en premier lieu d insister sur l extrême complexité des phénomènes à décrire à l échelle d un quartier parisien à l urbanisme dense et influencé par des sources de pollution d origine multiple. En conséquence, la modélisation numérique conduite, dont le caractère pionnier doit être souligné, vise avant tout à identifier pour des configurations de météorologie et de trafic de référence, des ordres de grandeur pour les niveaux et l emprise des phénomènes de pollution induits par le trafic ferroviaire Diesel. Niveau d ambiance du quartier : Les simulations numériques confirment que les niveaux de pollution atteints dans le quartier de la gare de l Est correspondent aux valeurs communément mesurées pour des points éloignés du trafic routier. Ces niveaux sont représentatifs de situation de fond en paysage urbain dense typique de l agglomération parisienne. Les résultats des modélisations sont en bon accord avec les résultats obtenus lors de la campagne de mesure de l hiver 2001 (cf. rapport - Etude de la qualité de l'air dans le secteur de la gare de l Est - Juillet 2001). Niveau de proximité du trafic routier : En situation de proximité des axes routiers principaux, les concentrations en polluant peuvent atteindre localement des valeurs très élevées (de l ordre de 1200 µg/m 3 pour les oxydes d azote et de l ordre de 150 µg/m 3 pour les particules). Il faut noter que ces valeurs sont des maxima instantanés, spatialement très localisés à certains endroits des principales artères du quartier (boulevard Magenta, Rue Lafayette et Rue du Faubourg St Martin). Ces simulations ont été effectuées pour un trafic routier intense correspondant à l heure de pointe du matin. Pour les NOx, ces maxima sont comparables aux valeurs maximales en concentration quarthoraire mesurées sur les stations trafic d et sont représentatifs de niveaux observés près d axes où le trafic routier est important (en heure de pointe: de l ordre de 3000 véhicules/heure pour le Boulevard Magenta et la Rue du Faubourg St Martin, 2000 véhicules/heure pour la Rue Lafayette). Ces effets sont amplifiés par la présence d un bâti dense associé à un relief non négligeable. Contribution du trafic ferroviaire à motorisation Diesel : La contribution du trafic ferroviaire Diesel sur le quartier pour les scénarii simulés s avère très dépendante du mode de fonctionnement des moteurs Diesel. En mode chauffage de rame, les locomotives Diesel sont fortement émetteur en polluant. Ce mode a donc été particulièrement étudié. Polluant par polluant, la contribution peut se révéler localement :

67 - Page 63 _ Importante pour les oxydes d azote. Les locomotives, notamment en situation de chauffage de rame, sont d importants contributeurs en NOx. Les NOx émis par les locomotives se dispersent sous le vent, entraînant la formation d un panache suivi d une dispersion dans les rues situées sous le vent. Pour des conditions de dispersion défavorables, les concentrations de NOx peuvent atteindre des valeurs supérieures à 1200 µg/m 3 (avec une contribution de la source ferroviaire supérieure à 60 %) à quelques centaines de mètres des locomotives Diesel. Elles contribuent ainsi jusqu à cette distance à des concentrations supérieures à celles observées à proximité immédiate des axes du quartier au trafic routier les plus denses. Relativement importante pour les particules atmosphériques. Pour ce polluant, les niveaux d émissions dépendent beaucoup moins du mode de fonctionnement du moteur Diesel («chauffage de rame», «ralenti», «arrivée» ou «départ»). Le panache de particules entraîne une dispersion dans les rues situées sous le vent, néanmoins plus limitées en extension que dans le cas des NOx. Pour des conditions de dispersion défavorables, les concentrations en particules peuvent atteindre des valeurs supérieures à 175 µg/m 3 à quelques centaines de mètres des locomotives Diesel. Relativement faible pour le monoxyde de carbone. Les fortes concentrations restent localisées en proximité proche de l émetteur, les locomotives étant de faibles émetteurs en CO. Même en mode ralenti (mode le plus riche en production de CO), les sur-concentrations dues au trafic ferroviaire restent localisées au droit des locomotives Diesel restées à quai. En relatif, la contribution du trafic ferroviaire Diesel peut se relever très importante. Suivant la direction et la force du vent, les pourcentages de NOx d origine ferroviaire peuvent atteindre des valeurs de 70 à 80 % pour des zones situées à plusieurs centaines de mètres des locomotives, excédant ainsi les limites de l emprise des installations de la SNCF. Ces fortes contributions restent cependant géographiquement relativement très localisées (sous le vent) et limitées dans le temps (avec une persistance d une dizaine de minutes au maximum après l extinction des sources). Le départ d une locomotive Diesel entraîne la formation pendant un laps de temps court d un panache de polluants au-dessus du parcours de la motrice. Cette situation avait été observée lors de la campagne de mesure sur la passerelle surplombant les voies de la gare de l Est (cf. rapport - Etude de la qualité de l'air dans le secteur de la gare de l Est - Juillet 2001 page 37-39). Des augmentations très intenses et très brèves de la concentration en oxydes d azote (de l ordre de 1300 à 1700 µg/m 3 pendant environ 2 minutes) avaient été observées lors du passage d un train. En dehors de ces périodes, les émissions des locomotives Diesel situées en tête de quai entraînent la formation d un panache de NOx suivant la direction du vent et l axe des bâtiments. Evolution prévisible de la contribution des locomotives Diesel : Selon la SNCF, le mode d exploitation des locomotives Diesel a été modifié depuis l année 2000 afin de ne plus réaliser de conditionnement de rame en gare de l Est (i.e. des moteurs Diesel en mode «Chauffage de rame»). Les principes du fonctionnent d un moteur Diesel et de reprise du conditionnement d une rame imposeraient cependant un minimum de régime de chauffe, après le raccordement de la motrice Diesel à la rame, c est à dire juste avant le départ du train (de l ordre de une à deux minutes). La situation actuelle serait donc plus proche du

68 - Page 64 _ scénario où les locomotives Diesel stationnées en gare de l Est sont en mode «Ralenti» à condition d ajouter une période de chauffe de l ordre de 2 minutes pour des locomotives prêtes à partir. En outre, la remotorisation des locomotives CC72000, engagée par la SNCF avec le soutien de la région Ile de France et de l Etat, devraient réduire les polluants émis par chaque mouvement de locomotive. Pour les NOx, les facteurs d émissions seraient ainsi réduits, selon la SNCF, de 67 % en mode ralenti et de 45 % en mode «Chauffage de rame» (cf. ANNEXE 2). Le nouveau mode d exploitation des locomotives Diesel et leurs remotorisations devraient donc se traduire dans le futur par une baisse des concentrations de polluants d origine ferroviaire dans le quartier autour de la gare de l Est. Un scénario avec le nouveau mode d exploitation des locomotives a donc été simulé avec des locomotives actuelles (cf. ANNEXE 3 : Figure 63) et des locomotives remotorisées (cf. ANNEXE 3 : Figure 64) pour un vent de 5 m/s de direction sud ouest. En l absence de remotorisation, les concentrations maximales en NOx sont de l ordre de 1800 µg/m 3 près des locomotives au bout de 5 minutes de fonctionnement et chutent à 1000 µg/m 3 à la sixième minute lors du départ d une des locomotives. L extension de l isocontour 500 µg/m3 en concentration de NOx couvre largement l emprise des voies SNCF située sous le vent. Pour des locomotives remotorisées, les extensions spatiales de ces maxima ne se limitent plus, au bout de 5 minutes de fonctionnement, qu à la sortie immédiate des polluants située près des locomotives («cheminée») et couvrent quelques zones d extension limitée (de l ordre de 100 m par 20 m) à la sixième minute de fonctionnement. Cette moindre influence se traduit également en terme de pourcentage de NOx d origine ferroviaire. Ainsi, pour le quartier situé sous le vent, l isocontour de contribution 25 % délimite une zone d emprise deux fois moins étendue dans le cas où les locomotives Diesel ont été remotorisées (cf. ANNEXE 3 : Figure 65). L association d un mode d exploitation réduisant les périodes de chauffe en gare de l Est et de la remotorisation des locomotives conduiraient donc à une réduction significative de l impact du trafic ferroviaire Diesel pour le quartier gare de l Est par rapport à la situation initiale.

69 - Page 65 _ TABLE DES FIGURES ET TABLEAUX Figure 1 : Topographie du quartier autour de la gare de l Est (altitude en m)... 8 Figure 2 : Eléments cartographiques présents dans la base de données IGN... 9 Figure 3 : Discrétisation verticale utilisée dans la modélisation Figure 4 : Domaine d étude Vue isométrique Figure 5 : Maillage - Vue de dessus Figure 6 : Maillage - Vue isométrique Figure 7 : Exemple de conditions aux limites MERCURE pour la vitesse du vent (vent 2 m/s de direction nord est) Figure 8 : Conditions aux limites MERCURE pour la température Figure 9 : Localisation des émissions produites par le trafic routier Figure 10 : Schéma de circulation des 3 locomotives Diesel Figure 11 : Emissions relatives de CO dans le domaine Figure 12 : Emissions relatives de NOx dans le domaine Figure 13 : Emissions relatives de particules dans le domaine Figure 14 : Circulation de l écoulement (vent 5 m/s de direction sud ouest) Figure 15 : Ecoulement : champ des vitesses (vent 5 m/s de direction sud ouest) Figure 16 : Ecoulement : champ des vitesses (vent 2 m/s de direction sud ouest) Figure 17 : Champ de concentration en CO pendant l heure de pointe de trafic du matin (vent 5 m/s de direction sud ouest) Figure 18 : Champ de concentration en CO pendant l heure de pointe du trafic du matin (vent 2 m/s de direction sud ouest) Figure 19 : Champ de concentration en NOx pendant l heure de pointe de trafic du matin (vent 5 m/s de direction sud ouest) Figure 20 : Isosurface de NOx à la valeur de 400 µg/m 3 (vent 5 m/s de direction sud ouest).29 Figure 21 : Champ de concentration en NOx pendant l heure de pointe de trafic du matin (vent 5 m/s direction nord est) Figure 22 : Champ de concentration en NOx pendant l heure de pointe de trafic du matin (vent 2 m/s direction sud ouest) Figure 23 : Champ de concentration de NOx pendant l heure de pointe de trafic du matin (vent 2 m/s de direction nord est) Figure 24 : Champ de concentration en particules pendant l heure de pointe de trafic du matin (vent 5 m/s de direction sud ouest) Figure 25 : Champ de concentration en particules pendant l heure de pointe de trafic du matin (vent 5 m/s de direction nord est) Figure 26 : Champ de concentration en particules pendant l heure de pointe de trafic du matin (vent 2 m/s de direction nord est) Figure 27 : Champ de concentration en particules pendant l heure de pointe de trafic du matin (vent 2 m/s de direction sud ouest) Figure 28 : Champ de concentration en CO et à t=6 minutes, vent 5m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes (locomotives en mode «Chauffage de rame ) Figure 29 : Champ de concentration en NOx, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t= 6 minutes (avec isocontour 500 µg/m 3 )... 36

70 Page 66 Figure 30 : Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m 3, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes Figure 31 : Champ de concentration en particules, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t= 6 minutes (avec isocontour 60 µg/m 3 ) Figure 32 : Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m 3, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes Figure 33 : Champ de concentration en NOx, vent 5 m/s de direction nord est, à t= 6 minutes (avec isocontour 500 µg/m 3 ) Figure 34 : Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m 3, vent 5 m/s de direction nord est, à t=6 minutes Figure 35 : Champ de concentration en particules, vent 5 m/s de direction nord est, à t= 6 minutes (avec isocontour 60 µg/m 3 ) Figure 36 : Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m 3, vent 5 m/s de direction nord est, à t=6 minutes Figure 37 : Champ de concentration en NOx, vent 2 m/s de direction sud ouest, à t= 6 minutes (avec isocontour 500 µg/m 3 ) Figure 38 : Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m 3, vent 2 m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes Figure 39 : Champ de concentration en particules, vent 2 m/s de direction sud ouest, à t= 6 minutes (avec isocontour 60 µg/m 3 ) Figure 40 : Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m 3, vent 2 m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes Figure 41 : Champ de concentration en NOx, vent 2 m/s de direction nord est, à t= 6 minutes (avec isocontour 500 µg/m 3 ) Figure 42 : Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m 3, vent 2 m/s de direction nord est, à t=6 minutes Figure 43 : Champ de concentration en particules, vent 2 m/s de direction nord est, à t= 6 minutes (avec isocontour 60 µg/m 3 ) Figure 44 : Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m 3, vent 2 m/s de direction nord est, à t=6 minutes Figure 45 : Champ de concentration en NOx, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t = 5 minutes et locomotives stationnées en mode «Ralenti» Figure 46 : Champ de concentration en NOx, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t = 6 minutes et locomotives stationnées en mode «Ralenti» Figure 47 Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m 3, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes, locomotives stationnées en mode «Ralenti» Figure 48 : Champ de concentration en particules, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t = 6 minutes et locomotives stationnées en mode «Ralenti» Figure 49 Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m 3, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes, locomotives stationnées en mode «Ralenti» Figure 50 : Locomotives stationnées en mode «Ralenti» : pourcentages de concentration en NOx dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 5 m/s de direction sud ouest).47 Figure 51 : Locomotives stationnées en mode «Chauffage de rame» : pourcentages de concentration en NOx dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 5 m/s de direction sud ouest) Figure 52 : Locomotives stationnées en mode «Chauffage de rame» : pourcentages de concentration en NOx dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 5 m/s de direction nord est)... 48

71 Page 67 Figure 53 : Locomotives stationnées en mode «Chauffage de rame» : pourcentages de concentration en NOx dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 2 m/s de direction sud ouest) Figure 54 : Locomotives stationnées en mode «Chauffage de rame» : pourcentages de concentration en NOx dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 2 m/s de direction nord est) Figure 55 : Locomotives stationnées en mode «Chauffage de rame» : pourcentages de concentration en particules dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 5 m/s de direction sud ouest) Figure 56 : Locomotives stationnées en mode «Chauffage de rame» : pourcentages de concentration en particules dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 2 m/s de direction sud ouest) Figure 57 : Pourcentage de NOx d origine ferroviaire 0, 2 et 4 minutes après l extinction des locomotives en mode «Chauffage de rame» (vent 5 m/s de direction sud ouest) Figure 58 : Pourcentage de particules d origine ferroviaire 0, 2 et 4 minutes après l'extinction des locomotives en mode «Chauffage de rame» (vent 5 m/s de direction sud ouest) Figure 59 : Pourcentage de NOx d origine ferroviaire 0, 2 et 4 minutes après l extinction des locomotives en mode «Chauffage de rame» (vent 5 m/s de direction nord est) Figure 60 : Pourcentage de NOx d origine ferroviaire 0, 2, 4 et 9 minutes après l'extinction des locomotives en mode «Chauffage de rame» ( vent 2 m/s de direction nord est) Figure 61 : Pourcentage de NOx d origine ferroviaire 0, 2, 4 et 9 minutes après l'extinction des locomotives en mode «Chauffage de rame» ( vent 2 m/s de direction sud ouest) Figure 62 Locomotives CC72000 actuelles avec régime moteur «Chauffage de rame» : champ de concentration en NOx à t = 5 et 6 minutes (vent 5 m/s de direction sud ouest) Figure 63 Locomotives CC72000 actuelles avec régime moteur mixte (ralenti en stationnement et chauffage de rame 2 min avant le départ) : champ de concentration en NOx à t = 5 et 6 minutes (vent 5 m/s de direction sud ouest) Figure 64 Locomotives CC72000 remotorisées avec régime moteur mixte (ralenti en stationnement et chauffage de rame 2 min avant le départ) : champ de concentration en NOx à t = 5 et 6 minutes (vent 5 m/s de direction sud ouest) Figure 65 Pourcentage de NOx d origine ferroviaire à t = 6 minutes, avec régime moteur mixte (ralenti en stationnement et chauffage de rame 2 min avant le départ). En haut, locomotives CC72000 actuelles, en bas locomotives CC72000 remotorisées Tableau 1 : Situations météorologiques retenues Tableau 2 : Concentrations en polluant extraites du calcul SIMPAR Tableau 3 : Données d émissions pour une locomotive CC72000 (source SNCF) Tableau 4 : Emissions des sources routiers et ferroviaires (période de référence : 6 minutes) 20 Tableau 5 : Emissions du trafic routier et du trafic ferroviaire Diesel pendant une journée ouvrable type et sur le domaine d étude Tableau 6 : Concentrations horaires et quart-horaires maximales observées en 2001 sur 3 stations trafic du réseau pour les NOx et les particules Tableau 7: Impact maximum des locomotives Diesel pour t = 6 minutes (estimé à partir du pourcentage de concentration en NOx d origine ferroviaire)... 61

72 Page 68 ANNEXE 1 : REGLEMENTATION L'objet des différents critères de la qualité de l'air est de traduire simplement l'effet de la pollution atmosphérique sur différentes cibles telles la santé humaine, la végétation. Différents paramètres peuvent être pris en compte pour la fixation de critères de la qualité de l air : les critères de l'organisation Mondiale de la Santé (OMS) résultent d'une compilation mondiale de toutes les études relatives aux effets de la pollution atmosphérique, disponibles à une époque donnée (critères 1999). les critères de l'union européenne ou de certains autres pays prennent en compte des études scientifiques, des paramètres économiques et politiques (estimation des coûts pour parvenir à respecter les critères définis), un handicap climatologique de certains pays par rapport à d'autres, etc. Cependant, les instances européennes s inspirent également des recommandations de l OMS, pour la fixation de certains critères. En France, les valeurs réglementaires décidées au niveau européen (Directives européennes) sont transposées en droit français sous forme de décrets, et conservent leur aspect réglementaire. DIRECTIVES EUROPÉENNES Quatre directives principales de l'union européenne relatives à la qualité de l'air doivent être considérées. Il s'agit de : la directive 96/62/CE du Conseil du 27 septembre 1996 concernant l évaluation et la gestion de la qualité de l air ambiant. la directive 1999/30/CE du 22 avril 1999 relative à la fixation de valeurs limites pour le dioxyde de soufre, le dioxyde d'azote et les oxydes d'azote, les particules et le plomb dans l'air ambiant. la directive 2000/69/CE du 16 novembre 2000 concernant les valeurs limites pour le benzène et le monoxyde de carbone dans l'air ambiant. la directive 2002/3/CE du 12 février 2002 relative à l'ozone dans l'air ambiant. La première directive définit les principes de base d une stratégie de surveillance commune aux Etats membres. Elle pose tout un ensemble de définitions et présente en annexe une liste de polluants atmosphériques à prendre en considération dans le cadre de l évaluation et de la gestion de la qualité de l air ambiant. Les deux suivantes définissent des valeurs limites et des seuils d'alerte. Les valeurs limites correspondent à des niveaux fixés sur la base de connaissances scientifiques, dans le but d éviter, de prévenir ou de réduire les effets nocifs sur la santé humaine et/ou l environnement dans son ensemble, à atteindre dans un délai donné et à ne pas dépasser une fois atteints. Ces valeurs limites sont calculées au terme d'une période donnée (année civile, année tropique ou hiver). Elles font référence à des paramètres statistiques qui, in fine, "autorisent" un nombre de dépassements horaires ou journaliers sur la période de référence. Les seuils d'alerte correspondent à des niveaux de concentration de polluants dans l'atmosphère audelà desquels, une exposition de courte durée présente un risque pour la santé ou l'environnement. Ces deux directives sont venues abroger les précédentes directives relatives à ces différents polluants. Néanmoins, pour certains d'entre eux, certaines valeurs limites subsistent de ces anciennes directives, et sont donc toujours en vigueur. C'est notamment le cas pour le dioxyde de soufre, les fumées noires et le dioxyde d'azote. On ne peut donc omettre de les répertorier également ici :

73 Page 69 la directive 80/779/CEE du 15 juillet 1980, modifiée en 1989 (89/427/CEE du 21 juin 1989), relative à la pollution de l'air par l'anhydride sulfureux (SO2) et les poussières. la directive 85/203/CEE du 7 mars 1985 relative à la pollution de l'air par le dioxyde d'azote. La dernière directive citée ci-dessus et relative à l'ozone ne fixe pas de valeur limite à proprement parlé mais des valeurs cibles et des objectifs à long terme. En outre c'est la seule directive européenne à établir un seuil d'information en plus d'un seuil d'alerte à la population en cas de pointe de pollution photochimique. Cette récente directive, comme les deux autres, n'a pas totalement abrogé la précédente directive "ozone" Certaines valeurs guides donc, édictées par la directive 92/72/CEE du 21 septembre 1992, sont toujours en vigueur. Les tableaux qui suivent présentent, par polluant, les normes (valeurs limites et seuils d'alerte) de l'union européenne d'après les directives en vigueur citées ci-dessus. Les valeurs limites qui y figurent en italique sont les valeurs qui subsistent de précédentes directives comme il a été précisé plus haut. Les directives alors concernées sont mentionnées dans les tableaux.

74 Page 70 SO2, NOx, particules, plomb du 22 avril 1999 Directives européennes Parue au Journal Officiel des Communautés européennes du 29 juin 1999, entrée en vigueur le 19 juillet 1999 Benzène, monoxyde de carbone du 16 novembre 2000 Parue au Journal Officiel des Communautés européennes du 13 décembre 2000, entrée en vigueur le 13 décembre 2000 Ozone du 12 février 2002 Parue au Journal Officiel des Communautés européennes du 9 mars 2002, entrée en vigueur le 9 mars 2002 A Valeurs limites Dioxyde de soufre (SO2) 1 Valeur limite horaire pour la protection de la santé humaine 2 Valeur limite journalière pour la protection de la santé humaine 3 Valeur limite pour la protection des écosystèmes Période Valeur Nombre de dépassements autorisés 1 heure 350 µg/m3 24 fois par année civile Marge de dépassement 150 µg/m3 à l'entrée en vigueur diminuant le 01/01/2001 et ensuite tous les ans par tranches égales pour atteindre 0% le 01/01/2005 Date où la valeur limite doit être respectée 1 er janvier heures 125 µg/m3 3 fois par année civile 1 er janvier 2005 année civile et hiver 20 µg/m3 19 juillet 2001 Valeurs limites pour la protection de la santé humaine (valables jusqu'en 2004) Percentile 50 des moyennes journalières Percentile 98 des moyennes journalières Percentile 50 des moyennes journalières Période année tropique année tropique hiver Valeur 80 µg/m3 250 µg/m3 130 µg/m3 Valeurs limites toujours en vigueur d'après la directive 80/779/CEE du 15 juillet 1980 B Seuil d'alerte 500 µg/m3 relevés sur 3 heures consécutives, dans des lieux représentatifs de la qualité de l'air sur au moins 100 km2 ou une zone ou agglomération entière, la plus petite surface étant retenue

75 Page 71 Valeurs limites Fumées noires (FN) Valeurs limites pour la protection de la santé humaine (valables jusqu'en 2004) Percentile 50 des moyennes journalières Percentile 98 des moyennes journalières Percentile 50 des moyennes journalières Période année tropique année tropique hiver Valeur 80 µg/m3 250 µg/m3 130 µg/m3 Valeurs limites toujours en vigueur d'après la directive 80/779/CEE du 15 juillet Dioxyde d'azote (NO2) et oxydes d'azote (NOx) A Valeurs limites 1 Valeur limite horaire pour la protection de la santé humaine 2 Valeur limite annuelle pour la protection de la santé humaine 3 Valeur limite pour la protection de la végétation Période 1 heure année civile année civile Valeur 200 µg/m3 NO2 40 µg/m3 NO2 30 µg/m3 NOx (équiv. NO2) Nombre de dépassements autorisés 18 fois par année civile Marge de dépassement 50% lors de l'entrée en vigueur diminuant le 01/01/2001 et ensuite tous les ans par tranches égales pour atteindre 0% le 01/01/ % lors de l'entrée en vigueur diminuant le 01/01/2001 et ensuite tous les ans par tranches égales pour atteindre 0% le 01/01/2010 Date où la valeur limite doit être respectée 1 er janvier er janvier juillet 2001 Période Valeur Valeur limite pour la protection de la santé humaine (valable jusqu'en 2009) Percentile 98 des concentrations horaires année civile 200 µg/m3 Valeur limite toujours en vigueur d'après la directive 85/203/CEE du 27 mars B Seuil d'alerte 400 µg/m3 relevés sur 3 heures consécutives, dans des lieux représentatifs de la qualité de l'air sur au moins 100 km2 ou une zone ou agglomération entière, la plus petite surface étant retenue

76 Page 72 Valeurs limites Particules (PM10) Période Valeur Nombre de dépassements autorisés Marge de dépassement Date où la valeur limite doit être respectée Phase 1 1 Valeur limite journalière pour la protection de la santé humaine 2 Valeur limite annuelle pour la protection de la santé humaine 24 heures année civile 50 µg/m3 PM10 40 µg/m3 PM10 35 fois par année civile 50% lors de l'entrée en vigueur diminuant le 01/01/2001 et ensuite tous les ans par tranches égales pour atteindre 0% le 01/01/ % lors de l'entrée en vigueur diminuant le 01/01/2001 et ensuite tous les ans par tranches égales pour atteindre 0% le 01/01/ er janvier er janvier 2005 Phase 2 1 Valeur limite journalière pour la protection de la santé humaine 2 Valeur limite annuelle pour la protection de la santé humaine 24 heures année civile 50 µg/m3 PM10 20 µg/m3 PM10 7 fois par année civile 1 er janvier er janvier 2010 Plomb Valeur limite Valeur limite annuelle pour la protection de la santé humaine Période année civile Valeur 0,5 µg/m3 Nombre de dépassements autorisés Marge de dépassement 100% lors de l'entrée en vigueur diminuant le 01/01/2001 et ensuite tous les ans pour atteindre 0% le 01/01/2005 ou d'ici le 1 er janvier 2010 à proximité immédiate de sources spécifiques qui sont notifiées à la Commission Date où la valeur limite doit être respectée 1 er janvier 2005 ou le 1 er janvier 2010 à proximité de sources industrielles spécifiques Dans ces cas, valeur limite = 1 µg/m3 à compter du 01/01/2005 Benzène Valeur limite Valeur limite annuelle pour la protection de la santé humaine Période année civile Valeur 5 µg/m3 Nombre de dépassements autorisés Marge de dépassement 5 µg/m3 le 13 décembre 2000 diminuant le 01/01/2006 et ensuite tous les ans de 1 µg/m3 pour atteindre 0% le 01/01/2010 Date où la valeur limite doit être respectée 1 er janvier 2010

77 Page 73 Valeur limite Monoxyde de carbone (CO) Période Valeur Nombre de dépassements autorisés Marge de dépassement Date où la valeur limite doit être respectée Valeur limite pour la protection de la santé humaine 8 heures 10 mg/m3 6 mg/m3 le 13 décembre 2000 diminuant le 01/01/2006 et ensuite tous les ans de 2 mg/m3 pour atteindre 0% le 01/01/ er janvier 2005 Ozone (O3) A - Valeurs cibles 1 Valeur cible sur 8 heures pour la protection de la santé humaine 2 Valeur cible pour la protection de la végétation Période Valeur 8 heures 120 µg/m3 AOT40 mai-juillet 8h-20h µg/m3 moyenne calculée sur 5 ans Nombre de dépassements autorisés 25 jours par an moyenne calculée sur 3 ans (*) 2010 sera la première année où les valeurs cibles seront évaluées, sur les 3 ou 5 années suivantes Marge de dépassement Date où la valeur limite doit être respectée 1 er janvier 2010 (*) 1 er janvier 2010 (*) B Objectifs à long terme 1 Objectif à long terme pour la protection de la santé humaine 2 Objectif à long terme pour la protection de la végétation Période Valeur Nombre de dépassements autorisés Marge de dépassement Date où la valeur limite doit être respectée 8 heures 120 µg/m3 aucun année 2020 AOT40 mai-juillet 8h-20h µg/m3 année 2020 Remarque : L'AOT40 est un indicateur qui permet de représenter les doses entraînant des pertes de rendement significatives au niveau de cibles végétales. Il traduit deux notions, qui combinées, amènent à observer des impacts sur la végétation : la notion de fortes concentrations et celle de cumul. L AOT 40 (Accumulative exposure Over a Threshold of 40 ppb) représente donc le cumul de toutes les concentrations horaires supérieures ou égales à 40 ppb (80 µg/m3), aux heures ensoleillées du jour (entre 8h et 20h, heures légales) pendant la période de végétation.

78 Page 74 C Valeurs guides 1 Valeur guide pour la protection de la santé humaine Période Valeur 8 heures 110 µg/m3 2 Valeurs guides pour la 1 heure 200 µg/m3 protection de la végétation 24 heures 65 µg/m3 Valeurs guides toujours en vigueur, d'après la directive 92/72/CEE du 21 septembre 1992 D Seuil d'information 180 µg/m3 sur une heure E Seuil d'alerte 240 µg/m3 sur une heure La mise en œuvre de plans d'action à court terme est effective lorsque le seuil d'alerte est prévu ou dépassé pendant 3 heures consécutives

79 Page 75 RECOMMANDATIONS DE L'ORGANISATION MONDIALE DE LA SANTE (OMS) Les recommandations de l'oms n'ont pas de valeurs réglementaires. Elles sont issues des différents travaux scientifiques relatifs aux effets de la pollution atmosphérique, disponibles à une époque donnée (critères 1999). Le tableau ci-dessous présente donc les valeurs guides relatives à la qualité de l'air de l'organisation Mondiale de la Santé (critères 1999). Source : GUIDELINES FOR AIR QUALITY, WHO, Geneva Durée d'exposition Polluants mn 30 mn 1 heure 8 heures 24 heures Année UR Vie (µg/m 3 ) -1 Dioxyde de soufre (SO 2 ) Particules (Fumées noires) Particules (PM10) Monoxyde d'azote (NO) Dioxyde d'azote (NO 2 ) Pas de valeur guide disponible Les connaissances actuelles ne permettent pas de déterminer une concentration en dessous de laquelle aucun effet n'est observé Pas de valeur guide disponible Monoxyde de carbone (CO) Plomb 0,5 Ozone (O 3 ) 120 Benzène 6x10-6 Les valeurs sont en micro grammes par mètre cube d'air. Pour le benzène et le benzo(a)pyrène, la norme est exprimée sous forme d'un risque supplémentaire par unité de concentration pour une durée d'exposition d'une vie. UR Vie : risque additionnel de développer un cancer (dont le type dépend du composé) au cours d'une vie (soit 70 ans), pour une population hypothétiquement exposée continuellement à une concentration de 1 µg/m 3 du composé considéré dans l'air respiré. Par exemple, une personne exposée continuellement à 1 µg/m 3 de benzène tout au long de sa vie aura = fois plus de probabilité de développer un cancer qu'une personne non exposée.

80 Page 76 REGLEMENTATION FRANÇAISE Au niveau français, les valeurs limites et seuils d'information et d'alerte sont fixés par décret. Les décrets portent généralement transposition des directives européennes en vigueur. Il existe en outre une spécificité de la réglementation française qui fixe, pour les polluants, des objectifs de qualité. L'objectif de qualité est un niveau de concentration de polluant dans l'atmosphère, fixé sur la base de connaissances scientifiques dans le but d'éviter, de prévenir ou de réduire les effets nocifs du polluant considéré pour la santé humaine ou pour l'environnement, à atteindre au cours d'une période donnée. Le décret actuellement en vigueur au niveau national est le décret n du 15 février 2002 portant transposition des directives n 1999/30/CE du Conseil du 22 avril 1999 et n 2000/69/CE du Parlement européen et du Conseil du 16 novembre 2000, et modifiant le décret n du 6 mai 1998 relatif à la surveillance de la qualité de l'air et de ses effets sur la santé et sur l'environnement, aux objectifs de qualité, aux seuils d'alerte et aux valeurs limites. Les tableaux suivants présentent les différentes normes résultant de ce décret. Décret n du 15 février 2002 Objectifs de qualité, valeurs limites, seuils d'information et d'alerte Dioxyde de soufre (SO2) Période de référence Valeur Objectif de qualité Moyenne annuelle Année civile 50 µg/m3 Valeurs limites A Protection de la santé humaine Percentile 99.7 des concentrations horaires Percentile 99.2 des concentrations journalières Année civile Année civile 2001 : 470 µg/m : 440 µg/m : 410 µg/m : 380 µg/m : 350 µg/m3 125 µg/m3 B Protection des écosystèmes Moyenne annuelle Moyenne hivernale Année civile Hiver (01/10 au 31/03) 20 µg/m3 20 µg/m3 Seuil de recommandation et d'information 1 heure 300 µg/m3 Seuil d'alerte 1 heure 500 µg/m3

81 Page 77 Dioxyde d'azote (NO2) Période de référence Valeur Objectif de qualité Moyenne annuelle Année civile 40 µg/m3 Valeurs limites Protection de la santé humaine Percentile 98 des concentrations horaires Année civile : 200 µg/m3 Percentile 99.8 des concentrations horaires Année civile 2001 : 290 µg/m : 280 µg/m : 270 µg/m : 260 µg/m : 250 µg/m : 240 µg/m : 230 µg/m : 220 µg/m : 210 µg/m : 200 µg/m3 Moyenne annuelle Année civile 2001 : 58 µg/m : 56 µg/m : 54 µg/m : 52 µg/m : 50 µg/m : 48 µg/m : 46 µg/m : 44 µg/m : 42 µg/m : 40 µg/m3 Seuil de recommandation et d'information 1 heure 200 µg/m3 Seuil d'alerte 1 heure 400 µg/m3 200 µg/m3 le jour J si le seuil d'information a été déclenché à J-1 et risque de l'être à J+1

82 Page 78 Oxydes d'azote (NOx) Protection de la végétation Valeur limite Moyenne annuelle Période de référence Année civile Valeur 30 µg/m3 Nox (équivalent NO2) Particules (PM10) Période de référence Valeur Objectif de qualité Moyenne annuelle Année civile 30 µg/m3 Valeurs limites Protection de la santé humaine Percentile 90.4 des concentrations journalières Année civile 2001 : 70 µg/m : 65 µg/m : 60 µg/m : 55 µg/m : 50 µg/m3 Moyenne annuelle Année civile 2001 : 48 µg/m : 46 µg/m : 44 µg/m : 42 µg/m : 40 µg/m3 Ozone (O3) Objectifs de qualité Période de référence Valeur Protection de la santé humaine Moyenne sur 8 heures 8 heures 110 µg/m3 Protection de la végétation Moyenne horaire Moyenne journalière 1 heure 24 heures 200 µg/m3 65 µg/m3 Seuil d'alerte 1 heure 360 µg/m3

83 Page 79 Monoxyde de carbone (CO) Valeur limite Protection de la santé humaine Période de référence Valeur Moyenne sur 8 heures 8 heures 10 mg/m3 Plomb (Pb) Période de référence Valeur Objectif de qualité Moyenne annuelle Année civile 0,25 µg/m3 Valeur limite Protection de la santé humaine Moyenne annuelle Année civile 2001 : 0,8 µg/m : 0,5 µg/m3 Benzène Période de référence Valeur Objectif de qualité Moyenne annuelle Année civile 2 µg/m3 Valeur limite Protection de la santé humaine Moyenne annuelle Année civile : 10 µg/m : 9 µg/m : 8 µg/m : 7 µg/m : 6 µg/m : 5 µg/m3

84 Page 80 ANNEXE 2 : DONNEES D EMISSION D UNE LOCOMOTIVE CC72000 ACTUELLE ET D UNE LOCOMOTIVE CC72000 REMOTORISEE Polluant Ralenti/Arrivée Chauffage de rame Départ (1 min) CO 3103 g/h 1600 g/h 1480 g/h NOx 577 g/h 7500 g/h g/h Particules 259 g/h 350 g/h 425 g/h Données d émissions pour une locomotive CC72000 actuelle (source SNCF) Polluant Ralenti/Arrivée Chauffage de rame Départ (1 min) CO 1354 g/h 369 g/h 545 g/h soit 56 % de réduction soit 77 % de réduction soit 63 % de réduction NOx 193 g/h 3371 g/h 7048 g/h soit 67 % de réduction soit 45 % de réduction soit 32 % de réduction Particules Données d émissions pour une locomotive CC72000 remotorisée (source SNCF)

85 Page 81 ANNEXE 3 : INFLUENCE PREVISIBLE DE LA REMOTORISATION DES LOCOMOTIVES CC72000 SUR LES NIVEAUX DE CONCENTRATION EN POLLUANTS D ORIGINE FERROVIAIRE L influence de cette remotorisation a été étudiée à l aide d un nouveau scénario où le mode «chauffage de rame» n est utilisé que pendant les 2 minutes précédant le départ d une locomotive CC En détail, ce scénario mixte fait intervenir la modélisation de trois locomotives Diesel CC72000 évoluant pendant la période de référence (6 minutes) : une première locomotive stationnée en tête de quai voie n 8 durant toute la durée de la simulation (type d'émission :ralenti), une deuxième locomotive stationnée en tête de quai voie n 10 pendant les 3 premières minutes (type d'émission : ralenti), passant en mode chauffage de rame pendant 2 minutes afin de préparer le départ et quittant la gare de l Est la dernière minute (type d'émission : départ), une troisième et dernière locomotive arrivant en voie n 11 pendant la 1ère minute (type d'émission : arrivée) puis stationnant pendant 5 minutes en tête de quai (type d'émission : ralenti). La Figure 62 rappelle les résultats obtenus pour la situation initiale (chauffage de rame en gare de l Est et des locomotives CC72000 avec des moteurs actuels) pour un vent de 5 m/s de direction sud-ouest. Les figures suivantes présentent l impact sur les concentrations du changement de mode d exploitation avec des locomotives actuelles (Figure 63) et l impact prévisible avec des locomotives remotorisées (Figure 64). La Figure 65 permet de visualiser cet impact en terme de pourcentage de NOx d origine ferroviaire. En l absence de remotorisation, les concentrations maximales en NOx sont de l ordre de 1800 µg/m 3 près des locomotives au bout de 5 minutes de fonctionnement et chutent à 1000 µg/m 3 à la sixième minute lors du départ d une des locomotives. L extension de l isocontour 500 µg/m3 en concentration de NOx couvre largement l emprise des voies SNCF située sous le vent. Pour des locomotives remotorisées, les extensions spatiales de ces maxima ne se limitent plus, au bout de 5 minutes de fonctionnement, qu à la sortie immédiate («cheminée») des polluants située près des locomotives et couvrent quelques zones d extension limitée à la sixième minute de fonctionnement. Cette moindre influence se traduit également en terme de pourcentage de NOx d origine ferroviaire. Ainsi, pour le quartier situé sous le vent, l isocontour de contribution 25 % délimite une zone d emprise deux fois moins étendue dans le cas où les locomotives Diesel ont été remotorisées (cf. Figure 65).

86 Page 82 Figure 62 Locomotives CC72000 actuelles avec régime moteur «Chauffage de rame» : champ de concentration en NOx à t = 5 et 6 minutes (vent 5 m/s de direction sud ouest).

87 Page 83 Figure 63 Locomotives CC72000 actuelles avec régime moteur mixte (ralenti en stationnement et chauffage de rame 2 min avant le départ) : champ de concentration en NOx à t = 5 et 6 minutes (vent 5 m/s de direction sud ouest).