Les études. aáëééêëáçå=çé=ä~=éçääìíáçå=~ìñ=éåîáêçåë= ÇÛìåÉ=êçìíÉ= sçäéí=â=p~åí =Ê `~äåìäë=^ajp

Transcription

1 Les études aáëééêëáçå=çé=ä~=éçääìíáçå=~ìñ=éåîáêçåë= ÇÛìåÉ=êçìíÉ= sçäéí=â=p~åí =Ê `~äåìäë=^ajp

2 Les études CERTU Service Environnement Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «Santé» - Calculs ADMS date : juin 2002 auteur : CETE méditerranée responsable de l'étude : Patrick CHASSE, DCPH participants : Yan SAUVALLE (CETE de l Est) résumé de l'étude : La présente étude vise à fournir des éléments pour l examen du volet sanitaire de la dispersion de la pollution d origine routière dans l air. Elle a été réalisée à l aide du logiciel ADMS (Atmospheric Dispersion Modelling System) qui permet de calculer la dispersion de la pollution dans l atmosphère pour des sources de pollution industrielles, urbaines ou routières. Pour réaliser ces calculs, une section de route de 1000 m, orientée nord-sud, a été modélisée avec des conditions de trafic différentes (fluide ou saturée) et avec une rose des vents caractéristique d une situation en métropole. Les hypothèses d émission ont été calculées pour les deux conditions de trafic, fluide et saturée, et pour les horizons 2000 et Les résultats obtenus correspondent au maximum de concentration calculé sur une grille d analyse de 600 m x 1000 m encadrant la section de route modélisée. On retiendra que les concentrations maximum restent au-dessus de l objectif 2020 des normes sanitaires, sauf pour les particules en suspension, et au-dessous de la valeur limite. L analyse des profils en travers des concentrations de pollution met en évidence une certaine dissymétrie par rapport à l axe de la route, qui correspond à l influence des vents dominants venant de l ouest. Cette analyse nous montre aussi une décroissance assez rapide des concentrations lorsqu on s éloigne de l axe, puisque les concentrations sont environ divisées par quatre à 100 m de l axe et par huit à 200 m de l axe. nombre de pages : 34 n d'affaire : maître d'ouvrage : CERTU, J.P. VINOT référence : devis n 00/196 du 06/04/2000

3 SOMMAIRE 1 PRÉSENTATION DE L ÉTUDE LE LOGICIEL ADMS LES HYPOTHÈSES D ÉMISSION HYPOTHÈSES GÉNÉRALES DE CALCULS CONCENTRATIONS EN CIRCULATION FLUIDE Hypothèses Résultats CONCENTRATIONS EN CIRCULATION SATURÉE Hypothèses Résultats ANALYSE DES PROFILS EN TRAVERS DE POLLUTION Atténuation de la pollution avec la distance à l axe de la route Etude de l influence de la rugosité de surface sur la dispersion de pollution CONCLUSIONS...16 Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

4 1 Présentation de l étude L objectif général de cette étude est d évaluer les conséquences sanitaires de l exposition de la population à la pollution d origine routière sur la base de cas types. Cette phase d étude consiste à estimer les concentrations de pollution (NO 2, Benzène, PM et CO) à proximité d une route sous différentes hypothèses de trafic. Les calculs ont été menés sous deux hypothèses de trafic, fluide et saturé, pour les années 2000 et 2020, de manière à intégrer l évolution des normes technologiques concernant les émissions des véhicules neufs. La configuration retenue pour la route est une section de 1000 m de longueur orientée nord-sud. Une grille d analyse des résultats a été prise sur toute la longueur de la section et à 300 m de part et d autre de l axe de la route. Le schéma ci-dessous représente la configuration retenue. Nord +500 m Grille d analyse -300 m +300 m -500 m Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

5 La rose des vents associée aux calculs est représentée sur le schéma ci-dessous. Sud 2 Le logiciel ADMS Le logiciel ADMS (Atmospheric Dispersion Modelling System) est un outil de calcul de la dispersion de la pollution dans l atmosphère issue de sources ponctuelles, linéiques, surfaciques ou routières. Dans le cas présent, il tient compte de la rose des vents ci-dessus et permet le calcul des concentrations de divers polluants sur une grille de résultats qui a été fixée de (-300,-500) à (+300,+500). L option «maillage intelligent» permet de rajouter des points de calculs à proximité de la route afin d affiner les résultats de calculs. Les polluants qui ont été analysés sont le NO 2, le Benzène, les particules (PM) et le CO. 3 Les hypothèses d émission Les émissions de polluants ont été calculées sur la base d une composition de trafic standard, en trafic fluide ou saturé, et pour les horizons 2000 et Le tableau ci-dessous donne les hypothèses d émissions retenues en g/km/véh. Type de trafic Horizon Nox Benzène PM CO Fluide Saturé Hypothèses d émissions Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

6 Dans le programme ADMS, les émissions sont rentrées en g/km/s, par conséquent il suffit de multiplier les émissions ci-dessus par le trafic et de diviser par s. 4 Hypothèses générales de calculs Les calculs ont été faits avec une rugosité de surface de 0.5 m qui correspond à un environnement périurbain. Des tests de sensibilité sur la rugosité sont faits au chapitre 6.2 afin de tester l influence de la rugosité de surface sur les résultats. Les résultats sont calculés sur une grille de 600 m x 1000 m qui représente 33 points x 33 points de calculs, auxquels sont ajoutés des points de calculs à proximité de l axe du fait du choix de l option «grille intelligente» dans ADMS. Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

7 5 Concentrations en circulation fluide 5.1 Hypothèses Les hypothèses de trafic sont les suivantes : 10000, 25000, et véhicules par jour vitesse de circulation de 80 km/h avec 20% de moteurs froids pas de pente sur deux voies pour et véhicules/jour sur quatre voies pour et véhicules/jour Les hypothèses météo sont les suivantes : Elles correspondent à la rose des vents présentée ci-dessus avec des vents dominants venant de l ouest et du nord-est. Les hypothèses de pollution de fond sont les suivantes : NO 2 : 20 μg/m 3 Benzène : 2 μg/m 3 PM : 20 μg/m 3 CO : 500 μg/m Résultats Les calculs ont été réalisés à long terme avec la rose des vents associée, donc les résultats correspondent à des valeurs moyennes. Les calculs ont été réalisés dans une configuration sans bâti. Les résultats sont exprimés en μg/m 3. Ils correspondent au maximum calculé sur la grille d analyse. Les valeurs inférieures à l objectif 2020 des normes sanitaires sont soulignées en vert et les valeurs supérieures à la valeur limite sont soulignées en rouge. NO 2 Horizon véh/j véh/j véh/j véh/j Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

8 Benzène Horizon véh/j véh/j véh/j véh/j PM Horizon véh/j véh/j véh/j véh/j CO Horizon véh/j véh/j véh/j véh/j Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

9 6 Concentrations en circulation saturée 6.1 Hypothèses Les hypothèses de trafic sont les suivantes : 25000, et véhicules par jour vitesse de circulation de 20 km/h avec 20% de moteurs froids pas de pente sur deux voies pour véhicules/jour sur quatre voies pour et véhicules/jour Les hypothèses météo sont les suivantes : Elles correspondent à la rose des vents présentée ci-dessus avec des vents dominants venant de l ouest et du nord-est. Les hypothèses de pollution de fond sont les suivantes : NO 2 : 20 μg/m 3 Benzène : 2 μg/m 3 PM : 20 μg/m 3 CO : 500 μg/m Résultats Les calculs ont été réalisés à long terme avec la rose des vents associée, donc les résultats correspondent à des valeurs moyennes. Les calculs ont été réalisés dans une configuration sans bâti. Les résultats sont exprimés en μg/m 3. Ils correspondent au maximum calculé sur la grille d analyse. Les valeurs inférieures à l objectif 2020 des normes sanitaires sont soulignées en vert et les valeurs supérieures à la valeur limite sont soulignées en rouge. NO 2 Horizon véh/j véh/j véh/j Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

10 Benzène Horizon véh/j véh/j véh/j PM Horizon véh/j véh/j véh/j CO Horizon véh/j véh/j véh/j Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

11 7 Analyse des profils en travers de pollution Les résultats précédents correspondent au maximum calculé sur la grille d analyse qui encadre la section de route modélisée. L analyse des profils en travers de pollution que nous allons faire nous montre en fait que ces maxima sont situés à proximité de l axe, tandis que les concentrations de pollution décroissent assez rapidement lorsqu on s éloigne de l axe de la route. Les profils en travers de pollution ont été tracés au milieu de la section de route modélisée, soit à l ordonnée y=0, ce qui correspond à peu près aux niveaux maximum de pollution sur la grille d analyse. Les profils en travers de pollution sont présentés en annexe 1 pour le trafic fluide et en annexe 2 pour le trafic saturé et pour l horizon 2000, et en annexe 3 pour le trafic fluide et en annexe 4 pour le trafic saturé et pour l horizon Les concentrations sont exprimés en μg/m 3 sans prise en compte de la pollution de fond. On constate sur ces profils qu il y a une certaine dissymétrie des courbes vers les abscisses positives, c est à dire vers l est, ce qui est normal car les vents dominants de la rose des vents associée viennent de l ouest. On constate également que le maximum de pollution se trouve sur l axe de la route et qu il correspond à peu près aux valeurs indiquées dans les tableaux précédents sans la pollution de fond. Les concentrations de pollution décroissent assez rapidement lorsqu on s éloigne de l axe et sont divisées environ par quatre à 100 m et par huit à 200 m de l axe. 7.1 Atténuation de la pollution avec la distance à l axe de la route Les tableaux qui suivent donnent l atténuation de la pollution par rapport à l axe de la route à 100 m et 300 m de l axe, ainsi que la distance à l axe à laquelle les concentrations représentent respectivement 10% et 15% de la concentration maximale sur l axe. Ces résultats sont donnés pour tous les polluants (NO 2, benzène, PM et CO), pour les 4 niveaux de trafic (10000, 25000, et véhicule/jour), pour les deux conditions de circulation (fluide et saturé) et pour les horizons 2000 et Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

12 Trafic Polluant axe à 100 m à 300 m 10% 15% véh/j NO % 8.0% Benzène % 8.3% PM % 8.3% CO % 8.3% véh/j NO % 8.2% Benzène % 8.3% PM % 8.3% CO % 8.3% véh/j NO % 8.1% Benzène % 8.2% PM % 8.2% CO % 8.2% véh/j NO % 8.1% Benzène % 8.1% PM % 8.1% CO % 8.1% Trafic fluide Horizon 2000 Trafic Polluant axe à 100 m à 300 m 10% 15% véh/j NO % 8.1% Benzène % 8.3% PM % 8.3% CO % 8.3% véh/j NO % 8.2% Benzène % 8.3% PM % 8.3% CO % 8.3% véh/j NO % 10.0% Benzène % 10.1% PM % 10.1% CO % 10.1% véh/j NO % 10.0% Benzène % 10.0% PM % 10.0% CO % 10.0% Trafic saturé Horizon 2000 Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

13 Trafic Polluant axe à 100 m à 300 m 10% 15% véh/j NO % 8.6% Benzène % 8.4% PM % 8.4% CO % 7.8% véh/j NO % 8.1% Benzène % 8.4% PM % 8.4% CO % 8.4% véh/j NO % 9.5% Benzène % 10.0% PM % 10.0% CO % 10.0% véh/j NO % 9.8% Benzène % 10.0% PM % 10.0% CO % 10.0% Trafic fluide Horizon 2020 Trafic Polluant axe à 100 m à 300 m 10% 15% véh/j NO % 8.1% Benzène % 8.4% PM % 8.4% CO % 8.4% véh/j NO % 8.0% Benzène % 8.4% PM % 8.4% CO % 8.4% véh/j NO % 9.8% Benzène % 10.0% PM % 10.0% CO % 10.0% véh/j NO % 9.8% Benzène % 10.0% PM % 10.0% CO % 10.0% Trafic saturé Horizon 2020 Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

14 On constate dans les tableaux ci-dessus que les concentrations de pollution représentent 25% du maximum sur l axe à 100 m et 8% du maximum sur l axe à 300 m, et cela quel que soit le polluant et le trafic. Il y a toutefois une légère augmentation pour les forts trafics (50000 et véhicules/jour), puisque ces pourcentages passent à 30% et 10% respectivement pour 100 m et 300 m. En ce qui concerne les distances auxquelles les concentrations de pollution ne représentent plus que 10% et 15% du maximum sur l axe, elles sont relativement stables et sont respectivement d environ 250 m pour 10% et d environ 170 m pour 15%. Comme précédemment, on constate toutefois un comportement légèrement différent pour les forts trafics (50000 et véhicules/jour), puisque ces distances atteignent 300 m pour 10% et 200 m pour 15%. La stabilité des résultats avec les polluants indique que les polluants sont dispersés dans l atmosphère de la même manière et que leurs caractéristiques physiques propres ne sont pas prises en compte dans le calcul de dispersion ou ne jouent pas une grande influence sur ce calcul. 7.2 Etude de l influence de la rugosité de surface sur la dispersion de pollution Les calculs précédents ont été réalisés avec une rugosité de surface de 0.5 m, ce qui représente un bâti plutôt de type pavillonnaire. Il a été convenu avec le CERTU de tester la sensibilité des résultats sur la rugosité de surface utilisée sur l horizon 2020 et pour le NO 2. La rugosité de surface de 0.5 m correspond à un environnement périurbain. Nous avons choisi d augmenter la rugosité de surface et de la porter à 1.0 m, ce qui correspond à environnement de ville ou de forêt. Les résultats obtenus sont récapitulés dans le tableau ci-dessous qui donne, comme précédemment, l atténuation de la pollution en NO 2 à 100 m et 300 m, ainsi que les distances où les concentrations en NO 2 ne représentent que 10% et 15% de la concentration maximale sur l axe de la route. Trafic Rugosité axe à 100 m à 100 m à 300 m à 300 m 10% 15% concent. % concent. % (m) (m) véh/j 0.5 m % % m % % Δ % -1.42% % % % % véh/j 0.5 m % % m % % Δ % 0.08% % % % % véh/j 0.5 m % % m % % Δ % -4.18% % % % % véh/j 0.5 m % % m % % Δ % -4.28% % % % % Influence de la rugosité de surface sur les résultats (Calculs sur le NO 2 Horizon 2020) Le tableau ci-dessus donne aussi les écarts relatifs entre les résultats avec une rugosité de 0.5 m et une rugosité de 1.0 m. Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

15 On constate d une manière générale que les concentrations en NO 2 sont plus faibles pour une rugosité de 1.0 m que pour une rugosité de 0.5 m. Nous expliquons ce phénomène par le fait que plus la rugosité de surface augmente, plus la turbulence est forte et donc plus la dilution de pollution se fait plus facilement. Les écarts relatifs sur l axe de la route sont en général négatifs, sauf pour le trafic véhicules/jour où il est légèrement positif (+0.08%), ce que nous expliquons difficilement. Les écarts relatifs à 100 m (de l ordre de 19%) et à 300 m (de l ordre de 22%) montrent que la différence des résultats entre la rugosité de 0.5 m et celle de 1.0 m se creuse avec la distance à l axe, ce qui signifie que la décroissance de pollution est plus rapide avec la rugosité de 1.0 m qu avec celle de 0.5 m. Ceci se constate aussi sur les pourcentages de réduction de pollution à 100 m et 300 m qui sont plus faibles avec la rugosité de 1.0 m qu avec celle de 0.5 m. Ce résultat est également confirmé avec les distances où la pollution est réduite à 10% et 15%, en effet les distances sont plus faibles avec la rugosité de 1.0 m qu avec celle de 0.5 m. La rugosité de surface a donc deux effets qui confirme la meilleure dilution de pollution avec la rugosité, d une part les concentrations sont légèrement plus faibles sur l axe, et d autre part la décroissance de pollution se fait plus rapidement lorsqu on s éloigne de l axe. Les distances où les concentrations de pollution correspondent à 10% et 15% de la concentration maximale sur l axe sont également relativement stables, avec toutefois une légère augmentation pour les forts trafics. L influence de la rugosité de surface sur les résultats montre que les concentrations de pollution sont plus faibles lorsque la rugosité augmente, et que la décroissance de pollution est plus rapide avec la distance à l axe, ce qui correspond à une meilleure dilution en général. Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

16 8 Conclusions Les calculs réalisés avec ADMS de dispersion des polluants d origine routière (NO 2, Benzène, PM et CO) ont permis d évaluer les niveaux de pollution maximum aux horizons 2000 et 2020 et de les comparer aux normes sanitaires. Ces calculs ont été réalisés sans bâti, avec une rose des vents caractéristique d une situation en métropole, pour des situations de trafic fluide et saturé (10000, 25000, et véhicules/jour) et en tenant compte d une pollution de fond caractéristique d une situation en périurbain. Les résultats obtenus montrent que les concentrations maximum de pollution sont en général au-dessus de l objectif 2020 des normes sanitaires, sauf pour les particules en suspension, et en-dessous des valeurs limites. L analyse des profils en travers de pollution montre que le maximum se trouve à proximité de l axe de la route, ce qui est normal, et que les concentrations décroissent rapidement lorsqu on s éloigne de l axe, puisque les concentrations sont divisées environ par quatre à 100 m et par huit à 200 m. L analyse plus détaillée de la décroissance de pollution avec la distance à l axe de la route montre une assez bonne stabilité des résultats avec le trafic et quel que soit le polluant considéré. Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

17 ANNEXE 1 PROFILS EN TRAVERS DE POLLUTION POUR LE TRAFIC FLUIDE HORIZON 2000 Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

18 Cas Standard véh/j An concentration (μ g/m3) NO2 Benzène PM CO x (m) Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

19 Cas standard véh/j An concentration ( g/m3) NO2 Benzène PM CO x (m) Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

20 Cas standard véh/j An 2000 concentration (μ g/m3) x (m) NO2 Benzène PM CO Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

21 Cas standard véh/j An 2000 concentration ( μg/m3) x (m) NO2 Benzène PM CO Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

22 ANNEXE 2 PROFILS EN TRAVERS DE POLLUTION POUR LE TRAFIC SATURÉ HORIZON 2000 Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

23 Cas saturé véh/j An 2000 concentration (μ g/m3) x (m) Série1 Série2 Série3 Série4 Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

24 Cas saturé véh/j An concentration (μ g/m3) NO2 Benzène PM CO x (m) Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

25 Cas saturé véh/j An 2000 concentration (mg/m3) x (m) NO2 Benzène PM CO Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

26 ANNEXE 3 PROFILS EN TRAVERS DE POLLUTION POUR LE TRAFIC FLUIDE HORIZON 2020 Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

27 Cas Standard véh/j An 2020 concentration ( μg/m3) x (m) NO2 Benzène PM CO Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

28 Cas standard véh/j An 2020 concentration (μg/m3) x (m) NO2 Benzène PM CO Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

29 Cas standard véh/j An 2020 concentration ( μg/m3) x (m) NO2 Benzène PM CO Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

30 Cas standard véh/j An concentration ( μg/m3) NO2 Benzène Pm CO x (m) Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

31 ANNEXE 4 PROFILS EN TRAVERS DE POLLUTION POUR LE TRAFIC SATURÉ HORIZON 2020 Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

32 Cas saturé véh/j An 2020 concentration ( μg/m3) x (m) Série1 Série2 Série3 Série4 Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

33 Cas saturé véh/j An concentration ( μg/m3) NO2 Benzène PM CO x (m) Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34

34 Cas saturé véh/j An concentration (mg/m3) NO2 Benzène PM CO x (m) Dispersion de la pollution aux environs d une route Volet «santé» juin /34