RAPPORT DE MODELISATION

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1 RAPPORT DE MODELISATION Modélisation de la qualité de l air sur le projet maraîcher de la zone des Andiers

2 Modélisation de la qualité de l air sur le projet maraîcher de la zone des Andiers Edité en novembre 2013 Rédigé par Mathieu Boilleaut Vérifié par Stéphane François Validé par Francis Schweitzer Modélisation de la qualité de l air sur le projet maraîcher des Andiers 2

3 Sommaire Sommaire Contexte Méthodologie et données d entrée Présentation du modèle ADMS Urban Les sources d émissions Les autres données d entrées Calage et validation du modèle Calage du modèle Validation du modèle Résultats de modélisation Le dioxyde d azote (NO 2 ) Les poussières fines en suspensions (PM10 et PM2.5) Conclusion Modélisation de la qualité de l air sur le projet maraîcher des Andiers 3

4 1 - Contexte La Communauté d Agglomération du Grand Besançon est associée depuis 2005 au projet SAUGE (Solidarités Agricole et Urbaine pour des Gains Économiques environnementaux et en termes d'emplois) avec plusieurs autres partenaires. Ce projet vise à tisser des liens entre ville et campagne et permettre le maintien ou la création d'activités agricoles à travers des actions d'animation (formations, appui aux porteurs de projets) et de promotion d'initiatives locales (marchés de producteurs locaux...). L ensemble des partenaires SAUGE ont signé en 2010 la Charte de l agriculture de l agglomération bisontine en faveur d'un projet commun d'agriculture périurbaine dynamique. Dans ce contexte, le Grand Besançon a décidé de développer un projet de pépinière maraîchère sur le secteur des Andiers, localisé sur les territoires communaux de Chalezeule et de Thise. L objectif de ce projet est de mettre à disposition une zone de culture d environ 18 ha partagée entre les jardins de Cocagne (association à vocation d insertion sociale et professionnelle) et 3 maraîchers. L ensemble des productions de légumes seront réalisées en Agriculture Biologique. Du fait de leur implantation dans des zones périurbaines, ce type de productions agricoles peut être impacté par la proximité de sources d émissions de polluants atmosphériques, notamment liées au trafic routier. Dans le cadre du contrat d objectif avec le Grand Besançon pour l année 2013, ATMO Franche-Comté a donc réalisé une étude de modélisation afin d évaluer la qualité de l air sur la zone des Andiers qui va prochainement accueillir ce projet de pépinière maraîchère. Le présent rapport détaille la méthodologie de modélisation de la qualité de l air puis dresse le bilan des résultats sous forme de cartes de répartition spatiale des polluants atmosphériques communément étudiés pour enfin conclure sur l évaluation de la qualité de l air au regard des valeurs réglementaires existantes. Modélisation de la qualité de l air sur le projet maraîcher des Andiers 4

5 2 - Méthodologie et données d entrée Présentation du modèle ADMS Urban ADMS Urban (Atmospheric Dispersion Modelling System système de modélisation de la dispersion atmosphérique) est un logiciel de modélisation de la qualité de l air développé par le Cambridge Environemental Research Consultant (CERC). Il repose sur une description mathématique simplifiée des équations de dispersion en milieu fluide, pour estimer la concentration des polluants atmosphériques en fonction de paramètres influents, tels que la rugosité du sol, le vent, la stabilité de l atmosphère et les émissions de gaz polluants. En outre, le couplage avec un modèle de chimie permet la prise en compte de processus de transformations simples comme certaines réactions chimiques linéaires. ADMS est reconnu et validé internationalement. Il se base en effet sur les connaissances et les technologies les plus récentes dans le domaine. Ce système est déjà mis en œuvre dans de nombreuses agglomérations : Strasbourg, Londres, Budapest, Rome, Il a également été utilisé pour faire de la prévision de la qualité de l air durant les Jeux Olympiques de Pékin en La figure suivante présente de manière schématique le déroulement d une étude de modélisation de la qualité de l air : Fig. 1 : Déroulement d une étude de modélisation de la qualité de l air Modélisation de la qualité de l air sur le projet maraîcher des Andiers 5

6 2.2 - Les sources d émissions Afin de prendre en compte l ensemble des émissions de gaz polluants dans les calculs de modélisation de la qualité de l air de cette étude, nous avons utilisé notre inventaire spatialisé des émissions réalisé sur l année de référence Cet inventaire permet d identifier les sources des polluants gazeux et particulaires émis dans l atmosphère de manière anthropique ou naturelle sur la région Franche-Comté. A partir de cet inventaire est élaboré un cadastre qui regroupe l ensemble des émissions sur la zone d étude. Parmi elles, différentes typologies de sources seront intégrées explicitement aux calculs de modélisation : Les émissions routières Le calcul des émissions routières est basé sur le trafic moyen journalier annuel et utilise la méthodologie COPERT IV (Computer Programme to Calculate Emissions from Road Transport) qui repose sur l utilisation de lois empiriques d évolution des émissions en fonction de la vitesse des véhicules. Ces lois sont spécifiées pour un grand nombre de classes, correspondant à différents types de véhicules, de carburants, de motorisations, de générations technologiques. Les émissions des secteurs résidentiel et tertiaire Les sources d émissions du secteur résidentiel/tertiaire sont en majorité dues au chauffage. Ces secteurs émettent principalement des poussières et logiquement varient de façon significative dans le temps en fonction des températures extérieures. En effet, on considère que 75 % des émissions dues au chauffage sont produites entre les mois de novembre et mars. Les émissions des sources industrielles En règle générale, les industries qui sont soumises à la TGAP (Taxe Générale sur les Activités Polluantes) sont considérées comme des sources explicites, souvent sous formes ponctuelles. Or, sur la zone autour du projet maraîcher des Andiers, il n existe pas d industrie de ce type. En revanche, deux industries classées comme ICPE (Installations Classées Pour l Environnement) qui peuvent être des sources d émissions de polluants atmosphériques ont été identifiées sur la zone et intégrées de manière explicite aux calculs de modélisation. Les émissions du trafic ferroviaire Etant donné la proximité de la voie ferrée reliant Besançon à Montbéliard, nous avons intégré les émissions du trafic ferroviaire sur cette voie. Ces émissions sont calculées sur la base du nombre de train circulant par jour et prennent en compte les poussières émises liées à l usure des freins, des roues et des rails. Sur les émissions routières et résidentielles/tertiaires, des profils d émissions sont appliqués dans les calculs de modélisation. La détermination de ces profils permet d évaluer des facteurs de variations horaires et mensuelles. Sans ces profils, les émissions sont supposées constantes dans le temps quelle que soit la période simulée. L intérêt de ces variations temporelles est donc de reproduire les pics de trafic du matin et du soir ou encore les différences été/hiver sur l utilisation du chauffage. Modélisation de la qualité de l air sur le projet maraîcher des Andiers 6

7 Les deux figures suivantes représentent un exemple de profils d émissions mensuels puis horaires. Fig. 2 : Profils de répartition mensuelle des émissions du transport routier et du résidentiel tertiaire Fig. 3 : Profils de répartition horaire des émissions du transport routier (JO : Jour Ouvré, DF : Dimanche et Fériés) Les autres données d entrées Les données météorologiques La modélisation de la dispersion atmosphérique à l échelle urbaine nécessite la connaissance de différents paramètres météorologiques permettant de déterminer la stabilité de l atmosphère et le mouvement des masses d air. En fonction de ces paramètres, la dispersion des polluants sera différente. Les données de la station Météo France de Besançon sur l année complète 2012 (direction et vitesse du vent, températures, nébulosité, rayonnement solaire) ont été utilisées pour être le plus représentatif possible des conditions réelles. La pollution de fond Schématiquement, les concentrations des différents polluants dans l atmosphère sont le fruit des émissions locales qui viennent s ajouter à une pollution de fond. Il est nécessaire de déterminer ce fond qui est propre à chaque agglomération. Ce niveau de fond est plus ou moins déterminant dans l estimation des concentrations modélisées en fonction des polluants. Il joue ainsi un rôle prépondérant pour les polluants dits régionaux comme les poussières en suspension compte tenu de l importance des sources naturelles et des apports extérieurs au domaine. La pollution de fond est estimée sur la base de l expertise d ATMO Franche-Comté et des mesures effectuées sur le réseau de stations fixes localisées sur l agglomération bisontine. Modélisation de la qualité de l air sur le projet maraîcher des Andiers 7

8 3 - Calage et validation du modèle Calage du modèle La phase de calage consiste à réduire les écarts entre la mesure et le modèle, et ainsi à restreindre au mieux l incertitude globale en sortie de la chaîne de calcul, en ajustant certains paramètres d entrée dont la sensibilité peut être importante. C est une étude statistique qui porte sur des comparaisons entre les valeurs mesurées par les stations d ATMO Franche-Comté et les valeurs modélisées. Pour la présente étude, le domaine de modélisation faisant partie de l agglomération bisontine, les paramètres de calage sont donc issus de la modélisation réalisée sur Besançon en Validation du modèle La directive européenne relative à un air pur en Europe impose des objectifs de qualité des données modélisées en termes d incertitude (Directive 2008/50/CE) de 30 % pour le NO 2 et de 50 % pour les PM10 en moyenne annuelle. Dans un guide de recommandation, le groupe d experts en Modélisation Urbaine de la fédération ATMO France conseille de prendre une valeur de 30 % pour les particules PM10 considérant que le critère de la directive européenne n est pas assez sévère. On peut définir l incertitude de modélisation comme l erreur relative entre la mesure et le modèle. La formule de calcul de cette erreur relative est la suivante : Le tableau ci-dessous récapitule les erreurs relatives mesures modèles calculées pour chaque station de l agglomération de Besançon et pour les différents polluants : Modélisation de la qualité de l air sur le projet maraîcher des Andiers 8

9 Polluant NO 2 PM10 PM2.5 Incertitude autorisée < 30 % < 30 % < 30 % Besançon Prévoyance Besançon Mégevand Besançon Victor Hugo Mesure / Modélisation / Erreur relative -7.2% 3.6% / Mesure 41 / / Modélisation 42.1 / / Erreur relative 2.7% / / Mesure / 26 / Modélisation / 27.0 / Erreur relative / 3.9% / Besançon Planoise Mesure Modélisation Erreur relative 26.4% 0.9% -1.2% Fig. 4 : Comparaisons des moyennes annuelles mesurées et modélisées sur les stations de l agglomération de Besançon et erreurs relatives correspondantes Le calage retenu donne de bons résultats en moyennes annuelles et satisfait largement le critère de 30 % fixé, puisque la totalité des erreurs moyennes est inférieure à ce seuil. Les résultats du modèle utilisé sur l agglomération de Besançon sont donc validés. Seuls les résultats en NO 2 sur la station de Planoise sont proches de ce seuil et par conséquent de moins bonne qualité. Ceci s explique par la situation de cette station : - dans une zone avec des axes routiers importants qui entrainent des résultats de modélisation élevés en NO 2, - dans un quartier d habitation avec beaucoup de bâtiments élevés qui ne peuvent être pris en compte dans la modélisation mais qui influent sur les mesures. De ce fait, les résultats de modélisation sur la station de Planoise ont tendance à être surestimés par rapport aux mesures. Modélisation de la qualité de l air sur le projet maraîcher des Andiers 9

10 4 - Résultats de modélisation Le dioxyde d azote (NO 2 ) Sources d émissions Les oxydes d azote (NOx) constitués par le monoxyde d azote (NO) et le dioxyde d azote (NO 2 ) sont formés dans toutes les combustions fossiles, à haute température et par association de l azote et de l oxygène de l air. Aussi, le dioxyde d azote atmosphérique provient essentiellement des émissions du trafic routier, de l oxydation du monoxyde d azote (à raison de 60 à 80 % de NO) et des réactions chimiques dans l atmosphère dans lesquelles interviennent les hydrocarbures. Impacts Le dioxyde d azote est un gaz irritant pour les bronches. Chez les asthmatiques, il augmente la fréquence des crises. Chez l enfant, il favorise les infections pulmonaires. Les effets sur l environnement sont conséquents : les oxydes d azote participent au phénomène des pluies acides, à la formation de l ozone troposphérique (dont ils sont l un des précurseurs), et à l atteinte de la couche d ozone stratosphérique comme à l effet de serre. Réglementation Réglementation applicable au dioxyde d azote : - Directive 2008/50/CE du 21/05/2008 concernant la qualité de l air ambiant et un air pur ; - Décret du 21/10/2010 relatif à la qualité de l air. Dans cette étude, nous nous intéresserons à la valeur limite relative à la pollution de fond suivante : Valeur limite 40 μg/m 3 en moyenne annuelle Fig. 5 : Valeur limite annuelle en dioxyde d azote Modélisation de la qualité de l air sur le projet maraîcher des Andiers 10

11 Modélisation de la qualité de l air sur le projet maraîcher des Andiers 11

12 Analyse des résultats en dioxyde d azote La carte de répartition des concentrations annuelles montre l importance des émissions routières dans les niveaux de dioxyde d azote modélisés. Ainsi, les zones à proximité des axes routiers majeurs sont celles où l on va observer les concentrations les plus élevées en NO 2. En ce qui concerne la voie ferrée, elle est utilisée très majoritairement par des trains électrifiés, qui ne sont pas source d émission de dioxyde d azote. Par conséquent, étant donné la localisation de la zone d aménagement du projet maraîcher, les niveaux de NO2 modélisés sont faibles. La figure suivante recense la concentration annuelle minimale et maximale modélisées sur la zone d aménagement : Concentration moyenne annuelle en NO2 Minimum Maximum 9 μg/m3 13 μg/m3 Fig. 6 : Tableau des moyennes annuelles minimales et maximales modélisées en dioxyde d azote sur la zone d aménagement du projet maraîcher des Andiers Ces valeurs modélisées sont à comparer à la valeur limite réglementaire fixée à 40 μg/m3. On peut donc conclure que la zone d aménagement n est pas soumise à un dépassement de la valeur réglementaire annuelle en dioxyde d azote et que les niveaux modélisés sont faibles. Modélisation de la qualité de l air sur le projet maraîcher des Andiers 12

13 4.2 - Les poussières fines en suspension (PM10 et PM2.5) Les particules en suspension («Particulate Matter» en anglais) se distinguent entre elles par leur diamètre. Les particules dont le diamètre est inférieur à 10 micromètres (μm) sont nommées «PM10» tandis que les «PM2.5», dont le diamètre est plus petit, rassemblent les particules dont le diamètre est inférieur à 2,5 μm. Sources d émissions Les activités humaines, telles que le chauffage (notamment au bois), la combustion de matières fossiles, les centrales thermiques et de nombreux procédés industriels génèrent d'importantes quantités de poussières. En Franche-Comté, le chauffage au bois est le principal émetteur de particules. Viennent ensuite l industrie, l agriculture et les transports routiers. Outre les origines anthropiques, il faut noter tout de même que les poussières en suspension peuvent également être d origine naturelle (feux de forêts, érosion des sols, éruptions volcaniques ). Impacts Polluants irritants, leur action dépend de leur diamètre : les particules les plus grosses sont retenues par les voies aériennes supérieures tandis que les plus fines pénètrent profondément dans les voies respiratoires. Leur toxicité est accentuée du fait qu elles peuvent transporter des composés nocifs et cancérogènes (plomb, hydrocarbures ). Les effets de salissure des bâtiments et des monuments sont les atteintes à l environnement les plus évidentes. Réglementation Réglementation applicable aux poussières fines en suspensions PM10 et PM2.5 : - Directive 2008/50/CE du 21/05/2008 concernant la qualité de l air ambiant et un air pur ; - Décret du 21/10/2010 relatif à la qualité de l air. Dans cette étude, nous nous intéresserons aux valeurs relatives à la pollution de fond suivante : Valeur limite pour la santé en PM10 40 μg/m 3 en moyenne annuelle Valeur limite pour la santé en PM μg/m 3 en moyenne annuelle en 2015 Valeur cible pour la santé en PM μg/m 3 en moyenne annuelle Fig. 7 : Valeurs réglementaires annuelles en PM10 et PM2.5 Modélisation de la qualité de l air sur le projet maraîcher des Andiers 13

14 Modélisation de la qualité de l air sur le projet maraîcher des Andiers 14

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16 Analyse des résultats en poussières fines PM10 et PM2.5 La variabilité spatiale des concentrations annuelles en PM10 et PM2.5 est plutôt faible sur la zone. On remarque l impact des émissions du trafic routier sur les niveaux modélisés, majoritairement pour les PM2.5 qui ont une origine routière plus marquée. L incidence de la voie ferrée est visible mais très faible, du fait d un trafic modéré. Les niveaux de PM10 et PM2.5 modélisés sur la zone d aménagement du projet maraîcher sont faibles. La figure suivante recense la concentration annuelle minimale et maximale modélisées sur la zone d aménagement : Concentrations moyenne annuelle en PM10 Concentrations moyenne annuelle en PM2.5 Minimum Maximum 22 μg/m3 24 μg/m3 12 μg/m3 13 μg/m3 Fig. 8 : Tableau des moyennes annuelles minimales et maximales modélisées en PM10 et PM2.5 sur la zone d aménagement du projet maraîcher des Andiers Ces valeurs modélisées sont à comparer à la valeur limite réglementaire PM10 fixée à 40 μg/m3 et à la valeur cible PM2.5 fixée à 20 μg/m3. On peut donc conclure que la zone d aménagement n est pas soumise à des dépassements de ces valeurs annuelles et que les niveaux modélisés sont faibles. Modélisation de la qualité de l air sur le projet maraîcher des Andiers 16

17 5 - Conclusion Les calculs de modélisation réalisés pour cette étude dressent un bilan de la qualité de l air sur la zone des Andiers sur la base des sources d émissions environnantes, des mesures réalisées sur les stations fixes de l agglomération bisontine et des données de Météo France sur l année Les résultats obtenus permettent de confirmer que les valeurs réglementaires, que ce soit les valeurs limites en dioxyde d azote et PM10 ou la valeur cible en PM2.5, sont largement respectées sur la zone d aménagement du projet maraîcher des Andiers. Sur la base des polluants considérés dans cette étude, on peut donc conclure que la qualité de l air est bonne et qu il n y a pas de contre-indications spécifiques liées à la qualité de l air concernant la création de la zone maraîchère. Modélisation de la qualité de l air sur le projet maraîcher des Andiers 17

18 Réseau de surveillance de la qualité de l air en Franche-Comté 15 rue Mégevand BESANCON Tel : Fax : Site Internet : contact@atmofc.asso.fr