Pollution atmosphérique et aviation AIDE MÉMOIRE. Une synthèse de l état des connaissances

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1 Pollution atmosphérique et aviation AIDE MÉMOIRE Une synthèse de l état des connaissances

2 Surveiller la qualité de l'air et informer le public (populations, médias, autorités locales) sur la pollution et ses effets sur la santé constituent le coeur des missions de nos différentes associations agréées en régions et en outremer, aujourd'hui regroupées au sein de la Fédération ATMO. PRÉFACE En tant que Président de cette Fédération, je me réjouis de la publication par la DGAC d'un mémento pédagogique inédit visant à faire le point sur les liens entre avions, aéroports et pollution atmosphérique. Je salue l'important travail de collationnement qui a précédé la rédaction de cet aidemémoire, permettant de dresser un bilan exemplaire de l'ensemble des connaissances scientifiques disponibles à ce jour en la matière. Déjà initiée localement par des partenariats institutionnels et techniques avec des exploitants d'aéroports, la coopération entre ATMO et les acteurs de l'aviation civile prend aujourd'hui valeur de symbole à travers la rédaction de cet avant-propos que la DGAC m'a fait l'honneur de me confier. Je formule le voeu que cette coopération puisse se poursuivre demain par de nombreuses et riches collaborations. L'objectif final et commun pour nous tous étant bien de concilier liberté de se déplacer, de voyager avec la préservation, parfois la reconquête, d'un air qui ne nuise pas à la santé des citoyens et des écosystèmes. Le développement durable du transport aérien passe par un respect croissant de l environnement. Dans son domaine d activité, la Direction générale de l aviation civile, administration en charge du secteur de l aviation civile, recherche un équilibre entre l intérêt général et les INTRODUCTION intérêts particuliers en conformité avec les exigences réglementaires, nationales ou internationales. Elle veille à améliorer la concertation entre toutes les parties concernées et met à la disposition du public des informations précises, objectives et fiables. La pollution de l air générée spécifiquement par l aviation, bien que de quantité limitée, comparée à d autres secteurs, soulève de multiples interrogations. Les informations propagées à son sujet sont trop souvent incomplètes ou erronées. L élaboration de cet aide-mémoire est une initiative du Réseau Environnement de la DGAC dans un souci de transparence et d information du public. L équipe de rédaction comprenait des ingénieurs experts en technique de l environnement et en pollution de l air, un enseignant spécialisé de l Ecole nationale de l aviation civile, des responsables de la politique environnementale, ainsi qu un chargé de mission environnement à l aéroport de Strasbourg, membre de la Commission environnement de l ALFA-ACI. suite p 2 Hugues Geiger Président de la Fédération ATMO.

3 suite de la page 1 Le groupe de rédaction a compilé et synthétisé l ensemble des études disponibles à jour en interrogeant de nombreux organismes et experts. Ce document rassemble ainsi l ensemble des connaissances disponibles aujourd hui sur la pollution de l air en général et sur la contribution de l aviation en particulier. Il s adresse à toute personne concernée par l aviation civile souhaitant disposer d une information claire et accessible sur un sujet complexe et en constante évolution. AIDE MÉMOIRE Sommaire Pollution atmosphérique et aviation La pollution de l air L homme dans son environnement Mieux comprendre l atmosphère La pollution : à quelle échelle? Les effets sur la santé et l environnement Les polluants Les effets sur le climat Le cadre réglementaire La contribution de l aviation Une incidence modérée Contribution des activités aéroportuaires Émissions Mesure Modélisation de la dispersion Aviation et effet de serre Emissions de CO2 en France Les actions Conception des moteurs et des avions Gestion du vol et du trafic aérien Escales et activités aéroportuaires Mesures économiques Glossaire 2

4 LA POLLUTION DE L AIR LA POLLUTION DE L AIR L HOMME DANS SON ENVIRONNEMENT L air constitue l un des éléments nécessaires à la vie. Les activités humaines influent sur l atmosphère et peuvent avoir des conséquences préjudiciables à notre santé et à l équilibre de notre planète. Ces éléments perturbateurs sont notamment les industries, les transports, les activités domestiques, etc. Les effets de la pollution de l air s observent à différents niveaux : à l échelle locale, régionale et enfin à l échelle planétaire. Ces effets sont variés : altération de la qualité de l air ambiant que nous respirons, dégradation des sols par les pluies acides, réchauffement de la planète par effet de serre, ou encore augmentation du rayonnement solaire par diminution de la couche d ozone. Photodisc Le saviez-vous? Chacun de nous respire chaque jour environ litres d air. 5

5 LA POLLUTION DE L AIR MIEUX COMPRENDRE L ATMOSPHÈRE Atmosphère et conditions météorologiques L enveloppe gazeuse qui entoure la terre constitue l atmosphère. Sa composition relativement constante consiste principalement en un mélange d air sec et de vapeur d eau. Le reste de cette enveloppe comprend de l eau condensée ou de fins cristaux de glace, des polluants et des aérosols (poussières et particules solides). Elle est constituée à plus de 98% d air sec dont les composants principaux sont l azote et l oxygène. Les autres gaz sont en quantité bien plus faibles (<1%) : ce sont l argon, le gaz carbonique, l ozone, l hydrogène, l hélium? Dans quelles couches atmosphériques volent les avions? Les avions volent en croisière dans la troposphère haute et la stratosphère basse. La troposphère est épaisse d une dizaine de kilomètres à partir de la surface terrestre avec une température qui décroît d environ 1 C quand l altitude croît de 160 m. Le sommet de la troposphère, appelé tropopause, est la zone de transition avec la stratosphère. Son altitude et sa température sont d environ 8 km et 50 C dans les régions polaires, 17 km et 80 C à l équateur. Oxygène 20,94% Argon 0,93% Azote 78,09% Dans le plan vertical, l atmosphère est divisée en plusieurs couches. Les plus importantes d un point de vue météorologique et climatique sont les plus basses : la troposphère et la stratosphère. Le saviez-vous? 99% de la masse d atmosphère se situe en dessous de 30 km. 6 7

6 LA POLLUTION DE L AIR MIEUX COMPRENDRE L ATMOSPHÈRE La stratosphère est caractérisée par une croissance de température quand on s élève. Son sommet se situe vers 50 km avec une température moyenne de l ordre de 0 C. Ce réchauffement est essentiellement dû à la présence d ozone entre 15 km et 40 km avec une concentration maximale entre 25 et 30 km. Les conditions météorologiques : quelle influence? Les conditions météorologiques ont une influence importante sur les niveaux de pollution observés au sol. Elles peuvent favoriser la dispersion des polluants ou, au contraire, les concentrer dans une zone particulière.? Qu est-ce que l inversion de température? Plusieurs facteurs météorologiques interviennent dans le transport de la pollution. Les principaux sont la vitesse et la direction du vent, sa turbulence (mouvements chaotiques comme les tourbillons ou grands coups de vent) ainsi que la température de l atmosphère. La dispersion est optimale quand les masses d air sont mobiles. C est le cas général des conditions d instabilité. En revanche, les périodes anticycloniques, caractérisées par un temps calme, avec un vent faible, accompagné parfois d une inversion de température en hiver, concourent à une augmentation rapide de la concentration des polluants au niveau du sol. Situation normale de dispersion des polluants En situation normale, la température de l air diminue avec l altitude. L air chaud contenant les polluants tend à s élever naturellement (c est le principe de la montgolfière). Les polluants se dispersent ainsi naturellement, d autant mieux que les masses d air sont mobiles. L inversion de température En situation d inversion de température, le sol s est refroidi de façon importante pendant la nuit (par exemple l hiver par temps clair, le matin). La température, à quelques centaines de mètres d altitude, est alors supérieure à celle mesurée au sol. Les polluants se trouvent ainsi piégés sous un effet de couvercle d air chaud. En savoir plus Météo France : 8 9

7 LA POLLUTION DE L AIR LA POLLUTION : A QUELLE ECHELLE? Trois niveaux de pollution : locale, régionale et globale Appréhender la pollution atmosphérique, analyser sa nature et déterminer sa source sont difficiles car les polluants se déplacent et se transforment chimiquement. En effet, les polluants primaires comme les oxydes de carbone, de soufre et d azote, sont émis directement dans l air et transportés à des distances variables par les mouvements des masses d air. Les polluants secondaires comme l ozone sont formés par transformation chimique de certains polluants primaires, pendant leur transport, notamment sous l action du rayonnement solaire. On distingue trois échelles de pollution : LOCALE : cela concerne la qualité de l air ambiant au voisinage des sources d émissions dans un rayon de quelques kilomètres ; RÉGIONALE : il s agit, à des distances variant de quelques kilomètres à un millier de kilomètres, de pollutions de type pluies acides, pollution photochimique et dégradation de la qualité des eaux ; GLOBALE : il s agit principalement, au niveau planétaire, de l appauvrissement de la couche d ozone et du réchauffement climatique provoqué par l émission de gaz à "effet de serre", principalement le gaz carbonique (CO2). Source Ifen Les trois échelles de pollution 10 11

8 LA POLLUTION DE L AIR LES EFFETS SUR LA SANTE ET L ENVIRONNEMENT La pollution de l'air a un impact sur la santé qui dépend du type et de la concentration des différents polluants dans l air, de la durée d exposition à ces polluants, de la morphologie, de l état général et de l âge des personnes exposées. Ainsi, certaines populations sont plus sensibles : les enfants, les personnes âgées, ainsi que les personnes déjà fragilisées, telles que les insuffisants cardiaques ou respiratoires, les asthmatiques ou les personnes atteintes de bronchites chroniques. Le ministère de la Santé indique qu à court terme, lors des épisodes de pollution, les polluants peuvent provoquer une réaction inflammatoire au niveau des muqueuses respiratoires et favoriser l apparition de pathologies préexistantes. Les symptômes ressentis peuvent alors se traduire par des rhinites, de la toux, voire des crises d'asthme. A long terme, la pollution chronique favorise la poursuite et l'accroissement de l'inflammation des bronches. La pollution a également des effets sur la faune et la flore : localement, on peut observer des nécroses, une croissance amoindrie des végétaux ou encore une fragilité face à certaines infections. Au niveau régional, les polluants participent à la formation de pluies acides qui contribuent au dépérissement des forêts et à la dégradation des sols. Trois polluants sont responsables de ce type d effets : les oxydes d'azote (NOx), le dioxyde de soufre (SO2) et l ozone (O3). Goodshooot La pollution participe également à la dégradation des bâtiments : corrosion due au dioxyde de soufre (SO2), noircissements et encroûtements par les poussières, ainsi que d autres altérations en association avec le gel, l humidité et les micro-organismes. En savoir plus Organisation mondiale de la santé : Ministère de la santé : DRASS Ile-de-France : ERPURS :

9 LA POLLUTION DE L AIR LES EFFETS SUR LA SANTE ET L ENVIRONNEMENT L air pollué contient des centaines de polluants parmi lesquels le dioxyde de soufre, les oxydes d azote, les composés organiques volatils, les particules et les poussières, le monoxyde de carbone, l ozone et les métaux lourds. Ils font l objet de contrôles et d une surveillance particulière. NOXSO2 LES POLLUANTS SO2 Le dioxyde de soufre est le principal composant de la pollution "acide". Le SO2 provient à plus de 85% de l'utilisation des combustibles contenant du soufre (fuel et charbon). Le dioxyde de soufre irrite les muqueuses, la peau, et les voies respiratoires supérieures (toux, dyspnée). Il agit en synergie avec d'autres substances, notamment avec les fines particules. Comme tous les polluants, ses effets sont amplifiés par le tabagisme. Au contact de l'humidité de l'air, le SO2 se transforme en acide sulfurique et participe au phénomène des pluies acides. Il contribue également à la dégradation de la pierre et des matériaux de nombreux monuments. O3 CO COV NOx Le monoxyde d'azote (NO) et le dioxyde d'azote (NO2) résultent de la combinaison de l'azote et de l'oxygène de l'air à haute température. Environ 95% de ces oxydes sont la conséquence de l'utilisation de combustibles fossiles (pétrole, charbon et gaz naturel). Le trafic routier (59%) en est la source principale. Le NO2 est un gaz irritant pour les bronches. Chez les asthmatiques, il augmente la fréquence et la gravité des crises. Chez l'enfant il favorise les infections pulmonaires. Le NO2 participe aux phénomènes des pluies acides, à la formation de l'ozone troposphérique, dont il est l'un des précurseurs, à l'atteinte de la couche d'ozone stratosphérique et à l'effet de serre

10 LA POLLUTION DE L AIR LES POLLUANTS COV Les Composés Organiques Volatils englobent des composés organiques gazeux que l'on rencontre dans l'atmosphère, dont les principaux sont des hydrocarbures. Les trois sources principales sont le trafic routier (39%), l'utilisation domestique ou industrielle de peinture, vernis, colle, etc., dont les solvants s'évaporent au cours du séchage, et l'évaporation à partir du stockage d'hydrocarbures. Avec les oxydes d'azote et le monoxyde de carbone, ils contribuent donc à la formation d'ozone troposphérique. Les BTX (appellation regroupant le benzène, le toluène et les xylènes), hydrocarbures aromatiques monocycliques, entrent dans la composition des carburants et se retrouvent dans l'atmosphère soit par les gaz d'échappement, soit par l'évaporation des carburants des réservoirs ou des stations services. Les effets sur la santé des COV sont très variables selon la nature du polluant envisagé. Ils vont d'une certaine gêne olfactive à des effets mutagènes et cancérigènes (Benzène et certains Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques - HAP), en passant par des irritations diverses et une diminution de la capacité respiratoire. Les COV jouent un rôle majeur dans les mécanismes complexes de formation de l'ozone dans la basse atmosphère (troposphère). Ils interviennent également dans les processus de l'effet de serre et du trou d'ozone. Photodisc PARTICULES/POUSSIERES Les particules ou poussières ont pour origine les différentes combustions, le trafic routier et les industries. Elles sont de natures très diverses et peuvent véhiculer d'autres polluants comme des métaux lourds ou des hydrocarbures. De diamètre moyen inférieur à 10 µm, elles restent plutôt en suspension dans l'air. Supérieures à 10 µm, elles se déposent, plus ou moins vite, au voisinage de leurs sources d'émission. On peut citer également les poussières issues des carrières et des cimenteries ainsi que les poussières issues de l'usure des revêtements des routes et des pneus, et, enfin, de l'érosion. Selon leur taille (granulométrie), les particules pénètrent plus ou moins profondément dans l'arbre pulmonaire. Les particules les plus fines peuvent, à des concentrations relativement basses, irriter les voies respiratoires inférieures et altérer la fonction respiratoire dans son ensemble. Certaines particules ont des propriétés mutagènes et cancérigènes. Les effets de salissure des bâtiments et des monuments sont les atteintes les plus évidentes des particules ou poussières à l environnement. Photodisc 16 17

11 LA POLLUTION DE L AIR LES POLLUANTS O3 L ozone est le polluant secondaire majeur, qui se forme par l'action des rayons ultraviolets du soleil sur les polluants primaires que sont les oxydes d'azote, les composés organiques volatils et le monoxyde de carbone. C'est un polluant chimique présent au niveau du sol : on parle d'ozone troposphérique que l'on distingue de l'ozone stratosphérique (couche d ozone). L ozone est un gaz agressif qui pénètre facilement jusqu'aux voies respiratoires les plus fines. Il provoque toux, altération pulmonaire ainsi que des irritations oculaires. Ses effets sont très variables selon les individus. Enfin, l ozone a un effet néfaste sur la végétation (sur le rendement des cultures par exemple) et sur certains matériaux (caoutchouc). Il contribue à l'effet de serre et aux pluies acides. CO Le monoxyde de carbone provient des combustions incomplètes. Il est émis en grande partie (59%) par le trafic routier. Le chauffage urbain, collectif ou individuel, vient en deuxième position avec 21% des émissions. Dans l'atmosphère, il se combine en partie et à moyen terme avec l'oxygène pour former du dioxyde de carbone (CO2). On le rencontre essentiellement au niveau du sol à proximité des sources d'émission. Il participe, avec les oxydes d'azote et les composés organiques volatils, à la formation d'ozone troposphérique. Le CO se fixe à la place de l'oxygène sur l'hémoglobine du sang, conduisant à un manque d'oxygénation du système nerveux, du cœur, des vaisseaux sanguins. Les premiers symptômes sont des maux de tête et des vertiges. Ces symptômes s'aggravent avec l'augmentation de la concentration de CO (nausée, vomissements...) et peuvent en cas d'exposition prolongée, aller jusqu'au coma et à la mort. Le CO participe aux mécanismes de formation de l'ozone troposphérique. Dans l'atmosphère, transformé en dioxyde de carbone CO2, il contribue à l'effet de serre. Photodisc 18 19

12 LA POLLUTION DE L AIR LES POLLUANTS MÉTAUX LOURDS Les métaux dits "lourds" englobent l'ensemble des métaux présentant des caractères toxiques pour la santé et l'environnement. A l'origine, il s'agissait de métaux de densité supérieure à 4 g/cm 3. Ils proviennent essentiellement de la combustion du charbon, du pétrole ou des ordures ménagères ainsi que de procédés industriels. Parmi ces métaux, on peut citer le plomb, le mercure, le cadmium, le nickel ou le zinc. Dans l'air, ils se retrouvent le plus souvent au niveau des particules. Le mercure se retrouve à l'état gazeux. LES EFFETS SUR LE CLIMAT A l échelle planétaire, la pollution entraîne deux phénomènes : la dégradation de la couche d ozone et l augmentation de l effet de serre. La couche d ozone constitue un filtre solaire indispensable à la vie sur terre. Si la concentration d ozone diminue en altitude, davantage de rayonnement solaire atteint le sol. Les suites peuvent être très diverses : brûlures et cancers de la peau, action sur les changements climatiques, modification des écosystèmes... L augmentation de l effet de serre influe pour sa part sur le réchauffement de la planète et donc sur le climat. Photodisc Ces métaux s'accumulent dans l'organisme et provoquent des effets toxiques à court et/ou à long terme. Ils peuvent affecter le système nerveux, les fonctions rénales, hépatiques, respiratoires ou autres... Les métaux toxiques contaminent les sols et les aliments. Ils s'accumulent dans les organismes vivants et perturbent les équilibres et mécanismes biologiques. Certains lichens ou mousses sont couramment utilisés pour surveiller les métaux dans l'environnement et servent de "bio-indicateurs". En savoir plus GIEC (Groupe Intergouvernemental d Experts sur le changement Climatique) : Impacts potentiels du changement climatique en France au XXI e siècle :

13 LA POLLUTION DE L AIR LES EFFETS SUR LE CLIMAT D après le GIEC (Groupe Intergouvernemental d Experts sur le changement Climatique), le réchauffement moyen de la planète pourrait atteindre d ici un siècle entre 1 et 3,5 C. Une hausse des températures provoquerait des sécheresses et des inondations plus sévères, ainsi que des tempêtes plus fréquentes. L équilibre entre les espèces animales et végétales serait modifié, les forêts dépériraient. La durée d enneigement serait moindre : de 20 à 30% en moins dans les Alpes à mètres. Tous ces changements climatiques auraient aussi des conséquences préjudiciables sur la santé humaine : en ville, les périodes de chaleur augmenteraient les affections cardio-respiratoires et la mortalité ; la propagation de maladies infectieuses véhiculées par les insectes tropicaux s étendrait nettement. Enfin, il est probable que les pays les moins développés et les écosystèmes les plus fragiles souffriraient le plus de ces changements climatiques. Le saviez-vous? La dilatation thermique de l eau due à un réchauffement de la planète de 1 à 3,5 C provoquerait une élévation du niveau des océans de 15 à 95 cm. En France, des espaces côtiers comme la Camargue ou les rivages à lagunes du Languedoc seraient inondés

14 LA POLLUTION DE L AIR LE CADRE REGLEMENTAIRE La coopération internationale L appauvrissement de la couche d ozone et le réchauffement climatique sont des problèmes planétaires qui nécessitent une coopération internationale. La coopération concernant le réchauffement climatique s est traduite par une convention cadre négociée lors du Sommet de la Terre de Rio en 1992 et par le protocole de Kyoto en L Union Européenne adopte, pour sa part, des règlements et des directives qui fixent des objectifs visant à améliorer la qualité de l air. Ces textes sont retranscrits dans le droit de chaque Etat membre. En savoir plus Convention cadre des nations unies sur les changements climatiques : Où en est la réglementation en France? En vue de respecter les engagements du protocole de Kyoto, le gouvernement français a mis en place un programme national de lutte contre les changements climatiques (PNLCC), à partir des travaux confiés à la Mission interministérielle de l'effet de serre (MIES). Pour renforcer ce programme la MIES élabore, en concertation avec l ensemble des acteurs socio-économiques, un ensemble d actions regroupé dans le "plan climat 2003". Le Plan Climat 2003 vise trois objectifs : stabiliser les émissions nationales de gaz à effet de serre (GES) au niveau de 1990 sur la période , diviser par quatre les émissions de GES à l horizon 2050, permettre des progrès effectifs dans les transports, dont les émissions ont crû de 20% en 10 ans, et dans le résidentiel tertiaire existant. Par ailleurs, le Ministère de l'écologie et du développement durable est responsable de la politique de prévention, de surveillance et d'information sur la qualité de l'air. En savoir plus Mission interministérielle de l effet de serre : Ministère de l écologie et du développement durable : Impacts potentiels du changement climatique en France au XXIème siècle :

15 LE CADRE REGLEMENTAIRE La loi du 30 décembre 1996 relative à l air et l utilisation rationnelle de l énergie, dite LAURE, prend en compte tous les aspects relatifs aux transports, à la santé, à l urbanisme, à l énergie, à l environnement ; ce texte s inscrit dans une perspective de développement durable, en reconnaissant à chacun le droit de respirer un air qui ne nuise pas à sa santé. LA CONTRIBUTION DE L'AVIATION La loi se décline en 4 objectifs : Surveiller la qualité de l air, Informer le public sur la qualité de l air et ses effets sur la santé, Planifier la lutte contre la pollution de l air, Mettre en œuvre des mesures d urgence en cas de pics de pollution. La réglementation française fixe des seuils de concentration pour différents polluants. Localement, la surveillance et l'information sur les polluants atmosphériques sont confiées aux Associations Agréés de Surveillance de la Qualité de l Air (AASQA). Ces associations publient un indice quotidien de la qualité de l'air, dit ATMO, allant de 1 "très bonne qualité de l'air" à 10 "très mauvaise qualité de l'air". Les plans d'action et de mesures d'urgence sont traités à travers l'élaboration des Plans Régionaux de la Qualité de l Air (PRQA), des Plans de Protection de l Atmosphère (PPA) et des Plans de Déplacements Urbains (PDU). En savoir plus Fédération des AASQA : 26

16 LA CONTRIBUTION DE L'AVIATION UNE INCIDENCE MODÉRÉE Le transport aérien, comme toute activité, génère une pollution atmosphérique aux échelles locale, régionale et planétaire. Les principaux polluants émis par les avions et les activités aéroportuaires influant localement sur la qualité de l air sont : les oxydes d'azote (NOx), le monoxyde de carbone (CO), les hydrocarbures imbrûlés (HC), les composés organiques volatils (COV), le dioxyde de soufre (SO2) et les particules. Ces polluants peuvent être dispersés au niveau régional tout en subissant des transformations. A l échelle planétaire, l aviation contribue au réchauffement climatique par l émission de gaz carbonique (CO2). Les évaluations du Groupe Intergouvernemental d Experts sur le changement Climatique réalisées pour l année 1992, à ce jour seule étude de référence au niveau mondial, montrent que l aviation est à l origine de 2% des émissions de gaz carbonique tous secteurs confondus et de 13% de celles liées aux activités de transport dans le monde. 280 Source : GIEC O2 16,3 % N2 75,2 % O2 16,3 % N2 75,2 % Produits de combustion SOX 0,02 % HC 4 % Suies 0,1 % 0,4 % CO 11,8 % NOX 84 % 8,5 % H2O 27,6 % CO2 72 % 8,5 % H2O 27,6 % SOX 0,02 % CO2 72 % Produits résiduels dus à la combustion non - idéale Répartition des émissions Produits des de moteurs d avions combustion 0,4 % CO 11,8 % NOX 84 % HC 4 % Suies 0,1 % Produits résiduels dus à la combustion non - idéale Répartition des émissions des moteurs d avions Source : Rapport de stage " Etude de l impact des technologies et de la gestion du transport aérien sur les émissions polluantes " - ADEME 2003 Kg de CO2 émis par passager voiture diesel avec 1 passager voiture diesel avec 2 passagers voiture diesel avec 3 passagers A320 rempli à 100% A320 rempli à 75% Distance parcourue en km Comparaison des émissions de CO2 par passager entre un A320 et une voiture diesel en fonction de la distance parcourue et du taux de remplissage En savoir plus Aéroports français : GIEC : Pour des trajets supérieurs à 500 km, on constate qu un avion rempli à 75% rejette moins de CO2 par passager qu une voiture diesel avec seulement deux personnes à bord

17 LA CONTRIBUTION DE L'AVIATION UNE INCIDENCE MODÉRÉE Combustion idéale CO2+H2O+N2+O2+SO2 MOTEUR Combustion réelle CO2+H2O+N2+O2+NOX+HC+CO+Csuies+SOX Carburant CnHm+S Air N2+O2 CONTRIBUTION DES ACTIVITÉS AÉROPORTUAIRES Un aéroport comprend diverses activités émettrices de polluants (NOx, CO, HC, COV, SO2, O3, suies). Parmi ces activités, on en distingue deux types : les activités terrestres (hors avions), qui comprennent des sources fixes et des sources mobiles. Exemples de sources fixes : centrale d énergie, stockage et distribution des carburants, maintenance des avions, Exemples de sources mobiles : véhicules particuliers, bus, engins spéciaux (chariots élévateurs, transport de bagages, ). La combustion du kérosène dans les moteurs d avions Dans des conditions idéales, la combustion du carburant conduirait à la formation de dioxyde de carbone, d eau et de dioxyde de soufre uniquement. Parce qu il est difficile dans des conditions réelles d obtenir un mélange air-carburant homogène, la combustion produit également d autres espèces chimiques, comme les oxydes d azote, le monoxyde de carbone, les hydrocarbures imbrûlés, les suies et divers oxydes de soufre. les mouvements des avions au sol et en phase de décollage ou d atterrissage. A l arrêt, moteurs éteints, le groupe auxiliaire de puissance de l avion permet d assurer les besoins en énergie pendant l escale. Ces APU (Auxiliary Power Unit) sont des petites turbines consommant du kérosène. CO2 et H2O Sont des produits systématiques de toute combustion et sont proportionnels à la consommation de carburant NOx Sont produits essentiellement lors des phases de décollage et de montée (fonctionnement du moteur à pleine puissance) CO et HC Sont produits lors du roulage au sol et du stationnement (fonctionnement du moteur à puissance réduite) SO2 Est produit indépendamment de la phase du vol mais dépend de la teneur en soufre du kérosène Suies Sont produites essentiellement en phases de décollages et d atterrissages, dépendant de la composition des carburants 30 31

18 LA CONTRIBUTION DE L'AVIATION Les sources de pollution L AÉROPORT DANS SON CONTEXTE Avions Trafic routier en zone aéroportuaire Engins spéciaux Centrale d énergie Stockage d hydrocarbures Trafic routier extérieur à l aéroport Zone industrielle Chauffage domestique Agriculture 10 Sources biotiques 10 6 Illustration originale : S. Anfray 9

19 LA CONTRIBUTION DE L'AVIATION CONTRIBUTION DES ACTIVITÉS AÉROPORTUAIRES L exemple de l Aéroport de Strasbourg De la théorie - la pollution estimée... Conformément à l action 13 de la charte de l environnement de l aéroport intitulée "50 actions pour 5 ans", l aéroport international de Strasbourg-Entzheim a fait réaliser en 2001 un inventaire de ses émissions polluantes. L'étude a été réalisée par deux organismes indépendants : l ASPA, association agréée pour la surveillance et l étude de la pollution atmosphérique en Alsace, et le CITEPA, centre interprofessionnel technique de la pollution atmosphérique. Les résultats montrent que : les émissions de COVNM et de particules PM10 des avions ne représentent qu environ 10 à 15% des émissions totales estimées sur l aéroport ; dans la zone environnante, les émissions dues aux activités au sol (hors avions) ne représentent que de 0% à 6% du total des émissions des huit communes entourant l aéroport, toutes sources confondues ; à l échelle de la communauté urbaine de Strasbourg ( habitants, 27 communes), les émissions de l aéroport (avions + activités au sol) ne comptent que pour 0,01 à 1,31% des émissions, en fonction du polluant.... à la pratique - la pollution mesurée : Depuis l été 2000, l aéroport de Strasbourg fait réaliser chaque année des campagnes de mesure, mettant en évidence : des niveaux de pollution autour de l aéroport modérés, qui ne font apparaître aucun dépassement des seuils réglementaires ; l absence d une baisse sensible de la pollution lors de la fermeture de l aéroport pour réfection des pistes ; une nette augmentation des NOx aux heures de pointe du trafic automobile dans les villages voisins traduisant l influence dominante du trafic routier. Ces résultats ne permettent pas d identifier l impact des activités aéroportuaires sur la qualité de l air ambiant. ÉMISSIONS Les émissions désignent les rejets de polluants dans l atmosphère. Les inventaires d émissions consistent à les évaluer en calculant la contribution de chaque activité. La réglementation impose la réalisation de tels inventaires. L Organisation de l aviation civile internationale (OACI) fixe des valeurs limitant les émissions des moteurs d avions. La procédure de certification des moteurs défini par l Annexe 16 Vol. II de l OACI est basée sur le cycle atterrissagedécollage, dit LTO (Landing Take-Off). Ce cycle décrit pour les phases de décollage, de montée, d approche et de roulage une poussée nominale et un temps d'utilisation associé. Pour chacune de ces phases, les émissions d'oxydes d'azote, de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures sont évaluées, ainsi qu'un indice de fumée. En savoir plus

20 LA CONTRIBUTION DE L'AVIATION ÉMISSIONS Les outils d évaluation des émissions dont dispose la DGAC : LEA (Logiciel de calcul des Emissions dues aux Aéronefs) permet d établir des liens avions moteurs facteurs d émissions et d évaluer les émissions dues à un trafic donné pour une période donnée. OCEAN (Outil de Calcul des Emissions Annuelles des AéroNefs) quant à lui fournit un bilan annuel des émissions dues au trafic aérien des principaux aéroports français. Le guide méthodologique STNA/CITEPA (Centre Interprofessionnel Technique d Etudes de la Pollution Atmosphérique) pour la détermination des émissions dues aux sources aéroportuaires est mis à la disposition et utilisé par les gestionnaires d aéroports. En savoir plus OACI : Base de données des émissions des moteurs d avions : Guide d évaluation des émissions aéroportuaires : fremis.html 36 37

21 LA CONTRIBUTION DE L'AVIATION MESURE Il existe deux principaux types de méthodes de mesure de la qualité de l air : Les méthodes automatiques qui permettent de suivre en temps réel la concentration des polluants dans l air ambiant. Exemples : - Les analyseurs conventionnels : il suffit de placer des appareils à proximité de points caractéristiques (seuil de piste, parking d avions, zone de maintenance ), ainsi l air échantillonné par chaque appareil permet une analyse spécifique de la concentration des principaux polluants gazeux de l atmosphère. - Les spectromètres : les différents polluants présents dans l air absorbent spécifiquement certaines portions du spectre lumineux, l analyse optique de cette lumière à l aide d un spectromètre permet de mesurer la concentration des polluants sans faire de prélèvement. Source : Aéroport International Strasbourg Aéroport de Lyon St Exupéry Bulletin des Indicateurs Environnementaux D autres méthodes qui permettent de réaliser une cartographie de la pollution. Ces méthodes moins onéreuses nécessitent une analyse ultérieure des prélèvements d air en laboratoire. Exemples : - les tubes à diffusion passive : ils contiennent un absorbant spécifique à un polluant et permettent de mesurer des concentrations moyennes ; - les bio-indicateurs : végétaux sensibles à un ou plusieurs polluants donnés, comme par exemple la plante de tabac qui réagit à l ozone ; - les bio-accumulateurs : végétaux qui accumulent les polluants dans leurs feuilles et qui, après analyse, permettent d identifier la nature et la quantité de polluant, c est le cas notamment de la mousse qui réagit à l oxyde d azote. 21 µg/m SO2 (seuil horaire) NO2 (seuil horaire) O3 (seuil horaire) PM10 (seuil/24 h) Seuil d'alerte 115 µg/m µg/m 3 Seuil d'information et de recommandations L exemple de l aéroport de Lyon (2 e trimestre 2003) µg/m 3 Maximum mesur é sur 3 mois 38 39

22 LA CONTRIBUTION DE L'AVIATION MODÉLISATION DE LA DISPERSION Les modèles de dispersion des panaches de polluants sont des outils numériques développés pour mieux appréhender la dispersion des polluants aux différentes échelles. Pour les polluants primaires, ils permettent de calculer les concentrations qui seront observées dans l air ambiant après leur transport par les masses d air et de présenter leur répartition spatiale sur des cartes. Pour cela, on utilise des données météorologiques, topographiques et d émissions de polluants. Les modèles les plus complets permettent également de prendre en compte les réactions chimiques se produisant dans l atmosphère et d étudier des polluants tels que l ozone, responsable d épisodes de pollution pendant la période estivale. La modélisation de la dispersion des polluants est un domaine en perpétuelle évolution. Le délestage de carburant Les délestages de carburant sont des évènements exceptionnels. Ils sont effectués uniquement dans des circonstances où la sécurité des passagers exige un allègement de la masse de l appareil pour l atterrissage. Seuls les avions gros porteurs - longs courriers sont susceptibles d effectuer ce type d opération pour des raisons techniques peu après le décollage. Dans ce cadre, l OACI recommande que les opérations de vidange de carburant en vol soient effectuées dans des zones faiblement urbanisées et à une hauteur qui ne doit pas être inférieure à mètres. Ainsi, lors d une opération de délestage, 90% du carburant s évapore. Les composés organiques volatils issus de l évaporation subissent des processus photochimiques produisant au final majoritairement de la vapeur d eau et du dioxyde de carbone. De plus, le délestage au-dessus de mètres permet à ces composés d être transformés avant d atteindre le sol

23 LA CONTRIBUTION DE L'AVIATION AVIATION ET EFFET DE SERRE Deux exemples de prélèvements au sol Aéroport de Nice Côte d Azur En 2001 puis en 2002, l Aéroport de Nice a effectué des analyses de dépôts sur et à proximité de l aéroport. Les méthodes de prélèvement utilisées ont été soit le grattage, soit la récupération à l aide de papier absorbant imbibé de produit neutre. Il ressort de ces études que les dépôts sont essentiellement constitués d éléments minéraux et ne contiennent pas de suies grasses organiques. Aéroports de Paris Depuis plusieurs années à la demande des riverains, des prélèvements sont régulièrement analysés par des laboratoires spécialisés qui recherchent l origine des dépôts. Les avions n ont jamais été mis en cause jusqu à présent. En résumé, il est difficile de déterminer l origine de ces dépôts. Jusqu à présent, aucun lien avec le trafic aérien n a pu être établi. Le trafic aérien contribue au changement climatique par l augmentation des gaz à effet de serre, la formation de traînées de condensation et de cirrus et une modification des concentrations d ozone à haute altitude. Parmi les six gaz à effet de serre visés par le protocole de Kyoto, le transport aérien est concerné par : le CO2 dont les émissions sont directement liées à la consommation de carburant et les NOx, qui ont une action indirecte par la création d ozone et la destruction de méthane, tous deux gaz à effet de serre. Les traînées de condensation sont semblables à de fins nuages d altitude dont les propriétés optiques réchauffent l atmosphère. Elles couvrent environ 0,1% de la surface planétaire. Dans certains cas ces traînées persistent et conduisent à la formation de cirrus d origine artificielle qui recouvriraient jusqu à 0,2% de la surface du globe. Cette valeur est à comparer aux 30% de couverture due aux cirrus naturels. L impact des traînées de condensation et des cirrus artificiels reste mal connu. Les NOx émis par les vols s effectuant dans la stratosphère contribuent à une diminution de la concentration d ozone. Les derniers résultats de la recherche scientifique indiquent que ces perturbations seraient relativement faibles. Les programmes de recherche menés au niveau international concourent progressivement à une meilleure connaissance de l impact du trafic aérien sur le changement climatique

24 LA CONTRIBUTION DE L'AVIATION ÉMISSIONS DE CO2 EN FRANCE Le protocole de Kyoto demande que les émissions de CO2 dues au trafic national soient estimées par chaque pays signataire et que les vols internationaux soient pris en compte globalement par l OACI. En 2000, les émissions de CO2 dues au trafic intérieur français s élèvent à 6,2 millions de tonnes ce qui représente 4,4% des émissions liées aux transports français, tous modes confondus. La moitié de ces émissions provient des flux métropole DOM/TOM. Cette estimation est basée sur la quantité de carburant aéronautique vendu sur les aéroports français. Contribution des différents secteurs au Potentiel de Réchauffement Global en 2000 pour la France Source CITEPA En savoir plus CITEPA :

25 ÉMISSIONS DE CO2 EN FRANCE? Quelle est l évolution des émissions? Lors de la dernière décennie, la croissance des émissions a été plus faible que celle du trafic. Une étude menée conjointement par la DGAC et le CITEPA indique que les émissions de CO2 par Passager Kilomètre Transporté sont passées de 146 g à 125 g pour les vols intérieurs et de 175 g à 150 g pour les vols internationaux. LES ACTIONS MOZAIC : l aviation au service de la science MOZAIC l aviation au service de la science Depuis sont lancement en 1993, le programme MOZAIC (Measurement of OZone by Airbus In-service aircraft) a fait progresser la connaissance de la composition atmosphérique dans la région de la tropopause et de l impact de l aviation subsonique sur celle-ci. Ce programme fait appel à des compagnies aériennes européennes, Air France, Lufthansa, Austrian Airlines, Sabena, pour transporter gratuitement à bord d avions commerciaux des capteurs météorologiques et des analyseurs des espèces chimiques suivantes : O3, H2O, CO, NOy. Ainsi MOZAIC offre une importante couverture spatiale et alimente une base de données sur les caractéristiques de l atmosphère dans tout le domaine de vol des avions. Les informations recueillies sont utilisées par environ 30 groupes de chercheurs internationaux et contribuent à améliorer les simulations des modèles atmosphériques et à évaluer l impact de l aviation sur l atmosphère. En savoir plus MOZAIC : 46

26 LES ACTIONS? Que peut-on attendre des progrès technologiques? Evaluer et mesurer la pollution ne suffit pas. Il faut aussi agir. La pollution de l air est l affaire de tous : nos gestes quotidiens participent à la pollution et des mesures souvent simples et concrètes peuvent inverser la tendance. Dans son domaine, le transport aérien présente d intéressantes perspectives d amélioration et des progrès considérables ont d ores et déjà été réalisés. Ces progrès concernent divers domaines très variés, d ordre technique, opérationnel ou encore économique. En savoir plus Agence de l environnement et de la maîtrise de l énergie : Source : STNA Source : CONCEPTION DES MOTEURS ET DES AVIONS Il est dans l intérêt même des constructeurs de proposer sur le marché des avions les plus économes possible en carburant et donc moins polluants. Les moteurs contemporains utilisent la technologie "doubleflux", qui consiste à faire passer dans le moteur un flux d'air froid et donc non pollué, qui participe, avec le flux d'air chaud, à la poussée. Des progrès ont également été réalisés sur les chambres de combustion. Les émissions de suies ont ainsi diminué de 50% en quelques décennies. Cette réduction de consommation, et ces innovations technologiques ont bien entendu permis de réduire en parallèle les émissions polluantes. jet d échappement chaud air de dérivation compresseur Réacteur à technologie double flux En savoir plus ventilateur à ailettes 48 49

27 LES ACTIONS CONCEPTION DES MOTEURS ET DES AVIONS? Bruit ou émissions, un compromis difficile? En terme d'impact sur l'environnement, les constructeurs ont prioritairement pris en compte l'aspect relatif au bruit des avions, qui est ressenti directement par les populations survolées. Les progrès technologiques ont ainsi permis depuis 40 ans une diminution de 20 db du bruit à la source et parallèlement une diminution de 40% de la consommation spécifique. Aujourd'hui un compromis est à rechercher entre bruit et pollution car certaines techniques diminuent le bruit émis en favorisant parfois une augmentation des émissions. Les seuls moyens de réduire simultanément bruit, consommation et émissions semblent être l amélioration aérodynamique de l avion, de l intérieur des moteurs et l emploi de nouveaux matériaux et procédés de conception. GESTION DU VOL ET DU TRAFIC AÉRIEN L exploitation des aéronefs est un domaine où l initiative des compagnies aériennes est primordiale. La réduction des émissions gazeuses provient alors exclusivement de la diminution de la consommation de kérosène, directement liée au temps de fonctionnement des moteurs. Diverses mesures sont étudiées par les compagnies aériennes pour limiter la consommation de carburant : Optimisation des masses emportées (réserves de routes ajustées en fonction de la réglementation, eau potable ), Amélioration des performances aérodynamiques des avions, Roulage avec un ou deux moteurs De même, l OACI étudie des mesures similaires, avec le même objectif tant économique qu'environnemental : limiter les quantités de carburant nécessaires à chaque vol. Enfin, une part non négligeable des gains à attendre provient d'une optimisation de l'espace aérien et de sa gestion, en prenant fortement en compte l'aspect environnemental : par exemple grâce à une meilleure collaboration civil/militaire ou à l'étude de routes directes lorsque cela est possible. Il faut cependant veiller à ce que la route directe empruntée n augmente le nombre de personnes survolées et gênées par le bruit. Le saviez-vous? Les perspectives pour 2020 laissent espérer que : - les émissions de dioxyde de carbone diminueront de 50% par passager kilomètre transporté, - celles de dioxyde d azote chuteront de 80%. En savoir plus Eurocontrol :

28 LES ACTIONS ESCALES ET ACTIVITÉS AÉROPORTUAIRES Des actions sont également menées au niveau des zones aéroportuaires pour réduire la pollution atmosphérique générée par le transport aérien. Elles peuvent porter sur les différents modes de transport (avions, automobiles, bus) mais également sur les activités industrielles et tertiaires (centrales d énergie, chauffage, climatisation...) situées sur les aéroports. Actions sur Les avions Les équipements aéroportuaires Les déplacements ville-aéroports Au niveau de Diminution du temps de roulage Remplacement des APU et GPU Utilisation de véhicules "propres" Centrales à énergies moins polluantes Bâtiments Amélioration des accès terrestres aux zones aéroportuaires En savoir plus Air France : Aéroports français : Comment? Construction de voies d accès supplémentaires, de voies de sortie rapides. Utilisation de systèmes de guidage des aéronefs au sol. Amélioration de la gestion en temps réel des infrastructures aéroportuaires. Substitution des groupes électrogènes (APU et GPU) par des prises électriques sécurisées au sol (courant 400 Hz), et, pour la climatisation, par des gaines externes d alimentation en air frais issu de l aérogare. Renouvellement progressif des véhicules des compagnies aériennes et des services aéroportuaires, par des véhicules plus "propres " : électriques, GPL (Gaz de Pétrole Liquéfié) ou GNV (Gaz Naturel pour Véhicules). Mise en place de centrales co-générées : production simultanée d énergies thermique et électrique grâce à la récupération de la chaleur sur les conduites d échappement. Ce procédé permet d obtenir un rendement énergétique supérieur d environ 30% aux autres procédés. Mise en oeuvre des préconisations du projet de directive européenne sur la performance énergétique des bâtiments. Amélioration de l isolation - optimisation du chauffage et de la climatisation de l aérogare. Développement des transports en commun. Limitation des parcours

29 MESURES ÉCONOMIQUES L utilisation d instruments économiques pour limiter les émissions de gaz polluants par l aviation a fait l objet de nombreux travaux au niveau international. Lors de sa 33 e Assemblée en octobre 2001, l OACI a défini les principes suivants : les états sont encouragés à négocier des accords volontaires avec les professionnels du secteur de l aviation pour limiter leurs émissions polluantes ; les états qui envisagent d instituer des prélèvements financiers sur les émissions doivent affecter les fonds recueillis à l atténuation des impacts environnementaux et non à leur budget général ; ce type de mesure est notamment envisagé par l Union européenne ; un système ouvert d échange de droits d émissions dans l aviation internationale devra être mis en place ; un tel système serait ouvert à l ensemble des secteurs d activités (industrie, transports, production d énergie...) ; la quantité globale de quotas serait fixe, mais une sorte de "bourse aux émissions" permettrait à chacun de vendre ou d acheter des permis de polluer en fonction de sa possibilité ou non de réduire ses émissions. GLOSSAIRE APUerpurs O3 lea COV 54

30 GLOSSAIRE ADEME : Agence De l Environnement et de la Maîtrise de l Energie Organisme public de promotion des pratiques et technologies permettant en particulier d améliorer la qualité de l air dans les agglomérations, de réduire la consommation d énergie des collectivités et d optimiser la gestion des déchets. ALFA-ACI : Association des aéroports de langue française associés à l Airport Council International Constituée en Elle regroupe les principaux gestionnaires d aéroport autour de 12 commissions thématiques dont l une est dédiée à l environnement. Son rôle est de permettre un échange d expériences, de réaliser des études et de piloter des actions autour des principaux sujets d actualité. APU : Auxiliary Power Unit (Groupe auxiliaire de puissance) Moteur auxiliaire embarqué permettant d assurer l alimentation électrique et le conditionnement d air de l avion au sol. Il est également utilisé pour le démarrage des réacteurs des avions. CITEPA : Centre Interprofessionnel Technique d Etudes de la Pollution Atmosphérique Centre national de référence des émissions dans l air. A ce titre, il réalise et met régulièrement à jour les inventaires nationaux d émissions. DRASS : Direction Régionale des Affaires Sanitaires et Sociales Service déconcentré du Ministère des Affaires sociales, du Travail et de la Solidarité. Elle assure entre autre le contrôle de la gestion des organismes de sécurité sociale et la coordination des actions entre les échelons départementaux et régionaux. ERPURS : Evaluation des Risques de la Pollution Urbaine sur la Santé MIES : Mission Interministérielle sur l Effet de Serre Créée en 1992, cette mission est directement rattachée au Premier Ministre depuis juin Ses actions portent essentiellement sur la préparation des positions que la France doit défendre au niveau international auprès des instances concernées et sur l'identification des mesures propres à permettre à notre pays d'atteindre ses objectifs. OACI : Organisation de l Aviation Civile Internationale Fondée en 1944 et rattachée aux Nations Unies, son rôle est d assurer une coopération internationale visant à uniformiser les pratiques relatives à l aviation civile. OMS : Organisation Mondiale de la Santé Institution des Nations Unies spécialisée pour la santé, elle a pour but d'amener tous les peuples au niveau de santé le plus élevé possible. PDU : Plan de Déplacement Urbain Mis en place dans les agglomérations de plus de habitants. Il vise les objectifs essentiels que sont la protection de l'environnement et la santé publique, avec la diminution des nuisances urbaines principalement liées aux déplacements : pollution, bruit, insécurité routière. PPA : Plan de Protection de l Atmosphère Introduit par la loi sur l air, il s'applique aux agglomérations de plus de habitants et aux zones dans lesquelles les valeurs limites de qualité de l'air ne sont pas respectées. Il vise à ramener dans la zone considérée les concentrations en polluants à un niveau inférieur aux valeurs limites. PRQA : Plan Régional pour la Qualité de l Air Plan introduit par la loi sur l air, il consiste à fixer les orientations à moyen et long terme permettant de prévenir ou de réduire la pollution atmosphérique afin d'atteindre les objectifs de la qualité de l'air définis dans ce même plan. Réseau Environnement de la DGAC : Créé en 1999, il regroupe une cinquantaine de correspondants issus des différents services centraux, déconcentrés ou techniques. Son rôle est d assurer la cohérence des politiques menées localement et de proposer des actions d amélioration, en particulier dans le domaine de la formation et de l information du public. STNA : Service Technique de la Navigation Aérienne Service technique central, il apporte ses compétences dans le domaine de la navigation aérienne à la plupart des directions et services de la Direction Générale de l Aviation Civile. Etude lancée en Ile-de-France à la suite de l épisode de pollution de janvierfévrier Son objectif est d'évaluer, dans la région parisienne, les effets à court terme de la pollution atmosphérique sur la mortalité et sur l'activité des services de soins. GIEC : Groupe Intergouvernemental d Experts sur le Changement climatique Créé en 1988 par les Nations Unies, ce groupe a pour mandat d évaluer les informations d ordre scientifique, technique et socio-économique relatives aux risques de changement climatique induit par les activités humaines. GPU : Ground Power Unit (Groupe de puissance de parc ) Groupe électrogène fournissant du courant à 400Hz. Il permet d assurer l alimentation électrique des instruments de bord lorsque l avion est en stationnement au sol. 56