3 3.1 ANALYSE DES CARACTERISTIQUES DES EMISSIONS LIEES AU TRAFIC ROUTIER EN ILE-DE-FRANCE POUR L ANNEE 1998 Contribution du trafic routier aux émissions globales de l Ile-de-France Sur la base des informations collectées pour l ensemble des sources en Ile-de-France et en utilisant la méthodologie présentée au chapitre 2, il a été possible de calculer les émissions moyennes annuelles de CO, CO2, COVNM, NOx, SO2 et CH4, pour chacune des activités de la nomenclature SNAP. Le tableau 5 et le graphique 10 présentés à la page suivante donnent ainsi la part relative de chacune des activités de la nomenclature SNAP dans les émissions. Ainsi, le transport routier est le secteur prépondérant dans les émissions d oxydes d azotes, avec une contribution de plus de 50 %. Il intervient à part égale avec le secteur «Utilisation de solvants et autres produits» pour les émissions de composés organiques volatils (34 %). Pour les émissions de CO et de CO2, c est le secteur de la combustion qui prédomine mais le trafic routier suit de très près, avec une contribution respective de 43 % et de 25 %. Par contre, le transport routier intervient très peu au niveau des émissions de SO2 et de CH4 qui sont gouvernées par le secteur de la combustion. Notons que le traitement et l élimination des déchets joue un rôle important dans les émissions de CH4. Les chiffres d émissions globales cachent de grandes disparités entre secteurs de la région Ilede-France. Les figures 11-A à 11-D présentant la répartition spatiale des émissions (résolution de 3 km) au sein de la région Ile-de-France mettent ainsi en évidence des émissions très concentrées sur des territoires restreints. Ainsi, l agglomération parisienne dans son ensemble compte pour les deux tiers environ des émissions de NOx alors que sa superficie n est que le cinquième (21.6 %) de celle de la Région. Ces chiffres cachent également de grandes disparités temporelles. Ce phénomène est bien illustré par la représentation (cf. figure 9 ci-dessous) des émissions horaires de NOx sur la Petite Couronne (à la résolution de 1 km) à différentes périodes de la journée (nuit, pointe de trafic du matin, midi, pointe de trafic du soir). Figure 9 : Emissions de NOx en kg/km² par heure 324 36 3.6 3-4 h (heure légale) 7-8 h (heure légale) 0.36 0.036 11-12 h (heure légale) 17-18 h (heure légale) 15
Tableau 5 et Figure 10 : Responsabilité des différents secteurs dans les émissions en région Ile-de-France (1998) Emissions annuelles (en tonnes) Code SNAP Activité CO CO2 COVNM NOx SO2 CH4 01 Combustion dans les industries de l'énergie et de la transformation de l'énergie 1412.1 5488925.9 185.6 23036.6 38176.9 411.7 02 Combustion hors industrie 323746.1 22133228.2 37300.4 15991.5 19924.6 45032.1 03 Combustion dans l'industrie manufacturière 2340.9 2862170.7 403.8 7280.4 5844.3 905.0 04 Procédés de fabrication 20049.7 1188971.4 4569.8 1777.8 5103.5 322.9 05 Extraction et distribution de combustibles fossiles 0.0 0.0 12002.3 0.0 0.0 19032.9 06 Utilisation de solvants et autres produits 0.0 0.0 74471.0 1.0 0.0 0.0 07 Transport routier 284491.3 11714617.7 75823.0 77683.7 3081.9 2495.4 08 Autres sources mobiles et machinerie 25335.7 1526113.3 6824.9 15249.5 1389.2 461.3 09 Traitement et élimination des déchets 10859.4 2696566.3 454.2 5160.4 1838.0 1254.7 10 Agriculture, sylviculture et aquaculture 0.0 0.0 9649.1 0.0 0.0 0.0 11 Autres sources et puits 16.1 100.0 437.2 0.6 0.1 0.8 01 à 11 Total 668251.3 47610693.4 222121.3 146181.5 75358.5 69916.7 10 8 0.20 1.63 2.44 1.79 5.66 0.66 3.79 4.34 3.53 0.20 1.84 3.57 3.21 3.07 4.09 10.43 6.77 7.76 27.22 24.61 34.14 42.57 Autres sources et puits Agriculture, sylviculture et aquaculture Traitement et élimination des déchets 2.50 6.01 6 26.44 53.14 0.46 Autres sources mobiles et machinerie 1.29 Transport routier 3.00 0.35 Utilisation de solvants et autres produits 4 33.53 Extraction et distribution de combustibles fossiles 46.49 1.22 64.41 4.98 48.45 50.66 2 5.40 2.06 10.94 0.18 Procédés de fabrication Combustion dans l'industrie manufacturière Combustion hors industrie 11.53 16.79 15.76 Combustion dans les industries de l'énergie et de la transformation de l'énergie 0.21 0.08 0.59 CO CO2 COVNM NOx SO2 CH4 16
1760 880! A) Emissions annuelles de CO Tonnes/km² Tonnes/km² Tonnes/km² Tonnes/km² 440 220 110 55 210 105 52 26 13 7 420 210 105 52 26 13 140 70 35 17! B) Emissions annuelles de NOx! C) Emissions annuelles de COVNM! D) Emissions annuelles de SO 2 8 4 Figures 11 A-B-C-D : Emissions annuelles de polluants en région Ile-de-France (1998) 17
Après avoir présenté la contribution de la source trafic dans les émissions globales en Ile-de- France pour l année 1998, les parties 3.2 à 3.5 décrivent les caractéristiques des émissions du trafic et les facteurs principaux qui les influencent. 3.2 Contribution des différentes classes de véhicules aux émissions du trafic En 1998, le nombre de kilomètres parcourus au cours d une journée moyenne ouvrable sur le réseau routier principal d Ile-de-France est estimé à 127.5 millions (source : DREIF). 70 % du kilométrage est effectué par des véhicules particuliers, 18 % par des véhicules utilitaires légers, 8 % par des poids lourds et les 4 % restants par des deux-roues motorisés. Les 70 % formant le parc roulant de véhicules particuliers se décompose en 35 % de véhicules diesel, 19 % de véhicules essence sans pot catalytique et 16 % de véhicules essence avec pot catalytique (source AIRPARIF, d après données Voirie de Paris [6], ADEME/INRETS [5]). Le tableau 6 et les figures 12-a et 12-b représentent les quantités de polluants émises ainsi que la répartition des émissions selon ces grandes catégories de véhicules : véhicules particuliers essence (VPE), véhicules particuliers diesel (VPD), véhicules utilitaires légers (VUL), poids lourds (PL) et deux roues (2R). Le calcul a été effectué pour une journée moyenne ouvrable. Emissions liées au trafic routier en Ile-de-France Catégories de véhicules pour une journée ouvrable moyenne de l'année 1998 CO NOx PA CO2/100 SO2 COVNM Tonnes Part (%) Tonnes Part (%) Tonnes Part (%) Tonnes Part (%) Tonnes Part (%) Tonnes Part (%) Voitures particulières essence 515.7 71 66.0 33 0.0 0 86.5 29 1.2 15 131.3 66 Voitures particulières diesel 23.0 3 32.5 16 6.3 43 83.5 28 2.7 34 4.6 2 Véhicules utilitaires 57.3 8 33.3 17 4.6 31 59.1 20 1.8 22 10.9 5 Poids lourds 16.0 2 67.1 34 3.9 26 69.5 23 2.2 28 8.1 4 Deux-roues 117.4 16 0.6 0 0.0 0 2.6 1 0.1 1 43.7 22 Total 729.5 100 199.6 100 14.7 100 301.2 100 7.9 100 198.7 100 Tableau 6 : Emissions liées au trafic routier pour une journée moyenne ouvrable (1998). Le tableau 7 suivant compare les émissions unitaires moyennes des grandes catégories de véhicules dans les conditions de trafic de l Ile-de-France estimées en 1998. Cette évaluation a été réalisée à partir des émissions totales annuelles calculées pour les différentes catégories de véhicules en Ile-de-France que l on a divisées par les kilométrages annuels représentés par chaque catégorie de véhicules. Emissions en g/km NOx COVNM CO PA CO2 Véhicule particulier essence moyen 1.5 2.9 11.6 0.0 194 Véhicule particulier diesel moyen 0.7 0.1 0.5 0.1 187 Véhicule utilitaire léger moyen 1.5 0.5 2.5 0.2 258 Poids lourd moyen 6.6 0.8 1.6 0.4 681 Deux roues moyen 0.1 8.6 23.0 0.0 51 Tableau 7 : Emissions moyennes des grandes catégories de véhicules dans les conditions estimées de circulation et de parc francilien pour l année 1998 18
250 200 a - 150 100 50 0 CO/10 NOx PA*10 CO2/1000 10*SO2 COVNM VPE VPD VUL PL 2R 10 9 8 7 b - 6 5 4 3 2 1 CO/10 NOx PA*10 CO2/1000 10*SO2 COVNM a - VPE VPD VUL PL Deux roues Figures 12 : quantités d émissions (a) et répartition des émissions (b) par catégories de véhicules (1998) 19
De façon générale, la majeure partie des émissions de CO, de COVNM et de NOx résultent des véhicules conventionnels, c est-à-dire non équipés de pots catalytiques ; seulement quelques pour cents résultent des véhicules de norme EURO II, c est-à-dire construits depuis 1996-1997. Par contre, pour le CO 2, les acteurs sont différents (cf. figures 13 et 14) pour deux raisons essentielles : - l introduction des pots catalytiques 3 voies sur les véhicules essence (norme Euro1) a nécessité le fonctionnement des moteurs essence avec une richesse de mélange proche de la stoechiométrie (rapport carburant/air de 1) alors que les moteurs des véhicules conventionnels pré Euro1 fonctionnaient plutôt en mélange pauvre (rapport carburant/air autour de 0.85). Cette modification de la richesse de mélange s est assortie d une hausse de la consommation unitaire des véhicules ; - l amélioration des techniques de traitement des émissions polluantes liée à l introduction des catalyseurs d oxydation et des catalyseurs 3 voies a permis d oxyder plus complètement les hydrocarbures, ce qui a eu pour effet de réduire les émissions unitaires de CO et de COV à l échappement au détriment des émissions unitaires de CO 2. Il convient de préciser que ces deux effets de hausse des émissions unitaires de CO 2 ont été en partie compensés par les améliorations technologiques apportées aux véhicules (meilleurs rendements des moteurs, aérodynamisme ) qui ont permis dans le même temps de baisser leur consommation globale. 13% 5% CO 9% NOx 22% 82% 69% 17% CO 2 6% 2% COVNM 49% 34% 92% Conventionnels EURO I EURO II Figure 13 : Répartition des émissions d après les différentes technologies pour les véhicules particuliers essence (1998). La figure 14 quant à elle présente la répartition des émissions par année des modèles pour les 4 grandes catégories VPE, VPD, VUL et PL. On constate que les véhicules non catalysés c est-à-dire construits avant 1992 participent pour plus de 8 voire 9 dans certains cas des émissions de COV, de CO ou de NOx des véhicules particuliers essence. La responsabilité des différentes technologies est plus équilibrée pour les véhicules particuliers diesel voire les poids lourds mais reste déséquilibrée pour les véhicules utilitaires légers. 20
10 8 6 4 2 10 8 6 4 2 Figure 14 : Répartition des émissions par année des modèles pour les catégories VPE, VPD, VUL et PL (1998). Véhicules particuliers essence Véhicules particuliers diesel 10 8 6 4 2 CO NOX PA CO2 SO2 CH4 NMHC COV CO NOX PA CO2 SO2 CH4 NMHC COV Avant 1992 1992-1996 1996-aujourd'hui Avant 1992 1992-1996 1996-aujourd'hui Véhicules utilitaires légers Poids lourds 10 8 6 4 2 CO NOX PA CO2 SO2 CH4 NMHC COV CO NOX PA CO2 SO2 CH4 NMHC COV Avant 1993 1993-1997 1997-aujourd'hui Avant 1992 1992-1995 1995-aujourd'hui 21
En résumé sur cette question des contributions des différentes catégories de véhicules dans les émissions liées au trafic, on peut faire les constatations suivantes : Cas des émissions de NOx liées au trafic routier : NOx 200 Tonnes / jour 34% 33% Voitures particulières essence Voitures particulières diesel Véhicules utilitaires Poids lourds Deux-roues 17% 16% 1/ Alors que le parc roulant ne contient que 8 % de poids lourds, ils représentent 34 % des émissions de NOx. Cette catégorie intervient à part égale avec celle des véhicules particuliers à essence. 2/ La moitié des véhicules particuliers à essence ne sont pas catalysés (54 %) ; ils représentent plus de 80 % des émissions de NOx de cette catégorie. Cas des émissions de COVNM : COVNM 22% 199 Tonnes / jour 4% 5% 2% 67% Voitures particulières essence Voitures particulières diesel Véhicules utilitaires Poids lourds Deux-roues 22
1/ Les émissions de COVNM sont un mélange de pertes par évaporation dues aux véhicules à essence uniquement et de gaz à l échappement. Les pertes par évaporation représentent 45 % des émissions totales de COVNM, les émissions à l échappement en représentant 55 %. 2/ Les véhicules particuliers à essence représentent la part majoritaire des émissions d hydrocarbures (66 %), dont 90 % environ sont issues des véhicules non catalysés. 3/ Les deux-roues motorisées occupent le second rang quant à la responsabilité dans les émissions d hydrocarbures avec une contribution de 23 %, loin devant les véhicules utilitaires légers qui en produisent 4 fois moins. Cas des émissions de CO : CO 16% 729 Tonnes / jour 2% 8% 3% Voitures particulières essence Voitures particulières diesel Véhicules utilitaires Poids lourds Deux-roues 71% Le monoxyde de carbone est en majorité émis par les véhicules particuliers à essence, suivi par les deux-roues motorisés et par les véhicules utilitaires légers. 23
Cas des émissions de particules : 26% PA 15 Tonnes / jour 43% Voitures particulières essence Voitures particulières diesel Véhicules utilitaires Poids lourds Deux-roues 31% Les émissions de particules (telles qu estimées par la méthodologie Copert) ne concernent que les véhicules diesel : 40 % sont issues des véhicules particuliers, 30 % des véhicules utilitaires légers, et les 30 % restants, des poids lourds. En conclusion, on peut donc faire les constatations suivantes : - les véhicules essence représentent la part majoritaire des émissions de COV et de monoxyde de carbone (CO) - les émissions de dioxyde de carbone (CO 2 ) sont partagées équitablement entre les 4 grandes catégories de véhicules VPE, VPD, VUL et PL ; il convient de noter que la contribution des véhicules plus récents (catalysés) dans les émissions de CO 2 est plus importante que pour les autres polluants, du fait des techniques catalytiques de traitement des émissions polluantes qui ont tendance à augmenter les émissions unitaires de CO 2 suite à l oxydation plus complète des composés carbonés - alors que le parc ne contient que 8 % de poids lourds, les émissions de NOx des poids lourds représentent 33 % du total, - les particules sont émises à 43 % par les VPD et 57 % par les (VUL + PL), - enfin, les deux roues motorisés jouent un rôle non négligeable pour les émissions de COV et de CO. Ils occupent, en fait, le second rang quant à la responsabilité dans les émissions de ces polluants ( 22 % pour les COV, ~ 16 % pour le CO), loin devant les véhicules utilitaires légers qui produisent 4 fois moins de COV (~ 5 %) et moitié moins de CO (~ 8 %). 24
3.3 La sensibilité des émissions du trafic à la saison (été/hiver) Deux paramètres varient, essentiellement, d une saison à l autre et influencent notablement les émissions atmosphériques issues du trafic. Il s agit de la température ambiante et de la pression de vapeur du carburant (RVP). La température ambiante influence fortement les surémissions de départ à froid mais affecte peu les émissions de polluants une fois que le moteur est chaud et que le catalyseur a atteint sa température optimale de fonctionnement. Dans son rapport «Emissions de polluants et consommation liées à la circulation routière» [9], l ADEME montre que l abaissement de la température ambiante provoque une forte augmentation des émissions de CO et de COV pour les véhicules à essence uniquement, les véhicules diesel étant peu sensibles à l état thermique du moteur ; ceci étant dû, d après Paul Degaubert [10], à la mauvaise qualité du mélange provoquée par la difficulté de vaporisation de l essence par l air froid et à l enrichissement (apporté par le starter) nécessaire pour assurer la mise en action du moteur et un confort de conduite correcte, notamment en régime transitoire avant d atteindre la température de consigne du liquide de refroidissement (généralement 80-90 C). On vérifie sur la figure 15 que l abaissement de la température provoque des surémissions importantes de CO et de COVNM et a peu d influence sur les émissions de NOx. NB : Il faut 4 minutes pour atteindre la température de consigne à 20 C et plus de 8 minutes à 20 C. Si l on décompose les émissions de COVNM, on vérifie sur la figure 16 que les émissions à l échappement sont plus importantes en hiver qu en été et on constate qu il en va de même pour les pertes par évaporation. Ce constat va à l encontre des idées préconçues : il fait plus chaud en été donc le carburant s évapore plus! Ce postulat n est pas faux ; il correspond, en fait, aux «diurnal losses» (pertes journalières en stationnement) qui augmentent avec la température (figure 17). Seulement, ce type d évaporation représente moins de 15 % du total ; le gros des pertes par évaporation est produit par les «hot soaks» (pertes à l arrêt, moteur chaud) qui dépendent fortement de la pression de vapeur du carburant ; les émissions croissant lorsque la RVP augmente. Or, cette pression, régie par la réglementation européenne, varie en fonction de la saison : le carburant est plus volatil en hiver qu en été. Les «hot soaks» croissent donc en période hivernale, ce qui conduit à une augmentation des pertes par évaporation. En résumé, on peut faire les constatations suivantes : - les émissions de CO sont plus fortes l hiver que l été suite à l abaissement de la température qui provoque des surémissions importantes - les émissions de NOx varient peu avec la saison - «paradoxalement», les émissions de COVNM sont plus importantes l hiver que l été : L abaissement de la température l hiver provoque des surémissions importantes de COVNM pour les véhicules à essence uniquement (mauvaise qualité du mélange). Les pertes par évaporation sont plus importantes en hiver qu en été. 25
Juillet Janvier Juillet Janvier CO PA Juillet Janvier 0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 Voitures particulières essence Voitures particulières diesel Voitures utilitaires légères Poids lourds Deux roues Voitures particulières essences Voitures particulières diesel Voitures utilitaires légères Poids lourds Deux roues NOx COVNM Juillet Janvier 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 Voitures particulières essences Voitures particulières diesel Voitures utilitaires légères Poids lourds Deux roues Voitures particulières essences Voitures particulières diesel Voitures utilitaires légères Poids lourds Deux roues Figure 15: Comparaison entre les émissions de Juillet et de Janvier 1998 pour les principaux polluants (à volume de trafic constant) 26
tonnes 120.0 100.0 80.0 60.0 40.0 20.0 0.0 Janvier Echappement Juillet Evaporation Figure 16 : Répartition des émissions de COVNM par source et par saison (1998). 100.0 90.0 80.0 Janvier Juillet 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 Running losses Hot soaks Diurnal losses Figure 17 : Répartition des évaporations par saison (1998). 27
3.4 La sensibilité des émissions du trafic aux types de voies Nous avons vu au paragraphe 2.2.1 que le kilométrage parcouru en Ile-de-France pour un jour moyen ouvrable se fait à 36 % sur voirie urbaine, à 36 % sur voirie de type autoroute et à 28 % sur type route (conduite rurale). La figure 19 présente la répartition des émissions du trafic en fonction du type de voie (urbain, route, autoroute). On constate que le type de voie a une forte influence sur les émissions dans la mesure où il conditionne le type de conduite (stop & go, vitesse moyenne ). Les émissions de CO et de COVNM à l échappement se font ainsi majoritairement sur les voiries urbaines où les conditions de circulation plus encombrées, à vitesse moyenne faible favorisent ce type d émissions. A l inverse, les émissions de NOx ont lieu préférentiellement sur voirie rapide. Cette tendance est bien illustrée par la comparaison des cartographies des émissions pour les NOx et pour les COVNM à une même heure de la journée (cf. figure 18). COVNM NOx Figure 18 : Cartographies des émissions de COVNM et de NOx liées au trafic routier pour une même heure 28
Figure 19 : Emissions du trafic en fonction du type de voie (jour moyen ouvrable de juillet 1998) CO (t) NOX (t) autoroute autoroute route route urbain urbain 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 Voitures particulières essence Voitures particulières diesel Véhicules utilitaires Poids lourds 2 roues Voitures particulières essence Voitures particulières diesel Véhicules utilitaires Poids lourds 2 roues NMHC à l'échappement (t) Evaporations (t) autoroute autoroute route route urbain urbain 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 Voitures particulières essence Voitures particulières diesel Véhicules utilitaires Poids lourds 2 roues Running losses Hot soaks Diurnal losses 29