Configuration nécessaire PC sous Windows 95 / 98 / 2000 ou Windows NT 4.0 Résolution conseillée : 1024 x 768 LOGICIEL IMPACT-ADEME Version 2.0 Émissions de polluants et consommation liées à la circulation routière Logiciel IMPACT-ADEME Version 2.0 Émissions de polluants et consommation liées à la circulation routière Ouvrages de référence L ADEME a contribué au développement d approches méthodologiques pertinentes pour répondre aux besoins d évaluation du transport routier et des politiques mises en place pour limiter les effets de l accroissement de la demande de mobilité. Microsoft - Excel 97-2000 - Excel 5.0 / 95 Pour toute demande de renseignements sur le logiciel IMPACT-ADEME, écrivez à l adresse suivante : impact.transport@ademe.fr Logiciel IMPACT-ADEME - Version 2.0 Référence 4779-450 La loi sur l air et l utilisation rationnelle de l énergie a instauré l obligation d évaluer les impacts sur la consommation d énergie, la qualité de l air et la santé, des infrastructures routières et des plans de déplacements urbains. Ce livret présente les polluants du transport routier, rappelle le contexte réglementaire, synthétise les connaissances sur les émissions réelles et sur la distribution du parc de véhicules en France. Il présente également le logiciel IMPACT-ADEME version 2.0 qui permet de calculer, à partir de données simples et concrètes, les consommations énergétiques et les émissions polluantes liées à la circulation des véhicules dans un contexte tant urbain qu interurbain. Quelques exemples d applications simples et représentatifs illustrent cette méthode. ADEME Éditions, Paris, 2003. Réf. 4780 Conception graphique : René Bertramo Livret de présentation Émissions de polluants et consommation liées à la circulation routière. Paramètres déterminants et méthode de quantification, ADEME Éditions, janvier 1999, Réf. 3214-18. Annexe technique à la note méthodologique sur les études d environnement dans les projets routiers : volet air,ademe / CERTU / SETRA, 2001, Réf. 4050-39,64. Évaluation de l impact sur la qualité de l air de scénarios de déplacements urbains : le cas de Saint-Etienne, ADEME / CERTU, avril 2002, Réf. 4229-30. Méthodologie pour un bilan environnemental physique du transport de marchandises en ville, ADEME / LET, à paraître. Le catalogue des publications de l ADEME est disponible gratuitement sur demande à : ADEME Éditions - 2, square Lafayette 49004 Angers Cedex TRANSPORT CONNAÎTRE POUR AGIR Agence de l Environnement et de la Maîtrise de l Énergie Direction de l Air et des Transports Département Organisation et Systèmes de Transport 500, route des Lucioles - 06560 Valbonne - Téléphone : 04 93 95 79 00 - Télécopie : 04 93 65 31 96 - www.ademe.fr Agence de l Environnement et de la Maîtrise de l Énergie
LOGICIEL IMPACT-ADEME Version 2.0 Émissions de polluants et consommation liées à la circulation routière Agence de l Environnement et de la Maîtrise de l Énergie Direction de l Air et des Transports Département Organisation et Systèmes de Transport 500, route des Lucioles - 06560 Valbonne Tél. : 04 93 95 79 00 - Fax : 04 93 65 31 96
SOMMAIRE Introduction..................................................... 5 Enjeux du transport routier......................................... 7 La part de la circulation routière dans les émissions polluantes................. 7 Les polluants réglementés............................................ 8 Les polluants quantifiés avec le logiciel IMPACT-ADEME...................... 10 Modélisation des émissions du transport routier........................ 12 Vers un consensus européen : la méthodologie COPERT...................... 13 Les facteurs d émissions et de consommation.............................. 14 Principe de fonctionnement du logiciel IMPACT-ADEME.................. 17 Le parc roulant et les inventaires d émissions de trafic....................... 17 Les émissions unitaires réelles liées à la circulation routière................... 18 Présentation du logiciel IMPACT-ADEME............................... 20 Les données d entrée relatives au trafic.................................. 20 Le choix des polluants à exporter....................................... 21 La présentation des résultats.......................................... 22 Toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle faite sans le consentement de l auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite selon le Code de la propriété intellectuelle (art.l 122-4) et constitue une contrefaçon réprimée par le Code pénal. Seules sont autorisées (art. 122-5) les copies ou reproductions strictement réservées à l usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective, ainsi que les analyses et courtes citations justifiées par le caractère critique, pédagogique ou d information de l œuvre à laquelle elles sont incorporées, sous réserve, toutefois, du respect des dispositions des articles L 122-10 à L 122-12 du même Code, relatives à la reproduction par reprographie. Photo de couverture : ADEME / René Bertramo ADEME Éditions, Paris, 2003. Réf. : 4780 Exemples d application............................................ 26 L impact de l implantation d une rocade périphérique........................ 26 La comparaison entre bus et véhicules personnels.......................... 30 Le bilan environnemental du transport de marchandises en ville................ 31 Les implantations de l ADEME....................................... 32 Bon de commande du logiciel IMPACT-ADEME version 2.0................ 35
INTRODUCTION Implanter une nouvelle voirie, modifier une infrastructure routière existante, élaborer un plan de circulation ou réserver des voies à des modes de transport doux ont des conséquences sur les niveaux de qualité de l air et sur les consommations énergétiques des véhicules. Le choix d un aménagement doit être fait en prenant en compte l incidence réelle sur l environnement et la santé. La comparaison coût / avantages nécessite que les consommations de carburant et les émissions polluantes puissent être quantifiées. La loi sur l air et l utilisation rationnelle de l énergie définit l obligation d estimer l impact sur la qualité de l air et l effet de serre des Plans de déplacements urbains (PDU) et de prendre en compte un volet «qualité de l air et consommation énergétique» dans les études d impact des infrastructures routières. Plus récemment, la loi d orientation pour l aménagement et le développement durable du territoire et la loi relative à la solidarité et au renouvellement urbains ont renforcé la prise en compte du développement durable dans les objectifs des politiques publiques de transport, tant en zone urbaine que sur l ensemble du territoire. En outre, la France s est engagée à stabiliser ses émissions de gaz à effet de serre pour 2010, dans le cadre du protocole de Kyoto. Pour répondre à ces besoins d évaluation, l Agence de l environnement et de la maîtrise de l énergie (ADEME) a mis au point en 1998 un logiciel permettant de quantifier les émissions de polluants et les consommations de carburant liées à la circulation routière. À partir des données issues des programmes de recherche européens les plus récents, l ADEME propose une mise à jour du logiciel IMPACT-ADEME, outil de calcul indispensable dans le cadre des études d impact d infrastructures routières, des évaluations des scénarios de déplacements urbains et des bilans environnementaux du transport de marchandises en ville. Ce livret rappelle l intérêt de la méthode de quantification et présente les nouveautés du logiciel. Bon de commande en page 35. Introduction 5
ENJEUX DU TRANSPORT ROUTIER L OBJECTIF DU LOGICIEL IMPACT-ADEME Le logiciel IMPACT-ADEME permet de connaître, sur un brin de voirie (1), les consommations énergétiques ainsi que les émissions de polluants et de gaz à effet de serre liées à la circulation routière. La santé constitue une préoccupation majeure pour les français. L amélioration des connaissances sur le lien pollution-santé et le développement des moyens de surveillance et de contrôle sont à l origine des dispositions destinées à éviter que des populations soient soumises à des niveaux de pollution susceptibles de nuire à leur santé. La part de la circulation routière dans les émissions polluantes Les inventaires nationaux d émissions montrent le poids important du trafic routier dans les rejets de polluants atmosphériques, notamment en matière de CO 2 (dioxyde de carbone), CO (monoxyde de carbone), NO x (oxydes d azote), COVNM (composés organiques volatiles non méthaniques) et particules (PM). % 80 % 60 % 40 % 20 % 39 % 49 % 23 % 26 % 13 % 0 % CO NO x COVNM CO 2 PM Source CITEPA / CORALIE, format secten, février 2003. Figure 1 : Part des émissions du transport routier dans les émissions d origine anthropique en France en 2001. 1. Un brin de voirie est un tronçon sur lequel les différents flux ont des caractéristiques constantes (vitesse moyenne, nombre de véhicules, pente ). Enjeux du transport routier 7
On notera que : plus de 65 % du CO et des COVNM sont émis en milieu urbain ; environ 43 % des émissions de NO x et 35 % des émissions de particules sont émis par le trafic interurbain (2). Pour les véhicules légers, les seuils maximaux d émission sont exprimés en g/km (masse du polluant émis / longueur du cycle normalisé de roulage au banc véhicule) ; pour les véhicules lourds, les seuils maximaux sont exprimés en g/kwh (masse du polluant émis / énergie fournie par le moteur pendant le cycle de fonctionnement au banc moteur). Par ailleurs, les véhicules utilitaires poids lourds et utilitaires légers équipés en grande majorité de moteur diesel, sont responsables d une part prédominante des émissions de particules et d oxydes d azote. Les polluants réglementés Devant les risques que représentent certaines substances pour la santé humaine, la faune et la flore, les réglementations françaises et européennes spécifient des valeurs à respecter pour les concentrations de polluants atmosphériques dans l air ambiant, mais aussi pour les émissions des véhicules. La réglementation de la qualité de l air Les polluants dont la concentration dans l air ambiant est réglementée sont le dioxyde d azote (NO 2 ), le dioxyde de soufre (SO 2 ), les particules (PM10), l ozone (O 3 ), le monoxyde de carbone (CO), le benzène (C 6 H 6 ) et le plomb (Pb) ; auxquels s ajouteront prochainement les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), le cadmium (Cd), l arsenic (As), le nickel (Ni) et le mercure (Hg). La réglementation des émissions de véhicules Le nombre et la variété des polluants émis dans l atmosphère par les véhicules automobiles sont considérables. Ils sont principalement gazeux ou particulaires et peuvent être sujets à des réactions chimiques rapides ou lentes dès la sortie du pot d échappement. Quatre polluants ou familles de polluants émis par les véhicules sont réglementés par la Commission européenne : CO, NO x, hydrocarbures (HC), particules. La masse de polluants émis à l échappement des véhicules légers (3) et des poids lourds (PL) est mesurée lors du fonctionnement sur cycles normalisés. 2. Source ADEME, Évaluation des efficacités énergétiques et environnementales du secteur des transports, 2002. 3. Les véhicules légers regroupent les voitures particulières (VP) et les véhicules utilitaires légers (VUL). Les émissions de SO 2 des véhicules sont réglementées indirectement par les seuils de contenu en soufre des carburants. Les émissions de CO 2 ne sont soumises à aucune réglementation ; l association des constructeurs européens d automobiles ont signé un accord volontaire pour la réduction des émissions moyennes de CO 2 des véhicules neufs à l horizon 2008. La réglementation des émissions de polluants des véhicules, introduite en Europe depuis plus de 30 ans, n a cessé de devenir plus exigeante. Elle a imposé aux constructeurs de véhicules et aux industries pétrolières des évolutions majeures pour les technologies des moteurs, les systèmes de post-traitement des polluants et la qualité des carburants. 80 60 40 20 0 60 60 48 48 48 1972 1976 1980 1981 1986 1989 1990 1993 48 39 85 46 44 30 13 68 18 essence avec catalyseur 34 12 1997 2000 2005 diesel avec catalyseur 26 55 6 6 13 11 5 4 4 2 30 3 15 8 Particules 6 NO x HC CO Figure 2 : Évolution des normes d émissions des voitures particulières en Europe pour une voiture de cylindrée moyenne (base : g/km à la première réglementation). Les valeurs indiquées sont approximatives, notamment à cause des multiples évolutions des protocoles de mesures (cycles de fonctionnement normatifs). De plus, elles se rapportent à des limites à respecter pour les véhicules neufs sur des cycles de conduite simplifiés, alors que la cinématique des véhicules en circulation réelle (vitesses et accélérations) est beaucoup plus 8 Émissions de polluants et consommation liées à la circulation routière Enjeux du transport routier 9
complexe et très contrastée, selon qu il s agit de type autoroutier fluide ou de type urbain congestionné. 80 60 37 40 20 67 57 25 44 17 47 42 25 30 16 11 0 1990 1993 1996 2000 2005 32 5 22 Particules NO x 17 HC CO Figure 3 : Évolution des normes d émissions des poids lourds en Europe (base : g/kwh à la première réglementation). Les polluants de base, sont les polluants dont les rejets à l échappement des véhicules sont réglementés par des directives européennes : le CO, provenant d une combustion imparfaite du carburant ; les COV, comprenant de nombreuses espèces, dont le benzène ; les NO x, formés à haute température dans la chambre de combustion des moteurs thermiques (les oxydes d azote mesurés à la sortie du pot d échappement sont composés principalement de monoxyde d azote et de dioxyde d azote avec une proportion de 60 à 80 % de monoxyde d azote) ; les PM, résultant d une combustion incomplète du carburant et du lubrifiant, notamment par les moteurs diesel. Les gaz à effet de serre, dont la contribution principale du transport routier provient du CO 2, produit par l oxydation complète du carbone contenu dans les carburants. Les métaux lourds issus de la combustion des carburants et des traces de lubrifiants (plomb, cadmium, cuivre, chrome, nickel ). Les autres polluants émis, tels que le SO 2, le NH 3 (ammoniac) et les HAP. Les polluants quantifiés avec le logiciel IMPACT-ADEME Compte tenu des connaissances actuelles sur l évolution des polluants dans l atmosphère et sur leurs effets sur l environnement et la santé, il n est pas possible d intégrer tous les polluants dans les bilans d émissions du trafic routier. On retiendra prioritairement ceux pour lesquels : la prise en compte est imposée par la loi ; le trafic est reconnu pour en être la principale source ; l impact sur la santé est avéré ; l impact sur la faune et la flore est avéré ; le trafic ne constitue pas la source principale mais peut contribuer à l élévation des concentrations au-delà des seuils réglementaires. Le logiciel IMPACT-ADEME calcule les émissions des véhicules du trafic routier en conditions réelles de circulation pour plusieurs catégories de polluants. 10 Émissions de polluants et consommation liées à la circulation routière Enjeux du transport routier 11
MODÉLISATION DES ÉMISSIONS DU TRANSPORT ROUTIER Depuis 1985, de nombreux laboratoires et instituts européens, dont l INRETS (4) en France, conduisent des travaux d évaluation de la consommation et des émissions réelles des véhicules routiers. Une bibliothèque de cycles cinématiques représentatifs des conditions de circulation réelles a pu être constituée à partir de mesures embarquées des vitesses et accélérations instantanées. Pour chaque véhicule testé, la consommation et les quantités de chaque polluant émis sont prélevées et mesurées, sur la totalité d un «cycle réel» reproduit sur banc à rouleau. Ces résultats de mesures expérimentales ont été versés dans une importante base de données exclusivement dédiée aux «émissions des véhicules en usage réel». Vers un consensus européen : la méthodologie COPERT (5) Cette base de données «émissions des véhicules en usage réel», alimentée par plusieurs programmes de recherche nationaux et européens a fait l objet d analyses numériques qui ont permis d établir des lois décrivant les émissions des véhicules en conditions de circulation réelle pour différents segments du parc de véhicules en service en Europe. La synthèse de ces travaux a fait l objet du projet de recherche MEET (6), dont les résultats ont largement contribué à l élaboration de la méthodologie COPERT III. Les quantités de polluants émis par les véhicules sont évidemment liées aux valeurs limites d émission qui leur sont imposées par la réglementation en vigueur au moment de leur production, mais de nombreux facteurs modifient ces valeurs, notamment : la cinématique du parcours ; la vitesse moyenne ; l accélération ; la motorisation essence / diesel, l âge et la taille du véhicule ; la température du moteur et du catalyseur ; l équipement, notamment la climatisation ; la composition du carburant ; la maintenance ; les conditions extérieures : température ambiante et pression atmosphérique ; la pente de la voie ; l altitude. Les émissions de polluants ont ainsi été mesurées sur un grand nombre de véhicules représentatifs du parc actuel français en terme de modèles, cylindrées, âges et kilométrages, sur différents cycles et dans différentes conditions, notamment «moteur chaud» et «moteur froid». 4. Institut national de recherche sur les transports et leur sécurité. COPERT est une méthodologie européenne permettant le calcul des émissions du transport routier. Cette méthodologie a été développée dans le but d aider les experts nationaux à estimer la pollution due au trafic routier dans les inventaires d émissions nationaux. La version actuelle, COPERT III, a été soutenue et financée par l Agence Européenne de l Environnement (AEE). Conçue comme un outil de réalisation d inventaires annuels à l échelle des territoires nationaux européens, la méthodologie COPERT peut, dans certaines limites, être appliquée à des résolutions spatio-temporelles plus fines (1 heure ; 1km 2 ) et ainsi permettre d élaborer des inventaires d émission à l échelle d un tronçon routier,que l on appellera «brin», ou du réseau routier d une zone ou d une agglomération. Le programme de recherche européen ARTEMIS, actuellement en cours de réalisation, permettra une mise à jour importante des connaissances sur les émissions réelles du transport et leur modélisation. Dans l attente de ces nouvelles avancées, l ADEME préconise la méthodologie COPERT III pour le calcul des émissions réelles, méthodologie qu elle a adaptée à la situation française et mise en œuvre dans la version 2.0 du logiciel IMPACT-ADEME. 5. COPERT III : Computer Programme to Calculate Emissions from Road Transport - Methodology and emission factors, Leonidas Ntziachristos and Zissis Samaras, ETC/AEM, with contributions from: S. Eggleston, N. Gorißen, D. Hassel, A.-J. Hickman, R. Joumard, R.Rijkeboer, L. White and K.-H. Zierock - November 2000. 6. MEET : Methodology for Calculating Transport Emissions and Energy Consumption - DG Transport, Commission Européenne - 1999. 12 Émissions de polluants et consommation liées à la circulation routière Modélisation des émissions du transport routier 13
Les facteurs d émissions et de consommation g/km 1 Émissions unitaires de NO x - voiture à essence catalysée Afin de calculer les facteurs totaux d émissions et de consommation des véhicules, il est néces- 0,8 Urbain fluide, 18,8 km/h saire de déterminer les facteurs d émissions à chaud caractéristiques d un état thermique V stable du moteur et du catalyseur les facteurs de surémissions à froid caractéristiques de la période de réchauffement du moteur et du catalyseur, ainsi que les corrections apportées 0,6 0,1 0 0 200 400 600 800 0 1200 T par le taux de chargement et la pente pour les poids lourds. 0,4 Urbain ECE 15, 18,7 km/h Les facteurs d émissions à chaud 0,2 V COPERT propose des facteurs d émissions à chaud pour de nombreux polluants pour chaque classe de véhicules d une nomenclature très détaillée comportant plus de classes, par exemple : Voitures particulières à essence - Norme Euro1 - Cylindrée < 1,4 litre ; Véhicules utilitaires légers diesel - Norme Euro2 ; Poids lourds - Norme Euro 4 - PTAC > 32 t. Pour chaque polluant, et pour chaque classe de véhicule, définie par la motorisation (essence / diesel), l âge et la taille du véhicule, le modèle COPERT fournit une «fonction émission à chaud» unitaire, de forme polynomiale dépendant de la vitesse, c est-à-dire la quantité de polluant émis par un véhicule lors d un parcours d un kilomètre, exprimée en g/km. Il s agit de fonctions «émission à chaud» de véhicules dont le moteur et le catalyseur ont atteint des conditions de fonctionnement stabilisées après démarrage. Ces facteurs d émissions à chaud dépendent du type de parcours (urbain fluide, urbain congestionné, route, autoroute ) qui est traduit dans COPERT par la vitesse moyenne du véhicule sur ce parcours. On notera qu une vitesse moyenne de parcours identique peut être obtenue avec des comportements de conduite très différents comme le montre la figure 4. 0 0 0 200 400 600 800 0 T 0 20 40 60 80 120 140 vitesse moyenne (km/h) Figure 4 : Émissions unitaires de NO x pour des profils de circulation différents à vitesse moyenne identique. Ce graphique montre que les émissions de NO x des voitures particulières essence catalysées sont environ 15 % plus élevées lorsque la cinématique des véhicules est plus heurtée, comportant de nombreuses phases d accélération et de décélération (cycle urbain fluide), que pour le cycle urbain normalisé ECE 15. Ce sont les résultats acquis sur une grande variété de cycles représentant différentes conditions de circulation qui ont permis d ajuster les fonctions émission de COPERT, dépendant de la variable vitesse. Toutefois, COPERT ne propose qu un seul paramètre, la vitesse moyenne, pour décrire les conditions de circulation, sans distinction des variations de vitesse qui ont pu conduire à cette valeur moyenne. On veillera donc à deux contraintes majeures de la modélisation actuelle des émissions du trafic routier : la résolution spatiale minimale admise pour le modèle COPERT étant de 1 km, il convient de choisir avec soin la valeur de la vitesse moyenne du trafic ; trivialement, la vitesse moyenne est le ratio : distance parcourue (1 km minimum) par durée de parcours ; en aucun cas, des vitesses instantanées mesurées sur voirie ne peuvent convenir dans ce type de modélisation ; à vitesse moyenne de parcours identique, on ne sait quantifier une éventuelle amélioration 14 Émissions de polluants et consommation liées à la circulation routière Modélisation des émissions du transport routier 15
du bilan des émissions due à un réaménagement de carrefour consistant à remplacer des feux tricolores par une circulation giratoire. Les surémissions à froid Les surémissions dues aux démarrages à froid sont conditionnées par l état thermique du moteur et les performances du catalyseur qui, à leur tour, dépendent de la distance parcourue depuis un démarrage à froid et de la température ambiante. COPERT III propose des facteurs de surémissions multiplicatifs à appliquer aux émissions à chaud pour la fraction de roulage parcourue à froid par les véhicules ; cette fraction de roulage à froid est appelée «facteur ß». Les facteurs de surémissions dépendent de la technologie du véhicule et de la température ambiante. Le facteur ß dépend de la longueur moyenne de parcours des véhicules, mais également de la température ambiante. Le logiciel IMPACT-ADEME propose deux modes de calcul des surémissions : soit à partir d une longueur moyenne de trajet, soit directement à partir d une valeur de ß. La longueur moyenne de trajet en France est de 12 km, ce qui engendre un facteur ß de l ordre de 30 % ; en agglomération, la longueur moyenne de trajet est estimée à 3 km, conduisant à un facteur ß de l ordre de 50 %. L influence du taux de chargement et de la pente de la voirie sur les émissions des poids lourds Un poids lourd qui monte ou qui descend une côte n émet pas les mêmes quantités de polluants qu un poids lourd qui roule sur une route plate ; pour les véhicules légers (voitures particulières et véhicules utilitaires légers), on considère cependant que les surémissions en montée compensent les sous-émissions en descente. De même, un poids lourd qui circule avec une charge embarquée maximale émet plus de polluants et consomme plus que s il roule à vide. COPERT propose des facteurs correctifs d émissions pour les différentes catégories de poids lourds en fonction de leur taux de chargement et du gradient de pente de la route. Ces corrections ont été intégrées au logiciel IMPACT-ADEME version 2.0. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU LOGICIEL IMPACT-ADEME Le principe de base d un inventaire d émissions du transport routier consiste à sommer les contributions élémentaires des véhicules circulant pendant une durée donnée (une heure, un jour, une année) sur la voirie de l aire d étude. Qu il s agisse d un axe routier, d un quartier urbain, du périmètre d un plan de déplacements urbains, ou de l ensemble du territoire national, la quantification de la consommation et des émissions liées à la circulation nécessite la connaissance du trafic réel (flux de véhicules, longueur de voirie, vitesse moyenne de circulation, longueur moyenne de trajet des véhicules) rapporté à l unité de temps T considérée, ainsi que la connaissance des émissions unitaires réelles des véhicules circulant dans la zone étudiée, et ce, pour l horizon d évaluation choisi (année N). Le parc roulant et les inventaires d émissions de trafic Les émissions du trafic (exprimé en véhicules x kilomètres) relatif à une aire d étude se calculent en pondérant les émissions unitaires de chaque classe de véhicule par la part de cette classe dans le trafic considéré. Dans le cadre d un bilan environnemental, on ne pourra pas disposer de la part de trafic relative à chacune des classes de véhicules de la nomenclature COPERT, quelle que soit l aire d étude : tronçon de route ou réseau multi-brins. Il est important d insister sur la distinction entre les notions de : «structure de trafic» ou «parc roulant» où les parts de chaque classe se rapportent aux véhicules x km, nécessaire à la bonne application du modèle COPERT et au bon fonctionnement du logiciel IMPACT-ADEME et qui équivaut aux différents taux de présence sur voirie ; «structure de parc en service» ou «parc statique», notion plus courante où les parts se rapportent à un nombre de véhicules existants. 16 Émissions de polluants et consommation liées à la circulation routière Principe de fonctionnement du logiciel IMPACT-ADEME 17
La composition précise du parc des véhicules, selon la nomenclature COPERT, a été déterminée par l INRETS (7) pour toutes les grandes familles du parc français (voitures particulières, véhicules utilitaires légers, poids lourds, deux-roues...) pour lesquels on est susceptible de disposer de données de trafic sur le terrain (sorties de modèle ou comptages). Le modèle mis au point par l INRETS fournit les projections des structures du parc automobile roulant et statique, année par année, jusqu à l horizon 2025. Il est toujours coûteux et généralement inutile de tenter de reconstituer dans le détail un parc spécifique à une aire d étude limitée. En effet, les résultats de données d enquêtes nationales et locales n ont pu jusqu à présent révéler de distinction géographique notable sur des indicateurs tels que l âge, le taux de diesélisation du parc ou les kilométrages annuels. On se référera donc aux données nationales de «structure de trafic» ou de «parc roulant» élaborées par l INRETS et intégrées au logiciel IMPACT-ADEME. L utilisateur devra disposer des données relatives aux longueurs des voies étudiées, aux flux de trafic (par comptage ou par modélisation), aux vitesses moyennes de parcours, ainsi que d une estimation de la part des véhicules légers circulant «moteur froid», et ce, pour chaque grande famille de véhicule. Le logiciel IMPACT-ADEME combine ces trois jeux de données pour calculer les émissions liées à la circulation selon le schéma ci-dessous. fourni par COPERT III Facteurs d émissions unitaires en fontion de la vitesse moyenne par type de polluant par classe de véhicules : VP essence Euro 1 > 1,41 ; VUL diesel Euro 2 ; PL Euro 4 > 32 t ; En revanche, il importe que les utilisateurs du logiciel apportent le plus grand soin à la collecte des données de trafic relatives à chaque grande famille de véhicules en termes de nombre de véhicules et de longueur de voie parcourue, surtout pour des études prospectives d impact aux horizons lointains. Les émissions unitaires réelles liées à la circulation routière à fournir par l utilisateur Horizon du calcul : année N Période d évaluation : T (année, jour, heure) Données de trafic de l aire d étude : pour chaque famille de véhicule (VP et VUL, PL, 2R, ) vitesse moyenne longueur de voirie nombre de véhicules pendant le temps T de l année N fourni par l INRETS Structure de trafic de l année N part de chaque classe de véhicule dans chaque famille de véhicules (VP et VUL, PL, 2R, ) Rappels Pour chaque polluant et pour chaque famille de véhicule, COPERT fournit des facteurs d émissions unitaires à chaud qui dépendent essentiellement de la technologie du véhicule et de sa vitesse moyenne de parcours. Ces facteurs d émissions sont accompagnés de méthodes de calcul des surémissions liées au départ à froid, pour les voitures particulières, et de facteurs correctifs des émissions des poids lourds, pour prendre en compte le taux de chargement et la pente de la voirie. L application du modèle COPERT au trafic routier en France est possible grâce à la structure de trafic modélisée par l INRETS de 1995 à 2025. 7. C. Hugrel et al., Parc, usage et émissions des véhicules en France de 1970 à 2025, Rapport de convention ADEME/INRETS-LTE N 01 03 035, à paraitre. Logiciel IMPACT-ADEME Quantités de polluants émis et de carburant consommé sur l aire d étude pendant le temps T de l année N Figure 5 : Méthodologie d évaluation de la consommation et des émissions de polluants mise en œuvre dans le logiciel IMPACT-ADEME version 2.0. Le logiciel IMPACT-ADEME peut s appliquer sur une zone, sur un tronçon de route que l on appellera «brin» ou, pour un segment particulier de données à analyser, sur l aire d étude (les bus urbains d une agglomération, les voitures particulières pendant l heure de pointe, les poids lourds sur un tronçon autoroutier). 18 Émissions de polluants et consommation liées à la circulation routière Principe de fonctionnement du logiciel IMPACT-ADEME 19
PRÉSENTATION DU LOGICIEL IMPACT-ADEME Le logiciel IMPACT-ADEME version 2.0 se présente sous la forme d onglets caractérisant le trafic modélisé : deux onglets d entrée pour la saisie et la vérification des données - données d entrées ; - choix des polluants à exporter ; dix onglets de résultats pour l affichage détaillé des résultats de calcul. L incidence des différents éléments décrits précédemment peut être prise en compte : les surémissions dues au parcours moteur froid d une partie des véhicules ; il est possible de rentrer soit la part de véhicules circulant à froid, soit la longueur du trajet total effectué par les véhicules ; la loi de passage entre les deux est intégrée au logiciel ; l influence du taux de chargement et de la pente de la voie (pour des gradients de 6 % à + 6 %) sur les émissions des poids lourds. Écran 1 : Différents onglets d IMPACT-ADEME. Nous présenterons ici l organisation générale du logiciel, permettant de comprendre son fonctionnement. Le guide de l utilisateur du logiciel IMPACT-ADEME détaille toutes les procédures que permet d effectuer le logiciel. Les données d entrée relatives au trafic Écran 2 : «Données d entrée». L onglet «Données d entrée» permet de saisir les données caractérisant le trafic considéré. Les données de base nécessaires à l utilisation du logiciel sont : l horizon d étude (année N); le flux de véhicules (nombre de véhicules par unité de temps pour chaque grande catégorie de véhicule, une clé de répartition par défaut est donnée entre les voitures particulières et les véhicules utilitaires légers) ; la vitesse moyenne de circulation (km/h) ; la longueur du tronçon de voirie étudié (km) ; la période d étude (heure-jour-semaine-mois-année). Le choix des polluants à exporter L onglet «Choix des polluants à exporter» permet de choisir les polluants qui feront l objet de l étude : polluants de base, regroupant les consommations et les principaux polluants émis par les véhicules ; métaux lourds ; effet de serre, permettant d établir un bilan spécifique ; le choix d autres polluants est signalé par l apparition d un «groupe personnalisé». 20 Émissions de polluants et consommation liées à la circulation routière Présentation du logiciel IMPACT-ADEME 21
Écran 3 : «Choix des polluants à exporter». Écran 4 : «Résultats - Total», format agrégé. Le logiciel IMPACT-ADEME permet de modifier les températures ambiantes qui ont une influence sur les surémissions à froid et l évaporation. L utilisateur peut ainsi modifier les données de température moyennes annuelles fournies par défaut pour la France et s adapter à une période de l année ou à une région géographique précise. La présentation des résultats Plusieurs présentations sont prévues pour l affichage des résultats des calculs effectués par le logiciel. Trois feuilles de résultats synthétiques sont proposées : une feuille «Résultats :Total» en format détaillé ou agrégé,présentant une synthèse des résultats demandés, le bilan effet de serre, ainsi qu un récapitulatif des données d entrées ; deux feuilles de résultats désagrégés «Résultats de calcul (1)» et «Résultats de calcul (2)» permettent de visualiser les résultats intermédiaires (émissions à chaud, émissions à froid et corrections PL). Écran 5 : «Résultats de calcul (2)», format détaillé. 22 Émissions de polluants et consommation liées à la circulation routière Présentation du logiciel IMPACT-ADEME 23
D autres feuilles comportent une visualisation en menu déroulant permettant de connaître pour chaque catégorie de véhicules la répartition des émissions à chaud, des surémissions à froid, des corrections poids lourds. Les émissions par évaporation et les spéciations des COVNM sont consignées dans des feuilles dédiées. Écran 7 : «Évaporations». Écran 6 : Exemple de menu déroulant «Émissions à chaud». Écran 8 : «Spéciation des COVNM». 24 Émissions de polluants et consommation liées à la circulation routière Présentation du logiciel IMPACT-ADEME 25
EXEMPLES D APPLICATION Exemple 1 : L impact de l implantation d une rocade périphérique Les hypothèses retenues sont très largement simplifiées : le tronçon A + B + C est parcouru à la même vitesse moyenne de 50 km/h par les véhicules légers et les poids lourds ; la rocade permet une vitesse moyenne de km/h. L augmentation annuelle de trafic est estimée à 2 %, le flux en 2020 est égal à : (flux 2000) x (1 + 0,02) 20. La rocade délestera 50 % des véhicules légers et 70 % des poids lourds. La mise en œuvre d un exemple simple illustrant les fonctionnalités de base du logiciel permettra de dérouler pas à pas le logiciel. L objectif est de connaître l impact de l implantation d une rocade délestant la ville. Nous allons donc comparer deux scénarios de développement entre 2000 et 2020 : un scénario avec rocade et un scénario sans rocade. Un bilan journalier des émissions de polluants de bases (CO, CO 2,NO x, COV, PM) est réalisé. Le schéma ci-dessous montre que la rocade permet de délester les tronçons A, B et C. Le trafic en 2000 sur A + B + C est de 40 000 véhicules par jour avec un taux de poids lourds de 10 %. Véhicules légers 2000 2020 sans rocade 2020 avec rocade Poids lourds Véhicules légers Poids lourds Véhicules légers Poids lourds Tronçons A + B + C 36 000 4 000 47 552 5 944 23 776 1 980 Rocade - - - - 23 776 3 964 Tableau 1 : Flux de véhicules (nombre de véhicules / jour). Rocade Caractéristiques A B C A + B + C Rocade Longueur (km) 1 7 2,5 10,5 14 A B C Ville V Vitesse (km/h) 50 50 50 50 Tableau 2 : Données nécessaires à la simulation. Figure 6 : Modélisation des infrastructures. 26 Émissions de polluants et consommation liées à la circulation routière Exemples d application 27
Le tableau 3 fournit les résultats de la simulation effectuée avec le logiciel IMPACT-ADEME version 2.0 sur les quatre brins de voirie identifiés : «2000», «2020 sans rocade», «A + B + C en 2020 avec rocade» et «rocade en 2020». Pour obtenir les résultats du scénario «2020 avec rocade» (dernière colonne), il faut ajouter les résultats des deux colonnes précédentes. 40 35 30 25 20 15 2020 A + B + C Rocade 2020 10 2000 sans en 2020 en avec 5 rocade avec rocade 2020 rocade 0 ESSENCE en tonnes DIESEL en tonnes ESSENCE 7 625 992 8 834 416 4 417 208 5 398 604 9 815 812 0,8 DIESEL 24 059 260 29 352 828 11 754 808 25 566 196 37 321 004 0,7 CO 788 788 215 848 102 036 220 168 322 204 0,6 NO x 644 648 253 388 107 984 181 252 289 236 COV 142 776 29 484 11 656 13 688 25 344 0,5 0,4 0,3 PM 38 400 7 216 3 348 8 588 11 936 0,2 CO 2 98 524 952 119 881 036 50 782 960 97 055 964 147 838 924 0,1 Tableau 3 : Consommations et émissions (en grammes). 0,0 CO en tonnes NO x en tonnes Comme le montrent les graphiques suivants illustrant les résultats, il est possible de comparer chacun des scénarios et de constater l impact combiné de l évolution de la technologie des véhicules, de l augmentation du trafic et du choix d aménagement. Ainsi l implantation de la rocade aurait pour conséquence d augmenter de 27 % la consommation de diesel, de 65 % les émissions de particules et de 23 % les émissions de gaz à effet de serre, par rapport à la 160 140 120 80 situation simulée sans rocade. 60 40 20 0 COV en kg PM en kg CO 2 en tonnes 2000 2020 sans rocade 2020 avec rocade Figure 7 : Émissions et consommations des scénarios évalués. 28 Émissions de polluants et consommation liées à la circulation routière Exemples d application 29
Exemple 2 : La comparaison entre bus et véhicules personnels Avec le logiciel IMPACT-ADEME, il est possible d évaluer les efficacités environnementales réelles de différents modes de transport (énergie et émission). Ainsi nous pouvons comparer l usage des transports en commun et des véhicules personnels. Le tableau 4 présente les résultats déterminant les consommations et émissions unitaires de chacun des modes de transport. Le rapport de ces valeurs permet de connaître le nombre de passagers nécessaire dans un bus afin qu il soit aussi «environnementalement efficace» qu un véhicule personnel. Il s agit du taux de remplissage à partir duquel on commence à réaliser des économies d énergie et à diminuer les émissions de polluants. C est ainsi que le bus devient «environnementalement efficace» dès que le nombre de passagers dépasse 16. Le tableau 5 donne le gain d énergie et d émissions pour un report modal des voitures particulières sur les transports en commun. Ainsi, un taux de remplissage de 16 personnes par bus permet de réaliser 71 % d économie de carburant et d émission de gaz à effet de serre et 89 % d économie d émission de COV par rapport à une situation où ces mêmes 16 personnes auraient pris leur véhicule personnel. Consommation CO CO 2 NO X COV Particules SO 2 (g) (g) (g) (g) (g) (g) (g) Voiture 1 149 172 3 622 13 21 1,3 1,0 Autobus 5 335 62 16 734 211 37 12,2 5,3 Rapport TC / VP 4,6 0,4 4,6 16,1 1,8 9,3 5,6 Résultats obtenus avec le logiciel IMPACT-ADEME version 2.0 : vitesse 20 km / h, parc moyen 1998, bus à moteur chaud, voitures particulières avec un départ à froid. Tableau 4 : Comparaison entre bus (TC) et véhicules particuliers (VP) sur 14 km (distance moyenne domicile travail en 1990). Consommation CO CO 2 NO X COV Particules SO 2 (g) (g) (g) (g) (g) (g) (g) Voiture 82,1 12,3 258,7 0,9 1,5 0,09 0,07 Autobus 23,8 0,3 74,7 0,9 0,2 0,05 0,02 Gain d énergie et d émissions TC / VP 71 % 98 % 71 % 0 % 89 % 42 % 65 % Taux d occupation : 1 en VP (fréquent pour trajet domicile-travail) et 16 en TC. Tableau 5 : Consommation et émissions par voyageur x km. Exemple 3 : Le bilan environnemental du transport de marchandises en ville Un bilan environnemental du système logistique de Monaco a été réalisé avec le logiciel IMPACT-ADEME version 2.0. Ce système est composé d un Centre de distribution urbaine (CDU) situé dans la principauté de Monaco et d une plate-forme logistique en périphérie. L objet de cette étude (8) est de comparer l efficacité environnementale du système logistique monégasque avec un système classique sans CDU ni plate-forme logistique. Les différentes chaînes logistiques (approvisionnement CDU, tournées, traces directes, retrait de marchandises) ont d abord été déterminées par leur longueur, leur vitesse, le type de véhicules, la pente, le taux de chargement et la part des émissions à froid. Puis, la même situation a été modélisée sans le système logistique mis en place. Il est alors possible de comparer les deux situations : Flux Conso. Gaz à effet de serre Polluants Nombre de Équivalent Équivalent NO x CO COV PM SO 2 véhicules pétrole CO 2 (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (par an) (kep) (kg) Sans système 7 608 117 753 372 439 2 408 657 225 132,0 35,2 logistique Avec système 3 560 88 572 279 727 1 851 422 169 95,0 26,6 logistique Gains réalisés par 53 % 25 % 25 % 23 % 36 % 25 % 28 % 24 % le système Tableau 6 : Comparaison de scénarios pour le système logistique de Monaco pour une année. 8. Évaluation environnementale du Centre de Distribution Urbaine de marchandises de Monaco, rapport ADEME - Interface Transport n 0203013, septembre 2003. 30 Émissions de polluants et consommation liées à la circulation routière Exemples d application 31
Centre d Angers (siège social) : 2, square Lafayette, BP 406 49004 Angers Cedex Tél. : 02 41 20 41 20 Fax : 02 41 87 23 50 Centre de Valbonne : 500, route des lucioles 06560 Valbonne Tél. : 04 93 95 79 00 Fax : 04 93 65 31 96 LES IMPLANTATIONS DE L ADEME Délégations régionales ALSACE : 8, rue Adolphe-Seyboth 67000 Strasbourg Tél. : 03 88 15 46 46 Fax : 03 88 15 46 47 AQUITAINE : 6, quai de Paludate 33080 Bordeaux Cedex Tél. : 05 56 33 80 00 Fax : 05 56 33 80 01 Centre de Paris-Vanves : 27, rue Louis-Vicat 75737 Paris Cedex 15 Tél. : 01 47 65 20 00 Fax : 01 46 45 52 36 Bureau de Bruxelles : 53, avenue des arts 0 Bruxelles Tél. : 322 545 11 41 Fax : 322 545 11 44 BASSE-NORMANDIE : Le Pentacle, avenue de Tsukuba 14209 Hérouville-Saint-Clair Cedex Tél. : 02 31 46 81 00 Fax : 02 31 46 81 01 BOURGOGNE : Le Mazarin - 10, avenue Foch - BP 1042 21025 Dijon Cedex Tél. : 03 80 76 89 76 Fax : 03 80 76 89 70 CENTRE : 22, rue d Alsace-Lorraine 45058 Orléans Cedex 1 Tél. : 02 38 24 00 00 Fax : 02 38 53 74 76 CHAMPAGNE-ARDENNE : 116, avenue de Paris 51038 Châlons-en-Champagne Cedex Tél. : 03 26 69 20 96 Fax : 03 26 65 07 63 CORSE : Parc Sainte-Lucie - immeuble Le Laetitia BP 159-20178 Ajaccio Cedex 1 Tél. : 04 95 10 58 58 Fax : 04 95 22 03 91 FRANCHE-COMTÉ : 25, rue Gambetta - BP 26367 25018 Besançon Cedex 6 Tél. : 03 81 25 50 00 Fax : 03 81 81 87 90 HAUTE-NORMANDIE : Les Galées du roi 30, rue Gadeau-de-Kerville 76000 Rouen Tél. : 02 35 62 24 42 Fax : 02 35 63 38 69 LANGUEDOC-ROUSSILLON : Résidence Antalya 119, rue Jacques Cartier 34965 Montpellier Cedex 2 Tél. : 04 67 99 89 79 Fax : 04 67 64 30 89 LIMOUSIN : 38 ter, avenue de la Libération 87000 Limoges Tél. : 05 55 79 39 34 Fax : 05 55 77 13 62 LORRAINE : 34, avenue André-Malraux 57000 Metz Tél. : 03 87 20 02 90 Fax : 03 87 50 26 48 MIDI-PYRÉNÉES : Technoparc Bât.9 - rue Jean Bart - BP 672 31319 Labège Cedex Tél. : 05 62 24 35 36 Fax : 05 62 24 34 61 NORD-PAS-DE-CALAIS : Centre tertiaire de l Arsenal 20, rue du prieuré - 59500 Douai Tél. : 03 27 95 89 70 Fax : 03 27 95 89 71 AUVERGNE : BRETAGNE : ÎLE-DE-FRANCE : PAYS DE LA LOIRE : 63, boulevard Berthelot 33, boulevard Solférino - CS 41 217 6-8, rue Jean-Jaurès 5, boulevard Vincent-Gâche - BP 16202 63000 Clermont-Ferrand 35012 Rennes Cedex 92807 Puteaux Cedex 44262 Nantes Cedex 02 Tél. : 04 73 31 52 80 Tél. : 02 99 85 87 00 Tél. : 01 49 01 45 47 Tél. : 02 40 35 68 00 Fax : 04 73 31 52 85 Fax : 02 99 31 44 06 Fax : 01 49 00 06 84 Fax : 02 40 35 27 21 32 Émissions de polluants et consommation liées à la circulation routière Les implantations de l ADEME 33
PICARDIE : GUADELOUPE : 2, rue Delpech Café Center - rue Ferdinand-Forest 80000 Amiens 97122 Baie-Mahault Tél. : 03 22 45 18 90 Tél. : 05 90 26 78 05 Fax : 03 22 45 19 47 Fax : 05 90 26 87 15 POITOU-CHARENTES : GUYANE : 6, rue de l Ancienne-Comédie - BP 452 28, avenue Léopold-Heder 86011 Poitiers Cedex 97300 Cayenne Tél. : 05 49 50 12 12 Tél. : 05 94 29 73 60 Fax : 05 49 41 61 11 Fax : 05 94 30 76 69 P A C A : MARTINIQUE : 2, boulevard de Gabès 42, rue Garnier-Pagès 13008 Marseille 97200 Fort-de-France Tél. : 04 91 32 84 44 Tél. : 05 96 63 51 42 Fax : 04 91 32 84 66 Fax : 05 96 70 60 76 RHÔNE-ALPES : RÉUNION : 10, rue des émeraudes Parc 2000-3, avenue Théodore-Drouhet 69006 Lyon BP 380-97829 Le Port Cedex Tél. : 04 72 83 46 00 Tél. : 02 62 71 11 30 Fax : 04 72 83 46 26 Fax : 02 62 71 11 31 Représentations territoriales NOUVELLE-CALÉDONIE : SAINT-PIERRE-ET-MIQUELON : 56, rue Bataille - BP C5 DAF - 3, rue Aristide-Briand - BP 4244 98844 Nouméa Cedex 97500 Saint-Pierre-et-Miquelon Tél. : 00 (687) 24 35 18 Tél. : 00 (508) 41 19 80 Fax : 00 (687) 24 35 15 Fax : 00 (508) 41 19 85 POLYNÉSIE FRANÇAISE : DAT - BP 115 98713 Papeete Tél. : 00 (689) 46 84 55 Fax : 00 (689) 46 84 49 Site internet : www.ademe.fr BON DE COMMANDE DU LOGICIEL IMPACT-ADEME 2.0 À retourner par courrier à Dominique Weitz ADEME Éditions 2, square Lafayette - BP 406-49004 Angers Cedex 01 Nom :.......................................................... Prénom :........................... Société / Organisme :.......................................... Fonction :.......................... Secteur d activité :............................................. Code NAF :........................ Adresse :............................................................................................... Code Postal :......................... Ville :.......................................................... Pays :.......................... Téléphone :.......................... Fax :....................... Nom et adresse de livraison, si différents :.......................................................... Nom et adresse de facturation, si différents :....................................................... Référence Titre Prix unitaire en Quantité Total en 4779 Logiciel IMPACT-ADEME 2.0 450 Frais de port pour les livraisons en France métropolitaine, ajouter 4 Frais de port pour les livraisons hors France métropolitaine, ajouter 8 Total général Prix nets de taxe (établissement non assujetti à la TVA) - N SIRET : 38529030900017 - Code NAF : 751 E Mode de règlement Au comptant Soit par chèque bancaire ou postal joint à la commande à l ordre du «régisseur de recettes de l ADEME» Soit par carte bancaire type de carte : visa euro-mastercard n carte : date de validité (mois / année) : / nom, adresse et signature obligatoire du titulaire de la carte :............................................................................................................................... À réception d une facture Soit par chèque bancaire ou postal à l ordre de «l agent comptable de l ADEME» Soit par virement à l ordre de «l agent comptable de l ADEME» TP Angers - Code banque 71 - Code guichet 49000 - N de compte 00003000206 - Clé 39 Date : Signature et cachet de l entreprise obligatoires 34 Émissions de polluants et consommation liées à la circulation routière