Soutenance mémoire
Impacts de la pollution de l’air
Impact sanitaire
La pollution de l’air est la principale cause de mortalité prématurée en Europe (Lim et al. 2012). Les maladies cardio-vasculaires sont les facteurs de décès prématurés les plus communs attribuables à la pollution de l’air et sont responsables de 80 % des cas, suivi par les maladies pulmonaires et le cancer du poumon (Kampa et Castanas 2008). La pollution de l’air est également responsable de l’augmentation d’incidence des maladies respiratoires et cardiovasculaires et des cancers, avec des effets sur la santé à court et à long terme (Pope III et al. 2008; Pope III 2002, 2000). Le CIRC a classé la pollution de l’air comme carcinogène certain pour l’Homme au même titre que les émissions directes des moteurs Diesel qui sont associés à un risque élevé de cancer du poumon (Silverman et al. 2012). L’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) a également rapporté que la pollution de l’air pouvait avoir des effets sur la fertilité, la grossesse (Jedrychowski et al. 2004) et la santé des nouveaunés (OMS 2013, 2006), et notamment des effets négatifs sur les neurones, le développement et les capacités cognitives, pouvant affecter les performances des enfants à l’école et plus tard conduisant à une baisse de productivité et de leur qualité de vie. De récente études ont observé une association entre l’exposition à la pollution de l’air et le risque de diabète de type 2 chez l’adulte, d’obésité, d’inflammation systémique, d’Alzheimer et de démence (OMS 2016). Habiter à proximité du trafic routier augmente de 15 à 30 % les cas d’asthme chez l’enfant, ou encore les pathologies chroniques respiratoires et cardiovasculaires, notamment chez les plus de 65 ans (Prouvost et Declerc 2012). Parmi les émissions véhiculaires, les émissions Diesel sont particulièrement mises en cause pour leurs fortes émissions d’oxydes d’azote. Elles seraient responsables de problèmes pulmonaires et respiratoires, maux de tête, fatigues et nausées (Sydbom et al. 2001). Plusieurs études sur des individus fortement exposés aux échappements Diesel ont mis en évidence une inflammation des voies respiratoires et des effets cardiovasculaires néfastes (Mills et al. 2009).
Contribution au changement climatique
Dans l’atmosphère, de nombreux gaz tels que la vapeur d’eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4) ou le protoxyde d’azote (N2O) participent à créer un effet de serre. Ces gaz à effet de serre sont pour la plupart d’origine naturelle, mais l’activité humaine augmente leur concentration dans l’atmosphère et y ajoute d’autres gaz à effet de serre purement anthropiques. Les véhicules fonctionnent principalement par combustion d’énergies fossiles et participent fortement au réchauffement climatique global de la planète par leurs émissions de CO2. À elles seules, les émissions de CO2 ont entraîné un forçage radiatif (FR) moyen de 1,68 W.m-2 compris dans un intervalle de [1,33 à 2,03] W.m-2 selon les incertitudes (Figure 1). En prenant en compte les émissions d’autres sources contenant du carbone telles que les COV, qui ont également contribué à l’augmentation des concentrations de CO2, on obtient un FR du CO2 de 1,82 [1,46 à 2,18] W.m-2 . Les émissions de CH4 sont associées à un FR de 0,97 [0,74 à 1,20] W.m-2 et les émissions de monoxyde de carbone sont associées à un FR également positif [0,16 à 0,30], tandis que les émissions d’oxyde d’azote sont associées à un FR négatif [-0,34 à 0,03].
Le FR total de l’effet des aérosols dans l’atmosphère, qui inclut les nuages dus aux aérosols, est de –0,9 [–1,9 à −0,1] W.m-2 avec un degré de confiance moyen. Il est le résultat d’un forçage négatif de la plupart des aérosols et d’une contribution positive due à l’absorption du rayonnement solaire par les carbones suies. On peut affirmer, avec un degré de confiance élevé, que les aérosols et leurs interactions avec les nuages ont contrebalancé une partie importante du forçage mondial moyen dû aux gaz à effet de serre au mélange homogène. Ils continuent à contribuer à la plus grande part des incertitudes dans l’estimation du FR total (GIEC 2015).
Impacts économiques
Les effets de la pollution de l’air sur la santé, les rendements des cultures, les forêts, les écosystèmes, le climat et l’environnement entrainent des coûts considérables à la société. Les coûts dus à la pollution de l’air comprennent une réduction de la productivité au travail, des dépenses de santé et des pertes de rendement des cultures et des forêts. L’Organisation de Coopération et de Développement Économique (OCDE) prévoit une augmentation de ces coûts, qui pourraient atteindre environ 2 % du produit intérieur brut (PIB) européen en 2060, ce qui pèsera de façon significative dans la croissance économique mondiale (OCDE 2016). L’OCDE a également estimée que les coûts totaux pour la région de l’OCDE s’élèveraient à 1 160 euros par habitant pour 2015 et environ 2 650 euros par habitant pour 2060, soient environ 5 % du revenu en 2015 et en 2060. Les coûts indirects de la pollution de l’air extérieur s’élèveraient à 1 090 euros par habitant en 2015 et seraient de 2 400 euros en 2060 dans la région de l’OCDE.
Exposition de la population Européenne
Les directives Européennes et l’OMS ont défini respectivement les normes de qualité de l’air et les lignes directrices pour la protection de la santé des populations. Les données de surveillance communiquées par l’UE-28 ont permis d’estimer l’exposition de la population de l’UE 28 en zones urbaines entre 2013 et 2015. D’après le rapport (EEA 2017), le nombre de décès prématurés attribués à l’exposition aux PM2,5, au NO2 et à l’ozone étaient de 399 000, 75 000 et 13 600, respectivement dans l’UE-28. L’exposition a été estimée sur la base de mesures de concentrations dans toutes les stations de surveillance de la qualité de l’air en milieux urbains et péri-urbains, ainsi que dans les stations à proximité du trafic, couvrant les populations vivant à moins de 100 mètres des routes principales. Selon l’Organisation Météorologique Mondiale (OMM), les dernières années ont été les années historiquement les plus chaudes au niveau mondial avec des vagues de chaleur affectant l’Europe de mai à septembre, qui ont amplifié les épisodes de pollution urbaine notamment par une forte formation d’ozone troposphérique. En revanche, l’exposition au dioxyde de soufre a eu tendance à diminuer depuis 2000, date à laquelle 85 % de la population était exposés à des niveaux de dioxyde de soufre (SO2) dépassant les recommandations de l’OMS .
Sources de pollution
Les particules primaires proviennent à la fois de sources naturelles tels que le sel de mer, la poussière minérale, le pollen et les cendres volcaniques, et de sources anthropiques telles que la combustion du carburant pour la production d’énergie, le chauffage domestique, le transport, la production industrielle, l’incinération des déchets, et l’agriculture.
Les principales sources de NOX sont les processus de combustion, qui peuvent être stationnaires ou mobiles. Le NO et le NO2 représentent la majorité des émissions de NOX et sont émis en grande quantité par l’échappement des véhicules Diesel. Les émissions anthropiques d’oxydes de soufre (SOX) sont principalement issues de la combustion de carburant sous la forme de SO2, alors que leur plus grande source naturelle est les volcans. Les gaz BaP, CO et le benzène sont émis à la suite de la combustion incomplète des combustibles fossiles et biocarburants ; le benzène est également émis par évaporation de carburant. Leurs sources d’émissions comprennent les feux de plein air, la circulation routière et l’usure des pneus. Le transport routier était autrefois une source majeure des émissions de CO, mais l’introduction de catalyseurs a réduit ces émissions de manière significative. La plupart des émissions de benzène proviennent du trafic, car il est utilisé comme additif à l’essence (EEA 2017).
Le secteur des transports était responsable de 39 % des émissions de NOX, 11 % des émissions de PM2,5, 10 % des émissions de nm VOC et 29 % des émissions de carbone suie. Ces chiffres sont cohérents avec le rapport 2017 du CITEPA qui indiquait qu’en France, le transport était responsable d’environ 15 % des émissions de particules PM2,5 et 50 % des émissions de NOX (CITEPA 2015). Cependant de fortes disparités subsistent sur le territoire français, notamment en île de France où la contribution du trafic routier à la pollution en PM2,5 a été estimé à 50 % par l’association de surveillance de la qualité de l’air de la ville de Paris (Airparif) (Airparif 2011). Le transport est une source de pollution de l’air non négligeable pour l’Union Européenne, notamment pour les émissions de particules, NOX et benzène.
Pollution en particules
Les particules atmosphériques, qui sont également appelées aérosols, sont des particules de petite taille allant de 1 nm à 100 µm, solides ou liquides, en suspension dans l’atmosphère. Les particules sont le résultat d’un mélange complexe de composés dont les caractéristiques physicochimiques sont influencées à la fois par les sources d’émissions et par les réactions chimiques se produisant dans l’atmosphère. Les particules qu’elles soient d’origine anthropique ou naturelle sont généralement classées selon leur taille (D. B. Kittelson 1998) :
· les particules de grande taille > 10 µm (Mode grosses particules)
· les grosses particules 2,5-10 µm (Mode grosses particules)
· les particules fines 0,1-2,5 µm (Mode accumulation)
· les particules ultrafines < 0,1 µm (Mode nucléation) .
|
Table des matières
Introduction
CHAPITRE I. État de l’art
I.1 Pollution atmosphérique
I.1.1 Impacts de la pollution de l’air
I.1.2 Sources de pollution
I.1.3 Pollution en particules
I.2 Le transport routier
I.2.1 Dynamique du secteur des véhicules particuliers
I.2.2 Réglementations des émissions de polluants
I.2.3 Technologies des véhicules
I.2.4 Les polluants non réglementés liés aux transports
I.2.5 Méthodes de mesure des émissions
I.2.6 Procédure de test NEDC
I.2.7 Procédure de test WLTP
I.2.8 Protocole PMP pour la de mesure des particules
I.3 Formation de particules secondaires
I.3.1 Contribution du transport à la formation d’AOS
I.3.2 Mesure des AOS en chambre de simulation atmosphérique
CHAPITRE II. Matériels et méthodes
II.1 Description du banc à rouleau
II.2 Dilution des gaz d’échappement
II.2.1 Dilution dans le tunnel CVS
II.2.2 Dilution à l’échappement
II.3 Analyseurs
II.3.1 Baie d’analyse du CVS
II.3.2 Analyseurs de particules
II.3.3 Analyseurs de gaz
II.4 Cycles de conduites
II.5 Caractéristiques des véhicules testés
II.6 Récapitulatif des expérimentations
II.7 Analyses statistiques
II.7.1 Analyse de variance
II.7.2 Analyse en composantes principales
CHAPITRE III. Construction et caractérisation de la chambre de simulation atmosphérique
III.1 Description de la chambre de simulation atmosphérique
III.2 Étapes de construction
III.3 Caractérisation de la chambre
III.3.1 Temps de mélange
III.3.2 Volume tampon
III.3.3 Taux de fuite
III.3.4 Taux de transmission solaire des parois de la chambre
III.3.5 Dépôt de particules sur les parois
III.4 Méthodes de correction des mesures de particules
III.5 Protocole d’utilisation
III.6 Conclusion
CHAPITRE IV. Impacts des technologies et des conditions de conduites sur les émissions
IV.1 Introduction
IV.2 Article # 1 PAH, BTEX, carbonyl compound, black-carbon, NO2 and ultrafine particle dynamometer bench emissions for Euro 4 and Euro 5 Diesel and gasoline passenger cars
IV.3 Article # 2 Euro 6 Unregulated Pollutant Characterization and Statistical Analysis of AfterTreatment Device and Driving-Condition Impact on Recent Passenger-Car Emissions
IV.4 Analyses complémentaires
IV.4.1 Analyse descriptive des émissions des véhicules Euro 6
IV.4.2 Analyses de variance des facteurs d’émission
IV.4.3 Analyses en composantes principales
IV.5 Conclusion
Conclusion
