avril 2003

Transcription

avril 2003

Modélisation
de la dispersion des émissions polluantes
dans le quartier de la gare de l’Est :
influence du trafic ferroviaire Diesel
Etude réalisée pour le compte du Conseil Régional Ile-de-France
avec le soutien de la Ville de Paris
Service Modélisation et Prévision
Avril 2003
SOMMAIRE
0.
SYNTHÈSE DES RESULTATS
1
1.
INTRODUCTION
6
1.1.
1.2.
1.3.
CONTEXTE
OBJECTIFS
MODÈLE NUMÉRIQUE UTILISÉ
6
6
7
2.
MODÉLISATION DU QUARTIER DE LA GARE DE L’EST
8
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.4.1.
2.4.2.
2.4.3.
2.4.4.
DOMAINE D’ÉTUDE – MODÉLISATION DE LA GÉOMÉTRIE DU QUARTIER
SITUATIONS MÉTÉOROLOGIQUES ÉTUDIÉES
ETAT INITIAL EN CONCENTRATION DE POLLUANTS
EMISSIONS
Mode d’injection des polluants
Trafic routier
Trafic ferroviaire à motorisation Diesel
Part respective des émissions du trafic ferroviaire Diesel et du trafic routier
8
13
15
15
16
16
18
20
3.
RÉSULTATS
24
3.1.
3.2.
3.2.1.
3.2.2.
3.2.3.
3.3.
3.3.1.
3.3.2.
3.3.3.
3.3.4.
3.3.5.
PRÉAMBULE
PHASE 1 : MODÉLISATION DU QUARTIER SANS TRAFIC FERROVIAIRE DIESEL
Visualisation de l’écoulement
Champs de concentration en polluants en l’absence de trafic ferroviaire Diesel
Analyse de la qualité de l’air simulée
PHASE 2 : MODÉLISATION DU QUARTIER AVEC TRAFIC FERROVIAIRE DIESEL
Scénario 1 : Vent de 5 m/s et de direction sud ouest
Scénario 1 : Vent de 5 m/s et de direction nord est
Scénario1 : Vent de 2 m/s et de direction sud ouest
24
25
25
27
33
34
36
38
40
42
44
4.
INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS
47
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
CONTRIBUTION DES SOURCES FERROVIAIRES DIESEL AUX NIVEAUX DE POLLUTION 47
EVALUATION DES ZONES D’IMPACT MAXIMALES
51
ETUDE DES PHÉNOMÈNES DE PERSISTANCE
52
SYNTHÈSE DES PRINCIPAUX RÉSULTATS
59
5.
CONCLUSION
62
TABLE DES FIGURES ET TABLEAUX
65
ANNEXE 1 : RÉGLEMENTATION
68
ANNEXE 2 : DONNÉES D’ÉMISSION D’UNE LOCOMOTIVE CC72000
ACTUELLE ET D’UNE LOCOMOTIVE CC72000 REMOTORISÉE
80
ANNEXE 3 : INFLUENCE PREVISIBLE DE LA REMOTORISATION DES
LOCOMOTIVES CC72000 SUR LES NIVEAUX DE CONCENTRATION EN
POLLUANTS D’ORIGINE FERROVIAIRE
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0. SYNTHESE DES RESULTATS
La reconstitution numérique de l'état de la qualité de l'air aux environs de la gare de l’Est a
permis d'évaluer la part prise par les locomotives Diesel dans le niveau de pollution de ce
quartier. Cette évaluation a porté sur la dispersion des polluants émis par le trafic routier et le
trafic ferroviaire Diesel pour des conditions météorologiques de référence.
Cette étude fait suite à la campagne intensive de surveillance réalisée dans le quartier de la
gare de l’Est au cours de l’année 2001. Pendant cette campagne, 29 sites avaient été
instrumentés dans un secteur de 1 km x 1 km autour de la gare de l’Est (cf. rapport
AIRPARIF - Etude de la qualité de l'air dans le secteur de la gare de l’Est - Juillet 2001).
Cette étude avait montré que dans le périmètre d’étude les niveaux de concentration étaient
« soutenus », en particulier pour les oxydes d’azote avec des niveaux comparables à la station
de mesure d’AIRPARIF située dans le 18ème arrondissement. Ces niveaux étaient associés à
une omniprésence de la signature des émissions du trafic routier, associant les oxydes d’azote
et le benzène et au droit du trafic Diesel de la SNCF, à des bouffées d’oxydes d’azote très
localisées mais intenses.
La période d’étude retenue pour la modélisation de la qualité de l’air a été sélectionnée de
manière à se placer dans la situation où les niveaux d’émission de polluant issus du trafic
routier et du trafic ferroviaire Diesel sont maximaux. A partir de l’examen des chroniques des
mouvements de locomotives Diesel en gare de l’Est fournies par la SNCF pour des jours
ouvrables considérés comme représentatifs, une période de 6 minutes a été particulièrement
étudiée (9h15 - 9h20) faisant intervenir 3 locomotives Diesel de type CC72000 en
fonctionnement sur 3 voies proches. Cette période correspond à l’heure de pointe du matin en
trafic routier. Sur cette période, les simulations doivent permettre d’appréhender l’impact sur
la qualité de l’air du quartier induit par les locomotives Diesel avant le changement de mode
d’exploitation (selon la SNCF, le conditionnement de rame s’effectue maintenant en dehors
du périmètre de la gare de l’Est) et avant la remotorisation programmée des locomotives
CC72000 opérant dans le périmètre de la gare de l’Est.
Les modélisations ont été effectuées avec le modèle de mécanique des fluides MERCURE
issu des laboratoires de recherche d’EDF et commercialisé par la société ARIA Technologies.
Le trafic routier et le trafic ferroviaire Diesel ont été pris en compte afin d’évaluer la
contribution respective de chacune des sources à la pollution du secteur. Plusieurs situations
météorologiques définies par la force du vent, sa direction et la stabilité de l’atmosphère ont
été étudiées de manière à évaluer ces contributions pour des conditions de dispersion variées :
une force de vent de 2 et 5 m/s et une direction de vent de sud ouest (220°) et de nord est
(22°).
Les principaux résultats de l’étude de modélisation du quartier de la gare de l’Est sont
synthétisés ci-dessous.
Niveau d’ambiance du quartier :
Les simulations numériques confirment que les niveaux de pollution atteints dans le quartier
de la gare de l’Est correspondent aux valeurs communément mesurées pour des points
éloignés du trafic routier. Ces niveaux sont représentatifs de situation de fond en paysage
urbain dense typique de l’agglomération parisienne. Les résultats des modélisations sont en
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Modélisation dans le quartier de la gare de l’Est
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bon accord avec les résultats obtenus lors de la campagne de mesure de l’hiver 2001 (cf.
rapport AIRPARIF - Etude de la qualité de l'air dans le secteur de la gare de l’Est - Juillet
2001).
Niveau de proximité du trafic routier :
En situation de proximité des axes routiers principaux, les concentrations en polluant peuvent
atteindre localement des valeurs très élevées (de l’ordre de 1200 µg/m3 pour les oxydes
d’azote et de l’ordre de 150 µg/m3 pour les particules). Il faut noter que ces valeurs sont des
maxima instantanés, spatialement très localisés à certains endroits des principales artères du
quartier (boulevard Magenta, Rue Lafayette et Rue du Faubourg St Martin). Ces simulations
ont été effectuées pour un trafic routier intense correspondant à l’heure de pointe du matin.
Ces maxima sont comparables aux valeurs maximales en concentration quart-horaire
mesurées sur les stations trafic d’AIRPARIF et sont représentatifs de niveaux observés près
d’axes où le trafic routier est important (en heure de pointe: de l’ordre de 3000
véhicules/heure pour le Boulevard Magenta et la Rue du Faubourg St Martin, 2000
véhicules/heure pour la Rue Lafayette). Ces effets sont amplifiés par la présence d’un bâti
dense associé à un relief non négligeable.
Contribution du trafic ferroviaire à motorisation Diesel :
Le croisement des informations relatives aux mouvements Diesel en gare de l’Est avec les
émissions unitaires de ces motrices (fournies par la SNCF) a tout d’abord permis d’évaluer,
pour un jour ouvrable type, la contribution des locomotives Diesel aux émissions totales du
quartier : de l’ordre de 20 % pour les NOx et de l’ordre de 10 % pour les particules. Il faut
noter que les émissions ferroviaires ont la particularité d’être très localisées aux abords des
voies ferrées alors que les émissions du trafic routier sont réparties dans les rues principales
sur tout le domaine d’étude.
Les modélisations conduites selon différents modes de fonctionnement des motrices Diesel et
conditions météorologiques ont ensuite permis d’identifier des ordres de grandeur pour les
niveaux et l’emprise des phénomènes de pollution induits par le trafic ferroviaire Diesel dans
le quartier de la gare de l’Est.
Polluant par polluant, la contribution peut se révéler localement :
•
Importante pour les oxydes d’azote. Les locomotives, notamment en situation de
chauffage de rame, sont d’importants contributeurs en NOx. Les NOx émis par les
locomotives se dispersent sous le vent, entraînant la formation d’un panache suivi
d’une dispersion dans les rues situées sous le vent. Pour des conditions de
dispersion défavorables, les concentrations de NOx peuvent atteindre des valeurs
supérieures à 1200 µg/m3 (avec une contribution de la source ferroviaire
supérieure à 60 %) à quelques centaines de mètres des locomotives Diesel. Elles
contribuent ainsi jusqu’à quelques centaines de mètres à des concentrations
supérieures à celles observées à proximité immédiate des axes du quartier où le
trafic routier est le plus dense.
•
Relativement importante pour les particules atmosphériques. Pour ce polluant, les
niveaux d’émissions dépendent beaucoup moins du mode de fonctionnement du
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moteur Diesel (chauffage de rame, ralenti, arrivée ou départ). Le panache de
particules entraîne une dispersion dans les rues situées sous le vent, néanmoins
plus limitée en extension que dans le cas des NOx. Pour des conditions de
dispersion défavorables, les concentrations en particules peuvent atteindre des
valeurs supérieures à 175 µg/m3 à quelques centaines de mètres des locomotives
Diesel.
•
Relativement faible pour le monoxyde de carbone. Les fortes concentrations
restent localisées en proximité proche de l’émetteur, les locomotives étant de
faibles émetteurs en CO. Même en mode ralenti (mode le plus riche en production
de CO), les sur-concentrations dues au trafic ferroviaire restent localisées au droit
des locomotives Diesel restées à quai.
En relatif, la contribution du trafic ferroviaire Diesel peut se relever très importante. Suivant
la direction et la force du vent, les pourcentages de NOx d’origine ferroviaire peuvent
atteindre des valeurs de 70 à 80 % pour des zones situées à plusieurs centaines de mètres des
locomotives, excédant ainsi les limites de l’emprise des installations de la SNCF. Ces fortes
contributions restent cependant géographiquement relativement très localisées (sous le vent)
et limitées dans le temps (avec une persistance d’une dizaine de minutes au maximum après
l’extinction des sources).
Le départ d’une locomotive Diesel entraîne la formation pendant un laps de temps court d’un
panache de polluants au-dessus du parcours de la motrice. Cette situation avait été observée
lors de la campagne de mesure sur la passerelle surplombant les voies de la gare de l’Est (cf.
2001 page 37-39) . Des augmentations très intenses et très brèves de la concentration en
oxydes d’azote (de l’ordre de 1300 à 1700 µg/m3 pendant environ 2 minutes) avaient été
observées lors du passage d’un train. En dehors de ces périodes, les émissions des
locomotives Diesel situées en tête de quai entraînent la formation d’un panache de NOx
suivant la direction du vent et l’axe des bâtiments.
Evolution prévisible de la contribution des locomotives Diesel :
En complément de cette étude, un nouveau scénario a été simulé afin d’étudier l’impact du
changement de mode d’exploitation des locomotives Diesel (conditionnement des
locomotives effectué en dehors du périmètre de la gare de l’Est) et l’impact des futures
remotorisations des locomotives CC72000 intervenant dans cette gare.
La remotorisation devrait réduire significativement les émissions de polluant générées par
chaque mouvement de locomotive Diesel. Selon la SNCF et à titre d’exemple, cette
remotorisation se traduirait par une réduction de 67 % des émissions de NOx en mode
« Ralenti », et de 45 % en mode « Chauffage de rame ». Les simulations montrent que ces
nouvelles valeurs entraîneraient une réduction de l’impact des locomotives Diesel s’agissant
des concentrations maximales de NOx, atteignant une baisse de l’ordre de 50 % pour les
conditions météorologiques les plus fréquentes en Ile de France. Cette remotorisation
réduirait également les niveaux de polluants diffusés sous le vent des locomotives, avec une
zone d’emprise deux fois moins étendue en comparaison avec les performances initiales des
locomotives.
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Cette étude complémentaire montre que l’association d’un mode d’exploitation réduisant les
périodes de chauffe en gare de l’Est et de la remotorisation des locomotives conduiraient à
une réduction significative de l’impact du trafic ferroviaire Diesel pour le quartier gare de
l’Est par rapport à la situation initiale.
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1. INTRODUCTION
1.1.
Contexte
A la demande du Conseil Régional d’Ile-de-France et avec le soutien de la Ville de Paris,
AIRPARIF a réalisé une étude détaillée de la qualité de l’air dans le secteur de la gare de l’Est
à Paris. Cette étude a comporté deux volets successifs et complémentaires.
Le premier volet achevé au cours de l’année 2001 a concerné l’analyse de la qualité de l’air de
ce secteur et a donné lieu à une campagne intensive de surveillance. Pendant cette campagne,
29 sites ont été instrumentés dans un secteur de 1 km x 1 km autour de la gare de l’Est (cf.
2001). Cette étude a montrée que dans le périmètre d’étude les niveaux de concentration
étaient « soutenus », en particulier pour les oxydes d’azote avec des niveaux comparables à la
station de référence du 18ème arrondissement d’AIRPARIF. Ces niveaux sont associés à une
omniprésence de la signature des émissions du trafic routier, associant les oxydes d’azote et le
benzène et au droit du trafic SNCF, à des bouffées d’oxydes d’azote très localisées mais
intenses. La campagne menée avait également permis d’identifier des phénomènes de
pollution spécifiques intéressant l’intérieur de la gare de l’Est.
Le second volet vient compléter cette analyse par la mise en œuvre d’un outil complémentaire
de description de la pollution atmosphérique reposant sur l’utilisation de la modélisation
numérique comme outil de compréhension de la dispersion des polluants à proximité de la
gare. Ce second volet constitue l’objet de ce présent rapport et doit viser à approfondir les
constats issus de la campagne de surveillance menée par AIRPARIF dans le quartier
concerné.
1.2.
Objectifs
L’objectif principal de cette étude de modélisation est d'évaluer la part prise par les
locomotives Diesel dans le niveau de pollution du quartier en modélisant la dispersion des
polluants atmosphériques de différentes origines.
Cette description numérique de l'état de la qualité de l'air aux environs de la gare de l’Est
pour des conditions météorologiques de référence doit permettre :
1) d'évaluer la part respective des différentes sources locales de polluants sur la qualité
de l'air du quartier,
2) de quantifier les impacts du trafic ferroviaire Diesel suivant différents modes de
fonctionnement des moteurs Diesel.
Les niveaux de concentration des différents polluants à proximité de la gare de l’Est résultent
d’une part de la pollution de fond générée par l'agglomération parisienne dans son ensemble,
et d’autre part des émissions locales liées principalement au trafic routier du quartier et aux
émissions des locomotives à motorisation Diesel.
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La dispersion des polluants est fortement dépendante des conditions météorologiques
(stabilité de l’atmosphère, direction et vitesse du vent). Elle est également très dépendante
localement des caractéristiques topologiques du site (hauteur des bâtiments, largeur des rues,
enclavement et relief naturel).
1.3.
Modèle numérique utilisé
La complexité du site et la prise en compte de ses caractéristiques topologiques nécessitent
une approche de modélisation tridimensionnelle résolvant les principales équations de la
mécanique des fluides avec une paramétrisation fine de la turbulence. Cette étude a donc été
menée avec le modèle MERCURE, commercialisé en France par la société ARIA
Technologies.
Le modèle MERCURE est une version périphérique du code de calcul ESTET (Ensemble de
Simulations Tridimensionnelles d’Ecoulements Turbulents), code de calcul conçu par le LNH
(Laboratoire National d’Hydraulique) d’EDF. Il a été développé par le Groupe Météorologie
et Climat d’EDF pour une application à des écoulements atmosphériques et à la dispersion
d’effluents non réactifs à une échelle locale allant de quelques centaines de mètres à 100
kilomètres.
La société ARIA Technologies a réalisé un premier maillage du domaine d’étude et la
modélisation d'un premier test de dispersion des émissions.
L’ensemble de l’étude a ensuite été réalisée par le service modélisation d’AIRPARIF.
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2. MODELISATION DU QUARTIER DE LA GARE DE L’EST
2.1.
Domaine d’étude – Modélisation de la géométrie du quartier
Les informations concernant les caractéristiques topologiques du quartier de la gare de l’Est
sont issues de la base de données topographiques tridimensionnelles de l’Institut
Géographique National (Base de Données « TOPO 3D » de l’IGN).
Le quartier de la gare de l’Est est caractérisé par un relief non négligeable : altitude minimale
36 m, au Sud Ouest du domaine, altitude maximale 56 m, au Nord du domaine (cf. Figure 1).
Figure 1 : Topographie du quartier autour de la gare de l’Est (altitude en m)
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Voies
ferrées
Bâtiment
Ligne de
niveau
Cours d’eau
Figure 2 : Eléments cartographiques présents dans la base de données IGN
Pour les bâtiments, les données IGN ont servi de point de départ à l’élaboration d’un maillage
tridimensionnel du site (i.e. une description des bâtiments inclus dans le domaine d’étude sous
une forme intégrable dans un code de calcul tridimensionnel).
Etant donnée la très grande complexité du site, quelques simplifications de géométrie ont été
nécessaires, afin de conserver les règles de maillage imposées par le code de calcul
MERCURE.
Les limites du domaine d’étude ont été choisies de façon à intégrer les bâtiments situés autour
de la gare de l’Est. Le domaine de calcul ainsi défini représente un parallélépipède de 1100
mètres de long sur 1100 mètres de large et 170 mètres de haut. L’altitude maximale à prendre
en compte est dictée par les effets du relief et des bâtiments sur les mouvements des masses
d’air aux abords du site (cf. Figure 4).
Le fichier, centré sur la fenêtre utile (1100 m x 1100 m), a permis de générer un maillage
tridimensionnel (régulier suivant les directions X et Y - résolution 10 m ; progression
géométrique suivant la verticale Z – de 1m près du sol à 40m au sommet du domaine- 170 m).
Le maillage a été réalisé de manière à avoir une résolution très fine au niveau du sol (cf.
Figure 3, Figure 5 et Figure 6) conduisant à un nombre de mailles très important : environ
260 000 nœuds ont été paramétrés. Le maillage comprend 111 plans en X (longueur), 111
plans en Y (largeur) et 21 plans en Z (hauteur).
Ce domaine privilégie la représentation de la dispersion au niveau du quartier situé autour de
la gare de l'Est. La modélisation explicite de l'intérieur de la gare n'est pas possible dans cette
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approche « quartier » car elle nécessiterait une description détaillée de l’architecture intérieure
(de l’ordre du mètre) incompatible avec une description d’un quartier de 1100 mètres par
1100 mètres. L’étude de la qualité de l’air à l’intérieur de la gare nécessiterait une étude
spécifique. C’est bien évidemment la description relative à l’impact du trafic ferroviaire
Diesel sur l’environnement du quartier qui a été menée par AIRPARIF.
Les différents niveaux verticaux :
Le premier niveau vertical du modèle caractérise le sol. L’injection des émissions du trafic
routier est effectuée au troisième niveau vertical du maillage (correspondant à une hauteur sol
de 2.2 m). Ceci correspond au deuxième niveau vertical « fluide » disponible et permet de
prendre en compte, de manière réaliste, la dispersion induite par les turbulences locales. Les
résultats des modélisations seront donc interprétés au quatrième niveau vertical, hauteur
descriptive des niveaux d’exposition des citadins et des mesures effectuées au sein des axes
de trafic.
Figure 3 : Discrétisation verticale utilisée dans la modélisation
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gare du
Nord
Rue du
Faubourg
St Martin
gare de
l’Est
Boulevard
Magenta
Figure 4 : Domaine d’étude – Vue isométrique
La Figure 4 montre les obstacles modélisés dans le cadre de cette étude ainsi que quelques
informations pratiques facilitant la localisation du quartier (voies ferrées, gares, boulevards
principaux).
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Figure 5 : Maillage - Vue de dessus
Figure 6 : Maillage - Vue isométrique
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2.2.
Situations météorologiques étudiées
La dispersion des polluants dépend fortement de la situation météorologique. Les données
principales qui définissent un cas météorologique sont la direction et la vitesse du vent, la
classe de stabilité atmosphérique1.
Pour cette étude, les situations météorologiques choisies ont été déterminées en choisissant les
situations les plus courantes et représentatives de la climatologie francilienne :
- Pour la direction du vent 2 :
a) un vent de direction sud ouest, 220 degrés entraînant une dispersion des
polluants vers le nord Est
b) un vent de direction nord est, 22 degrés entraînant une dispersion des
polluants vers le sud ouest.
- Pour la vitesse du vent :
a) un vent relativement fort de 5 m/s à 10 m.
b) un vent relativement faible de 2 m/s à 10 m.
- Pour la stabilité atmosphérique : classe D de Pasquill correspondant à une atmosphère
neutre.
Les paramètres des situations météorologiques sont récapitulés dans le Tableau 1 ci-dessous :
Situation
Stabilité
Direction du vent
Vitesse du vent
Notée 5D-SO
Neutre (D)
Sud-Ouest (220°)
5 m/s
Notée 2D-SO
Neutre (D)
Sud-Ouest (220°)
2 m/s
Notée 5D-NE
Neutre (D)
Nord-Est (22°)
5 m/s
Notée 2D-NE
Neutre (D)
Nord-Est (22°)
2 m/s
météorologique
Tableau 1 : Situations météorologiques retenues
Ces conditions ont été imposées en conditions initiales sur l’ensemble du domaine d’étude.
Elles correspondent globalement dans deux cas à des conditions de dispersion « favorables »
(5D) et dans les autres cas à des conditions de dispersion « défavorables » (2D).
La Figure 7 montre un exemple de conditions imposées aux limites du domaine pour la
vitesse du vent.
1 La stabilité atmosphérique définit l’état thermodynamique de l’atmosphère. La dispersion verticale des
polluants dépend de cet état thermodynamique représenté par le gradient thermique des basses couches de
l’atmosphère. La classification de Pasquill distribue la stabilité atmosphérique en 5 classes notées de A à F : la
classe A représente une atmosphère très instable (gradient très négatif), la classe D, une atmosphère neutre
(gradient nul) et la classe F, une atmosphère très stable (gradient très positif).
2 Les directions de vent sont données en degrés par rapport au Nord et indiquent la direction d’où vient le vent
(convention météorologique internationale). Un vent de 0° est donc un vent venant du Nord, un vent de 180° est
un vent venant du Sud.
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La température de l’atmosphère à 10 m d’altitude a été prise égale à 5 °C. La Figure 8 montre
le profil vertical de température imposée comme conditions aux limites du domaine. Cette
température atmosphérique assure une bonne représentativité des conditions de dispersion
hivernales, période de l’année où il existe un grand différentiel entre la température des gaz
polluants émis et la température ambiante.
Figure 7 : Exemple de conditions aux limites MERCURE pour la vitesse du vent (vent 2 m/s de direction
nord est)
Figure 8 : Conditions aux limites MERCURE pour la température
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2.3.
Etat initial en concentration de polluants
La qualité de l’air au niveau du quartier a été initialisée avec des sorties du modèle SIMPAR
en mode non-réactif (code HERMES, qui permet d’effectuer des modélisations de la pollution
de l’air au niveau de l’agglomération parisienne). Cette démarche permet d’assurer
l’homogénéité entre l’approche « échelle régionale » et l’approche « échelle locale ». Une
verticale de concentrations en polluant (pour le CO, les NOx et les particules) a été extraite du
calcul SIMPAR réalisé sur un domaine couvrant la région parisienne afin d’initialiser les
conditions aux limites sur le domaine MERCURE.
Le Tableau 2 présente les valeurs de concentration extraites du calcul SIMPAR pour chacun
des trois polluants :
Altitude sol (en m)
0
31
98
176
CO (en mg/m3)
NOx (en µg/m3)
0,63
0,63
0,23
0,11
72
72
31
17
Particules (en
µg/m3)
5,3
5,3
2,2
1,1
Tableau 2 : Concentrations en polluant extraites du calcul SIMPAR
Entre deux niveaux verticaux du modèle SIMPAR (par exemple, entre 31 m et 98 m), les
valeurs de concentrations introduites comme conditions aux limites du modèle MERCURE
ont été interpolées linéairement sur le maillage vertical.
Cette approche tridimensionnelle permet d’obtenir une verticale de concentration sur le
domaine étudié définissant ainsi un état initial. A partir de cet état initial, une situation
d’équilibre va rapidement apparaître lorsque les polluants émis par les différents émetteurs
locaux auront diffusé horizontalement et verticalement à travers tout le domaine.
2.4.
Emissions
A partir de l’examen des chroniques des mouvements de locomotives Diesel en gare de l’Est
fournies par la SNCF pour des jours ouvrables considérés comme représentatifs, une période
de 6 minutes a été particulièrement étudiée (9h15 - 9h20) faisant intervenir 3 locomotives
Diesel de type CC72000 en fonctionnement sur 3 voies proches conduisant ainsi à une
configuration majorante des émissions du trafic ferroviaire. Cette période correspond à
l’heure de pointe du matin en trafic routier.
La complexité des outils numériques mis en œuvre et les temps de calcul associés ainsi que la
multiplicité des scénarii à envisager imposent une limitation de la durée des émissions
ferroviaires à 6 minutes. Au demeurant, compte tenu des phénomènes décrits, cette durée
permet d’avoir une description robuste des impacts générés par le trafic routier et ferroviaire
dans le quartier de la gare de l’Est.
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2.4.1.
Mode d’injection des polluants
L’injection des polluants s’effectue de façon volumique au niveau des mailles émettrices (du
trafic routier et du trafic ferroviaire). L’échantillonnage temporel permet de prendre en
compte des rejets variables dans le temps.
2.4.2.
Trafic routier
Les données d’émissions résultant du trafic routier ont été calculées pour l’heure de pointe du
matin à l’aide de la suite logicielle SIMPAR d’AIRPARIF, pour un parc roulant représentatif
de l’année 2000 et avec les facteurs d’émission issus de la méthodologie européenne
normalisée COPERT 3, décrivant les émissions des principaux polluants atmosphériques par
les différents véhicules selon leur mode de circulation.
Les émissions sont calculées sur le réseau routier principal (réseau de la Direction Régionale
de l’Equipement Ile de France, DREIF 3). Elles sont considérées constantes au pas de temps
horaire.
La Figure 9 montre la localisation des émissions dans les rues du quartier de la gare de l’Est.
Seules les rues intégrées dans le réseau DREIF ont été renseignées en terme d’émission, les
émissions des rues secondaires étant faibles par rapport à celles des axes majeurs pris en
compte dans le réseau DREIF.
Il est également important de noter que des brins de trafic situés en dehors du domaine, et qui
n’ont pas été modélisés explicitement dans cette étude, auraient pu influencer partiellement
les niveaux de concentration en polluant pour des zones situées près des frontières du
domaine d’étude.
Par ailleurs, les autres émissions urbaines à l’intérieur du quartier n’ont pas été prises en
compte, compte tenu de leur volume limité et de leur homogénéité à l’échelle du quartier (par
exemple, les chauffages individuels).
3
Il peut arriver que le réseau routier utilisé sur Paris se retrouve localisé au niveau d’un bâtiment (le réseau
routier étant symbolique, constitué de brins reliés par des nœuds, il ne se superpose pas obligatoirement avec les
rues issues du cadastre. Dans ce cas, l’émission est affectée au niveau d’une maille proche représentative de la
rue telle que prise en compte dans le maillage MERCURE.
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Figure 9 : Localisation des émissions produites par le trafic routier.
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2.4.3.
Trafic ferroviaire à motorisation Diesel
Le trafic journalier moyen des locomotives à motorisation Diesel est de l’ordre de 80
mouvements quotidiens en gare de l’Est (source SNCF).
Trois types de locomotives sont utilisés lors de ces mouvements : BB67400 pour les liaisons
Ile-de-France, majoritairement CC72000 pour les liaisons grandes lignes (ex : Paris-Troyes,
Paris-Mulhouse ou Bâle) et des engins de manœuvre Y8000 pour le déplacement de rames.
Le mode de fonctionnement de ces locomotives peut être décomposé en quatre régimes
moteurs :
- le ralenti,
- le chauffage de rame (conditionnement de la rame avant le départ),
- le départ
- et l’arrivée.
Pour cette étude, nous avons retenu des scénarii faisant intervenir uniquement des
locomotives CC72000, pour deux raisons principales. Tout d’abord, ce type de locomotives
est très largement utilisé à la gare de l’Est et ensuite les niveaux d’émissions de polluants de
la CC72000 sont majorants par rapport à ceux de la BB67400 ou de la Y8000. En outre, nous
ne disposions de facteurs d’émission pour les particules que pour ce type de locomotive.
L’ensemble des facteurs d’émission a été fourni par la SNCF - Division Thermique
Transmissions (cf. Tableau 3). Aucune donnée d’émissions d’hydrocarbures n’était disponible
pour ces locomotives.
Les travaux n’ont donc été conduits que pour trois polluants : monoxyde de carbone (CO),
oxydes d’azote (NOx) et particules.
Polluant
CO
NOx
Particules
Ralenti/Arrivée
3103 g/h
577 g/h
259 g/h
Chauffage de rame
1600 g/h
7500 g/h
350 g/h
Départ (1 min)
1480 g/h
10420 g/h
425 g/h
Tableau 3 : Données d’émissions pour une locomotive CC72000 (source SNCF)
Les émissions à l’arrivée et au ralenti peuvent être considérées comme équivalentes dans la
mesure où l’effort de traction est nul lors de l’arrivée en gare.
Les différents modes de régime moteurs ont des caractéristiques d’émission très différentes.
Ainsi, le mode « Ralenti » produit 2 fois plus de CO que le mode « Départ ». A l’arrêt, le
mode « Chauffage de rame » est 13 fois plus émetteur de NOx que le mode « Ralenti », soit
7500 g/h de NOx 4. A contrario, les émissions de particules sont du même ordre de grandeur
pour les différents régimes moteurs.
4 Par comparaison, à 50 km/h, une voiture particulière moyenne émet 30 g/h de NOx et un poids lourd 165 g/h.
Pour les particules, les émissions sont respectivement de 1.5 g/h pour une voiture particulière et de 16 g/h pour
un poids lourd.
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L’étude du trafic ferroviaire à motorisation Diesel5 a permis de définir une situation type de
présence de ces locomotives à la gare de l’Est faisant intervenir 3 locomotives CC72000 (cf.
Figure 10).
1ère minute
2ème Æ 5ème minute
6ème minute
Figure 10 : Schéma de circulation des 3 locomotives Diesel
( V8,V10 et V11 sont les voies où les locomotives Diesel sont présentes)
Concernant le mode de fonctionnement des moteurs Diesel, 2 scénarii ont été définis :
- un scénario avec des modes de fonctionnement des locomotives Diesel en
stationnement entraînant des émissions fortes ( mode « Chauffage de rame »),
- un scénario avec les locomotives fonctionnant au ralenti après leur arrivée ou avant
leur départ.
Le scénario 1 fait intervenir la modélisation de trois locomotives Diesel CC72000 évoluant
pendant la période de référence (6 minutes) :
• une première locomotive stationnée en tête de quai6 voie n°8 durant toute la durée de
la simulation (type d'émission : chauffage de rame),
• une deuxième locomotive stationnée en tête de quai voie n°10 pendant les 5 premières
minutes (type d'émission : chauffage de rame), puis quittant la gare de l’Est la dernière
minute (type d'émission : départ),
• une troisième et dernière locomotive arrivant en voie n°11 pendant la 1ère minute
(type d'émission : arrivée) puis stationnant pendant 5 minutes en tête de quai (type
d'émission : ralenti).
Le scénario 2 est identique en terme de chronologie, seul le mode de fonctionnement des
locomotives change :
5
Les caractéristiques du trafic ferroviaire ont été fournies par la SNCF sur la base de relevés effectués le jeudi 1
février, le mardi 6 février et le mercredi 7 février 2001.
6
Tête de quai : c’est-à-dire à l’extrémité du quai situé côté gare
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•
•
•
une première locomotive voie n°8 (type d'émission : ralenti).
une deuxième locomotive voie n°10 pendant les 5 premières minutes (type d'émission:
ralenti), puis quittant la gare de l’Est la dernière minute (type d'émission : départ),
pas de changement pour la troisième locomotive.
Nous avons fait l’hypothèse que la totalité des polluants était émis à l’air libre, et donc que les
locomotives Diesel étaient situées en retrait de la verrière de la gare de l’Est. Les émissions
d’origine ferroviaire sont effectuées à 3 m au-dessus de celles liées au trafic routier afin de
tenir compte de la position surélevée d’évacuation des gaz sur une locomotive.
Le scénario 1 correspond au mode d’exploitation classiquement utilisé par la SNCF jusqu’à
l’année 2000. Selon la SNCF, le mode d’exploitation des locomotives Diesel a été modifié
depuis cette date afin de ne plus réaliser de conditionnement de rame en gare de l’Est (i.e. des
moteurs Diesel en mode « Chauffage de rame »). A terme, les locomotives CC72000 circulant
dans le quartier gare de l’Est doivent faire l’objet d’une remotorisation d’ensemble.
2.4.4.
Part respective des émissions du trafic ferroviaire Diesel et du trafic routier
La part relative, pour chaque polluant, des sources routières et des sources ferroviaires permet
d’évaluer l’importance de chaque type de source. Le Tableau 4 résume les quantités de
polluant émises sur l’ensemble du domaine d’étude pour la durée de l’épisode simulé.
Sources
(6 minutes de
fonctionnement)
Trafic routier
Locomotives du
scénario 1
Locomotives du
scénario 2
CO
NOx
Particules
16 kg
1.8 kg
197 g
628 g
1.6 kg
97 g
soit 3.9 % du trafic
routier
routier
routier
904 g
337 g
80 g
routier
routier
routier
Tableau 4 : Emissions des sources routiers et ferroviaires (période de référence : 6 minutes)
Il faut noter que cette comparaison est faite pour la seule période de 6 minutes. Evidemment,
le trafic routier est également émetteur de polluants avant et après cette période.
Le croisement des informations relatives aux mouvements Diesel en gare de l’Est avec les
émissions unitaires de ces motrices a permis d’évaluer les émissions de locomotives Diesel
pour un jour ouvrable type. Ainsi lors d’un jour ouvrable type, les locomotives émettent de
l’ordre de 68 kg de NOx et de 3.4 kg de particules. A titre de comparaison, 1 km de boulevard
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Magenta émet environ 60 kg de NOx et 6 kg de particules pour un jour moyen (année de
référence 2002 avec une circulation de 50 000 véhicules/jour).
Sur l’ensemble du domaine, les émissions du trafic routier pour un jour ouvrable type sont de
l’ordre de 270 kg pour les NOx et de 29.6 kg pour les particules (cf. Tableau 5). Sur le
domaine, les locomotives sont donc responsables d’environ 20 % des émissions totales
journalières pour les NOx et de 10 % des émissions journalières de particules.
Il faut noter que :
- Les émissions ferroviaires ont la particularité d’être très localisées aux abords des voies
ferrées alors que les émissions du trafic routier sont réparties dans les rues sur tout le
domaine d’étude. Les Figure 11, Figure 12 et Figure 13 représentent respectivement le
total des émissions sur la période de 6 minutes de CO, de NOx et de particules. Ces
émissions ont été normalisées à la valeur du maximum d’émission pour chaque polluant.
On remarque que pour les 3 polluants, les maxima sont localisés au droit des locomotives.
- Les émissions des locomotives Diesel sont fortement discontinues (liées aux mouvements
des locomotives) alors que les émissions du trafic routier sont réparties de manière
continue avec des maxima journaliers correspondant aux heures de pointes de la journée
(matin et soir).
Sources
(Jour Ouvrable Type)
CO
NOx
Particules
Trafic routier
2400 kg/jour
270 kg/jour
29.6 kg/jour
Locomotives
21 kg/jour
68 kg/jour
3.4 kg/jour
Trafic routier pour
l’ensemble de Paris
191 tonnes/jour
35 tonnes/jour
3.3 tonnes/jour
Tableau 5 : Emissions du trafic routier et du trafic ferroviaire Diesel pendant une journée ouvrable type
et sur le domaine d’étude.
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Figure 11 : Emissions relatives de CO dans le domaine
(la base 100 représente la valeur maximale d'émission)
Figure 12 : Emissions relatives de NOx dans le domaine
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Figure 13 : Emissions relatives de particules dans le domaine
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3. RESULTATS
3.1.
Préambule
Les résultats obtenus par modélisation permettent d’estimer les concentrations en tout point
du domaine d’étude pour les 4 espèces polluantes traitées (champs de concentration en NOx
totaux, en NOx d’origine ferroviaire, en CO et en particules). A l’aide de ces champs de
concentration, il est possible d’évaluer la part prise par le trafic ferroviaire Diesel dans les
concentrations de polluant, au regard des contributions des autres composantes de la
pollution : pollution de fond et pollution locale provoquée par le trafic routier.
Cependant les résultats obtenus avec un modèle tri-dimensionnel (3D) sont des concentrations
en polluant pour des situations météorologiques particulières et pour des durées de simulation
généralement faibles. La complexité des modélisations à conduire et les temps de calcul
associés ne permettent en effet que de décrire les phénomènes de pollution pour des durées
très limitées. Ces résultats ne sont donc pas directement comparables aux mesures provenant
de stations automatiques du réseau AIRPARIF qui effectuent des mesures au pas de temps
horaire ou quart-horaire. A fortiori, ces résultats instantanés ne sont pas non plus comparables
aux valeurs des seuils réglementaires de qualité de l’air définis pour des périodes horaires et
annuelles. Un résumé de la réglementation en vigueur est fournie en annexe (Annexe 1).
Des vues en 3 dimensions ou des cartes en 2 dimensions sont des éléments de compréhension
simples permettant d’appréhender la dispersion et la distribution de polluant dans le domaine
étudié, en particulier au niveau de la gare de l’Est et de ses environs. Ce type de modélisation
permet d’évaluer la dispersion atmosphérique des rejets de polluants au niveau du site, avec
notamment la prise en compte de l’effet des bâtiments.
Les résultats se présentent sous la forme de cartographies sur le domaine d’étude, des champs
de vent et des champs de concentration en polluant pour une hauteur de 3.6 m par rapport au
sol.
Les figures suivantes illustrent :
• des vues globales de l’écoulement (champ de vent, vecteurs vitesses, lignes de
courant),
• les formes et positions du panache polluant pour les scénarii traités, les champs de
concentration horizontaux à proximité du sol.
Afin d’évaluer la contribution des émissions des locomotives Diesel dans les concentrations
simulées dans le quartier, la modélisation a été effectuée en 2 phases :
- phase 1 : modélisation des champs de concentration en polluant en présence de trafic
routier mais en l’absence totale d’émissions dues aux locomotives Diesel
- phase 2 : rajout de la contribution des locomotives Diesel.
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3.2.
Phase 1 : modélisation du quartier sans trafic ferroviaire Diesel
La modélisation de l’écoulement permet de représenter les champs de vent pour une condition
météorologique donnée. Cette distribution va fortement influencer la dispersion des polluants
depuis leurs lieux d’émission.
L’injection de manière continue de polluants dans cet écoulement conduit à l’instauration
d’un état stationnaire des champs de concentration en polluant. Cet état stationnaire est
représentatif d’une situation rencontrée le matin, pendant l’heure de pointe du trafic routier et
en l’absence de trafic ferroviaire Diesel.
La phase 1 de modélisation permet de caractériser le site juste avant la mise en circulation des
locomotives Diesel. Lors de la phase 2, une période transitoire de 6 minutes sera simulée avec
la mise en fonctionnement de locomotives Diesel.
3.2.1.
Visualisation de l’écoulement
Les Figure 14, Figure 15 et Figure 16 représentent des coupes horizontales du champ de vent
pour différentes situations météorologiques. Elles permettent d’analyser le comportement
global de l’écoulement autour du relief et des bâtiments.
Ces figures montrent l’extrême complexité des champs de vent et des écoulements associés
dans un environnement urbain dense. Les positions relatives des bâtiments, leur densité et le
relief environnant entraînent de fortes hétérogénéités du vent (i.e. zones d’accélération, zones
de très faibles vents, zones de décollement , zones de recirculations à l’arrière des obstacles et
de canalisations dans les rues).
Figure 14 : Circulation de l’écoulement (vent 5 m/s de direction sud ouest)
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Zone de très
faible vent en
aval de
l’obstacle
Figure 15 : Ecoulement : champ des vitesses (vent 5 m/s de direction sud ouest)
Figure 16 : Ecoulement : champ des vitesses (vent 2 m/s de direction sud ouest)
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3.2.2.
Champs de concentration en polluants en l’absence de trafic ferroviaire Diesel
Cette première phase permet de modéliser la qualité de l’air du quartier en l’absence de trafic
ferroviaire Diesel, pour 3 polluants : le monoxyde de carbone CO, les oxydes d’azote NOx et
les particules. Le trafic ferroviaire sera pris en compte dans une seconde phase où les
polluants émis par les locomotives Diesel rajouteront leur contribution aux champs de
concentration.
La Figure 17 représente le champ de concentration en CO pour un vent de 5 m/s de direction
sud ouest. Au niveau des rues, les champs de concentration en CO sont très hétérogènes et
varient autour d’une valeur médiane d’environ 4 mg/m3. Cependant les valeurs simulées
peuvent localement atteindre des concentrations de l’ordre de 6 mg/m3.
Pour un vent de 2 m/s, les concentrations en CO sont relativement plus élevées du fait de la
moindre dispersion des polluants au niveau des rues (de l’ordre de 10 mg/m3 cf. Figure 18). A
titre de comparaison, pour l’année 2001, le maximum de concentration mesurée pendant
l’heure de pointe du matin du trafic était de 7.2 mg/m3 pour la station « quai des Célestins » et
7.4 mg/m3 pour la station trafic « place Victor Basch ». Lorsque l’on descend en résolution
temporelle au niveau des mesures quart-horaires, les maxima des concentrations moyennées
sur 15 minutes ont atteint les jours correspondants aux maxima horaires cités ci-dessus, 8.9
mg/m3 pour la station « quai des Célestins » et 9.2 mg/m3 pour la station « place Victor
Basch ».
Figure 17 : Champ de concentration en CO pendant l’heure de pointe de trafic du matin (vent 5 m/s de
direction sud ouest)
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Figure 18 : Champ de concentration en CO pendant l’heure de pointe du trafic du matin (vent 2 m/s de
La Figure 19 représente le champ de concentration de NOx pour un vent de 5 m/s et de
direction sud ouest. Elle met en évidence l’existence de valeurs localement relativement
élevées. Les axes à fort trafic routier ressortent clairement des valeurs de fond, avec des
valeurs supérieures à 400 µg/m3.
Figure 19 : Champ de concentration en NOx pendant l’heure de pointe de trafic du matin (vent 5 m/s de
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La Figure 20 représentant une isosurface7 de NOx de valeur 400 µg/m3 permet d’identifier les
endroits du domaine où les concentrations instantanées sont supérieures à cette valeur.
Figure 20 : Isosurface de NOx à la valeur de 400 µg/m3 (vent 5 m/s de direction sud ouest)
Pour un vent de 5 m/s et de direction nord est, les résultats sont globalement similaires (cf.
Figure 21), avec des maxima ponctuels pouvant aller jusqu’à 900 µg/m3.
Figure 21 : Champ de concentration en NOx pendant l’heure de pointe de trafic du matin (vent 5 m/s
direction nord est)
7 Isosurface : on rappelle qu’une isosurface de valeur X est l’enveloppe à l’intérieure de laquelle la concentration
en polluant est supérieure ou égale à X .
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Par contre, lorsque le vent devient plus faible (2 m/s de direction sud ouest ou de direction
nord est), les concentrations en NOx sont en moyenne de l’ordre de 1000 µg/m3, avec des
maxima très localisés pouvant aller jusqu’à 1400 µg/m3 (cf. Figure 22 et Figure 23).
Figure 22 : Champ de concentration en NOx pendant l’heure de pointe de trafic du matin (vent 2 m/s
Figure 23 : Champ de concentration de NOx pendant l’heure de pointe de trafic du matin (vent 2 m/s de
direction nord est)
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Concernant les particules, les concentrations au niveau des rues sont de l’ordre de 50 µg/m3
avec des maxima locaux de l’ordre de 100 µg/m3 (cf. Figure 24 et Figure 25) pour un vent de
5 m/s.
Figure 24 : Champ de concentration en particules pendant l’heure de pointe de trafic du matin (vent 5 m/s
de direction sud ouest)
de direction nord est)
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Pour un vent de 2 m/s, les maxima de concentrations deviennent plus élevées (de l’ordre de
150 µg/m3 pour une direction de vent nord est, cf. Figure 26, 100 µg/m3 pour une direction de
vent sud ouest, cf. Figure 27).
de direction nord est)
de direction sud ouest)
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3.2.3.
Analyse de la qualité de l’air simulée
Rappelons que les résultats obtenus avec le modèle MERCURE constituent des valeurs de
concentrations en polluant pour des situations météorologiques spécifiques. Au sein d’une rue
particulière, la complexité des écoulements peut bien évidemment conduire à des
concentrations ponctuelles de polluants différentes à des instants particuliers. Dans cette
première phase, ces résultats permettent de diagnostiquer la situation dans le quartier de la
gare de l’Est en l’absence de la contribution des émissions générées par le trafic ferroviaire
Diesel. La période de la journée étudiée correspond à l’heure de pointe matinale du trafic avec
des niveaux d’émission de polluants élevés.
Globalement, les modélisations numériques du niveau d’ambiance du quartier montrent que
les niveaux de pollution atteints dans le quartier de la gare de l’Est correspondent aux valeurs
communément mesurées par le réseau automatique d’AIRPARIF pour des points éloignés du
trafic routier. Ces niveaux sont représentatifs de situation de fond en paysage urbain dense.
En situation de proximité des émetteurs, les concentrations en NOx peuvent atteindre
localement des valeurs élevées (de l’ordre de 900 µg/m3 pour un vent de 5 m/s). Il faut noter
que ces valeurs sont des maxima spatialement très localisés à certains niveaux des principales
artères du quartier et de leurs intersections (le boulevard Magenta, la rue Lafayette et la rue du
Faubourg St Martin). Des valeurs importantes sont aussi observées pour le CO (de l’ordre de
6-7 mg/m3) et pour les particules (de l’ordre de 70 µg/m3).
Pour un vent plus faible (2 m/s), la dispersion des polluants émis dans chaque rue devient
moins efficace au niveau du sol. En conséquence, les concentrations en situation de proximité
du trafic peuvent atteindre des valeurs encore plus élevées. Localement, les concentrations
peuvent être de l’ordre 1200 µg/m3 pour les NOx et de l’ordre de 150 µg/m3 pour les
particules.
Les répartitions géographiques des champs de concentration simulés sont en bon accord avec
les résultats obtenus lors de la campagne de mesure de l’hiver 2001 (cf. rapport AIRPARIF Etude de la qualité de l'air dans le secteur de la gare de l’Est - Juillet 2001). Les points de
prélèvement proches d’un trafic routier important s’étaient montrés fortement influencés par
les émissions du trafic routier (cette influence moyenne était mesurée par des tubes à diffusion
pour le benzène laissés sur place pendant une période d’un mois).
Les modélisations numériques des niveaux de proximité sont représentatives de niveaux
observés près d’axes où le trafic routier est important (en heure de pointe : de l’ordre de 3000
véhicules/heure pour le Boulevard Magenta, 2000 véhicules/heure pour la Rue Lafayette et
3000 véhicules/heure pour la Rue du Faubourg St Martin). Ces effets sont amplifiés par la
présence d’un bâti dense associé à un relief conséquent.
A titre de comparaison, les maxima horaires pour l’année 2001 pour les stations de mesure de
proximité situées Place V. Basch, Auteuil périphérique, et Quai des Célestins sont pour
l’heure de pointe du matin ( HPM cf. Tableau 6) :
- Pour les NOx, de 1074 µg/m3 pour la station V. Basch, de 1604 µg/m3 pour la station
Auteuil périphérique et de 1362 µg/m3 pour la station Quai des Célestins.
- Pour les particules, de 116 µg/m3 pour la station de la place V. Basch et de 130 µg/m3
pour la station du Bd Périphérique Auteuil.
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Toutes heures confondues, les maxima horaires en concentration de NOx mesurés pour
l'année 2001 sont de : 1279µg/m3 pour la station V. Basch, 1760 µg/m3 pour la station Auteuil
périphérique et de 1835 µg/m3 pour la station quai des Célestins. Si l’on descend en résolution
quart-horaire, les valeurs maximales de concentration en NOx mesurées sur ces trois stations
trafic d’AIRPARIF sont de : 1368 µg/m3 pour la place V. Basch, 2034 µg/m3 pour la station
Auteuil périphérique et 2085 µg/m3 pour la station quai des Célestins.
Toutes heures confondues, les maxima horaires en particules mesurés pour l’année 2001 sont
de : 124 µg/m3 pour la station V. Basch et 203 µg/m3 pour la station Auteuil périphérique. En
résolution quart-horaire, les valeurs maximales de concentration en particules mesurées sur
ces deux stations trafic d’AIRPARIF sont de : 125 µg/m3 pour la place V. Basch et 239 µg/m3
pour la station Auteuil périphérique.
Concentration
maximale en polluant
Place V. Basch
NOx (HPM)
1074 µg/m
Particules (HPM)
116 µg/m
NOx toutes heures
confondues
Particules toutes heures
confondues
NOx mesure quarthoraire
Particules mesure quarthoraire
3
3
3
1760 µg/m
3
124 µg/m
3
Auteuil périphérique
3
1604 µg/m
Quai des Célestins
3
1362 µg/m
3
130 µg/m
3
1279 µg/m
3
1835 µg/m
3
203 µg/m
3
3
1368 µg/m
2034 µg/m
2085 µg/m
3
239 µg/m3
-
125 µg/m
Tableau 6 : Concentrations horaires et quart-horaires maximales observées en 2001 sur 3 stations trafic
du réseau AIRPARIF pour les NOx et les particules.
3.3.
Phase 2 : modélisation du quartier avec trafic ferroviaire Diesel
L’objectif de cette deuxième phase est de quantifier l’influence du fonctionnement des
locomotives Diesel sur la qualité de l’air dans le secteur de la gare de l’Est.
Les scénarii de circulation des trains retenus font intervenir trois locomotives Diesel évoluant
simultanément pendant une durée de 6 minutes, avec une arrivée, un départ et des
stationnements à quai. Pour les locomotives stationnées, deux modes de fonctionnement des
moteurs Diesel ont été simulés : le scénario 1 avec de fortes émissions de NOx d’origine
ferroviaire (i.e. des locomotives en mode « Chauffage de rame » et des locomotives en
mouvement) et le scénario 2 avec des émissions de NOx beaucoup moins élevées (i.e. des
locomotives en mode « Ralenti » et des locomotives en mouvement).
Les NOx d’origine ferroviaire ont été distingués afin d’évaluer la dispersion des polluants
émis par les locomotives Diesel sur l’ensemble du domaine et leur contribution spécifique aux
niveaux mesurés dans l’environnement.
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Cas particulier du monoxyde de carbone CO :
Les locomotives Diesel sont de faibles émetteurs de CO par rapport au trafic routier (cf.
Tableau 4). Ces émissions ont donc peu d’effet sur les concentrations en CO simulées sur le
quartier. La Figure 28 confirme que les champs de CO simulés, pour un vent de 5 m/s de
direction sud ouest, ne sont pas fortement influencés par les sources d’origine ferroviaire. En
conséquence, nous focaliserons notre attention sur les deux autres polluants : NOx et
particules, qui par ailleurs posent des problèmes plus marqués en matière de pollution
atmosphérique en Ile de France.
Figure 28 : Champ de concentration en CO et à t=6 minutes, vent 5m/s de direction sud ouest, à t=6
minutes (locomotives en mode « Chauffage de rame ).
Pour le scénario 1, les simulations ont été effectuées pour toutes les configurations
météorologiques. Pour le scénario 2 avec des locomotives Diesel stationnées en mode
« ralenti », seule la configuration météorologique avec un vent de 5 m/s de direction sud ouest
a été modélisée.
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3.3.1.
Dans cette configuration, la présence de deux locomotives Diesel stationnées en tête de quai
en mode « Chauffage de rame » entraîne la formation au Nord Est de la gare d’un panache
avec des concentrations en NOx supérieures à 500 µg/m3 (cf. Figure 29). Ces concentrations
peuvent atteindre localement des valeurs supérieures à 1000 µg/m3 (cf. Figure 30). Ce
panache se disperse ensuite dans la zone Nord Est du domaine. A cet endroit, sa contribution
s’ajoute aux champs de concentration dus au trafic routier pour donner des concentrations en
NOx de l’ordre de 750 µg/m3, imputables à l’ensemble des émetteurs du quartier.
Figure 29 : Champ de concentration en NOx, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t= 6 minutes (avec
isocontour 500 µg/m3)
Figure 30 : Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m3, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes
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Les concentrations en particules sont elles aussi fortement influencées par les émissions
ferroviaires (cf. Figure 31 et Figure 32). A proximité des locomotives, les concentrations en
particules sont supérieures à 100 µg/m3. Dans le quartier situé au Nord Est du domaine, les
concentrations en particules sont de l’ordre de 50 µg/m3.
Figure 31 : Champ de concentration en particules, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t= 6 minutes (avec
Figure 32 : Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m3, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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3.3.2.
Pour cette configuration, les résultats sont globalement similaires aux résultats présentés
précédemment pour un vent de direction sud ouest. Cependant le changement de direction du
vent modifie sensiblement la forme du panache. L’influence de la gare (située sous le vent par
rapport aux lieux d’émissions des locomotives Diesel) entraîne une dispersion verticale plus
efficace et les concentrations simulées dans le voisinage du parvis devant la gare sont réduites
de 50 % par rapport aux concentrations au droit des locomotives.
Figure 33 : Champ de concentration en NOx, vent 5 m/s de direction nord est, à t= 6 minutes (avec
Figure 34 : Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m3, vent 5 m/s de direction nord est, à t=6 minutes
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Figure 35 : Champ de concentration en particules, vent 5 m/s de direction nord est, à t= 6 minutes (avec
Figure 36 : Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m3, vent 5 m/s de direction nord est, à t=6 minutes
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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3.3.3.
Scénario1 : Vent de 2 m/s et de direction sud ouest
Dans cette configuration, les concentrations augmentent car la dispersion est devenue moins
efficace. En conséquence, les valeurs de concentration en NOx vont être supérieures à celles
simulées pour un vent de 5 m/s. La Figure 37 montre que ces valeurs peuvent atteindre
localement les 1800 µg/m3. L’extension du panache représentée par l’isosurface 1000 µg/m3
est également plus importante (cf. Figure 38).
Figure 37 : Champ de concentration en NOx, vent 2 m/s de direction sud ouest, à t= 6 minutes (avec
Figure 38 : Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m3, vent 2 m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes
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Ce phénomène s’observe également pour le champ de concentration en particules (cf. Figure
39 et Figure 40).
Figure 39 : Champ de concentration en particules, vent 2 m/s de direction sud ouest, à t= 6 minutes (avec
Figure 40 : Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m3, vent 2 m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes
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3.3.4.
Dans cette configuration (vent nord est), les polluants sont rabattus sur la gare. Ainsi, même si
la dispersion est moins efficace par vent de 2 m/s, les valeurs de concentration en NOx
observées sous le vent ne vont pas atteindre des valeurs aussi importantes que sous un vent de
même intensité de direction sud ouest. Les valeurs maximales restent localisées au droit des
locomotives (cf. Figure 41). La dispersion des polluants s’effectue en grande partie sur la
verticale comme l’illustre la Figure 42, avec un panache représenté par l’isosurface à 1000
µg/m3 passant par dessus les bâtiments.
Figure 41 : Champ de concentration en NOx, vent 2 m/s de direction nord est, à t= 6 minutes (avec
Figure 42 : Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m3, vent 2 m/s de direction nord est, à t=6 minutes
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Ce phénomène s’observe également pour le champ de concentration en particules (cf. Figure
43 et Figure 44).
Figure 43 : Champ de concentration en particules, vent 2 m/s de direction nord est, à t= 6 minutes (avec
Figure 44 : Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m3, vent 2 m/s de direction nord est, à t=6 minutes
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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3.3.5.
Dans le scénario 2, les locomotives Diesel stationnées en tête de quai ont un mode de
fonctionnement des moteurs type « Ralenti ».
La Figure 45 montre les champs de concentration en NOx, à t = 5 minutes, c’est à dire lorsque
les 3 locomotives Diesel sont en mode « Ralenti ». La dernière minute, une des locomotives
quittera la gare (et passera donc en mode de fonctionnement « Départ »).
L’impact sur la qualité de l’air du quartier est beaucoup moindre que lorsque 2 locomotives
étaient en mode « Chauffage de rame ». En effet, ce mode de fonctionnement des moteurs est
13 fois moins émetteur en NOx que le mode « Chauffage de rame » (cf. Tableau 3 : Données
d’émissions pour une locomotive CC72000 (source SNCF)).
A la dernière minute de simulation (cf. Figure 46), une des 3 locomotives quitte la gare,
entraînant la formation d’un panache de NOx à des concentrations de l’ordre de 1000 µg/m3
comme le montre l’isosurface représentée sur la Figure 47. Ce type de phénomène avait été
observé lors de la campagne de mesure menée sur le pont Lafayette surplombant les voies de
chemin de fer (cf. rapport AIRPARIF - Etude de la qualité de l'air dans le secteur de la gare
de l’Est - Juillet 2001 page 37-39) .
Figure 45 : Champ de concentration en NOx, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t = 5 minutes et
locomotives stationnées en mode « Ralenti ».
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Figure 46 : Champ de concentration en NOx, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t = 6 minutes et
Figure 47 Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m3, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes,
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Figure 48 : Champ de concentration en particules, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t = 6 minutes et
Figure 49 Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m3, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t=6 minutes,
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4. INTERPRETATION DES RESULTATS
4.1.
Contribution des sources ferroviaires Diesel aux niveaux de pollution
Les résultats de cette deuxième phase permettent d’évaluer la situation dans le quartier de la
gare de l’Est avec la contribution des émissions générées par le trafic ferroviaire Diesel. Les
figures qui suivent présentent ainsi le pourcentage de contribution du trafic ferroviaire Diesel
dans les concentrations en NOx et en particules estimées du quartier de la gare de l’Est. Nous
nous sommes volontairement placés dans une situation majorante du point de vue de la
contribution des locomotives Diesel en supposant que les locomotives stationnées en tête de
quai fonctionnaient selon le mode « Chauffage de rame ». Une comparaison avec le mode
moins émetteur « Ralenti » a été effectuée pour la situation météorologique caractérisée par
un vent de direction sud-ouest et de vitesse 5 m/s. Pour chaque figure est représentée
l’isocontour de contribution 25 % permettant d’estimer visuellement l’emprise de l’impact
significatif des motrices Diesel sur la qualité de l’air.
Figure 50 : Locomotives stationnées en mode « Ralenti » : pourcentages de concentration en NOx dus aux
émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 5 m/s de direction sud ouest)
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Figure 51 : Locomotives stationnées en mode « Chauffage de rame » : pourcentages de concentration en
NOx dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 5 m/s de direction sud ouest)
NOx dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 5 m/s de direction nord est)
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NOx dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 2 m/s de direction sud ouest)
NOx dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 2 m/s de direction nord est)
Ces figures montrent que la contribution du trafic ferroviaire Diesel dans les environs proches
des voies ou de la gare de l’Est peut être importante pour les oxydes d’azote. Ainsi,
l’isocontour de contribution 25% délimite une zone d’emprise non négligeable comprenant la
proximité immédiate des voies et la zone située sous le vent des émissions Diesel.
Par direction de vent nord-est, le rayon d’influence des motrices Diesel de part et d’autre des
voies est de l’ordre de 35-40 m et la propagation dans le quart sud-ouest du domaine concerne
le parvis de la gare de l’Est ainsi que les zones d’habitation jusqu’à une distance de 100 m
(par vent de 2m/s) ou 200 m (par vent de 5m/s).
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Par direction de vent sud ouest, la contribution relative des motrices Diesel est
comparativement plus étendue aux abords des sources émettrices. Le rayon d’influence de
part et d’autre des voies se situe plutôt aux alentours de 75-90 m et il a tendance à s’élargir en
s’éloignant de la gare. L’impact sur les zones d’habitation au nord-ouest du domaine est
également plus large que dans la configuration vent de nord-est touchant les zones
d’habitation jusqu’à une distance de 200 m (par vent de 2 m/s) à 400 m (par vent de 5 m/s).
Cet effet s’explique bien par le fait déjà évoqué que la direction du vent conditionne en
grande partie la forme du panache des émissions des motrices Diesel. En régime de nord est,
l’influence de la gare (située sous le vent par rapport aux lieux d’émissions des locomotives
Diesel) entraîne une dispersion verticale plus efficace et les concentrations simulées dans le
voisinage du parvis devant la gare sont réduites de 50 % par rapport aux concentrations au
droit des locomotives. Cette contribution est plus importante lorsque les locomotives
stationnées en tête de quai sont en mode « Chauffage de rame », comme en témoigne la
comparaison entre la Figure 50 et la Figure 51.
Afin d’évaluer la contribution relative des émissions ferroviaires Diesel pour les particules,
une simulation a été effectuée en distinguant les particules d’origine ferroviaire. Compte tenu
des contraintes de temps de calcul, cette simulation n’a été réalisée que pour une seule
direction de vent (sud ouest).
Les résultats sont présentés sur la Figure 55 pour un vent de 5m/s et sur la Figure 56 pour un
vent de 2 m/s. Ils montrent que la contribution relative du trafic ferroviaire Diesel en terme de
particules est du même ordre de grandeur que pour les NOx à proximité immédiate des voies.
Cependant pour le quartier situé sous le vent des émissions ferroviaire Diesel, cette
contribution apparaît plus limitée que celle des NOx. L’emprise spatiale de la limite des 25 %
y est réduite d’environ un tiers par rapport à celle des NOx.
particules dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 5 m/s de direction sud ouest)
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particules dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 2 m/s de direction sud ouest)
4.2.
Evaluation des zones d’impact maximales
Afin de quantifier plus précisément l’impact des locomotives Diesel sur la qualité de l’air du
quartier dans les différentes configurations, les concentrations estimées à t=6 minutes ont été
étudiées pour trois lieux particuliers :
1. le parvis situé devant la gare de l’Est,
2. l’abord immédiat des voies ferrées,
3. le quartier situé sous le vent (au nord est du domaine pour un vent de sud ouest et au
sud ouest du domaine pour un vent de nord est)
L’impact des locomotives Diesel sur ces 3 lieux dépend des conditions météorologiques et du
niveau d’émission des locomotives Diesel (et donc de leurs modes de fonctionnement).
Du fait de la forte densité en bâtiment, les flux d’air sont canalisés et le lieu d’émission des
polluants va conditionner la dispersion des polluants. Ainsi l’axe des voies constitue une
direction privilégiée de dispersion des polluants émis par les locomotives Diesel pour un vent
de direction sud ouest. Par vent de direction nord est, l’effet du bâtiment de la gare devient
primordial sur le niveau de dispersion des polluants. De plus, le positionnement des rues par
rapport au vent et la présence d’ intersections jouent un rôle important dans la façon dont les
polluants vont être transportés au niveau des rues situées en aval des locomotives en
fonctionnement.
Par vent de direction sud ouest (situation météorologique la plus courante en Ile de France), la
dispersion des émissions ferroviaires s’effectuent sous forme d’un panache évoluant le long
des voies de chemin de fer, s’élargissant progressivement puis se dispersant dans les rues
situées dans la partie nord est du domaine. Le pourcentage de la concentration en NOx
d’origine ferroviaire peut atteindre localement de l’ordre de 90 % aux abords des voies ferrées
et de l’ordre de 60-70 % pour le quartier situé sous le vent. En valeur absolue, ces
pourcentages correspondent à des concentrations maximales :
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¾ Pour un vent de 2 m/s : de l’ordre de 1800 µg/m3 pour les voies ferrées et
1000 µg/m3 pour le quartier situé sous le vent (cf. Figure 37).
¾ Pour un vent de 5 m/s : de l’ordre de 1400 µg/m3 pour les voies ferrées et
750 µg/m3 pour le quartier situé sous le vent (cf. Figure 29).
Par vent de direction nord est, la présence de la gare sous le vent entraîne une extension
verticale du panache plus importante que pour un vent de direction sud ouest. La dispersion
verticale des émissions y est donc beaucoup plus efficace contribuant de fait à des
concentrations au sol moins importantes. Cet effet est relativement plus important pour des
faibles vents (2 m/s) dont l’intensité ne permet pas une dispersion efficace par le côté du
bâtiment. Dans ce cas, les polluants sont préférentiellement dispersés par le dessus du
bâtiment de la gare. Le pourcentage de la concentration en NOx d’origine ferroviaire est au
maximum de l’ordre de 70 à 80 % sur le parvis, de l’ordre de 90 % aux abords des voies
ferrées et de 60 à 85 % pour le quartier situé sous le vent. En valeur absolue, ces pourcentages
correspondent à des concentrations maximales :
¾ Pour un vent de 2 m/s : de l’ordre de 1000 µg/m3 pour le parvis, de 1500
µg/m3 pour les voies ferrées et de 1200 µg/m3 pour le quartier situé sous le
vent.
¾ Pour un vent de 5 m/s : de l’ordre de 1200 µg/m3 pour le parvis, de 1000
µg/m3 pour les voies ferrées et 1000 µg/m3 pour le quartier situé sous le
vent.
4.3.
Etude des phénomènes de persistance
L’impact du trafic ferroviaire Diesel ne disparaît pas immédiatement après le départ ou l’arrêt
des locomotives Diesel. Pour étudier cette persistance des polluants d’origine ferroviaire dans
l’air du quartier, les émissions des locomotives ont été stoppées à t=6 minutes. La simulation
a été prolongée en l’absence totale d’émission de locomotives Diesel (de 4 minutes pour un
vent de 5 m/s et de 9 minutes pour un vent de 2 m/s).
La Figure 57 montre l’évolution du pourcentage de NOx d’origine ferroviaire 0, 2 et 4
minutes après l’extinction des moteurs Diesel pour un vent de 5 m/s et de direction sud ouest.
La Figure 58 montre l’évolution du pourcentage de particules d’origine ferroviaire 0, 2 et 4
La Figure 59 montre l’évolution du pourcentage de NOx d’origine ferroviaire 0, 2 et 4
minutes après l’extinction des moteurs Diesel pour un vent de 5 m/s et de direction nord est.
La Figure 60 montre l’évolution du pourcentage de NOx d’origine ferroviaire 0, 2, 4 et 9
minutes après l’extinction des moteurs Diesel pour un vent de 2 m/s et de direction nord est.
La Figure 61 montre l’évolution du pourcentage de NOx d’origine ferroviaire 0, 2, 4 et 9
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Ces figures montrent que la concentration des NOx et de particules d’origine ferroviaire chute
relativement rapidement après l’extinction des sources ferroviaires. Cette décroissance est
néanmoins fonction de la situation météorologique. Moins l’atmosphère est dispersive et plus
on observe une persistance des concentrations de polluants issus des motrices Diesel. En
situation peu dispersive (vent de 2m/s), il faut attendre de l’ordre de 9 minutes après
l’extinction des moteurs Diesel pour que la contribution des émissions des motrices ait
quasiment disparu, en situation plus dispersive (vent de 5 m/s), la durée nécessaire est plutôt
de l’ordre de 4 minutes.
Les durées de persistance de la contribution du trafic ferroviaire Diesel illustre bien le fait que
les émissions associées à ce trafic reste limitée dans le temps à une période de quelques
minutes alors que l’influence du trafic routier est omniprésente avec des émissions réparties
tout au long de la journée. Néanmoins, l’influence continue des émissions directes des
locomotives associées aux phénomènes d’extinction mis en évidence pourrait conduire dans
l’hypothèse d’un nombre de mouvements répétés, dans un laps de temps réduit, l’heure par
exemple, à une persistance forte de la contribution des émissions ferroviaires Diesel aux
niveaux de pollution observés dans le quartier concerné.
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Figure 57 : Pourcentage de NOx d’origine ferroviaire 0, 2 et 4 minutes après l’extinction des locomotives
en mode « Chauffage de rame » (vent 5 m/s de direction sud ouest).
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Figure 58 : Pourcentage de particules d’origine ferroviaire 0, 2 et 4 minutes après l'extinction des
locomotives en mode « Chauffage de rame » (vent 5 m/s de direction sud ouest)
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Figure 59 : Pourcentage de NOx d’origine ferroviaire 0, 2 et 4 minutes après l’extinction des locomotives
en mode « Chauffage de rame » (vent 5 m/s de direction nord est).
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t = 0 min après extinction des locomotives
Figure 60 : Pourcentage de NOx d’origine ferroviaire 0, 2, 4 et 9 minutes après l'extinction des
locomotives en mode « Chauffage de rame » ( vent 2 m/s de direction nord est)
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Figure 61 : Pourcentage de NOx d’origine ferroviaire 0, 2, 4 et 9 minutes après l'extinction des
locomotives en mode « Chauffage de rame » ( vent 2 m/s de direction sud ouest)
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4.4.
Synthèse des principaux résultats
Le tableau qui suit (Tableau 7) permet de récapituler les principales informations concernant
la contribution du trafic ferroviaire Diesel aux niveaux de pollution du quartier de la gare de
l’Est.
Les principales propriétés de dispersion des émissions Diesel au sein du quartier qui ont pu
être mises en évidence dans le cadre de cette étude sont les suivantes :
1. un vent fort (5 m/s) entraîne une dispersion plus importante des polluants au sein du
quartier entraînant des contributions des sources ferroviaires relativement plus
élevées pour des points éloignés de la source de pollution que pour un vent plus
faible (2 m/s). A contrario, cette plus grande dispersion entraîne une persistance
temporelle moindre des polluants. Les niveaux de pollution en valeur absolue sont
néanmoins moindres en tout point du domaine par vent fort que par vent faible, à
l’exception de la zone du parvis de la gare de l’Est par vent de secteur nord-est.
2. la présence du bâtiment de la gare juste sous le vent des locomotives Diesel dans ce
cas (vent de secteur nord est) entraîne en effet une dispersion verticale des polluants.
Cet effet est relativement plus important pour des faibles vents (2 m/s) dont
l’intensité ne permet pas de transporter latéralement les polluants de façon efficace
par le coté ouest du bâtiment. Dans ce cas, les polluants sont préférentiellement
dispersés par le dessus du bâtiment de la gare.
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Situation
météorologique
Zones d’étude
Parvis
Voies ferrées
Direction SO
Vent 2/ms
Persistance dans ce
quartier
Situé au Nord Est de la gare
Zone hors
d’influence des
locomotives
Diesel
Contribution max. des motrices Diesel :
90 %
Valeur maximale ~ 1800 µg/m3
Emprise des contributions > 25 % :
150 m
90 %
Vent 5 m/s
Quartier immédiatement situé sous le
vent
Zone hors
d’influence des
locomotives
Diesel
180 m
70 %
De l’ordre de 9
minutes
200 m (dans l’axe du vent)
200 m (dans la direction orthogonale au
vent)
60 %
De l’ordre de 4
minutes
250 m (dans la direction orthogonale au
vent)
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Zones d’étude
Situation
météorologique
Parvis
Quartier immédiatement situé
sous le vent
Voies ferrées
Direction NE
Vent 2 m/s
Persistance
dans ce
quartier
Situé au Sud Ouest de la gare
Contribution max. des motrices
Diesel :
70 %
Diesel :
90 %
Diesel :
60 %
De l’ordre de 9
minutes
Emprise des contributions > 25 % : Emprise des contributions > 25 % :
100 m (dans la direction
100 m
80 m
orthogonale au vent)
Vent 5 m/s
Diesel :
80 %
Diesel :
90 %
3
3
Valeur maximale ~ 1200 µg/m
Diesel :
85 %
Valeur maximale ~ 1000 µg/m
De l’ordre de 4
minutes
Emprise des contributions > 25 % : Emprise des contributions > 25 % :
100 m
70 m
200 m (dans la direction
orthogonale au vent)
Tableau 7: Impact maximum des locomotives Diesel pour t = 6 minutes (estimé à partir du pourcentage de concentration en NOx d’origine ferroviaire)
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5. CONCLUSION
Ce rapport présente la reconstitution numérique de l’état de la qualité de l’air dans le quartier
de la gare de l’Est. Les émissions du trafic routier et du trafic ferroviaire Diesel ont été prises
en compte et leurs dispersions modélisées afin d’évaluer la contribution de chaque type de
source dans le niveau de qualité de l’air du quartier.
Il convient en premier lieu d’insister sur l’extrême complexité des phénomènes à décrire à
l’échelle d’un quartier parisien à l’urbanisme dense et influencé par des sources de pollution
d’origine multiple. En conséquence, la modélisation numérique conduite, dont le caractère
pionnier doit être souligné, vise avant tout à identifier pour des configurations de
météorologie et de trafic de référence, des ordres de grandeur pour les niveaux et l’emprise
des phénomènes de pollution induits par le trafic ferroviaire Diesel.
Niveau d’ambiance du quartier :
Les simulations numériques confirment que les niveaux de pollution atteints dans le quartier
de la gare de l’Est correspondent aux valeurs communément mesurées pour des points
éloignés du trafic routier. Ces niveaux sont représentatifs de situation de fond en paysage
urbain dense typique de l’agglomération parisienne. Les résultats des modélisations sont en
bon accord avec les résultats obtenus lors de la campagne de mesure de l’hiver 2001 (cf.
2001).
Niveau de proximité du trafic routier :
En situation de proximité des axes routiers principaux, les concentrations en polluant peuvent
atteindre localement des valeurs très élevées (de l’ordre de 1200 µg/m3 pour les oxydes
d’azote et de l’ordre de 150 µg/m3 pour les particules). Il faut noter que ces valeurs sont des
maxima instantanés, spatialement très localisés à certains endroits des principales artères du
quartier (boulevard Magenta, Rue Lafayette et Rue du Faubourg St Martin). Ces simulations
ont été effectuées pour un trafic routier intense correspondant à l’heure de pointe du matin.
Pour les NOx, ces maxima sont comparables aux valeurs maximales en concentration quarthoraire mesurées sur les stations trafic d’AIRPARIF et sont représentatifs de niveaux
observés près d’axes où le trafic routier est important (en heure de pointe: de l’ordre de 3000
véhicules/heure pour le Boulevard Magenta et la Rue du Faubourg St Martin, 2000
véhicules/heure pour la Rue Lafayette). Ces effets sont amplifiés par la présence d’un bâti
dense associé à un relief non négligeable.
Contribution du trafic ferroviaire à motorisation Diesel :
La contribution du trafic ferroviaire Diesel sur le quartier pour les scénarii simulés s’avère
très dépendante du mode de fonctionnement des moteurs Diesel. En mode chauffage de rame,
les locomotives Diesel sont fortement émetteur en polluant. Ce mode a donc été
particulièrement étudié.
Polluant par polluant, la contribution peut se révéler localement :
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•
•
•
Importante pour les oxydes d’azote. Les locomotives, notamment en situation de
chauffage de rame, sont d’importants contributeurs en NOx. Les NOx émis par les
locomotives se dispersent sous le vent, entraînant la formation d’un panache suivi
d’une dispersion dans les rues situées sous le vent. Pour des conditions de
dispersion défavorables, les concentrations de NOx peuvent atteindre des valeurs
supérieures à 1200 µg/m3 (avec une contribution de la source ferroviaire
supérieure à 60 %) à quelques centaines de mètres des locomotives Diesel. Elles
contribuent ainsi jusqu’à cette distance à des concentrations supérieures à celles
observées à proximité immédiate des axes du quartier au trafic routier les plus
denses.
Relativement importante pour les particules atmosphériques. Pour ce polluant, les
niveaux d’émissions dépendent beaucoup moins du mode de fonctionnement du
moteur Diesel (« chauffage de rame », « ralenti », « arrivée » ou « départ »). Le
panache de particules entraîne une dispersion dans les rues situées sous le vent,
néanmoins plus limitées en extension que dans le cas des NOx. Pour des
conditions de dispersion défavorables, les concentrations en particules peuvent
atteindre des valeurs supérieures à 175 µg/m3 à quelques centaines de mètres des
locomotives Diesel.
Relativement faible pour le monoxyde de carbone. Les fortes concentrations
restent localisées en proximité proche de l’émetteur, les locomotives étant de
faibles émetteurs en CO. Même en mode ralenti (mode le plus riche en production
de CO), les sur-concentrations dues au trafic ferroviaire restent localisées au droit
des locomotives Diesel restées à quai.
En relatif, la contribution du trafic ferroviaire Diesel peut se relever très importante. Suivant
la direction et la force du vent, les pourcentages de NOx d’origine ferroviaire peuvent
atteindre des valeurs de 70 à 80 % pour des zones situées à plusieurs centaines de mètres des
locomotives, excédant ainsi les limites de l’emprise des installations de la SNCF. Ces fortes
contributions restent cependant géographiquement relativement très localisées (sous le vent)
et limitées dans le temps (avec une persistance d’une dizaine de minutes au maximum après
l’extinction des sources).
Le départ d’une locomotive Diesel entraîne la formation pendant un laps de temps court d’un
panache de polluants au-dessus du parcours de la motrice. Cette situation avait été observée
lors de la campagne de mesure sur la passerelle surplombant les voies de la gare de l’Est (cf.
2001 page 37-39). Des augmentations très intenses et très brèves de la concentration en
oxydes d’azote (de l’ordre de 1300 à 1700 µg/m3 pendant environ 2 minutes) avaient été
observées lors du passage d’un train. En dehors de ces périodes, les émissions des
locomotives Diesel situées en tête de quai entraînent la formation d’un panache de NOx
suivant la direction du vent et l’axe des bâtiments.
Evolution prévisible de la contribution des locomotives Diesel :
Selon la SNCF, le mode d’exploitation des locomotives Diesel a été modifié depuis l’année
2000 afin de ne plus réaliser de conditionnement de rame en gare de l’Est (i.e. des moteurs
Diesel en mode « Chauffage de rame »). Les principes du fonctionnent d’un moteur Diesel et
de reprise du conditionnement d’une rame imposeraient cependant un minimum de régime de
chauffe, après le raccordement de la motrice Diesel à la rame, c’est à dire juste avant le départ
du train (de l’ordre de une à deux minutes). La situation actuelle serait donc plus proche du
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scénario où les locomotives Diesel stationnées en gare de l’Est sont en mode « Ralenti » à
condition d’ajouter une période de chauffe de l’ordre de 2 minutes pour des locomotives
prêtes à partir. En outre, la remotorisation des locomotives CC72000, engagée par la SNCF
avec le soutien de la région Ile de France et de l’Etat, devraient réduire les polluants émis par
chaque mouvement de locomotive. Pour les NOx, les facteurs d’émissions seraient ainsi
réduits, selon la SNCF, de 67 % en mode ralenti et de 45 % en mode « Chauffage de rame »
(cf. ANNEXE 2).
Le nouveau mode d’exploitation des locomotives Diesel et leurs remotorisations devraient
donc se traduire dans le futur par une baisse des concentrations de polluants d’origine
ferroviaire dans le quartier autour de la gare de l’Est.
Un scénario avec le nouveau mode d’exploitation des locomotives a donc été simulé avec des
locomotives actuelles (cf. ANNEXE 3 : Figure 63) et des locomotives remotorisées (cf.
ANNEXE 3 : Figure 64) pour un vent de 5 m/s de direction sud ouest. En l’absence de
remotorisation, les concentrations maximales en NOx sont de l’ordre de 1800 µg/m3 près des
locomotives au bout de 5 minutes de fonctionnement et chutent à 1000 µg/m3 à la sixième
minute lors du départ d’une des locomotives. L’extension de l’isocontour 500 µg/m3 en
concentration de NOx couvre largement l’emprise des voies SNCF située sous le vent. Pour
des locomotives remotorisées, les extensions spatiales de ces maxima ne se limitent plus, au
bout de 5 minutes de fonctionnement, qu’à la sortie immédiate des polluants située près des
locomotives (« cheminée ») et couvrent quelques zones d’extension limitée (de l’ordre de 100
m par 20 m) à la sixième minute de fonctionnement. Cette moindre influence se traduit
également en terme de pourcentage de NOx d’origine ferroviaire. Ainsi, pour le quartier situé
sous le vent, l’isocontour de contribution 25 % délimite une zone d’emprise deux fois moins
étendue dans le cas où les locomotives Diesel ont été remotorisées (cf. ANNEXE 3 : Figure
65).
L’association d’un mode d’exploitation réduisant les périodes de chauffe en gare de l’Est et
de la remotorisation des locomotives conduiraient donc à une réduction significative de
l’impact du trafic ferroviaire Diesel pour le quartier gare de l’Est par rapport à la situation
initiale.
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TABLE DES FIGURES ET TABLEAUX
Figure 1 : Topographie du quartier autour de la gare de l’Est (altitude en m)........................... 8
Figure 2 : Eléments cartographiques présents dans la base de données IGN ............................ 9
Figure 3 : Discrétisation verticale utilisée dans la modélisation.............................................. 10
Figure 4 : Domaine d’étude – Vue isométrique ....................................................................... 11
Figure 5 : Maillage - Vue de dessus......................................................................................... 12
Figure 6 : Maillage - Vue isométrique ..................................................................................... 12
Figure 7 : Exemple de conditions aux limites MERCURE pour la vitesse du vent (vent 2 m/s
de direction nord est)........................................................................................................ 14
Figure 8 : Conditions aux limites MERCURE pour la température ........................................ 14
Figure 9 : Localisation des émissions produites par le trafic routier. ...................................... 17
Figure 10 : Schéma de circulation des 3 locomotives Diesel................................................... 19
Figure 11 : Emissions relatives de CO dans le domaine .......................................................... 22
Figure 12 : Emissions relatives de NOx dans le domaine........................................................ 22
Figure 13 : Emissions relatives de particules dans le domaine ............................................... 23
Figure 14 : Circulation de l’écoulement (vent 5 m/s de direction sud ouest) .......................... 25
Figure 15 : Ecoulement : champ des vitesses (vent 5 m/s de direction sud ouest) .................. 26
Figure 16 : Ecoulement : champ des vitesses (vent 2 m/s de direction sud ouest) .................. 26
Figure 17 : Champ de concentration en CO pendant l’heure de pointe de trafic du matin (vent
5 m/s de direction sud ouest)............................................................................................ 27
Figure 18 : Champ de concentration en CO pendant l’heure de pointe du trafic du matin (vent
2 m/s de direction sud ouest)............................................................................................ 28
Figure 19 : Champ de concentration en NOx pendant l’heure de pointe de trafic du matin
(vent 5 m/s de direction sud ouest)................................................................................... 28
Figure 20 : Isosurface de NOx à la valeur de 400 µg/m3 (vent 5 m/s de direction sud ouest). 29
(vent 5 m/s direction nord est).......................................................................................... 29
(vent 2 m/s direction sud ouest) ....................................................................................... 30
Figure 23 : Champ de concentration de NOx pendant l’heure de pointe de trafic du matin
(vent 2 m/s de direction nord est)..................................................................................... 30
Figure 24 : Champ de concentration en particules pendant l’heure de pointe de trafic du matin
Figure 28 : Champ de concentration en CO et à t=6 minutes, vent 5m/s de direction sud ouest,
à t=6 minutes (locomotives en mode « Chauffage de rame ).......................................... 35
Figure 29 : Champ de concentration en NOx, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t= 6 minutes
(avec isocontour 500 µg/m3) ............................................................................................ 36
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Figure 30 : Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m3, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t=6
minutes ............................................................................................................................. 36
Figure 31 : Champ de concentration en particules, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t= 6
minutes (avec isocontour 60 µg/m3) ................................................................................ 37
Figure 32 : Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m3, vent 5 m/s de direction sud ouest, à
t=6 minutes....................................................................................................................... 37
Figure 33 : Champ de concentration en NOx, vent 5 m/s de direction nord est, à t= 6 minutes
Figure 34 : Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m3, vent 5 m/s de direction nord est, à t=6
minutes ............................................................................................................................. 38
Figure 35 : Champ de concentration en particules, vent 5 m/s de direction nord est, à t= 6
Figure 36 : Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m3, vent 5 m/s de direction nord est, à
t=6 minutes....................................................................................................................... 39
Figure 37 : Champ de concentration en NOx, vent 2 m/s de direction sud ouest, à t= 6 minutes
Figure 38 : Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m3, vent 2 m/s de direction sud ouest, à t=6
minutes ............................................................................................................................. 40
Figure 39 : Champ de concentration en particules, vent 2 m/s de direction sud ouest, à t= 6
Figure 40 : Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m3, vent 2 m/s de direction sud ouest, à
t=6 minutes....................................................................................................................... 41
Figure 41 : Champ de concentration en NOx, vent 2 m/s de direction nord est, à t= 6 minutes
Figure 42 : Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m3, vent 2 m/s de direction nord est, à t=6
minutes ............................................................................................................................. 42
Figure 43 : Champ de concentration en particules, vent 2 m/s de direction nord est, à t= 6
Figure 44 : Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m3, vent 2 m/s de direction nord est, à
t=6 minutes....................................................................................................................... 43
Figure 45 : Champ de concentration en NOx, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t = 5
minutes et locomotives stationnées en mode « Ralenti »................................................. 44
Figure 46 : Champ de concentration en NOx, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t = 6
Figure 47 Isosurface de NOx à la valeur 1000 µg/m3, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t=6
minutes, locomotives stationnées en mode « Ralenti ».................................................... 45
Figure 48 : Champ de concentration en particules, vent 5 m/s de direction sud ouest, à t = 6
Figure 49 Isosurface de particules à la valeur 60 µg/m3, vent 5 m/s de direction sud ouest, à
t=6 minutes, locomotives stationnées en mode « Ralenti ». ............................................ 46
Figure 50 : Locomotives stationnées en mode « Ralenti » : pourcentages de concentration en
NOx dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 5 m/s de direction sud ouest) . 47
Figure 51 : Locomotives stationnées en mode « Chauffage de rame » : pourcentages de
concentration en NOx dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 5 m/s de
direction sud ouest) .......................................................................................................... 48
direction nord est)............................................................................................................. 48
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direction nord est)............................................................................................................. 49
concentration en particules dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 5 m/s de
concentration en particules dus aux émissions ferroviaires à t=6 minutes (vent 2 m/s de
Figure 57 : Pourcentage de NOx d’origine ferroviaire 0, 2 et 4 minutes après l’extinction des
locomotives en mode « Chauffage de rame » (vent 5 m/s de direction sud ouest).......... 54
Figure 58 : Pourcentage de particules d’origine ferroviaire 0, 2 et 4 minutes après l'extinction
des locomotives en mode « Chauffage de rame » (vent 5 m/s de direction sud ouest).... 55
Figure 59 : Pourcentage de NOx d’origine ferroviaire 0, 2 et 4 minutes après l’extinction des
locomotives en mode « Chauffage de rame » (vent 5 m/s de direction nord est). ........... 56
Figure 60 : Pourcentage de NOx d’origine ferroviaire 0, 2, 4 et 9 minutes après l'extinction
des locomotives en mode « Chauffage de rame » ( vent 2 m/s de direction nord est)..... 57
Figure 61 : Pourcentage de NOx d’origine ferroviaire 0, 2, 4 et 9 minutes après l'extinction
des locomotives en mode « Chauffage de rame » ( vent 2 m/s de direction sud ouest)... 58
Figure 62 Locomotives CC72000 actuelles avec régime moteur « Chauffage de rame » :
champ de concentration en NOx à t = 5 et 6 minutes (vent 5 m/s de direction sud ouest).
.......................................................................................................................................... 82
Figure 63 Locomotives CC72000 actuelles avec régime moteur mixte (ralenti en
stationnement et chauffage de rame 2 min avant le départ) : champ de concentration en
NOx à t = 5 et 6 minutes (vent 5 m/s de direction sud ouest). ........................................ 83
Figure 64 Locomotives CC72000 remotorisées avec régime moteur mixte (ralenti en
stationnement et chauffage de rame 2 min avant le départ) : champ de concentration en
NOx à t = 5 et 6 minutes (vent 5 m/s de direction sud ouest). ....................................... 84
Figure 65 Pourcentage de NOx d’origine ferroviaire à t = 6 minutes, avec régime moteur
mixte (ralenti en stationnement et chauffage de rame 2 min avant le départ). En haut,
locomotives CC72000 actuelles, en bas locomotives CC72000 remotorisées................. 85
Tableau 1 : Situations météorologiques retenues..................................................................... 13
Tableau 2 : Concentrations en polluant extraites du calcul SIMPAR...................................... 15
Tableau 3 : Données d’émissions pour une locomotive CC72000 (source SNCF) ................. 18
Tableau 4 : Emissions des sources routiers et ferroviaires (période de référence : 6 minutes) 20
Tableau 5 : Emissions du trafic routier et du trafic ferroviaire Diesel pendant une journée
ouvrable type et sur le domaine d’étude........................................................................... 21
Tableau 6 : Concentrations horaires et quart-horaires maximales observées en 2001 sur 3
stations trafic du réseau AIRPARIF pour les NOx et les particules. .............................. 34
Tableau 7: Impact maximum des locomotives Diesel pour t = 6 minutes (estimé à partir du
pourcentage de concentration en NOx d’origine ferroviaire) .......................................... 61
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ANNEXE 1 : REGLEMENTATION
L'objet des différents critères de la qualité de l'air est de traduire simplement l'effet de la pollution
atmosphérique sur différentes cibles telles la santé humaine, la végétation.
Différents paramètres peuvent être pris en compte pour la fixation de critères de la qualité de l’air :
9
les critères de l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) résultent d'une compilation mondiale
de toutes les études relatives aux effets de la pollution atmosphérique, disponibles à une
époque donnée (critères 1999).
les critères de l'Union européenne ou de certains autres pays prennent en compte des études
scientifiques, des paramètres économiques et politiques (estimation des coûts pour parvenir à
respecter les critères définis), un handicap climatologique de certains pays par rapport à
d'autres, etc. Cependant, les instances européennes s’inspirent également des
recommandations de l’OMS, pour la fixation de certains critères.
En France, les valeurs réglementaires décidées au niveau européen (Directives européennes) sont
transposées en droit français sous forme de décrets, et conservent leur aspect réglementaire.
9
DIRECTIVES EUROPÉENNES
Quatre directives principales de l'Union européenne relatives à la qualité de l'air doivent être
considérées. Il s'agit de :
9 la directive 96/62/CE du Conseil du 27 septembre 1996 concernant l’évaluation et la gestion
de la qualité de l’air ambiant.
9 la directive 1999/30/CE du 22 avril 1999 relative à la fixation de valeurs limites pour le
dioxyde de soufre, le dioxyde d'azote et les oxydes d'azote, les particules et le plomb dans l'air
ambiant.
9 la directive 2000/69/CE du 16 novembre 2000 concernant les valeurs limites pour le benzène
et le monoxyde de carbone dans l'air ambiant.
9 la directive 2002/3/CE du 12 février 2002 relative à l'ozone dans l'air ambiant.
La première directive définit les principes de base d’une stratégie de surveillance commune aux Etats
membres. Elle pose tout un ensemble de définitions et présente en annexe une liste de polluants
atmosphériques à prendre en considération dans le cadre de l’évaluation et de la gestion de la qualité
de l’air ambiant.
Les deux suivantes définissent des valeurs limites et des seuils d'alerte.
Les valeurs limites correspondent à des niveaux fixés sur la base de connaissances scientifiques, dans
le but d’éviter, de prévenir ou de réduire les effets nocifs sur la santé humaine et/ou l’environnement
dans son ensemble, à atteindre dans un délai donné et à ne pas dépasser une fois atteints.
Ces valeurs limites sont calculées au terme d'une période donnée (année civile, année tropique ou
hiver). Elles font référence à des paramètres statistiques qui, in fine, "autorisent" un nombre de
dépassements horaires ou journaliers sur la période de référence.
Les seuils d'alerte correspondent à des niveaux de concentration de polluants dans l'atmosphère audelà desquels, une exposition de courte durée présente un risque pour la santé ou l'environnement.
Ces deux directives sont venues abroger les précédentes directives relatives à ces différents polluants.
Néanmoins, pour certains d'entre eux, certaines valeurs limites subsistent de ces anciennes directives,
et sont donc toujours en vigueur. C'est notamment le cas pour le dioxyde de soufre, les fumées noires
et le dioxyde d'azote. On ne peut donc omettre de les répertorier également ici :
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9
la directive 80/779/CEE du 15 juillet 1980, modifiée en 1989 (89/427/CEE du 21 juin 1989),
relative à la pollution de l'air par l'anhydride sulfureux (SO2) et les poussières.
9
la directive 85/203/CEE du 7 mars 1985 relative à la pollution de l'air par le dioxyde d'azote.
La dernière directive citée ci-dessus et relative à l'ozone ne fixe pas de valeur limite à proprement
parlé mais des valeurs cibles et des objectifs à long terme.
En outre c'est la seule directive européenne à établir un seuil d'information en plus d'un seuil d'alerte
à la population en cas de pointe de pollution photochimique.
Cette récente directive, comme les deux autres, n'a pas totalement abrogé la précédente directive
"ozone" Certaines valeurs guides donc, édictées par la directive 92/72/CEE du 21 septembre 1992,
sont toujours en vigueur.
Les tableaux qui suivent présentent, par polluant, les normes (valeurs limites et seuils d'alerte) de
l'union européenne d'après les directives en vigueur citées ci-dessus.
Les valeurs limites qui y figurent en italique sont les valeurs qui subsistent de précédentes directives
comme il a été précisé plus haut. Les directives alors concernées sont mentionnées dans les tableaux.
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Directives européennes
SO2, NOx, particules, plomb du 22 avril 1999
Parue au Journal Officiel des Communautés européennes du 29 juin 1999, entrée en vigueur le 19 juillet 1999
Benzène, monoxyde de carbone du 16 novembre 2000
Parue au Journal Officiel des Communautés européennes du 13 décembre 2000, entrée en vigueur le 13 décembre 2000
Ozone du 12 février 2002
Parue au Journal Officiel des Communautés européennes du 9 mars 2002, entrée en vigueur le 9 mars 2002
Dioxyde de soufre (SO2)
A – Valeurs limites
Période
1 – Valeur limite horaire pour
la protection de la santé
humaine
2 – Valeur limite journalière
pour la protection de la santé
humaine
3 – Valeur limite pour la
protection des écosystèmes
Valeurs limites pour la
protection de la santé
humaine
(valables jusqu'en 2004)
Percentile 50 des moyennes
journalières
journalières
journalières
Valeur
Nombre de
dépassements
autorisés
Marge de dépassement
Date où la valeur
limite doit être
respectée
150 µg/m3 à l'entrée en
vigueur diminuant le
01/01/2001 et ensuite tous les
ans par tranches égales pour
atteindre 0% le 01/01/2005
1er janvier 2005
1 heure
350 µg/m3
24 fois par année civile
24 heures
125 µg/m3
année civile
et hiver
20 µg/m3
Période
Valeur
année
tropique
année
tropique
80 µg/m3
hiver
1er janvier 2005
19 juillet 2001
Valeurs limites toujours en vigueur d'après la directive 80/779/CEE du 15 juillet
1980
250 µg/m3
130 µg/m3
B – Seuil d'alerte
500 µg/m3 relevés sur 3 heures consécutives, dans des lieux représentatifs de la qualité de l'air sur au
moins 100 km2 ou une zone ou agglomération entière, la plus petite surface étant retenue
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Fumées noires (FN)
Valeurs limites
Valeurs limites pour la
humaine
(valables jusqu'en 2004)
journalières
journalières
journalières
Période
Valeur
année
tropique
année
tropique
80 µg/m3
hiver
Valeurs limites toujours en vigueur d'après la directive 80/779/CEE du 15 juillet
1980.
250 µg/m3
130 µg/m3
Dioxyde d'azote (NO2) et oxydes d'azote (NOx)
A – Valeurs limites
Période
Valeur
1 – Valeur limite horaire pour
la protection de la santé
humaine
1 heure
200 µg/m3
NO2
2 – Valeur limite annuelle
pour la protection de la santé
humaine
année civile
40 µg/m3
NO2
3 – Valeur limite pour la
protection de la végétation
année civile
30 µg/m3
NOx
(équiv. NO2)
Période
50% lors de l'entrée en
Date où la valeur
limite doit être
respectée
1er janvier 2010
1er janvier 2010
19 juillet 2001
Valeur
Valeur limite pour la protection de
la santé humaine
Valeur limite toujours en vigueur d'après la directive 85/203/CEE du 27 mars 1985.
(valable jusqu'en 2009)
Percentile 98 des concentrations
horaires
Nombre de
dépassements
autorisés
année civile
200 µg/m3
B – Seuil d'alerte
400 µg/m3 relevés sur 3 heures consécutives, dans des lieux représentatifs de la qualité de l'air sur au
moins 100 km2 ou une zone ou agglomération entière, la plus petite surface étant retenue
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Particules (PM10)
Valeurs limites
Période
Valeur
Nombre de
dépassements
autorisés
Date où la valeur
limite doit être
respectée
Phase 1
1 – Valeur limite
journalière pour la
humaine
24 heures
50 µg/m3
PM10
pour la protection de la
santé humaine
année civile
40 µg/m3
PM10
24 heures
50 µg/m3
PM10
année civile
20 µg/m3
PM10
1er janvier 2005
1er janvier 2005
Phase 2
1 – Valeur limite
journalière pour la
humaine
santé humaine
1er janvier 2010
1er janvier 2010
Plomb
Valeur limite
Période
Valeur limite annuelle
santé humaine
année civile
Valeur
Nombre de
dépassements
autorisés
ans pour atteindre 0% le
01/01/2005
0,5 µg/m3
ou d'ici le 1er janvier 2010 à
proximité immédiate de
sources spécifiques qui sont
notifiées à la Commission
Date où la valeur
limite doit être
respectée
1er janvier 2005
ou le 1er janvier 2010 à
proximité de sources
industrielles
spécifiques…
Dans ces cas, valeur
limite = 1 µg/m3 à
compter du
01/01/2005
Benzène
Valeur limite
Période
Valeur limite annuelle
santé humaine
AIRPARIF
année civile
Valeur
5 µg/m3
Nombre de
dépassements
autorisés
Date où la valeur
limite doit être
respectée
5 µg/m3 le 13 décembre 2000
diminuant le 01/01/2006 et
ensuite tous les ans de
1 µg/m3 pour atteindre 0% le
01/01/2010
1er janvier 2010
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Monoxyde de carbone (CO)
Valeur limite
Période
Valeur limite pour la
humaine
8 heures
Valeur
Nombre de
dépassements
autorisés
10 mg/m3
Date où la valeur
limite doit être
respectée
6 mg/m3 le 13 décembre 2000
diminuant le 01/01/2006 et
ensuite tous les ans de
2 mg/m3 pour atteindre 0% le
01/01/2005
1er janvier 2005
Date où la valeur
limite doit être
respectée
Ozone (O3)
A - Valeurs cibles
Période
Valeur
1 – Valeur cible sur 8
heures pour la protection
de la santé humaine
8 heures
120 µg/m3
2 – Valeur cible pour la
protection de la
végétation
AOT40
mai-juillet
8h-20h
18 000
µg/m3
moyenne
calculée sur
5 ans
Nombre de
dépassements
autorisés
25 jours par an
moyenne calculée sur
3 ans
1er janvier 2010 (*)
1er janvier 2010 (*)
(*) 2010 sera la première année où les valeurs cibles seront évaluées, sur les 3 ou 5 années suivantes
B – Objectifs à long terme
1 – Objectif à long terme
santé humaine
2 – Objectif à long terme
végétation
Période
Valeur
Nombre de
dépassements
autorisés
8 heures
120 µg/m3
aucun
AOT40
mai-juillet
8h-20h
6 000 µg/m3
Date où la valeur
limite doit être
respectée
année 2020
année 2020
Remarque :
L'AOT40 est un indicateur qui permet de représenter les doses entraînant des pertes de rendement significatives
au niveau de cibles végétales. Il traduit deux notions, qui combinées, amènent à observer des impacts sur la
végétation : la notion de fortes concentrations et celle de cumul.
L’AOT 40 (Accumulative exposure Over a Threshold of 40 ppb) représente donc le cumul de toutes les
concentrations horaires supérieures ou égales à 40 ppb (80 µg/m3), aux heures ensoleillées du jour (entre 8h et
20h, heures légales) pendant la période de végétation.
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C – Valeurs guides
Période
Valeur
1 – Valeur guide pour la
humaine
8 heures
110 µg/m3
2 – Valeurs guides pour la
protection de la végétation
1 heure
24 heures
200 µg/m3
65 µg/m3
Valeurs guides toujours en vigueur, d'après la directive 92/72/CEE
du 21 septembre 1992
D – Seuil d'information
180 µg/m3 sur une heure
E – Seuil d'alerte
240 µg/m3 sur une heure
La mise en œuvre de plans d'action à court terme est effective lorsque le seuil d'alerte est prévu ou
dépassé pendant 3 heures consécutives
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RECOMMANDATIONS DE L'ORGANISATION MONDIALE DE LA SANTE (OMS)
Les recommandations de l'OMS n'ont pas de valeurs réglementaires. Elles sont issues des différents
travaux scientifiques relatifs aux effets de la pollution atmosphérique, disponibles à une époque
donnée (critères 1999).
Le tableau ci-dessous présente donc les valeurs guides relatives à la qualité de l'air de l'Organisation
Mondiale de la Santé (critères 1999).
Source : GUIDELINES FOR AIR QUALITY, WHO, Geneva 2000.
Durée d'exposition
Polluants
10-15 mn
500
30 mn
1 heure
Particules (Fumées noires)
Particules (PM10)
24 heures
Année
125
50
UR Vie (µg/m3)-1
Pas de valeur guide disponible
Les connaissances actuelles ne permettent pas de déterminer une concentration en
dessous de laquelle aucun effet n'est observé
Monoxyde d'azote (NO)
Pas de valeur guide disponible
Dioxyde d'azote (NO2)
8 heures
200
100 000
60 000
30 000
40
10 000
Plomb
0,5
Ozone (O3)
Benzène
120
6x10-6
Les valeurs sont en micro grammes par mètre cube d'air.
Pour le benzène et le benzo(a)pyrène, la norme est exprimée sous forme d'un risque supplémentaire
par unité de concentration pour une durée d'exposition d'une vie.
UR Vie : risque additionnel de développer un cancer (dont le type dépend du composé) au cours d'une
vie (soit 70 ans), pour une population hypothétiquement exposée continuellement à une concentration
de 1 µg/m3 du composé considéré dans l'air respiré. Par exemple, une personne exposée
continuellement à 1 µg/m3 de benzène tout au long de sa vie aura 1 + 6.10-6 = 1.000006 fois plus de
probabilité de développer un cancer qu'une personne non exposée.
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REGLEMENTATION FRANÇAISE
Au niveau français, les valeurs limites et seuils d'information et d'alerte sont fixés par décret. Les
décrets portent généralement transposition des directives européennes en vigueur.
Il existe en outre une spécificité de la réglementation française qui fixe, pour les polluants, des
objectifs de qualité.
L'objectif de qualité est un niveau de concentration de polluant dans l'atmosphère, fixé sur la base de
connaissances scientifiques dans le but d'éviter, de prévenir ou de réduire les effets nocifs du polluant
considéré pour la santé humaine ou pour l'environnement, à atteindre au cours d'une période donnée.
Le décret actuellement en vigueur au niveau national est le décret n°2002-213 du 15 février 2002
portant transposition des directives n°1999/30/CE du Conseil du 22 avril 1999 et n°2000/69/CE du
Parlement européen et du Conseil du 16 novembre 2000, et modifiant le décret n°98-360 du 6 mai
1998 relatif à la surveillance de la qualité de l'air et de ses effets sur la santé et sur l'environnement,
aux objectifs de qualité, aux seuils d'alerte et aux valeurs limites.
Les tableaux suivants présentent les différentes normes résultant de ce décret.
Décret n° 2002-213 du 15 février 2002
Objectifs de qualité, valeurs limites, seuils d'information et d'alerte
Objectif de qualité
Moyenne annuelle
Période de
référence
Valeur
Année civile
50 µg/m3
Valeurs limites
A – Protection de la santé humaine
Percentile 99.7 des concentrations horaires
Percentile 99.2 des concentrations
journalières
B – Protection des écosystèmes
Moyenne annuelle
Année civile
2001
2002
2003
2004
2005
:
:
:
:
:
470
440
410
380
350
µg/m3
µg/m3
µg/m3
µg/m3
µg/m3
Année civile
125 µg/m3
Année civile
20 µg/m3
Seuil de recommandation et d'information
Hiver (01/10 au
31/03)
1 heure
300 µg/m3
Seuil d'alerte
1 heure
500 µg/m3
Moyenne hivernale
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20 µg/m3
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Dioxyde d'azote (NO2)
Période de
référence
Valeur
Année civile
40 µg/m3
Année civile
2001-2009 : 200 µg/m3
Année civile
2001 : 290 µg/m3
2002 : 280 µg/m3
2003 : 270 µg/m3
2004 : 260 µg/m3
2005 : 250 µg/m3
2006 : 240 µg/m3
2007 : 230 µg/m3
2008 : 220 µg/m3
2009 : 210 µg/m3
2010 : 200 µg/m3
2001 : 58 µg/m3
2002 : 56 µg/m3
2003 : 54 µg/m3
2004 : 52 µg/m3
2005 : 50 µg/m3
2006 : 48 µg/m3
2007 : 46 µg/m3
2008 : 44 µg/m3
2009 : 42 µg/m3
2010 : 40 µg/m3
Moyenne annuelle
Valeurs limites
Protection de la santé humaine
Percentile 98 des concentrations horaires
Percentile 99.8 des concentrations horaires
Moyenne annuelle
Année civile
Seuil de recommandation et d'information
1 heure
200 µg/m3
1 heure
z 400 µg/m3
z 200 µg/m3 le jour J
si le seuil d'information
a été déclenché à J-1 et
risque de l'être à J+1
Seuil d'alerte
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Oxydes d'azote (NOx)
Période de
référence
Valeur
Valeur limite
Protection de la végétation
Année civile
Moyenne annuelle
30 µg/m3 Nox
(équivalent NO2)
Particules (PM10)
Période de
référence
Valeur
Année civile
30 µg/m3
Moyenne annuelle
Valeurs limites
Percentile 90.4 des concentrations
journalières
Moyenne annuelle
Année civile
Année civile
2001
2002
2003
2004
2005
2001
2002
2003
2004
2005
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
70
65
60
55
50
48
46
44
42
40
µg/m3
µg/m3
µg/m3
µg/m3
µg/m3
µg/m3
µg/m3
µg/m3
µg/m3
µg/m3
Ozone (O3)
Période de
référence
Valeur
8 heures
110 µg/m3
1 heure
24 heures
200 µg/m3
65 µg/m3
1 heure
360 µg/m3
Objectifs de qualité
Moyenne sur 8 heures
Protection de la végétation
Moyenne horaire
Moyenne journalière
Seuil d'alerte
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Période de
référence
Valeur
8 heures
10 mg/m3
Valeur limite
Moyenne sur 8 heures
Plomb (Pb)
Période de
référence
Valeur
Année civile
0,25 µg/m3
Année civile
2001 : 0,8 µg/m3
2005 : 0,5 µg/m3
Moyenne annuelle
Valeur limite
Moyenne annuelle
Benzène
Période de
référence
Valeur
Année civile
2 µg/m3
Année civile
2001-2005 : 10 µg/m3
2006 : 9 µg/m3
2007 : 8 µg/m3
2008 : 7 µg/m3
2009 : 6 µg/m3
2010 : 5 µg/m3
Moyenne annuelle
Valeur limite
Moyenne annuelle
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- Page 80 –
ANNEXE 2 : DONNEES D’EMISSION D’UNE LOCOMOTIVE CC72000
ET D’UNE LOCOMOTIVE CC72000 REMOTORISEE
Polluant
CO
NOx
Particules
Ralenti/Arrivée
3103 g/h
577 g/h
259 g/h
Chauffage de rame
1600 g/h
7500 g/h
350 g/h
ACTUELLE
Départ (1 min)
1480 g/h
10420 g/h
425 g/h
Données d’émissions pour une locomotive CC72000 actuelle (source SNCF)
Polluant
CO
NOx
Ralenti/Arrivée
1354 g/h
Chauffage de rame
369 g/h
Départ (1 min)
545 g/h
soit 56 % de réduction
193 g/h
3371 g/h
7048 g/h
-
-
-
Particules
Données d’émissions pour une locomotive CC72000 remotorisée (source SNCF)
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ANNEXE 3 : INFLUENCE PREVISIBLE DE LA REMOTORISATION DES
LOCOMOTIVES CC72000 SUR LES NIVEAUX DE CONCENTRATION EN POLLUANTS
D’ORIGINE FERROVIAIRE
L’influence de cette remotorisation a été étudiée à l’aide d’un nouveau scénario où le mode
« chauffage de rame » n’est utilisé que pendant les 2 minutes précédant le départ d’une
locomotive CC72000.
En détail, ce scénario mixte fait intervenir la modélisation de trois locomotives Diesel
CC72000 évoluant pendant la période de référence (6 minutes) :
•
•
•
une première locomotive stationnée en tête de quai voie n°8 durant toute la durée de la
simulation (type d'émission :ralenti),
une deuxième locomotive stationnée en tête de quai voie n°10 pendant les 3 premières
minutes (type d'émission : ralenti), passant en mode chauffage de rame pendant 2
minutes afin de préparer le départ et quittant la gare de l’Est la dernière minute
(type d'émission : départ),
une troisième et dernière locomotive arrivant en voie n°11 pendant la 1ère minute
(type d'émission : arrivée) puis stationnant pendant 5 minutes en tête de quai (type
d'émission : ralenti).
La Figure 62 rappelle les résultats obtenus pour la situation initiale (chauffage de rame en
gare de l’Est et des locomotives CC72000 avec des moteurs actuels) pour un vent de 5 m/s de
direction sud-ouest.
Les figures suivantes présentent l’impact sur les concentrations du changement de mode
d’exploitation avec des locomotives actuelles (Figure 63) et l’impact prévisible avec des
locomotives remotorisées (Figure 64). La Figure 65 permet de visualiser cet impact en terme
de pourcentage de NOx d’origine ferroviaire.
En l’absence de remotorisation, les concentrations maximales en NOx sont de l’ordre de 1800
µg/m3 près des locomotives au bout de 5 minutes de fonctionnement et chutent à 1000 µg/m3
à la sixième minute lors du départ d’une des locomotives. L’extension de l’isocontour 500
µg/m3 en concentration de NOx couvre largement l’emprise des voies SNCF située sous le
vent. Pour des locomotives remotorisées, les extensions spatiales de ces maxima ne se limitent
plus, au bout de 5 minutes de fonctionnement, qu’à la sortie immédiate (« cheminée ») des
polluants située près des locomotives et couvrent quelques zones d’extension limitée à la
sixième minute de fonctionnement. Cette moindre influence se traduit également en terme de
pourcentage de NOx d’origine ferroviaire. Ainsi, pour le quartier situé sous le vent,
l’isocontour de contribution 25 % délimite une zone d’emprise deux fois moins étendue dans
le cas où les locomotives Diesel ont été remotorisées (cf. Figure 65).
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- Page 82 –
Figure 62 Locomotives CC72000 actuelles avec régime moteur « Chauffage de rame » : champ de
concentration en NOx à t = 5 et 6 minutes (vent 5 m/s de direction sud ouest).
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- Page 83 –
Figure 63 Locomotives CC72000 actuelles avec régime moteur mixte (ralenti en stationnement et
chauffage de rame 2 min avant le départ) : champ de concentration en NOx à t = 5 et 6 minutes (vent 5
m/s de direction sud ouest).
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© AIRPARIF 2003
- Page 84 –
Figure 64 Locomotives CC72000 remotorisées avec régime moteur mixte (ralenti en stationnement et
chauffage de rame 2 min avant le départ) : champ de concentration en NOx à t = 5 et 6 minutes (vent 5
m/s de direction sud ouest).
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- Page 85 –
Figure 65 Pourcentage de NOx d’origine ferroviaire à t = 6 minutes, avec régime moteur mixte (ralenti
en stationnement et chauffage de rame 2 min avant le départ). En haut, locomotives CC72000 actuelles,
en bas locomotives CC72000 remotorisées.
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- Page 86 –

avril 2003

Transcription

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