Le projet HEAVEN : un tremplin vers un système d

Le projet HEAVEN : un tremplin vers un s ystème
d’in for mation en temps réel
Le projet européen HEAVEN (Healthier Environment through the Abatement of Vehicle Emissions and Noise, vers un
environnement plus sain grâce à la réduction du bruit et des émissions des véhicules) lancé en début d'année 2000,
pour une durée de 3 ans, s'est inscrit dans le cadre du cinquième programme cadre de recherche et développement
(Vème PCRD). Cette initiative européenne avait pour vocation d'aider les agglomérations partenaires du projet à limiter
les effets négatifs du trafic automobile sur l'environnement en développant leur capacité à évaluer et à gérer les
émissions dues au trafic automobile. Six villes se sont associées à ce projet : Berlin, Leicester, Prague, Rome,
Rotterdam et Paris (http://heaven.rec.org).
En Ile-de-France, rappelons qu'Airparif a montré que le trafic est responsable de 54 % des émissions d'oxydes d'azote
et de 34 % des émissions de composés organiques volatils. Aussi, l'amélioration de la qualité de l'air et l'assurance du
respect des objectifs réglementaires européens requièrent-elles l'existence d'un système d'aide à la décision capable
de fournir une information permanente sur la situation du trafic et les niveaux de pollution générés, permettant ainsi
d'identifier les stratégies optimales de gestion du trafic.
Pour atteindre cet objectif, le projet Heaven a fait l'objet d'un important partenariat entre les organismes en charge de
la gestion et de la modélisation du trafic (la Ville de Paris et son Service de la Voirie, la Direction Régionale de
l'Equipement d'Ile-de-France et son Service Interdépartemental d'Exploitation Routière) et Airparif, assistés des
sociétés Carte Blanche Conseil et Eurolum.
Cette étroite collaboration a abouti à la mise en place et au développement d'une chaîne complète de calcul
permettant de connaître en temps quasi réel la situation du trafic et d'en déduire les émissions et les niveaux de
pollution correspondants : en situation de fond sur la totalité de l'Ile-de-France et en situation de proximité sur les
principaux axes du cœur dense de l'agglomération parisienne. Cette chaîne de calcul repose à la fois sur des moyens
d'observation directs (mesure du trafic à l'aide de boucles de comptage, mesure de la qualité de l'air grâce aux stations
de surveillance), et sur des outils de modélisation les plus modernes.
Les développements effectués dans le cadre du projet Heaven ont permis :
Od'apporter en permanence au public et aux décideurs une information complète (sur toute la région et en temps
quasi réel) en matière de qualité de l'air liée au trafic. Cette information est facilement accessible pour tous à partir
du site Internet d'Airparif au sein de la rubrique «en direct de la rue» (www.airparif.asso.fr);
Ode mettre à disposition des décideurs un nouvel outil d'aide à la décision leur permettant de tester et de valider
les stratégies de demain en matière de gestion du trafic et de développement urbain (exemples : évaluation de
l'impact de l'opération «en ville, sans ma voiture 2002», test de l'impact sur la qualité de l'air de la mise en place
de couloirs de bus protégés sur la rue de Rivoli et les boulevards de Strasbourg et de Sébastopol).
Trois composantes essentielles pour informer et décider
Le système d'aide à la décision développé dans le cadre du projet Heaven s'articule autour des trois composantes
principales que sont l'acquisition des données d'entrée, les outils de simulation (modélisation du trafic, des émissions
et de la pollution) et la diffusion de l'information vers les partenaires Heaven, les autorités locales et le grand public
via une plate-forme Internet .
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ODonnées de trafic
Des transmissions en temps quasi réel vers Airparif de données de comptages de trafic routier ont été mises en place
à partir des systèmes de recueil de données de trafic disponibles au sein de l'Ile-de-France. Pour la région Ile-de-France
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Clichés AIRPARIF
à l'exception de Paris, 143 postes de comptage ont été sélectionnés pour leur représentativité en terme de trafic parmi
les 2500 boucles de comptages que comptent les systèmes appelés SIREDO (sur les routes nationales) et SIRIUS (sur
les voiries rapides franciliennes), tous deux gérés par le SIER (Service Interdépartemental d'Exploitation Routière). Les
données horaires de débit et de vitesse sur ces 143 points de comptages sont rendues accessibles à la fin de chaque
heure pour Airparif.
En ce qui concerne la Ville de Paris, 421 postes de comptages ont également été sélectionnés parmi les 2 000 postes
que gèrent les services de la Voirie de Paris. Les données de débit et de vitesse acquises sur une minute par toutes
ces stations sont transmises en continu à Airparif. L'ensemble de ces données est ensuite stocké dans une base de
données trafic spécifique à Airparif.
HEAVEN : conférence finale et démonstration du système à Prague le 5 décembre 2002.
ODonnées météorologiques
Le système HEAVEN utilise des données de prévision météorologique issues du modèle ARPEGE de Météo-France. Ces
données sont récupérées chaque jour avant 7h30 (heure légale) sur un serveur de Météo-France. Il s'agit de prévisions
météorologiques pour les 72 prochaines heures sur une verticale du modèle ARPEGE située au dessus de Paris. Ces
données sont utilisées directement en entrée du système de modélisation «Pollux».
Le système Heaven utilise également les données météorologiques relevées sur les stations d'observation du réseau
de Météo-France qui sont transmises à Airparif avec un différé de l'ordre de 3 heures. Ces données serviront
notamment à alimenter en données météorologiques un autre modèle de simulation de la pollution à proximité des
axes de trafic (modèle «Sirane») en cours de mise en œuvre.
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ODonnées d'observations de pollution
Le système se connecte régulièrement (toutes les trois heures entre 9h15 et 21h15) au serveur hébergeant la base
de données qualité de l'air d'Airparif. Les données récupérées correspondent à des valeurs horaires de concentration
en CO, NO, NO2, O3, SO2, PM10 (particules fines) et C6H6 (benzène) sur les principaux sites de mesure du réseau
Airparif (une cinquantaine) pour les heures précédentes. Les données de NO2 et d'O3 observées sont notamment
utilisées pour faire de l'assimilation de données au niveau régional, à l'aide du système «Pollux».
OAutres données d'entrée
Le système utilise également de nombreux paramètres ou données dits «statiques» car leur remise à jour est peu
fréquente (de l'ordre de l'année typiquement) comme les données d'occupation du sol ou les données d'émissions
relatives aux sources d'émissions fixes surfaciques (végétation, ...) ou ponctuelles.
Les outils de simulation
Le système Heaven comporte un certain nombre de modules permettant de modéliser en temps quasi réel le trafic,
les émissions, les champs de pollution de fond à l'échelle régionale et les niveaux de concentration aux abords des
principaux axes routiers. Ces modules peuvent être également utilisés en mode «étude» à des fins de reconstitutions
d'épisodes de pollution a posteriori et/ou d'études de scénarii.
OLe système de modélisation du trafic
La DREIF/DIT a réalisé, avec l'aide d'un sous-traitant, la société SETEC, le développement d'un modèle dynamique de
trafic permettant à partir de l'exploitation des matrices origine/destination en Ile-de-France (issues de l'Enquête
Globale des Transports) et des données de comptages temps réel de reconstituer une image quasi temps réel du trafic
sur l'ensemble du réseau routier principal d'Ile-de-France (environ 39 000 brins de trafic orientés soit 20 000 km de
réseau).
Ce modèle reconstitue, chaque heure, en moins de 30 minutes, l'image du trafic en Ile-de-France. Pour cela, le modèle
sélectionne, en fonction du type de jour et de l'heure, parmi les 258 situations de trafic construites au préalable (à
partir des matrices origine/destination), celle qui représente au mieux les conditions de trafic pour la période
considérée. Il ajuste ensuite la description de manière plus précise par un algorithme d'affectation prenant en compte
les trafics observés par les 659 points de comptages en temps réel.
OLe système de calcul des émissions
Le module de calcul des émissions permet de produire au pas de temps horaire une évaluation des émissions des
principaux polluants (CO, NOx, Particules, CO2, SO2, CH4, COVNM dont C6H6) le long de chacun des axes de trafic
(émissions linéiques) et avec une résolution spatiale du kilomètre carré (émissions maillées).
Le calcul des émissions se fait en trois étapes principales :
- La première étape concerne l'éclatement du trafic pour chaque axe en grandes catégories de véhicules, à partir
des profils de décomposition du parc roulant en fonction du type de voie considérée, du type de jour et de l'heure
considérée.
- La seconde étape concerne le calcul des émissions issues du trafic routier le long des axes à partir du croisement
pour chaque brin et chaque catégorie de véhicules des données de flux de véhicules avec les facteurs d'émissions
unitaires issus de la méthodologie européenne Copert III, en fonction du type de véhicule, de sa vitesse, de la
température extérieure, du type de voie, et du régime moteur (chaud/froid). On accède ainsi aux émissions
linéiques associées au trafic routier.
- La troisième étape consiste à agréger dans l'espace les émissions linéiques au sein d'un maillage à la résolution
de 1 x 1 km et d'ajouter en fonction du mois, du type de jour et de l'heure, les émissions des autres sources de
pollution (qui ont été calculées dans le cadre de la constitution de l'inventaire d'émissions pour l'année 1998, en
cours de remise à jour dans le cadre du Plan de Protection de l'Atmosphère pour l'année 2000).
OLe système de modélisation de la pollution de fond
Le système de modélisation et de prévision de la pollution de fond à l'échelle régionale est basé sur l'utilisation du
système de prévision Pollux, développé initialement à l'Institut Pierre et Simon Laplace (IPSL/Laboratoire de
Météorologie Dynamique et Service d'Aéronomie), et adapté par Airparif pour les besoins du projet Heaven. Le système
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Description du système HEAVEN
est conçu pour satisfaire aux contraintes temps réel, c'est-à-dire pour être capable de délivrer une évaluation en temps
quasi réel des niveaux de pollution (toutes les trois heures environ) et des prévisions de qualité de l'air allant jusqu'à
J+2 une fois par jour (le matin). Un module d'assimilation des données observées sur le réseau Airparif permet de
représenter au mieux l'état de la pollution en O3 et en NO2 pour les heures précédentes en couplant les champs de
concentration prévus par le système Pollux avec les données de qualité de l'air réellement observées par le réseau de
surveillance.
OLe système de modélisation de la pollution à proximité des axes routiers
Le module permettant de décrire en temps réel les concentrations en polluants au pas de temps horaire le long des
principaux axes de l'agglomération parisienne est encore en cours de développement. Ce module sera basé sur
l'utilisation du modèle de dispersion «Sirane» développé par l'École Centrale de Lyon (Laboratoire de Mécanique des
Fluides et d'Acoustique). Il s'agit d'un modèle de dispersion des polluants en milieu urbain, adapté à l'échelle d'un
quartier (domaine d'étude de quelques centaines de mètres à quelques kilomètres). Il permet de décrire les
concentrations en polluants dans une zone constituée principalement de rues bordées de bâtiments. Le modèle
«Sirane» couvre une échelle spatiale située entre l'échelle de la rue, où l'on s'intéresse plutôt à la répartition des
polluants à l'intérieur même de cette rue, et l'échelle de l'agglomération, où il n'est plus possible de modéliser
explicitement l'effet de chaque bâtiment. Il permet donc de fournir une cartographie de la pollution à l'échelle d'un
quartier. D'un point de vue temporel, «Sirane» est adapté à une description au pas de temps horaire.
Le modèle a été implanté à la fin de l'année 2002 sur un quartier de Paris uniquement (quartier de 3km x 3 km). Une
vaste campagne de mesure de la qualité de l'air sur ce quartier a été réalisée impliquant la mise en place de deux
camions laboratoires et d'une trentaine de sites de mesure par tubes à diffusion. L'exploitation des résultats des
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simulations au regard des observations faites va permettre de valider et d'adapter le modèle en vue de son application
élargie aux autres axes de l'agglomération parisienne dans le courant de l'année 2003.
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24h sur 24
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Une plate forme d'information implantée au sein du site Internet d'Airparif (rubrique «en direct de la rue») permet de
diffuser toutes les heures en temps réel les informations relatives à la situation du trafic et des émissions et de
pollution de fond à l'échelle de la région Ile-de-France, sous la forme de cartographies (avec possibilité de zooms et de
sélection de zones) et sous la forme d'indicateurs globaux par zone ou pour certains axes de trafic particuliers. Ces
indicateurs permettent notamment d'accéder à une information synthétique sur la situation en terme de volume de
trafic ou d'émissions d'une période donnée par rapport à une période de référence (jour moyen annuel) et de comparer
les axes entre eux au regard de leurs niveaux d'émissions. Un bulletin d'information permet en outre d'accéder pour la
veille et le jour même à une description synthétique de la pollution à l'échelle de la région, avec ses composantes
météorologie, trafic, émissions et concentrations.
Bulletin d’information produit grâce au system HEAVEN et disponible tous les jours sur le site internet d’Airparif.
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