CE22 - Mobilité et systèmes urbains durables

Nouvelles émissions polluantes de véhicules Euro 6: transformations atmosphériques et conséquences pour la qualité de l'air et la santé – POLEMICS

Nouvelles émissions polluantes des véhicules Euro 6: transformations atmosphériques et conséquences pour la qualité de l'air et la santé

Le nombre croissant de véhicules dans les villes pose des problèmes environnementaux et sanitaires majeurs. Le projet POLEMICS porte sur les émissions des plus récentes voitures Euro6. Des experts en spectrométrie de masse, des toxicologues et des modélisateurs de la qualité de l'air se sont réunis pour étudier la nature, le devenir et les impacts sur la qualité de l'air et la santé (toxicité et génotoxicité) des émissions Euro 6.

Impacts des nouveaux dispositifs de post-traitement sur les émissions des véhicules légers Euro6 et leur transformation en milieu urbain

Les principaux objectifs scientifiques abordés au sein du projet POLEMICS sont synthétisés ci-dessous:<br />1. Caractériser et quantifier les composés gazeux nouveaux ou jusqu'à présent mal caractérisés émis par les véhicules légers Euro6 (tels que les composés azotés réduits, les composés oxygénés et les COV de volatilité intermédiaire)<br />2. Caractériser et quantifier les particules de la fraction des PM1 (inférieures à 1 µm) émises par les véhicules légers Euro6 (nanoparticules métalliques, composition chimique et spéciation de la fraction organique des HAP, y compris les HAP fonctionnalisés)<br />3. Générer une base de données complète des composés émis et fournir les facteurs d'émission associés<br />4. Comparer les émissions au banc à rouleau et RDE (Real-Driving-Emissions)<br />5. Étudier le devenir atmosphérique des composés émis par les véhicules légers Euro6 (formation de polluants secondaires)<br />6. Étudier la toxicité et la génotoxicité des particules émises et de celles formées lors de la photo-oxydation<br />7. Évaluer l'impact de la transition vers une flotte de véhicules Euro6 sur la qualité de l'air dans une grande<br />région métropolitaine (Paris)<br /><br />Par son approche novatrice et interdisciplinaire, POLEMICS fournira une évaluation intégrée et indépendante de la contribution directe (émissions à l'échappement) ou indirecte (formation d'aérosol secondaire) du traffic à la qualité de l'air urbain et ses effets connexes sur la santé.

POLEMICS a pu profiter d'une instrumentation de pointe pour l'analyse des émissions des véhicules légers Euro6 et a pu utiliser le nouveau banc à rouleau de l'IFSTTAR (maintenant EASE). Les émissions des polluants réglementés ont été analysées avec des méthodes traditionnelles (HORIBA) tandis qu'une série d'instruments hautes performances basés sur la spectrométrie de masse ont été déployés pour l'analyse en ligne des composés organiques volatils et de la composition des particules. Une résolution temporelle élevée (de 1 à 10 secondes) a été choisie afin de suivre les variations rapides des émissions lors des accélérations et décélérations durant les cycles de conduite. Afin d'étudier le devenir atmosphérique des émissions, nous avons déployé la chambre de simulation disponible de l'IFSTTAR (chambre en Téflon de 8m3). Le vieillissement atmosphérique a été simulé en utilisant des radicaux OH à des concentrations cumulées correspondant à une ou deux journées d'exposition dans l'atmosphère. En parallèle POLEMICS a aussi abordé la question de la toxicité des émissions vehiculaires. Une partie des filtres prélevés sera utilisée pour des tests de génotoxicité qui font partie des rares outils in vitro pour lesquels des valeurs de sensibilité, de spécificité et de prédictivité du risque cancérigène sont établies. Des études supplémentaires ont été menées sur le potentiel oxydant (PO) des émissions. Les données d'émission obtenues ici seront utilisées comme données d'entrée pour le modèle 0-D, et le vieillissement sera simulé en 0-D. Le modèle sera modifié pour inclure les précurseurs nouvellement identifiés et pour reproduire les observations, puis il sera inclus dans la plateforme de qualité de l'air (Polyphemus).

Le projet ayant subi d’importants délais en raison de la rénovation du banc à rouleau en 2019 suivie par le confinement lié à la COVID-19, seuls quelques résultats préliminaires seront mentionnés ici. Les travaux expérimentaux ont commencé avec 18 mois de retard et ont été effectués de septembre à novembre 2020. L’analyse des données est en cours de réalisation. Des premières tendances sont cependant observées. La norme Euro6d introduit l’ajout du GPF (Gasoline Particulate Filter) sur les véhicules essence à injection directe, réduisant considérablement les émissions de PN, de BC et de HAP. Les émissions de COV des véhicules essence et diesel ont nettement diminué en comparaison des véhicules de la norme Euro5, bien que leur composition chimique soit restée similaire. Les émissions des véhicules essence ont majoritairement eu lieu lors du démarrage à froid et étaient principalement constituées de monoaromatiques issus de carburant imbrûlé, tandis que les émissions des véhicules diesel étaient principalement constituées de composés oxydés tels que des acides et des composés carbonylés.

Collaboration avec le Joint Research Center (Ispra) laboratoire de la communauté européenne sur la thématique liée à la formation d’aérosol secondaire issu des émissions des véhicules particuliers.

Différentes publications sont actuellement en préparation : une sur les émissions primaires, une autre sur les expériences en chambre de simulation (formation d'aérosol secondaire) et deux sur la modélisation.
Les résultats expérimentaux liés aux émissions primairesseront présentés lors de l'European Aerosol Conference 2021.

La demande de mobilité urbaine ne cesse d'augmenter et le nombre croissant de véhicules dans les villes a des conséquences environnementales majeures. En France, les seuils réglementaires pour la qualité de l’air sont très régulièrement dépassés dans la plupart des villes induisant ainsi une hausse significative de la morbidité et de la mortalité des populations urbaines. Afin de limiter l’impact du trafic routier, les autorités législatives ont imposé des limites d’émissions pour les polluants réglementés comme les oxides d’azote (NOx) ou les particules en suspension (PM) connus pour leurs impacts sur la santé.
Une série de progrès technologiques relatifs aux moteurs et aux procédés de traitement des échappements ont donc vu le jour au cours de ces 10 dernières années comme le filtre à particules (FAP) pour les véhicules diesel, ou encore les systèmes de réduction catalytique sélective (RCS) pour les NOx. Les véhicules mis sur le marché doivent maintenant répondre à la norme EURO 6. En France, les véhicules Euro 6 représentent aujourd’hui environ 20% du parc automobile et représenteront 40 et 60% à horizon 2020 et 2025, respectivement. Pourtant, les émissions réelles de ce type de véhicules demeurent encore largement méconnues, au-delà des manipulations mises au jour récemment. Une étude pilote, que nous avons récemment menée, a mis en évidence que si les émissions polluants réglementés (NOx et PM) étaient effectivement abaissés, d’autres composés non réglementés étaient émis en quantités significatives comme les espèces azotés réduites (NH3, HCN,..) ou les composés organiques volatils à haut poids moléculaire. Ces espèces, pour la plupart hautement réactives, seront rapidement dégradées dans l’atmosphère et contribueront probablement significativement à la formation d’aérosol organique secondaire (AOS). Le devenir atmosphérique et la toxicité de ces composés émis par les véhicules EURO 6 sont encore inconnus.
Le projet POLEMICS fédère un consortium interdisciplinaire composé de spécialistes des émissions véhiculaires, de chimie de l’atmosphère et de chimie analytique (spectrométrie de masse en ligne), de toxicologues et de modélisateurs de la qualité de l’air permettant de répondre aux interrogations sur la nature, le devenir atmosphérique et les impacts des émissions des véhicules EURO 6 en combinant des études en laboratoire, sur bancs à rouleaux et en condition de conduite réelle. Les émissions véhiculaires seront analysées à la sortie du pot d’échappement et leur devenir atmosphérique en chambre de simulation (statique) et réacteurs à écoulement (dynamique). Les émissions primaires ainsi que leurs produits d’oxydation seront analysés, en phases gazeuse et particulaire, au moyen de techniques à la pointe de l’état de l’art en spectrométrie de masse en ligne. Cette caractérisation chimique fine sera complétée par une évaluation de la génotoxicité des émissions primaires et de leurs produits d’oxydation au moyen de tests in vitro. Enfin, les informations recueillies (facteurs d’émissions, produits d’oxydation et cinétiques de formation ou de dégradation) alimenteront les modèles de qualité de l’air.
Le projet POLEMICS apportera donc une première évaluation complète de l’impact sur la qualité de l’air en milieu urbain de la transition vers une flotte véhiculaire dominée par les véhicules EURO 6.

Coordination du projet

Barbara D'Anna (Laboratoire de Chimie de l'Environnement Laboratoire Chimie de l'Environnement - Mediterranean Institute of marine and terrestrial Biodiversity and Ecology)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LTE Laboratoire Transport et Environnement
CEREA Centre d'Enseignement et de Recherche en Environnement Atmosphérique
LCE-IMBE Laboratoire de Chimie de l'Environnement Laboratoire Chimie de l'Environnement - Mediterranean Institute of marine and terrestrial Biodiversity and Ecology

Aide de l'ANR 460 009 euros
Début et durée du projet scientifique : octobre 2018 - 36 Mois

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