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.

The demand for urban mobility is steadily increasing and the growing number of vehicles in cities has major environmental consequences. Most of the urban areas in France suffer from poor air quality which results in increased morbidity and mortality rates among the urban population. Legislative authorities have tried to counteract this problem by imposing stringent emission limits on selected air pollutants, nitrogen oxides (NOx) and particulate matter (PM), which have been associated with adverse effects on human health. At the same time, modern cars are also required to produce less carbon dioxide (CO2) for reducing negative impacts on climate. Car manufacturers have responded to these emission regulations by introducing a series of in-engine modifications and exhaust after treatment technologies, e.g. the Diesel Particulate Filter (DPF) or Selective Catalytic Reduction (SCR) of NOx. New cars have nowadays to meet Euro 6 standard. In France, Euro 6 cars currently account for approximately 20% of the total fleet, with the share increasing to 40% and 60% by 2020 and 2025, respectively. Emissions of these cars are still poorly characterized, especially in view of recently discovered manipulation practices. We have recently conducted pilot emission measurements on Euro 6 passenger cars and have observed that, while emissions of pollutants subjected to regulations are indeed reduced, other non-regulated pollutants (e.g. organic nitrogen compounds and selected hydrocarbon classes) are emitted in substantial quantities. Many of the observed compounds are highly reactive in nature and will be rapidly transformed in the atmosphere potentially contributing to the formation of secondary organic aerosols (SOA). The atmospheric fate and toxicity of the mixture of pollutants emitted by Euro 6 light-duty vehicles is yet unknown.

We have gathered an interdisciplinary team composed by emission specialists, atmospheric chemists, analytical mass spectrometry experts, toxicologists and air quality modellers that proposes to investigate the nature, the fate and the impacts of Euro 6 emissions combining in laboratory and real world measurements. Car exhaust will be measured at the tailpipe and after processing in static and dynamic simulation reactors. Primary emissions and oxidation products, both in the gas and the particulate phase, will be analysed using some of the most advanced on-line mass spectrometry techniques. Complementary studies on selected chemicals found in the exhaust will be carried out for elucidating degradation mechanisms and reaction products. The obtained kinetic and product information will implement air quality models. The genotoxic potential of primary and secondary particles will be assessed using standard in vitro assays. The consortium will thus provide a first comprehensive assessment on how the transition to a Euro 6 vehicle fleet will impact urban air quality.

Coordinateur du projet

Madame 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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