Systeme depollution engins non routier

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rapport de stage sur les systèmes de dépollution pour engins non routiers

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Systeme depollution engins non routier

  1. 1. Système de dépollution des transports Maritime, ferroviaire et engins de travaux publics.Etude réalisée pour : ADEME Encadrée par : M. Gabriel PlassatTravaux réalisés par : M. Jérome Le GovicEcole Polytechnique de l’Université de NantesDept Thermique - Energétique3ème Année 1
  2. 2. 2
  3. 3. SynthèseAu sein de lADEME, lAgence de lEnvironnement et de la Maîtrise de lÉnergie, leDépartement Technologies des Transports est chargé de la recherche, du développement etde lévaluation des technologies propres et économes des transports. Il a pour principalsecteur dactivité les véhicules routiers (véhicules légers, poids lourds), et souhaite étendreson activité au domaine du transport non routier (maritime, ferroviaire et engins de travauxpublics). Il est donc nécessaire deffectuer au préalable un état des lieux de ce secteur(normes, activité, pollution). Ce stage a donc pour objectif de réaliser une recherche nonexhaustive des méthodes de dépollution atmosphérique applicable à ces engins. Cette étudese base sur des projets réalisés en France et à l’étranger. A la fin de ce rapport, enconsidérant les différentes données répertoriées, une analyse de ces différents systèmespermet de distinguer quelle solution semble la plus pertinente pour chaque secteurconsidéré.The French Agency for Environmental and Energy Management (ADEME), with its TransportTechnologies Department, participates in research initiatives on conventional vehicles andalternative solutions. This Department implements evaluation programmes for the varioustechnologies and provides financial support for the new initiatives, mainly in road transport.But, now, it wants to extend its knowledge in off road transport (maritime, railway andconstruction equipment). Thus the aim of this internship is to make an assessment of theimpact of off road technologies on air pollution. This study is based on European and otherforeign projects on this topic. At the end, we try to find the best solutions to fight against airpollution of off road engines. 3
  4. 4. 4
  5. 5. RemerciementsCe stage de fin d’étude m’a permis de développer de nouvelles compétences quiseront importantes pour mon avenir professionnel.C’est pourquoi, je tiens à remercier M. Gabriel Plassat pour l’aide et les conseils qu’ilm’a apporté tout au long de cette période de 4 mois.Je remercie aussi l’ensemble de l’équipe du département des Technologies desTransports, Patrick Coroller, Stéphane Barbusse, Daniela Houpillart, FrédériqueBienvenu, Stéphane Biscaglia, Laurent Gagnepain, Sandrine Catania, JacquesCouderc et le personnel de l’ADEME de Valbonne pour leur chaleureux accueil.Enfin, je remercie tout particulièrement M. Jarny Yvon et l’ensemble des enseignantsdu département Thermique Energétique de l’école Polytechnique de l’Université deNantes pour les connaissances acquises durant ces 3 années d’école d’ingénieur. 5
  6. 6. 6
  7. 7. AbréviationsBTL Biomass to liquidCOV composés organiques volatilesCOVNM Composé organique volatile non méthaniqueCst centistokesDOC Catalyseur à oxydation, Diesel Oxidation CatalystECO Europe Centrale et Orientale (Bulgarie, Chypre, Estonie, Hongrie, Lettonie, Lituanie, Malte, Pologne, République tchèque, République slovaque, Roumanie, Slovénie et Turquie (pays candidats à l’adhésion - PC), Albanie, Bosnie-Herzégovine, Croatie, Ex République yougoslave de Macédoine, Serbie et Monténégro).EO Europe Occidentale (Allemagne, Autriche, Belgique, Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Irlande, Italie, Luxembourg, Pays-Bas, Portugal, Suède, Royaume- Uni, Islande, Liechtenstein, Norvège, Suisse y compris les petits Etats d’Andorre, de Monaco et de Saint Marin.EOCAC Europe Orientale, du Caucase et de l’Asie Centrale (Arménie, Azerbaïdjan, Biélorussie, Géorgie, Kazakhstan, Kirghizistan, Moldavie, Ouzbékistan, Fédération de Russie, Tadjikistan, Turkménistan, Ukraine).EMEP programme européen de contrôle et d’évaluationEPA Environmental Protection AgencyFàP Filtre à particuleGES gaz à effet de serreGTL gas to liquidGRT tonnage brut enregistréHFO Heavy fuel oil, fuel lourdPM particule Matter, particulePpm particule par millionTAG Turbine à GazSCR réduction sélective par catalyseTSP particule total en suspensionVOC Volatile Organic compoundWI Water injection, injection d’eau 7
  8. 8. SommaireI. Présentation de l’entreprise .................................................................... 11 A. L’ADEME................................................................................................ 11 B. Le département technologie des transports ................................................... 11II. Présentation du stage.......................................................................... 13 A. Objectifs visés ........................................................................................ 13 B. Déroulement du travail ............................................................................. 13III. La pollution atmosphérique.................................................................. 15 A. Inventaire des principaux polluants.............................................................. 15 B. Impacts................................................................................................. 17 C. Etat des lieux.......................................................................................... 19 1. Transport maritime ............................................................................... 19 2. Transport ferroviaire ............................................................................. 26 3. Engins de travaux publics....................................................................... 29IV. Les normes actuelles ........................................................................... 32 A. Transport maritime .................................................................................. 32 1. Réglementation internationale ................................................................. 32 2. Réglementation américaine..................................................................... 34 3. Réglementation européenne ................................................................... 35 B. Transport ferroviaire ................................................................................ 39 1. Fiche UIC 624...................................................................................... 39 2. US EPA .............................................................................................. 40 3. Directive européenne 97/68/EC ............................................................... 40 C. Engins de construction, tracteurs agricoles et forestiers :.................................. 41 1. Réglementation Américaine .................................................................... 41 2. Réglementation Européenne ................................................................... 43V. Les systèmes de dépollution.................................................................... 46 A. Carburants alternatifs ............................................................................... 46 1. Gaz naturel......................................................................................... 46 2. Emulsion ............................................................................................ 48 3. Le biodiesel. ........................................................................................ 49 4. Le diesel oxygéné................................................................................. 50 5. L’injection directe d’eau et l’injection continue d’eau..................................... 51 6. Huile végétale ..................................................................................... 52 8
  9. 9. B. Système retrofit ...................................................................................... 53 1. Filtre à particule ................................................................................... 53 2. Catalyseur à oxydation (DOC) ................................................................. 53 3. Exhaust Gas Recirculation ...................................................................... 55 4. SCR (Selective Catalytic Reduction) .......................................................... 56 5. Dispositif de démarrage et d’arrêt automatiques.......................................... 57 6. Epurateur à eau de mer......................................................................... 57 C. Autres Systèmes...................................................................................... 58 1. Hybride .............................................................................................. 58 2. Turbine à gaz...................................................................................... 60 3. Pile à combustible ................................................................................ 61 4. Solaire photovoltaïque ........................................................................... 63VI. Applications de ces systèmes ............................................................... 64 A. Transport maritime .................................................................................. 64 B. Transport ferroviaire ................................................................................ 77 C. Engins de travaux publics .......................................................................... 95VII. Analyse des solutions .........................................................................109 A. Transport maritime .................................................................................109 B. Transport ferroviaire ...............................................................................118 C. Engins de travaux publics .........................................................................123 D. Récapitulatif global : ...............................................................................127VIII. Conclusion......................................................................................128IX. Annexes :...........................................................................................129 A. Organigramme de l’ADEME .......................................................................129 B. Contacts...............................................................................................130 C. Références............................................................................................133 9
  10. 10. IntroductionLa pollution de lair est la résultante de multiples facteurs : croissance de laconsommation dénergie, développement des industries, de la circulation routière etaérienne, de lincinération des ordures ménagères, des déchets industriels, etc. Ainsi,la production et lutilisation dénergie en sont les principaux moteurs.Les transports sont parmi les premiers producteurs de gaz à effet de serre et autrespolluants. Le transport routier est soumis à de très strictes normes (EURO I, EUROII,…) réglementant les émissions de polluants depuis de nombreuses années. Auniveau des transports non routiers (maritime, ferroviaire et engins de travauxpublics), les normes sont bien moins exigeantes, voire il s’agit simplement derecommandations. Par exemple, le transport maritime n’est toujours pas soumis àdes mesures de contrôle des émissions de NOx . Pourtant, le transport non routierreprésente plus de 10 % des NOx émis par les transports (routier + non routier), etplus de 35 % des SO2.Les transports non routiers ont besoin de puissances importantes. La motorisation laplus utilisée et la mieux adaptée reste le moteur Diesel. Robuste, puissant, largementrépandu, il possède de nombreuses qualités. Mais, un de ses points faibles provientdes importantes émissions de polluants qu’il dégage : NOx , SO x , CO, HC etévidemment des particules.En se référant à des études réalisées en Europe et dans le reste du monde, cerapport tente de faire un état des lieux des transports non routiers au niveau ducontrôle des émissions. Les normes, les différentes technologies applicables sontprésentées. Enfin, une analyse de différentes données permettra de distinguer quelsystème de dépollution semble le mieux adapté en fonction de l’activité. 10
  11. 11. I. Présentation de l’entreprise A. L’ADEMELAgence de lEnvironnement et de la Maîtrise de lÉnergie est un établissement public àcaractère industriel et commercial, placé sous la tutelle des ministres chargés de laRecherche, de lEnvironnement et de lÉnergie. Créée en 1992, elle est étroitement associéeà la mise en œuvre des politiques de lÉtat dans les domaines de lenvironnement et delénergie et contribue au respect des engagements internationaux pris par la France pourparticiper à la diminution des problèmes liés à leffet de serre.La contribution de l’ADEME peut être synthétisée par trois priorités majeures : • Développer une économie du déchet à haute qualité environnementale ; • Engager un effort durable de maîtrise de l’énergie ; • Améliorer les performances des transports et réduire les pollutions de l’air.Pour conduire ses programmes daction, structurés en fonction des grands problèmesenvironnementaux, lAgence dispose de services centraux implantés à Paris, Angers etValbonne, de 26 délégations régionales et de 3 représentations territoriales.Historique de l’ADEME : § 1974 : Création de l’Agence pour les économies d’Energies (AEE) § 1975 : Création de l’Agence Nationale pour la récupération et l’Elimination des Déchets (ANRED) § 1978 : Création du Commissariat à l’Energie Solaire (COMES) § 1980 : création de l’Agence pour la Qualité de l’Air (AQA) § 1982 : Création de l’Agence Française pour la Maîtrise de l’Energie (AFME) par fusion de l’AEE et du COMES § 1991 : Création de l’Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie (ADEME) par fusion de l’ANRED, de l’AQA et de l’AFMEL’ADEME en quelques chiffres : § 850 salariés ; § 3 services centraux : Angers, Paris, Valbonne ; § 26 délégations régionales ; § 3 représentations dans les territoires d’Outre-mer ; § 1 bureau à Bruxelles ; § 331 M€ de budget en 2004 dont 262 M€ pour le budget d’intervention. B. Le département technologie des transportsLa sensibilité de lopinion publique aux effets de la pollution atmosphérique est devenue trèsimportante, puisque la réduction de la pollution de lair est au premier rang despréoccupations environnementales des Français. Dans ce contexte, lADEME doit favoriser laréduction de la pollution atmosphérique, notamment urbaine, et faire évoluer le secteur des 11
  12. 12. transports dans le sens dune meilleure maîtrise des consommations énergétiques et despollutions quil engendre.Si les pollutions p les chauffages des bâtiments et les installations industrielles sont en arréduction constantes, les évolutions sont plus contrastées dans les transports. Les émissionsde SO 2, de plomb et d’hydrocarbures diminuent, tandis que les émissions de NOx et departicules fines sont encore en hausse et induisent une pollution de fond préoccupante(notamment la pollution oxydante). La pollution atmosphérique est aujourdhuiprincipalement due à lautomobile et à laugmentation du trafic. LADEME contribue donc àlextension et à lévolution du système actuel de mesure en liaison avec le ministère delEnvironnement et les collectivités locales, en élargissant notamment la gamme de polluantsmesurés. Elle favorise la réduction des polluants à la source en participant au développementde la recherche sur les offres alternatives de motorisations et de carburants et en aidant lescollectivités à séquiper de parcs automobiles, dautobus et de bennes à ordures ménagèresles moins polluants (véhicules électriques, au gaz naturel...). Enfin elle met au point denouveaux outils pour aider les collectivités à élaborer des plans de déplacement urbain dansle souci de réduire les pollutions (air et bruit) de la manière la plus efficace. Les délégationsrégionales de lADEME coopèrent avec les autorités locales à lélaboration de ces plans.Dans ces domaines, lactivité de lADEME est gérée par la Direction de lAir, du Bruit et del’Efficacité Energétique qui regroupe 5 départements : • Département Bâtiments et urbanisme • Département Industrie et Agriculture • Département Surveillance de la qualité de l’air • Département Organisation des Transports • Et le Département Technologie Des Transports .Par le biais du Département Technologies des Transports, lADEME participe aux actions derecherche sur les véhicules conventionnels (carburants, moteurs, systèmes de post-traitement) et sur les solutions alternatives (électricité, gaz…). Elle met en œuvre desprogrammes dévaluation des différentes technologies et accompagne financièrement ledécollage des marchés.Lactivité "technologies des transports" de lADEME sest structurée en 2002 selon trois axesprincipaux :− La R&D dont lactivité sest accrue fortement avec le lancement dun appel à propositions dans le cadre du Predit 3;− La poursuite des campagnes dévaluation destinées à fournir aux utilisateurs des informations fiables sur les différentes solutions techniques disponibles;− Le renforcement du dispositif daide pour favoriser le développement des technologies propres et économes.Au total plus de 80 projets tant de R&D que dévaluation ou de diffusion, ont bénéficié en2001 dun financement de lAgence, qui a consacré à la mise en œuvre de lactivitétechnologies des transports, plus de 9 M€ de crédits budgétaires. 12
  13. 13. II. Présentation du stage A. Objectifs visésLe Département Technologies des Transports est chargé de la recherche, du développementet de lévaluation des technologies propres et économes du transport. Il est principalementorienté vers les véhicules routiers (véhicules légers, poids lourds), et souhaite notammentétendre son activité au domaine du transport non routier (maritime, ferroviaire et engins detravaux publics).Le but initial de mon stage était donc de réaliser un état des lieux de ces secteurs enm’intéressant plus particulièrement au problème de pollution atmosphérique. Pour se faire,j’ai effectué une bibliographie et une webographie non exhaustives des études et desexpériences européennes et mondiales dans le domaine des transports non routiers pourdéterminer quels sont les systèmes de dépollutions les plus adéquates pour ces secteurs. Jesuis également rentrer en contact avec les principaux acteurs de ces domaines (SNCM,Alstom, SNCF, GTM,…) pour voir leur vision de la dépollution atmosphérique provoquée parles transports non routiers.La prise de contact avec ces différents acteurs avait aussi pour objectif de leur proposer unpartenariat avec l’ADEME pour effectuer des mesures expérimentales et surtout pourpromouvoir l’installation des systèmes étudiés. B. Déroulement du travailPour chaque type de transport, mon travail de recherche commençait par une analyse dusecteur d’activité (répartition, acteurs, localisation,…) ainsi q’une étude des différentesnormes réglementant les émissions des moteurs Diesel utilisés. Pour les réglementations, ilétait important de prendre en compte les réglementations américaines en plus de celleseuropéennes, car elles sont souvent très proches et les normes européennes prennentsouvent exemple sur celles américaines. Le transport non routier étant peu réglementé auniveau européen, les constructeurs de moteurs pour ces types d’engins se réfèrent souventaux réglementations américaines ou internationales pour ensuite adapter leur matériel auxmarchés européens.Ces informations étaient collectées soit sur des sites spécialisés (dieselnet, citepa, ministèrede l’environnement, …) soit par des entretiens téléphoniques ou par mail.Cette première étape permettait de distinguer le fonctionnement du secteur pour pouvoirensuite mieux chercher les études réalisées pour réduire les émissions de polluants. En règlegénérale, très peu d’études ont été réalisées dans l’hexagone portant sur ce sujet. Parcontre, poussées par des réglementations plus strictes, plusieurs projets ont eu lieu enAmérique et au Canada. L’analyse de ces travaux permettait de déterminer le potentiel dechaque système de dépollution et ainsi de rédiger un dossier résumant les normes etméthodes de dépollution pour chaque type de transport.Une fois ce document terminé, u proposition de partenariat était envoyée à plusieurs neentreprises. Cela consistait, dans un premier temps, à informer et présenter les différentestechniques de contrôle des émissions qui pouvaient être installées. Ensuite, ’lADEME estintéressée pour trouver un partenaire pour réaliser une évaluation technique et économiqued’un système en condition réelle. L’objectif de cette étude serait de déterminer lesperformances (environnementales, économiques), la tenue dans le temps et l’impact dusystème sur une longue durée. L’intérêt pour l’entreprise partenaire est de valoriser leurimage aux yeux du grand public en affichant leur rôle dans le développement durable. 13
  14. 14. Ensuite, un aspect encore plus important est de préparer les installations aux futures normeseuropéennes en bénéficiant d’aides (subventions).La liste des entreprises contactées est fournie en annexe.En 2004, un accord Cadre entre l’ADEME et Morillon Corvol, entreprise de BTP, avait étésigné. L’un des objectifs est de mettre en place une série de mesures embarquées sur desengins de construction. Ces mesures ont pour but de connaître les émissions réelles desengins de chantier (polluants et GES), d’estimer limpact effet de serre et de proposer dessolutions pour améliorer les émissions (polluantes et GES). Ces mesures seront réalisées parle CRMT (Centre de Recherche des Matières Thermiques, laboratoire lyonnais) qui a mis aupoint un dispositif de mesures embarquées déjà employées dans des études similaires surdes bus et des poids lourds. Ces mesures devront avoir lieu la semaine 24, il est prévuensuite de les analyser pour en déduire grâce à des simulations quel système de dépollutionest le mieux adapté pour les engins étudiés. 14
  15. 15. III.La pollution atmosphériqueLes réseaux de mesure de la qualité de lair poursuivent un important programme demodernisation et dextension engagé après ladoption de la loi sur lair et lutilisationrationnelle de lénergie le 30 décembre 1996. Cette loi vise à rationaliser lutilisation delénergie et à définir une politique publique intégrant lair en matière de développementurbain. Le droit de respirer un air qui ne nuise pas à sa santé est reconnu à chacun. Unimportant déploiement de capteurs a alors débuté : En 1997, 1300 analyseurs étaientinstallés sur le territoire français et en 2003, 2002 analyseurs. Au fur et à mesure, lessystèmes se sont améliorés pour pouvoir mesurer de nouveaux polluants (hydrocarbures,benzène, particules fines telles que PM 10 et PM 2,5...). Désormais, ces résultats sont traitéspour informer le public sur l’état de l’air en temps réel et dans les jours à venir.Tandis que la loi sur lair et lutilisation rationnelle de lénergie fut promulguée fin 1996, lamême année les programmes PRIMEQUAL (qui a pour objectif de dresser un état desconnaissances sur les différents aspects de la pollution atmosphérique) et PREDIT (quicorrespond à de la R&D pour réduire la consommation d’énergie et la pollution destransports terrestres) se sont associés sous le terme PRIMEQUAL-PREDIT, programmenational de recherche pour une meilleure qualité de lair à léchelle locale. Ceci, afin demaintenir la cohérence de toutes les recherches menées dans le domaine de la pollution delair urbain. De plus, lannée 1999 a vu apparaître les Plans Régionaux pour la Qualité de lAir(PRQA) qui répertorient sur une échelle régionale les principaux polluants atmosphériques etlévolution des sources démissions.Il est important de mieux connaître les différentes formes de pollution pour pouvoir lacombattre. Cette pollution agit sur trois niveaux différents : • local ou de proximité, avec une concentration de gaz nocifs pour la santé et dont léchelle de temps est de lordre des heures ; • régional ou à longue distance, avec la formation de pluies acides et dont léchelle de temps est de lordre des jours ; • global ou planétaire, avec l’accentuation de l’effet de serre (du réchauffement de la planète) et dont léchelle de temps est de lordre des années. A. Inventaire des principaux polluantsLa liste de polluants n’est pas exhaustive c’est pourquoi nous nous contenterons de prendreen compte que ceux qui sont réglementés dans le secteur des transports. Deux classes sedistinguent alors : les gaz et les polluants solides.Les principaux gaz polluants réglementés : Lozone (O3) stratosphérique (bon ozone) nous protège des rayons UV du soleil,tandis que lozone troposphérique (mauvais ozone) est un polluant très toxique. Ce dernierest donc un polluant local et régional formé à partir de polluants primaires (NO x, HC et CO)sous l’effet d’un rayonnement solaire intense. Néanmoins, ce polluant est réglementé auniveau de sa concentration dans l’atmosphère mais pas directement à l’échappement desmoteurs à combustion interne. Le monoxyde de carbone (CO) est un polluant local. Il est produit par descombustions incomplètes. Il est aussi présent dans les rejets de certains procédés industriels(agglomération de minerais, aciéries, incinération de déchets) mais aussi et surtout présentdans les gaz déchappement des véhicules automobiles. 15
  16. 16. Les hydrocarbures imbrûlés (HC) sont issus d’une combustion incomplète commele CO. Ce sont des composés organiques volatiles (COV) et ils participent à la formationd’ozone. Le dioxyde de soufre (SO2) est un polluant régional. Il provient, en grande partie,de l’utilisation de combustibles fossiles soufrés (charbon, lignite, coke de pétrole, fuel lourd,fuel domestique, gasoil). Certains procédés industriels en libèrent aussi (production deH2SO 4, raffinage du pétrole,…) et même la nature avec les éruptions volcaniques. Les oxydes d’azote (NO x ) Ils proviennent de la combustion des combustibles fossiles et de quelques procédésindustriels (fabrication d’engrais,…). D’un point de vue thermodynamique, dans les conditions atmosphériques et enprésence d’oxygène, le monoxyde d’azote se réduit spontanément en N2 : 1 1 NO → O 2 + N 2 2 2 Cette réaction est cependant si lente qu’en pratique elle n’intervient pas. Le monoxyde d’azote se transforme aussi en milieu oxydant en NO2 : 1 NO + O2 → NO2 2 Cette réaction, dans les conditions atmosphériques, est également très lente. Enpratique, elle n’intervient que sur support catalytique. Les NOx se comportent donc commeune espèce stable dans l’atmosphère.Dans le cas des moteurs à combustion interne, l’oxydation de lazote de lair en NO se réalisedans la chambre de combustion. On peut distinguer trois mécanismes de formation qui sedistinguent par les conditions du milieu : § Le mécanisme thermique (ou mécanisme de Zeldovich) est issu de l’action au sein même du front de flamme en présence de radicaux libres O et N (excès d’air) produit par la combustion des espèces N2 et O2 à très haute température (1600°C) : O2 → Oo + O o N 2 + O o → NO + N o N o + O2 → NO + O o § Le second mécanisme ou mécanisme de Fénimore est un processus faisant intervenir les hydrocarbures et l’oxygène dans le front de flamme : CH + N 2 → HCN + N o C° + N 2 → CN ° + N o N ° + O2 → NO + O o § Le troisième mécanisme provient de l’oxydation des composés azotés présents dans le carburant. 16
  17. 17. Toutes ces réactions sont réversibles, les NOx devraient donc se dissocier lors durefroidissement pendant la phase de détente dans la chambre de combustion et àl’échappement. Mais leur cinétique qui dépend de la température les empêche de sedissocier. Le dioxyde de carbone (CO2 ) est un gaz à effet de serre, il n’est pas considéré entant que polluant. Il a connu une forte croissance ces derniers temps, ce qui expliquel’importance qui lui est attribuée. Cet accroissement rapide provient de l’augmentation de laconsommation dénergie fossile dans le monde et dune diminution importante des couvertsforestiers (une forêt de type tropical absorbe de 1 à 2 kg de CO2 par m2 et par an tandisquune forêt européenne ou un champ cultivé nabsorbe que de 0,2 à 0,5 kg de CO2 par m2et par an). De plus, ce gaz participe à l’effet de serre.Les principaux polluants solides réglementés sont : Les métaux lourds : Ils sont très nombreux à contaminer l’atmosphère. On trouvenotamment l’arsenic (As), le cadmium (Cd), le chrome (Cr), le cuivre (Cu), le mercure(Hg),… mais celui qui est émis principalement par les transports est le plomb (Pb). Cesémissions ont tendance à diminuer par l’utilisation de carburants sans plomb. Les particules : sont émises principalement des installations de combustion et plusparticulièrement celles utilisant du gasoil. Elles proviennent aussi de procédés industriels telsque l’extraction de minéraux, la cimenterie, l’aciérie, la fonderie, la verrerie, la plâtrière, lachimie fine, etc. elles comportent souvent des hydrocarbures imbrûlés ayant un effetcancérigène probable. B. Impacts • Sur la santé,Certains de ces polluants ont des effets fortement nuisibles sur la santé humaine et toutparticulièrement sur le s personnes sujettes à des problèmes respiratoires. Parmi cespolluants, on retrouve : § les particules : plus elles sont fines plus elles pénètrent profondément dans lappareil respiratoire et plus leur temps de séjour y est important. Elles ont une double action liée aux particules proprement dites et aux polluants quelles transportent (métaux, hydrocarbures, dioxyde de soufre, etc.). Elles irritent le système respiratoire humain et peuvent contribuer au déclenchement de maladies respiratoires aiguës. De plus, d’après le rapport de l’OMS (Organisation Mondiale de la Santé) du 14 avril 2005, ces particules augmenteraient la mortalité due aux maladies cardiovasculaires et respiratoires. L’espérance de vie des européens aurait donc ainsi été amputée de 8.6 mois en 2000. L’OMS estime que, d’ici 2010, 80 000 vies pourraient être sauvées grâce aux normes anti-pollution en vigueur dans l’Union Européenne ; 17
  18. 18. § le SO2 entraîne une inflammation des bronches avec un spasme qui provoque une altération de la fonction respiratoire. Les émissions de dioxyde de soufre proviennent en totalité du soufre contenu dans le pétrole brut. De plus, ce même soufre affecte les performances et la durabilité des dispositifs de traitement des gaz d’échappement et des systèmes embarqués de diagnostic montés sur les véhicules à essence et Diesel. La principale méthode de réduction de ces émissions est donc la désulfurisation des carburants. Une diminution de la teneur en soufre du carburant entraîne la réduction des émissions de NOx, de particules, des HC, du CO et surtout du SO 2. Pourquoi alors ne pas utiliser des carburants 0 soufre ? En effet, la solution du problème de réduction des SO 2 semble simple. Mais plusieurs problèmes se posent à cette solution. D’une part, la désulfurisation poussée des gasoils requiert des installations spécifiques chères et souvent fortement consommatrice d’énergie. Pour rester rentable, le bilan énergétique des raffineries doit rester positif. C’est pourquoi il restera toujours une faible quantité de soufre dans les carburants. § le NOx : le NO2 est toxique (40 fois plus que CO, 4 fois plus que NO), le NO2 pénètre profondément dans les poumons. Les pics de concentrations sont plus nocifs quune même dose sur une longue période. Le NO est un gaz irritant pour les bronches, il réduit le pouvoir oxygénateur du sang ; § le CO se fixe sur lhémoglobine du sang et empêche donc le transport de l’oxygène dans le corps ; § l’ozone irrite les yeux, la gorge et les bronches. • Sur les matériaux,Les polluants accélèrent la corrosion des matériaux à cause des pluies acides. Les particulesencrassent fortement les bâtiments. Ils détruisent peu à peu le patrimoine culturel etoccasionne donéreux travaux de ravalement de façades ou de restauration des monuments. • Sur les écosystèmes,Le SO 2 et le NOx sont les principaux composants formant le dépôt acide. Cette acidificationtouche directement de nombreux écosystèmes. L’acidification de l’eau engendre la mort despoissons et de nombreuses autres espèces animales et végétales. Le dépôt dazote peutcontribuer aussi à leutrophisation des écosystèmes terrestres, d’eau douce et marine,affectant entre autres la diversité biologique. 18
  19. 19. C. Etat des lieux 1. Transport maritimeau niveau de l’activitéLe secteur maritime constitue un enjeu stratégique de léconomie moderne. En effet, en1997, 90% des échanges entre lUnion Européenne et le reste du monde sont assurés par letransport maritime; à lintérieur de lUnion, 30% des échanges de marchandises transitentpar la mer et 2.5 M demplois sont engendrés par lIndustrie Maritime.Le tableau suivant donne une estimation de l’activité maritime dans les pays européens enprésentant le nombre d’accostage et le poids transporté par navire dans chaque pays en1997. Ces chiffres proviennent des registres de LLoyds (1997) et de Fairway. Pays Estimation du nombre total Chargement total Chargement moyen par d’accostage estimé navire (.000 t) (t)Belgique 35 398 193 181 5 457Danemark 121 037 126 151 1 042Finlande 29 261 85 142 2 910France 41 464 307 080 7 406Allemagne 155 488 349 920 2 250Grèce 43 539 40 074 920Irlande 17 746 38 936 2 194Italie 47 718 299 168 6 270Pays Bas 46 635 384 496 8 245Portugal 12 123 48 495 4 000Espagne 75 081 268 846 3 581Suède 64 118 145 575 2 270Royaume Uni 246 840 596 5221 2 417Total 936 447 2 883 584 3 079La flotte de commerce mondialeDepuis la seconde guerre mondiale, la flotte mondiale est en croissance continue : ondénombre aujourdhui 38 500 navires supérieurs à 100 unités de jauge brute (1jb = 2, 83 m 3)représentant une capacité demport de 750 millions de tonnes de port en lourd (tpl). Larépartition de la flotte mondiale a été considérablement modifiée sur cette période audétriment des flottes sous pavillons nationaux des pays développés. Au développement des 19
  20. 20. flottes des pays émergents dAsie est venu sajouter le recours massif par les armateurs,pour des raisons économiques, aux pavillons des pays de libre immatriculation dits aussi "decomplaisance ", qui abritent aujourdhui en tonnage près de la moitié de la flotte decommerce mondiale. Les deux plus importants, et les plus anciens dentre eux, le Panama etle Liberia, représentent le tiers du tonnage mondial.La flotte de commerce françaiseLa flotte de commerce française sétablit au 1er janvier 2000 à 209 navires dun tonnagesupérieur à 100 unités de jauge brute, représentant 4,48 millions dunités de jb et 7,02millions de tpl, soit une capacité demport en hausse de près de 7% par rapport à lannéeprécédente. La France, qui occupait encore le 10ème rang mondial en tonnage au cours desannées 70, figure aujourdhui au 28ème rang. La flotte française compte en outre environ5090 navires de moins de 100 tjb. Lâge moyen général de la flotte de commerce sélève à13,2 ans, contre 6,4 ans en 1980. Malgré ce vieillissement, la flotte de commerce françaiseapparaît globalement dun peu plus de trois ans plus jeunes que celle des autres pays delUnion Européenne.Remarque : pour plus d’informations :http://www.mer.equipement.gouv.fr/commerce/00_presentation/index.htmUne étude réalisée par Corbett & Fischbeck a visualisé la répartition des types de moteursinstallés sur les navires supérieurs à 100 GRT en 1999 : Type de moteur Nombre de navires % Moteur Diesel lent 56 628 65.7 Moteur Diesel à vitesse moyenne 27 758 32.2 Vapeur 1 820 2.1 Total 86 206 100L’organisation portuaire en FranceLes ports français sont divisés en 3 catégories : • Les ports autonomes : il s’agit des 7 plus grands ports de commerce français. Ils sont classés en tant qu’établissements publics de l’Etat. Ils représentent 80 % du trafic maritime. Ce sont les ports de Bordeaux, Dunkerque, La Guadeloupe, Le Havre, Marseille -Fos, Nantes-Saint-Nazaire et Rouen. • Les ports d’intérêt national : on en compte 23 qui sont des ports de pêche soit de commerce. Les installations de superstructure sont, dans la pratique, généralement concédées aux Chambres de Commerce et dIndustrie. Ces ports assurent environ 20% du tonnage de marchandises mais représentent 50% environ des marchandises diverses non conteneurisées et plus de 80% du trafic de passagers. • Les ports décentralisés. Ces ports sont répartis en 304 ports de commerce et de pêche, comportant souvent une partie réservée à la plaisance, gérés par les Conseils Généraux de départements, et en 228 ports de plaisance gérés par les Communes. 20
  21. 21. au niveau pollutionAu niveau européenL’évolution de la qualité de l’air est sous l’influence d’un système météorologique complexeet dynamique qui dépend à la fois des effets des courants maritimes et terrestres. Dans cettepartie du transport maritime, nous ne considèrerons que les eaux européennes dont lalocalisation et l’étendue sont précisées dans les figures suivantes :Les eaux européennes 1 2 3 4 Figure III- 1: Les eaux européennes [BMT]Cette zone correspond au EMEP domain (European Monitoring and Evaluation Programme).On peut y distingué quatre grandes zones : la mer Baltique, la mer du Nord et Irlandaise, lamer Méditerranée et le Nord Est de l’océan atlantique. Cette répartition correspond à celleétablie dans le MARPOL (convention internationale pour la prévention de la pollution par lesnavires). Zones principales Superficie (km²) 1 – Mer Baltique 422 000 2 – Eaux de l’Europe du Nord Ouest 1 572 597 3 – Méditerranée 2 505 000 4 – Nord est de l’océan atlantique 1 511 801 Total 6 011 397 21
  22. 22. Pour l’année 2000, les émissions totales des cinq principaux polluants et gaz à effet de serreproduits dans les eaux européennes sont données dans le tableau suivant : NOx SO 2 CO2 HC PM (zone portuaire) (Kte/an) (Kte/an) (Kte/an) (Kte/an) (Kte/an) Navire + 3 535 2 515 153 243 131 21 ferries Bateaux de 82 63 4 055 2.8 Non Communiqué pêches TOTAL 3 617 2 578 157 298 134 Tableau III- 1 : émissions polluantes provenant des navires en 2000 [BMT]On voit que les émissions de CO2 dépassent très largement celles des autres polluants. Maisle CO2 est un gaz à effet de serre et il n’est pas considéré comme polluant. De plus, cesémissions dépendent directement de la consommation des moteurs. C’est pourquoi lesindustriels tendent de plus en plus à diminuer la consommation des moteurs à combustioninterne.Nous verrons que les études de réductions se dirigent plus vers les émissions de NOx et deSO 2. Il faut reconsidérer ces chiffres en tenant compte des autres secteurs puisque commenous le verrons pour le cas français, les transports tout secteur confondu émettent à euxseuls 28% des émissions de CO2 et 53% des NO x.Analyse de l’émission d’un des polluants : le SO 2 :Il est intéressant de visualiser les émissions de SO 2 sur le domaine EMEP. On retrouve bienles différentes routes de transport maritime. 22
  23. 23. Figure III- 2 : émissions de SO2 fournis par une étude de ENTECNous pouvons affiner ces résultats en observant la répartition des émissions de SO 2 enfonction du lieu de départ et d’arrivée des navires : Figure III- 3 : émission totale de SO2 répartie en fonction des déplacements [Entec]Les navires circulant exclusivement dans la zone EURO (15 membres) et ceux arrivant ausortant d’un port de cette même zone représentent à eux seul 67% des émissions en SO 2.Des résultats similaires ont été obtenus pour les autres polluants.Il est intéressant de comparer ces résultats avec une répartition des mouvements decirculation des navires : 23
  24. 24. Figure III-4 : répartition des déplacements des navires en fonction des lieux de départ etdarrivée [Entec]51% des navires circulent donc dans les eaux européennes sans accoster dans un porteuropéen. Or on peut souligner que ces navires ne représentent que 7% des émissions enSO 2. Cela s’explique par le fait que leur durée à l’intérieur de la zone européenne est moinsimportante que des navires circulant exclusivement dans cette zone.Au niveau françaisSeuls les polluants participant à plus de 5% des émissions sont présentées ici. Le tableausuivant représente de façon générale la part relative des transports en Francemétropolitaine. On y trouve aussi l’évolution de chaque polluant sur une période de 12 ansde 1990 à 2003. les transports Maritime 2002 (kt) % p/r total ttes sources ? % 1990-2002 2002 (kt) 2002% ? % 1990-2002 SO2 36 7 -77 9,8 27,22 -5 NOx 723 53 -38 30 4,15 1 CO 2150 36 -66 0,4 0,02 1 COVN 425 28 -61 14 3,29 1 CO2 138 28 19 1,5 1,09 1 Pb 18 8 -100 0,01 0,06 -100 Cu 140 79 21 0,01 0,01 -25 HAP 83 33 20 0 0,00 -100 N2O 13 6 151 0,05 0,38 1 TSP 130 9 4 2,9 2,23 2 24
  25. 25. PM10 78 15 -6 2,7 3,46 2 PM2,5 59 22 -9 2,6 4,41 2 PM1,0 50 25 -10 2,4 4,80 3 Tableau III- 2 : polluants provenant des transports en général et maritime[Citepa]Remarque : cette étude ne prend en compte qu’une seule partie des émissions des bateauxpuisque sont exclus les rejets du trafic maritime international.Le transport maritime produit essentiellement que 4 sortes de polluants. Il s’agit du SO 2, desNOx, des COVNM et des particules. Comme le montre leur évolution de 1990 à 2002, peud’études et de modifications pour rendre ces systèmes moins polluants ont été menées.Voyons maintenant de façon plus fine quelques un de ces polluants. Route Maritime Ferroviaire Aérien FluvialBien que le CO2 ne soit pas un polluant, il est intéressant de connaître sa répartition parsecteur ; En effet, les émissions ne CO2 étant liées à la consommation du véhicule, cesrésultats nous donnent donc aussi la répartition de la consommation nationale, carburanttout confondu (essence, gazole, kérosène) par secteur. Ainsi, le transport non routier émet6.1% des CO2 et consomme donc ~6% du carburant.Les émissions du transport maritime en SO 2 et NOx représentent respectivement 27.1 et4.1%. Contenu de ces résultats, ce sont ces polluants qui suscitent le plus d’intérêt car il estprimordial de diminuer leurs émissions et peu d’études ont été réalisées. De plus, de 25
  26. 26. récentes recherches menées pour la Commission Européenne indiquent que dici à 2010, lesémissions de SO 2 des navires pourraient être équivalentes à plus de 75 % de lensemble desémissions dorigine terrestre, y compris celles provenant de tous les moyens de transport,des installations de combustion et des chaudières utilisant des combustibles liquides.Une autre étude menée sur le sol américain permet d’estimer la réduction d’émissionsnationales en 2030 pour voir l’évolution des véhicules terrestres hors route, des locomotives,des navires commerciaux et des embarcations de plaisance fonctionnant au carburant Dieselaux Etats-Unis. Polluant Réduction des émissions Pourcentage de réduction lié aux en 2030 (en tonnes véhicules et moteurs hors route au impériales) carburant DieselPM2,5 127 708 62 %NOx 826 690 31 %SO2 389 337 97 %COV (y compris les 29 660 17 %toxiques atmosphériques)CO 623 851 57 %Benzène 593 30 %Formaldéhyde 3 500 30 %Acétaldéhyde 1 572 30 %Buta-1,3-diène 59 31 %Acroléine 89 30 % Tableau III- 3 : prévision en 2030http://www.ec.gc.ca/energ/fuels/reports/OffRoadDiesel/SulphurOffRoadDiesel_p5_f.cfmCette étude est très significative car elle montre que la réduction de certains types depolluants (SO 2, NOx et particules tout particulièrement) dépend de la mise en place d’étudesou de normes au niveau des transports non routiers. 2. Transport ferroviaireC’est seulement à partir de 1920 que le moteur diesel a atteint des performances permettantde l’appliquer dans le domaine ferroviaire. Mais à cause de la crise économique mondiale etde la seconde guerre, c’est seulement à partir des années 1950 que les locomotives à vapeurcirculant sur les lignes non électrifiées d’Europe ont été remplacées par des véhicules diesel.Les moteurs de locomotives sont généralement très robustes et ont une longévité de 30 à 40ans. Le renouvellement se fait donc sur de longs cycles. Après l’introduction de la tractiondiesel dans les années 1930 et la fin de la locomotive à vapeur en Europe occidentale, avecde nombreuses acquisitions de remplacements jusqu’en 1960, un nouveau cycle derenouvellement a débuté dans les années 1990. De nos jours, ce renouvellement perdurepuisqu’il est favorisé par des attentes toujours plus accrues en matière de respect del’environnement.A l’exception de la Grande Bretagne, où les trains de voyageurs et de marchandisespossèdent pour beaucoup des moteurs thermiques, les principaux axes ferroviaires du restede l’Europe sont largement électrifiés. Néanmoins, les compagnies ferroviaires ont un certain 26
  27. 27. besoin de locomotives et d’autorails équipés de moteurs diesel qui sont souvent très bonmarché. Ces engins thermiques sont employés pour les manœuvres dans les grandes gares,pour les transports de marchandise, pour les zones non électrifiées.Au début des années 1990, les transports ferroviaires prédominaient dans les pays del’Europe Centrale et Orientale , la route gagne désormais du terrain au détriment du rail. Lapart de marché des transports ferroviaires dans l’ECO demeure toutefois nettementsupérieure à celle de l’Europe Occidentale. Dans l’Europe orientale, du Caucase et de l’Asiecentrale (EOCAC), la position des transports ferroviaires reste forte, sans signe de recul. Legraphique suivant montre les proportions des différents modes de frets en 2003 : A part dans les pays de l’EOCAC, le transport routier de frets a dépassé le transport ferroviaire. En Europe Orientale, la route représente près de 70 % du moyen de transport du fret alors que le rail seulement 18%.Figure III- 5 : répartition du transport de fret par mode de transportGrâce à la prédominance de la traction électrique, la part du trafic ferroviaire aux émissionsde polluants représente une faible part du transport en général. Selon l’inventaire desémissions pour l’Europe (CORINAIR), dans la zone UE, le trafic ferroviaire consommel’équivalent de 2% de la consommation total de diesel. Malgré ces proportions relativementfaibles, les polluants considérés peuvent avoir des effets très importants dans des situationsspécifiques telles que des tunnels ou des gares mal ventilés. Pour quantifier ces effets,Airparif a réalisé en avril 2003 une étude de modélisation de la dispersion des émissionspolluantes dans le secteur de la gare de l’Est. Ces travaux avaient pour objectif d’évaluer lapart prise par es locomotives diesel dans le niveau de pollution de ce quartier. Ils ont lmontré que la contribution du trafic ferroviaire Diesel peut se révéler très importante.Suivant la direction et la force du vent, les pourcentages de NO x d’origine ferroviaire peuventatteindre des valeurs de 70 à 80 % pour des zones situées à plusieurs centaines de mètresdes locomotives. Il a également été visualisé que le départ d’une locomotive entraînependant un laps de temps court la formation d’un panache de polluants au dessus duparcours de la motrice. Les concentrations en NOx peuvent atteindre des pics de l’ordre de1300 à 1700 µg/m 3 pendant des temps très courts (2 min).Dans toute l’Europe, on dénombre quelques 35 000 véhicules ferroviaires à moteurs diesel.Sur le territoire de l’Union Européenne. On recense 4 200 locomotives de manœuvrethermiques, 4 900 autorails et 9 300 locomotives. En France, la SNCF possède environ 1 700locomotives Diesel (pour 2 000 locomotives électriques et 350 TGV), 700 automoteurs etautorails (pour 1000 automotrices électriques) et 1200 locotracteurs (chiffres de 2002).http://reports.fr.eea.eu.int/environmental_assessment_report_2003_10-sum/fr/kiev_sum_fr.pdfhttp://recherche.sncf.com/projets/diesel.html 27
  28. 28. Au niveau de la pollutionLe transport ferroviaire a toujours été considéré comme propre face à son homologueroutier. Mais dans un avenir proche, le trafic ferroviaire Diesel va perdre son atout du fait del’entrée en vigueur des nouvelles réglementations : Euro 4 (01/10/2005) et Euro 5(01/10/2008), grâce auxquels les nouveaux véhicules routiers Diesel font devoir réduire de lamoitié leur émission de polluants en passant d’EURO 3 à EURO 5. De plus, ces derniers ontune fréquence de renouvellement plus grande. Si le transport ferroviaire veut garder sonétiquette de transport propre, il doit réagir rapidement pour se préparer à de futuresnormes.Comme pour le transport maritime, le rapport Secten donne la part des émissions polluantesdu secteur ferroviaire par rapport aux transports en général ainsi que l’évolution constatéesur la période 1990-2002. les transports Ferroviaire 2002 % p/r total ttes ?% 2002 (kt) sources 1990/2002 (kt) 2002% ? % 1990/2002 SO2 36 7 -77 0,2 0,56 -92 NOx 723 53 -38 9,3 1,29 -31 CO 2150 36 -66 2,5 0,12 -31 COVN 425 28 -61 1,1 0,26 -31 CO2 138 28 19 0,7 0,51 -31 Pb 18 8 -100 0 0,00 Cu 140 79 21 54 38,57 15 HAP 83 33 20 0 0,00 N2O 13 6 151 0,02 0,15 -31 TSP 130 9 4 5,6 4,31 -2 PM10 78 15 -6 3,7 4,74 -7 PM2,5 59 22 -9 1 1,69 -31 PM1,0 50 25 -10 0 0,00A travers ces résultats, on remarque que les émissions en SO 2 ont diminué de plus de 90%entre 1990 et 2002 ce qui vient de la réduction progressive de la teneur en soufre contenuedans les carburants. En 2002, les émissions de SO 2 provenant du secteur ferroviaire nereprésente plus que 0.56% des émissions provenant des transports. A partir de 2005, lecarburant utilisé est le même que celui utilisé pour le transport routier, sa teneur en ppm estlimité à 50 (contre 350). Mais la SNCF n’a pas attendu la mise en place de cetteréglementation et utilise un carburant à faible teneur en soufre depuis plusieurs années. 28
  29. 29. De nos jours, le rail produit essentiellement trois type de polluants : NOx, particules, Cu.Le cuivre provient du frottement entre la caténaire et le pantographe. Les émissions departicules ont deux origines : les freins, et les gaz d’échappement des moteurs Diesel. En1995, on a mesuré que le freinage produisait plus de 2 000 tonnes de poussières fines. Maisseuls des systèmes de réduction au niveau des émissions des moteurs thermiques sontdisponibles. Les NOx sont un produit de la combustion et leur formation dépend de latempérature de flamme. 3. Engins de travaux publicsLe secteur des engins de travaux publics est très vaste et très diversifié. En effet, on ytrouve plusieurs types de matériels : matériel routier, de terrassement, de levage…De plus,le nombre de catégories d’engins destiné à ce secteur d’activité est varié, par exemple : Figure III- 6: tombereau Figure III- 7 : chargeuse sur pneu Figure III- 8 : pelleteuse hydraulique Figure III- 9 : scaperLe marché français représente un peu moins de 19 000 engins, soit 15 % du marchéeuropéen. Il a été estimé à plus de 1.2 milliards d’euros en 1999. Le graphique suivantprésente l’évolution sur 5 ans des ventes de matériels de terrassement en France : 29
  30. 30. Le matériel de terrassement en représente 85 %, le matériel routier 15 %. Les principauxclients sont les 5 600 entreprises de travaux publics, qui réalisent une part importante deleur chiffre d’affaires pour l’Etat, les collectivités locales et les grandes entreprises publiquesou privées. Ces entreprises ont réalisé, en 1999, 25 milliards d’euros de travaux, dont 35 %pour la construction de routes, 17 % pour les travaux électriques, 15 % pour les travauxgénéraux de terrassement…La durée moyenne d’un engin de terrassement est d’environ 8 à 10 ans. Des nouvellesréglementations concernant la sécurité et le bruit sont entrées en vigueur en 2002 ce quipousse à un renouvellement d’une part de ces engins.Les trois leaders mondiaux dans le secteurs des engins de travaux publics sont : Case NewHolland, Caterpillar, Liebherr. Ces trois opérateurs mondiaux sont présents sur le secteurfrançais et emploient 1000 salariés.Un fait important dans ce secteur est que les grandes entreprises françaises de travauxpublics privilégient de plus en plus la location, mais les petites souhaitent également de plusen plus disposer d’un matériel nouveau et fiable. La location progresse fortement sur lematériel compact (mini pelles et chargeuses). Près de la moitié de ce matériel est ainsiproposé en location. Cette pratique est moins répandue pour le matériel lourd. Cela a unavantage certain sur la réduction de la pollution de ces engins, puisque les modèles récentspossèdent des moteurs Diesel beaucoup moins polluants.Le rapport Secten du Citepa comporte une annexe concernant les émissions en provenancedes engins non routiers (EMNR). Les engins qui composent cette catégorie pour cette étudesont les suivants : les engins de chantier, les engins industriels, les groupes électrogènes, lesengins agricoles, les engins sylvicoles et les engins du résidentiel (taille -haies, tondeuses,débroussailleuses, .... Tous ces engins ont ensuite été regroupés en trois catégories :industrie, agriculture/sylviculture et résidentiel/tertiaire. Les engins de travaux publics sontdonc recensés dans la catégorie industrie.Il est important de souligner que les incertitudes de ces émissions sont importantes du faitde la grande diversité d’engins et de leurs utilisations variées. Néanmoins, elles permettentd’avoir une base.Pendant de nombreuses années, les constructeurs tenaient peu compte de la pollutionproduite par ces engins, seule la puissance comptait. C’est pourquoi a part des émissions l 30
  31. 31. des EMNR dans le total de la France métropolitaine est restée à peu près constante sur lapériode 1990-2002 pour tous les polluants concernés (contrairement aux émissions dutransport routier qui ont fortement diminué).Comme le montrent les tableaux ci-dessus, les EMNR représentent une source de NO x nonnégligeable (17,7% du total de la France métropolitaine en 2002). Mais les engins d’industriene représentent que 1.7%. Cette part peut sembler faible mais en fait, l’étude utilise lesstatistiques énergétiques françaises pour l’industrie. Il faut savoir quune partie desconsommations doit être comptabilisée avec les consommations du secteur routier carlorsque du gazole est utilisé, les consommations sont comptabilisées avec les camions. Cesdonnées sont donc fournies à titre d’exemple et ne représentent pas l’impact des émissionsréelles des engins de construction.A titre de comparaison, les autorités canadiennes ont estimé que le matériel de constructioncontribuait à 12 % de toutes les émissions de NO x du pays. 31
  32. 32. IV. Les normes actuelles A. Transport maritimeActuellement, NOx et SO x sont les seuls polluants à être soumis à des limitations d’émissionsdans le secteur du transport maritime. On peut s’attendre à voir apparaître dans quelquesannées des réglementations concernant les HC et les particules. 1. Réglementation internationaleL’organisation internationale de la marine (IMO) est une agence des Nations Unies qui futcréée dans le but d’améliorer la sécurité dans les transports maritimes. L’IMO futofficiellement fondée lors de la conférence internationale de Genève en 1948. Elle regroupe164 Etats membres.L’organisation maritime internationale a établi, par la Convention internationale pour laprévention de la pollution par les navires du 2 novembre 1973 et par le protocole de 1978(MARPOL 73/78), des règles de prévention de la pollution, qui ont été adoptées au niveauinternational et concernent la conception et lexploitation des pétroliers. MARPOL 73/78 est laprincipale convention internationale visant à la prévention de la pollution de l’environnementmarin par les navires. Le 27 Septembre 1997, la Convention MARPOL a été modifié par le« protocole de 1997 » qui inclut alors une annexe VI intitulé « Regulations for prevention ofair pollution from ships ». Ce document met en place des limitations d’émissions de NOx etde SO 2 provenant des gaz d’échappement des navires et il interdit les émissions de produitsdétruisant l’ozone. La convention inclut donc 6 annexes techniques : • Annexe I : Règles relatives à la prévention de la pollution par les hydrocarbures Regulations for the Prevention of Pollution by Oil ; • Annexe II : Règles relatives à la prévention de la pollution par les substances liquides nocives transportées en vrac Regulations for the Control of Pollution by Noxious Liquid Substances in Bulk ; • Annexe III : Règles relatives à la prévention de la pollution par les substances nuisibles transportées par mer en colis, ou dans des conteneurs, des citernes mobiles, des camions-citernes ou des wagons-citernes Prevention of Pollution by Harmful Substances Carried by Sea in Packaged Form ; • Annexe IV : Règles relatives à la prévention de la pollution par les eaux usées des navires (entrée en vigueur le 27 septembre 2003) Prevention of Pollution by Sewage from Ships ; • Annexe V : Règles relatives à la prévention de la pollution par les ordures des navires Prevention of Pollution by Garbage from Ships ; • Annexe VI : Règles relatives à la prévention de la pollution de l’air par les navires (adoptée en septembre 1997, pas encore entrée en vigueur) Prevention of Air Pollution from ShipsLe 18 mai 2004, l’état de Samoa était le 15ème état à déposer sa ratification. Il rejoignaitalors les Bahamas, le Bengladesh, les Barbade, le Danemark, l’Allemagne, la Grèce, leLibéria, les îles Marshal, la Norvège, le Panama, Singapore, l’Espagne, la Suède et les îlesVanuatu. A cette date, l’ensemble de ces états représentait 54.57% du poids de marchandiseaffrétée par cargo. A partir de cette date, l’annexe VI est appliquée et elle tient compte aussides nouveaux moteurs de plus de 130 kW installés sur les navires construits au ou après le1er janvier 2000. 32
  33. 33. Ces réglementations ne prennent en compte que deux types de polluants : les NOx et LesSO 2. Leurs limitations respectives sont détaillées dans la suite : Les limitations d’émission de NO x sont appliquées aux moteurs Diesels et vont de9.8 à 17g/kWh dépendant de la vitesse maximale de fonctionnement du moteur commel’indique le tableau suivant : Vitesse du moteur (n, tr/mn) NOx, g/kWh n< 130 tr/mn 17 130 tr/mn = n < 2000 tr/mn 45*n-0.2 n = 2000 tr/mn 9.8 33
  34. 34. Les émissions d’oxyde de Soufre dépendent en grande partie de la teneur ensoufre du carburant utilisé. C’est pourquoi les réglementations ont fixé des règles sur cetteteneur. Les réglementations de l’annexe VI préconise une teneur global en soufre de 4.5%dans les carburants et elle met en place deux zones soumises à un contrôle et à des normesplus strictes. Il s’agit de la Mer du Nord et de la Mer Baltique. Dans ces deux zones, le fioulbrûlé ne doit pas contenir plus de 1.5% de soufre.Pour plus de détails :http://www.imo.org/HOME.html 2. Réglementation américaineLa réglementation américaine différencie trois catégories de navires en fonction de leurcylindrée. Catégorie Cylindrée (dm3) 1 D < 5 dm 3 (et puissance = 37 kW) 2 5 dm 3 = D < 30 dm 3 3 D = 30 dm 3Les moteurs des catégories 1 et 2 ont des puissances comprises entre 2 500 et 70 000 kW(soit 3 000 à 94 000 CV).La catégorie 3 a été créée spécialement pour les gros moteurs marins avec des puissancesallant de 2 500 à 70 000 kW (soit 3 400 à 94 000 CV). Ce sont l s moteurs utilisés pour la epropulsion des tankers, porte contenaires, ferries,…Pour établir les différentes normes (tier), plusieurs lois ont été établies : • 1999, « Control of emissions of air pollution from new CI Marine Engines at or above 37 kW » : elle met en place les normes du tier 2 pour les catégories 1 et 2 en se basant sur les réglementations générales des véhicules non routiers et des directives du Marpol. Les navires militaires ainsi que les bateaux de compétition (racing boat) ne sont pas inclus dans cette loi. Catégorie Cylindrée (dm3) NOx + HC CO PM Date Puissance (kW) g/kWh g/kWh g/kWh d’application V < 0.9 7.5 0.4 2005 P = 37 kW 1 0.9 = V < 1.2 5 0.3 2004 1.2 = V < 2.5 7.2 0.2 2.5 = V < 5 2007 34
  35. 35. 5 = V < 15 7.8 5 0.27 2007 15 = V < 20 8.7 0.5 P < 3 300 2 15 = V < 20 9.8 P = 3 300 20 = V < 25 25 = V < 30 11 Les limitations des émissions de NOx correspondent à celle données par l’IMO 3 Voir loi de 2003 • 2002, « Emission standards for New Nonroad Engines – Large industrial Spark – ignition Engines, recreational marine Diesel Engines, and recreational vehicles »: elle fixe les normes pour les navires de loisirs qui ont des puissances supérieures à 37 kW soit 50 CV. Cylindrée Date CO NOx + HC PM 3 dm D’application g/kWh g/kWh g/kWh 0.5 = D < 0.9 2007 5 7.5 0.4 0.9 = D < 1.2 2006 5 7.2 0.3 1.2 = D < 2.5 2006 5 7.2 0.2 D = 2.5 2009 5 7.2 0.2 • 2003, « Control of emissions from new marine compression ignition engines at or above 30liters per cylinder » : Cette loi a pour objectif principal de mettre en place des limitations des émissions provenant des moteurs de catégorie 3. Au final, elle reprend les limitations fixées par l’IMO pour les émissions de NOx. 3. Réglementation européenneLe 21 novembre 2002 à Bruxelles, la Commission inaugure une stratégie visant à réduireles effets sur lenvironnement et la santé humaine des émissions atmosphériques dues auxnavires. Elle a pour but de limiter les effets des émissions de polluants (NOx, SO 2, particules)provenant des navires de mer sur la qualité de l’air et sur l’acidification.Mme Margot Wallström, membre de la Commission chargée de lenvironnement, a déclaré:«La nouvelle stratégie de la Commission visant à réduire les émissions dues aux navires offreau secteur maritime une occasion opportune daméliorer sa performance environnementale.Les nouveaux seuils plus stricts que nous proposons de mettre en place concernant la teneuren soufre des combustibles marine, réduiront les émissions de dioxyde de soufre dans lUE 35
  36. 36. de plus de 500 000 tonnes par an. Ces réductions viseront à produire les meilleurs effetspossibles - dans les ports et les zones côtières proches des zones dhabitation, et dans lesécosystèmes sensibles à laction des acides du nord de lEurope. En collaboration avec lesÉtats membres et le secteur, nous avons lintention de créer un nouvel avenir propre pour letransport maritime dans lUE.»Actuellement, au niveau mondiale, le combustible marine a une teneur moyenne en soufrede 2,7%, soit 27 000 parties par million (ppm) comparées à seulement environ 50 ppm pourle carburant automobile. Cest la raison pour laquelle la Commission présente des directivesvisant à réduire la teneur en soufre des carburants marins utilisés dans lUE. De plus ladiminution de la quantité de soufre permet l’utilisation des systèmes de post traitement telsque les filtres à particules, la réduction par catalyse sélective,…, sans empoisonner lecatalyseur.Pour cela, la commission européenne a modifié la directive 99/32/CE, dont l’adoptionformelle est en phase finale. Les principales dispositions de cette future directive sont lessuivantes: TENEUR EN SOUFRE DE 1.5 % 1) Pour les Etats membres : interdiction dutilisation de combustibles marine par les navires à passagers assurant des services réguliers à destination ou en provenance de ports de la Communauté, si leur teneur en soufre dépasse 1,5 % en masse, à partir du 19 mai 2006 ou, si plus tard, 12 mois après lentrée en vigueur de la directive modificative. Les États membres sont responsables de lapplication de cette disposition au moins en ce qui concerne les navires battant leur pavillon et les navires quel que soit leur pavillon pendant quils se trouvent dans leurs ports. 2) Interdiction dutilisation de combustibles marine dont la teneur en soufre dépasse 1,5 % en masse dans les parties de leurs mers territoriales, de leurs zones économiques exclusives et de leurs zones de prévention de la pollution qui relèvent des zones de contrôle des émissions de SO x. Ces dispositions sont applicables à tous es navires l quel que soit leur pavillon, y compris aux navires dont le voyage a débuté en dehors de la Communauté, au dates suivantes : a) pour la zone de la mer Baltique visée dans la règle 14.3.a. de lannexe VI de la convention MARPOL: à partir du 19 mai 2006 ou, si plus tard, 12 mois après lentrée en vigueur de la directive modificative; b) pour la mer du Nord - 12 mois après lentrée en vigueur de la désignation de lOMI, conformément aux procédures établies ; ou - 24 mois après lentrée en vigueur de la directive modificative; La date la plus précoce étant retenue c) pour toutes les autres zones maritimes, y compris les ports, que lOMI désigne ultérieurement comme étant des zones de contrôle des émissions de SOx conformément à la règle 14.3.b. de lannexe VI de la convention MARPOL, 12 mois après lentrée en vigueur de cette désignation 36
  37. 37. Les États membres sont responsables de lapplication du point 2, au moins en ce quiconcerne:- les navires battant leur pavillon; et- dans le cas des États membres riverains de zones de contrôle des émissions de SO x, lesnavires quel que soit leur pavillon se trouvant dans leurs ports.Les États membres peuvent également prendre des mesures dapplication complémentairesen ce qui concerne les autres navires, dans le respect du droit maritime international. TENEUR EN SOUFRE DE 0,1 % 1) Avec effet au 1er janvier 2010, les États membres prennent toutes les mesures nécessaires pour faire en sorte que les bateaux/navires ci-après nutilisent pas de combustibles marines dont la teneur en soufre dépasse 0,1 % en masse: a) les bateaux de navigation intérieure; et b) les navires à quai dans les ports de la Communauté, en laissant à léquipage suffisamment de temps pour procéder à des changements de combustible dès que possible après larrivée à quai et le plus tard possible avant le départ. 2) Le paragraphe 1 ne sapplique pas: a) lorsque, selon les horaires publiés, les navires doivent rester à quai moins de deux heures; b) aux bateaux de navigation intérieure titulaires dun certificat attestant leur conformité à la Convention internationale pour la sauvegarde de la vie humaine en mer, de 1974, telle que modifiée, lorsque ces bateaux se trouvent en mer; c) jusquau 1er janvier 2012 aux navires énumérés à lannexe et opérant exclusivement dans les eaux territoriales de la Grèce. 3) À compter du 1er janvier 2010, les États membres veillent à ce que les gas oils marine dont la teneur en soufre dépasse 0,1% en masse ne soient pas mis sur le marché sur leur territoire.En ce qui concerne la France, la loi autorisant son adhésion au protocole de 1997 (AnnexeVI), a été adoptée et publiée au JO n° 36 du 12 février 05, p. 2390 texte n° 8. Il sagit de laloi n° 2005-109 du 11 février 2005. Son application effective est prévue pour octobre 2005.Pour ce qui est de la teneur en soufre, cette adhésion ne change rien pour la Francepuisqu’elle devra suivre la réglementation émise par la commission européenne qui est plusexigeante dans ce cas que l’IMO. Par contre, cette adhésion a une réelle importance pour laréduction des NOx qui sont réglementés selon les normes de l’IMO par tous les Etatssignatauires. 37
  38. 38. Remarque : a) La Suède est un pionnier en Europe sur la lutte de la pollution atmosphérique provenant des navires puisqu’elle impose des taxes portuaires élevées aux propriétaires de bateaux émettant plus de 2 grammes d’oxydes d’azote par kWh. De plus, en 1998, la Suède a établi un système de réduction volontaire des émissions, qui fait varier les droits de port et les droits sur les chenaux en fonction des performances environnementales des navires. Le but de ce système est d’encourager les exploitants des navires de la mer Baltique à réduire leurs émissions de NOx et de soufre. b) En France, de telles actions ne sont pas possibles puisque par exemple les 7 ports autonomes français sont des établissements publics, ils sont donc dirigés par le ministère de l’équipement. De plus, pour ce qui est de la protection de l’environnement, ce sont les Affaires Maritimes qui agissent. Ce sont donc qui veillent au respect des différentes réglementations. Une fois que des réglementations sur la pollution de l’air seront applicables, ils réaliseront un certain nombre de contrôle pour vérifier les émissions des navires et la teneur en soufre de leur carburant. Pour ce qui est des navires sous pavillon tier, ils sont soumis aux réglementations de l’OMI. c) L’Entec a réalisé une étude en juillet 2002 intitulée « Quantification of emissions from ship associated with ship movements between ports in the European Community ». Pour cela, ils ont réalisé un sondage pour estimer les caractéristiques du carburant marin vendu dans les ports européens. Cette étude a montré que le carburant marin à basse teneur en soufre était disponible dans la plupart des ports européens à l’exception de certaines zones en Grèce, Espagne et les îles Canaries. Les pays Scandinaves, Baltiques, la grande Bretagne et l’Irlande ont tendance à vendre du gazole avec 0.2% de soufre maximum. En Europe du Nord Ouest, du carburant à faible teneur en soufre est aussi disponible mais certains fournisseurs distribuent toujours du gazole à haute teneur en soufre à des prix avantageux. Le Portugal essaie de distribuer uniquement du carburant avec 0.05% de soufre. L’Italie a déjà interdit les gasoils marines dont la teneur en soufre dépasse 0.2%. En résumé, il a été estimé que ce type de gasoil (<0.2%) est disponible dans 95% des ports européens. Une exception la Grèce qui souhaiterait être exempte de toute restriction concernant cette teneur en soufre. 38
  39. 39. B. Transport ferroviaireActuellement, trois réglementations de limitation des émissions sont dédiées au transportferroviaire : • UIC 624 ; • US EPA 40 CFR 92 ; • EU Nonroad 97/68/EC. 1. Fiche UIC 624Avant 1990, aucune réglementation de limitation des émissions de polluants atmosphériquesne s’appliquait qu’au transport ferroviaire. A partir de cette année, la fiche 624 de l’UnionInternationale des Chemins de fer est apparue mais il ne s’agissait que d’unerecommandation et non d’une loi. Néanmoins, elle représentait une base pour les payseuropéens. Cette fiche a évolué au fur des années en suivant l’évolution des normes Eurodédiées aux transports routiers. La différence entre ces normes provient du cycle d’essaiutilisé qui diffère essentiellement au niveau du cycle du ralenti (le cycle ralenti représente60% en ferroviaire alors qu’en routier il est beaucoup plus faible). La fiche UIC 624 a évoluéen 3 fois : REGLEMENTATIONS EMISSIONS LIMITES (g/kW.h) FUMEES UIC (indice Bosch) CO HC NOx PARTICULES Limites avant le 01/01/82 12 4,0 24 / 1,6 à 2,5 Limites après le 01/01/82 8 2,4 20 / suivant débit d’air Limites après le 01/01/93 4 1,6 16 / admission Limites 1997 3 0,8 12 / P > 560 kW 9,5 (n ≥ 1000 tr/min) UIC II 3,0 0,8 0,25 P > 560 kW 9,9 / 01/2003 (n < 1000 tr/min) P ≤ 560 kW 2,5 0,6 6,0 0,25 UIC III P > 560 kW 2,0 0,5 6,0 0,20 01/2008 / P ≤ 560 kW 2,0 0,5 4,5 0,15(objectifs)Remarque : ces valeurs sont données pour un cycle de type F défini par la norme ISO 8178-4: Ce cycle est constitué de trois points de fonctionnement (ou modes) qui sont définis parun couple régime-charge et parcourus dans un ordre donné : • le mode 1, ou nominal, correspond au point de fonctionnement permettant de délivrer la puissance maximale du moteur ; • le mode 2, ou intermédiaire, est un point de fonctionnement délivrant 50% de la charge maximale pouvant être obtenue au régime intermédiaire. Le régime 39
  40. 40. intermédiaire est compris dans une plage de vitesse moteur comprise entre 60% et 70% de la vitesse nominale ; • le mode 3, ou ralenti, correspond à un point de fonctionnement à charge nulle du moteur. Il correspond par exemple à un engin en stationnement.Cette fiche est disponible à l’adresse suivante mais son téléchargement est payant :http://www.uic.asso.fr/applications/codex/codex-detail.php?langue_fiche=F&codeFiche=624 2. US EPALes USA ont toujours demandé un matériel répondant à la norme EPA qui est bien connuepar les motoristes. Par rapport aux normes européennes, il est à noter que la grandedifférence se situe au niveau de lessai dhomologation (pour les normes européennes, cestle moteur qui doit subir lessai de type et pour la norme EPA, cest tout lengin qui doit subirlessai de type). Cycle NOx HC CO Particules Etape Puissance P g/kWh g/kWh g/kWh g/kWh tier I Line-haul cycle 9.9 0.74 2.9 0.6 = 750 kW A partir de 2002 Switch cycle 14.7 1.61 3.3 0.72 Line-haul cycle 7.4 0.4 2 0.27 tier II = 750 kW Switch cycle 10.9 0.8 3.2 0.32 A partir 2005 < 750 kW 6.4 3.5 0.2 3. Directive européenne 97/68/ECComme nous le verrons dans la partie sur es normes appliquées au transport non routier, lcette directive est apparue en décembre 1997. Il faut attendre 2004 pour que l’amendement2004/26/EC prenne en compte le domaine du rail. Ce texte sera converti en loi par chaquemembres de la CE et sera applicable à partir du 31/12/2005. Puissance Date CO HC NO x ParticulesStage Catégorie kW d’application g/kWh g/kWh g/kWh g/kWhIII A Mobile Machines 130=P=560 01/01/2006 3.5 HC + NOx =4 0.2 Locomotives 130=P=560 01/01/2007 3.5 HC + NOx =4 0.2 P < 560 01/01/2009 3.5 0.5 6 0.2 40
  41. 41. P > 2000 01/01/2009 3.5 0.4 7.4 0.2 Railcars P > 130 01/01/2006 3.5 HC + NOx =4 0.2 Mobile Machines 130=P=560 01/01/2011 3.5 HC + NOx =4 0.025III B Locomotives P > 130 01/01/2012 3.5 HC + NOx =4 0.025 Railcars P > 130 01/01/2012 3.5 0.19 2 0.025 C. Engins de construction, tracteurs agricoles et forestiers : 1. Réglementation AméricaineLes réglementations qui traitent de ces engins sont celles dédiées aux moteurs Diesel Nonroutiers qui ne prennent pas en compte ni les moteurs Diesel marins ni ferroviaires. En effet,la définition d’un moteur non routier donné par l’EPA est basée sur le principe de laportabilité ce qui incl t les équipements auto propulsés, les équipements auxiliaires placés usur un véhicule, ou les équipements transportables ou portables. Ces équipements doiventaussi être montés sur des roues ou des cales ou bien possédés des poignées detransport…Cette réglementation s’applique donc bien en particulier aux tracteurs agricoles,forestiers et à tous les engins de construction (bulldozer, chargeurs, pelleteuse,…). Parcontre, nous verrons par la suite, que les engins utilisés à l’exploitation minière suivent uneréglementation spécifiqueToutes ces normes sont réorganisées par étapes ou tiers d’application :Tier 1 à 3 :Le tier 1 s’applique de 1996 à 2000. Il tient compte des premières lois appliquées sur lesmoteurs diesel non routiers de puissance supérieure à 37 kW (50 CV) adoptées en 1994. En1998, cette réglementation est prolongée aux moteurs de puissance inférieure à 37 kW. Letier 2 s’applique de 2001 à 2006 et le tier 3 de 2006 à 2008. Puissance CO HC NMHC + NOx NOx PM Tier année (kW) g/kWh g/kWh g/kWh g/kWh g/kWh Tier 1 2000 8 10.5 1 P<8 Tier 2 2005 8 7.5 0.8 Tier 1 2000 6.6 9.5 0.8 8 = P< 19 Tier 2 2005 6.6 7.5 0.8 Tier 1 1999 5.5 9.5 0.8 19 = P< 37 Tier 2 2004 5.5 7.5 0.6 41
  42. 42. Tier 1 1998 9.2 37 = P< 75 Tier 2 2004 5 7.5 0.4 Tier 3 2008 5 4.7 Tier 1 1997 9.2 75 = P< 130 Tier 2 2003 5 6.6 0.3 Tier 3 2007 5 4 Tier 1 1996 11.4 1.3 9.2 0.54 130 = P< 225 Tier 2 2003 3.5 6.6 0.2 Tier 3 2006 3.5 4 Tier 1 1996 11.4 1.3 9.2 0.54 225 = P< 450 Tier 2 2001 3.5 6.4 0.2 Tier 3 2006 3.5 4 Tier 1 1996 11.4 1.3 9.2 0.54 450 = P< 560 Tier 2 2002 3.5 6.4 0.2 Tier 3 2006 3.5 4 Tier 1 2000 11.4 1.3 9.2 0.54 P = 560 Tier 2 2006 3.5 6.4 0.2Tableau IV- 1 : EPA Tier 1-3 norme d’émission issues des transports non routiers,g/kWh [source Diesel Net]Tier 4Le 11 mai 2004, l’EPA signe la réglementation finale introduisant le tier 4, qui doit êtreexécuté de 2008 à 2015 Puissance CO HC NMHC + NOx NOx PM Tier année (kW) g/kWh g/kWh g/kWh g/kWh g/kWh P<8 Tier 4 2008 8 7.5 0.4 8 = P< 19 Tier 4 2008 6.6 7.5 0.4 19 = P< 37 Tier 4 2008 5.5 7.5 0.3 42

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