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Documents III) Définitions et analyses des impacts Méthodologie

Méthodologie

L'objectif de cette analyse est d’évaluer pour une situation 2035 avec et sans projet :
- le bilan annuel des émissions de polluants atmosphériques associées au trafic routier modélisé, à savoir le NOx, le CO2 et les PM ;
- la consommation énergétique annuelle du trafic routier.

Les hypothèses concernant les réseaux et la demande de transport sont les mêmes que celles décrites dans le chapitre III.1 (« Mobilité »). Les données de fréquentation issues des modèles doivent cependant être détaillées selon la constitution du parc automobile francilien. Les hypothèses prises pour estimer l’évolution du parc d’ici 2035 sont présentées au point suivant.

Constitution du parc automobile francilien

Il s’agit de définir, pour la situation actuelle et à l’horizon 2035, la répartition des véhicules en circulation en termes de catégorie (Véhicules Particuliers (VP), Poids Lourds (PL),…), de cylindrée, de carburant, de classe technologique , de poids et de kilométrage moyen annuel par type de voirie pour les deux scénarios. On parle ainsi de parc automobile roulant. L’unité utilisée est le véhicule x kilomètre.
Les principaux documents référents en matière de définition et de projection du parc automobile sont issus de l’INRETS et d’Irisbus (pour les données de bus urbains) (voir la bibliographie). La méthode employée par l’INRETS consiste en un travail prospectif basé sur les données nationales d’immatriculation des véhicules ainsi que sur des lois de survie permettant d’apprécier le rythme de mise à la casse d’une classe d’âge de véhicules en fonction du temps. Ces extrapolations ont permis de modéliser le parc automobile français entre 1970 et 2025 et de mettre en évidence ses évolutions technologiques. On entend ici par évolutions technologiques les efforts réalisés par les constructeurs sur les véhicules conventionnels (essence ou diesel) pour respecter les normes antipollution toujours plus exigeantes. Il ne s’agit pas de ruptures technologiques s’appuyant sur des énergies nouvelles.

La présente méthodologie s’appuie largement sur ces travaux. Elle comporte néanmoins des adaptations afin de pouvoir appliquer ce parc roulant à l’échéance 2035. Les principales hypothèses apportées pour la constitution du parc roulant 2035 sont les suivantes :

- la répartition en sous-catégories (carburant, cylindrée, poids) n’évolue pas entre 2025 et 2035 ;
- la répartition par classe technologique, elle, évolue. En 2035, elle suit les tendances observées en 2025. Les classes en décroissance sont modélisées à l’aide d’une fonction de type exponentielle décroissante. Les classes croissantes héritent de la différence. Concernant les bus, les autocars et les deux-roues, les projections effectuées par l’INRETS n’incluant pas les normes récentes (par exemple Euro 3 pour les deux-roues), l’hypothèse a été faite que d’ici 2035 la tendance se porterait vers les normes Euro 5/6 (bus, autocars) et Euro 2/3 (deux-roues).

Concernant les tendances d’évolution technologique des véhicules, les hypothèses méthodologiques s’inspirent d’études européennes en la matière (voir la bibliographie). Les hypothèses sous-jacentes fortes sont les suivantes :

- Véhicules hybrides
- les véhicules hybrides ne font pas l’objet d’une catégorie à part entière dans la structure du parc roulant mais ils sont intégrés à la catégorie de norme correspondant à Euro 6 principalement ;
- l’introduction des véhicules hybrides essence débute par hypothèse en 2010, celle des diesel en 2015 ;
- en 2035, la part des véhicules hybrides dans les Véhicules Particuliers (VP) mis en circulation sera de 11% (essence et diesel confondus) ;
- la gamme de véhicules hybrides la plus répandue sera de type « full hybrid » ;
- la technologie hybride future sera plus efficace que les performances actuelles : aujourd’hui, la transmission électrique de la Toyota Prius fournit 30% de l’énergie totale du véhicule alors qu’on peut estimer que 70% de cette
- énergie totale proviendra de la transmission électrique en 2035.

- Véhicules gaz et hydrogènes
En 2035, la part de marché de ces véhicules sera encore très faible. Elle a été négligée.

- Biocarburants
En 2035, il est fait l’hypothèse conservatrice que les biocarburants « purs » auront un impact mineur dans le total des carburants consommés par le secteur des transports (part 2035 très en-deçà de celle préconisée par la directive européenne 2003/30/EC pour 2010 ). Parmi cette faible part, le biodiesel représentera 75% en 2035. La part des biocarburants comme un élément mélangé à l’essence et au diesel est projetée respectivement à 5.5% de l’essence consommée et 5.54% du diesel consommé.

- GPL (Gaz de Pétrole Liquéfié)
Les véhicules fonctionnant au GPL n’ont pas été recensés en tant que tels dans l’évaluation du parc routier. Ce carburant a été négligé dans la réalisation de l’inventaire français de l’INRETS, de même que les véhicules électriques. Les VUL et VP électriques ou fonctionnant au GPL restent donc intégrés aux véhicules à essence lors des calculs ;

Le modèle COPERT IV

COPERT (Computer Program to calculate Emissions from Road Transport) est une méthodologie européenne permettant le calcul des émissions de polluants du transport routier. Cette méthodologie a été élaborée dans le but d’aider les experts à estimer la pollution causée par le trafic routier dans les inventaires d’émissions nationaux. Développée à la base pour réaliser des inventaires annuels à l’échelle nationale, la méthodologie COPERT peut, dans certaines limites, être appliquée à des résolutions spatio-temporelles beaucoup plus fines et permettre ainsi d’effectuer des inventaires d’émission à l’échelle d’un tronçon routier.

Ce programme est fondé sur une base de données de facteurs d’émission routiers, permettant de convertir des informations relatives au trafic routier en émissions de polluants.
Le principe méthodologique général du calcul des émissions de polluants repose sur l’équation de base suivante :
E = A x FE
où
E est l’émission de polluant, exprimée en masse,
A représente l’activité des véhicules (distance parcourue par chaque catégorie de véhicule, exprimée en véhicules.kilomètres),
FE est un facteur d’émission unitaire (g/km).

Les émissions totales du trafic routier se calculent en pondérant les émissions unitaires de chaque classe de véhicule par la part de cette classe dans le trafic considéré. Cette formule permet de tenir compte des variations d’activité dans l’espace et au cours du temps, élément essentiel pour l’étude de scénarios d’émissions.

Le facteur d’émission unitaire d’un véhicule spécifique, exprimé en grammes par kilomètre, définit la quantité de polluants émis par ce véhicule sur une distance d’un kilomètre à une vitesse donnée. Un facteur d’émission est associé à chaque polluant et pour chaque catégorie de véhicule. Il est fonction du type de véhicules (Véhicules Particuliers, Véhicules Utilitaires Légers, Poids Lourds, Bus et autocars, Deux roues), de sa cylindrée (ou de son Poids Total Autorisé en Charge pour les poids lourds, bus et autocars), de son mode de carburation (essence, diesel) et de sa date de mise en circulation (afin de prendre en compte les normes d’émission, en particulier les normes Euro, et son âge). Il est par ailleurs fonction de la vitesse moyenne du véhicule considéré et du poids du véhicule (Charge des poids lourds).

Le modèle COPERT IV permet de calculer plusieurs types d’émissions :

- les émissions de polluants à chaud : émissions produites lorsque les organes du véhicule (moteur, catalyseur) ont atteint leur température de fonctionnement stable. Ces émissions dépendent directement de la vitesse du véhicule.
- les émissions de polluants à froid : émissions produites juste après le démarrage du véhicule lorsque les organes du véhicule sont encore froids et ne fonctionnent donc pas de manière optimale. COPERT IV estime ces surémissions pour les véhicules légers uniquement. Ces surémissions dépendent de la fraction de déplacement parcourue à froid (facteur β), fonction de la longueur moyenne de trajet parcouru et de la température ambiante.
- les surémissions liées à la pente et à la charge pour les poids lourds.

Il intègre également :

- les corrections liées aux améliorations des carburants.
- les pertes par évaporation pour les véhicules fonctionnant à l’essence. Ces pertes représentent une source importante d’émissions de composés organiques volatils (COV). Elles dépendent essentiellement de la température et de la volatilité de l’essence (RVP : Reid Vapor Pressure). On distingue trois causes d’émissions de COV par évaporation :
• les « diurnal losses » : pertes par évaporation durant le stationnement du véhicule, causées par des variations de température ambiante.
• les « running losses » : pertes par évaporation lorsque le véhicule circule.
• les « hot soaks » : pertes par évaporation ayant lieu immédiatement après l’arrêt du moteur.

- Les émissions hors échappement : particules fines produites notamment par l’usure des pneumatiques, des freins, des pièces mécaniques du véhicule et du revêtement de la chaussée.
Emissions unitaires de polluants atmosphériques

Les émissions unitaires de polluants atmosphériques représentent la quantité de polluants émise, par un véhicule moyen du parc en circulation, sur une distance d’un kilomètre. Pour obtenir les émissions unitaires d’un véhicule moyen, les émissions unitaires propres à chaque catégorie de véhicule (véhicules particuliers essence et diesel, camionnettes essence et diesel, camions rigides et articulés) doivent être pondérées par la part de cette catégorie dans le parc roulant. A partir de la méthodologie COPERT IV, il est possible d’établir des courbes d’émissions de polluants en fonction de la vitesse de circulation des véhicules.

- Emissions de NOx
Le secteur du transport routier est le premier émetteur de NOx en France. Celui-ci représente 54 % des émissions en 2007.
La figure III.2-6 présente les émissions unitaires (g/km) de NOx en fonction de la vitesse, émises par un véhicule léger moyen, selon quatre parcs roulants français (données INRETS : 2007, 2015, 2020 et 2025).
Les émissions sont maximales pour les basses vitesses et les hautes vitesses et minimales pour une vitesse de l’ordre de 70 km/h. Les émissions de NOx sont approximativement 2 fois plus faibles à 70 km/h qu’à 130 km/h. Les progrès technologiques, et plus précisément la propagation des pots catalytiques, sont clairement visibles : on constate que les émissions du parc roulant futur baissent significativement au fur et à mesure que l’on s’éloigne de 2007 et donc que la part des véhicules aux normes de pollution récentes s’accroît.
En ce qui concerne les poids-lourds, du fait de leur inertie, les émissions unitaires de polluants sont maximales pour les basses vitesses et diminuent
lorsque la vitesse augmente. Les émissions sont évidemment largement supérieures à celles des véhicules légers. L’effet des progrès technologiques au sein du parc roulant apparaît de la même manière que pour les véhicules légers (figure III.2-7).

- Emissions de particules fines (PM)
En 2007, le trafic routier était responsable de 28 % des émissions franciliennes de particules fines. La quasi-totalité des émissions de PM à l’échappement est imputable aux véhicules diesel . L’usure des routes, des pneus et des plaquettes de freins est responsable de 25 % des émissions routières de PM10 en Ile-de-France .
La figure III.2-8 représente les émissions unitaires (ou « facteurs agrégés », g/km) de PM en fonction de la vitesse, émises par un véhicule léger moyen en 2007, 2015, 2020 et 2025. La forme de la courbe ressemble à celle des NOx avec néanmoins une influence plus prononcée des hautes vitesses. L’effet du parc roulant est également visible, suite à la généralisation des filtres à particules dans les années à venir.

- Emissions de dioxyde de carbone (CO2)
En 2007, les émissions de CO2 imputées au transport routier en Ile-de-France représentaient 27 % ; 81 % des émissions routières ont été émises par les Véhicules Légers et 19 % par les poids lourds.
Pour un Véhicule Léger moyen, les courbes d’émissions unitaires de CO2 ont une allure caractéristique en U, avec des émissions plus importantes aux basses vitesses (figure III.2-10). L’effet du parc roulant est invisible dans le logiciel COPERT IV car aucune réglementation contraignante pour limiter les émissions de CO2 n’était d’application lors de sa sortie.

Pour les Poids Lourds, les émissions de CO2 diminuent avec la vitesse et l’impact de l’évolution du parc roulant est inexistant dans le modèle, comme pour les Véhicules Légers (figure III.2-11).

Affinement des modèles et extrapolation des données de l’heure de pointe à la journée puis à l’année

- Passage des flux de véhicules particuliers de l’heure de pointe du matin à la journée
Les flux routiers journaliers ont été estimés grâce aux projections réalisées dans le cadre du modèle Modus de la DREIF. Ceux-ci ont servi de base pour déterminer les flux pour chaque heure de la journée, utilisés dans le volet « bruit ».

- Passage des émissions de polluants de l’heure de pointe du matin à l’année
Les données AIRPARIF 2005 ont été utilisées comme référence pour le calcul des émissions de polluants annuelles sur base des émissions à l’heure de pointe du matin.

- Détermination des flux de poids lourds
Le modèle DREIF ne distinguant pas les poids lourds du reste de la circulation, il a été adapté pour intégrer les résultats du modèle de simulation du trafic de marchandises (modèle marchandises de la DREIF). Cette étape a nécessité de construire une matrice de déplacements Origine/Destination différente pour les véhicules particuliers et les poids lourds et de les affecter sur le réseau routier selon la procédure du modèle DREIF.

- Passage des flux de poids lourds de l’heure de pointe du matin à l’année
Les coefficients de passage à l’année tiennent compte du profil particulier des déplacements des poids lourds.

Les détails de ces extrapolations sont donnés en annexe.

STRATEC - BURGEAP - BIOTOPE - ATELIER SERAJI