management de la vitesse en milieu urbain » – 2 février 2007

Journée « management de la vitesse en milieu urbain » – 2 février 2007
Environnement et Vitesse
Jacques Beaumont
Directeur du Laboratoire transports et environnement (LTE)
Cette intervention aborde les différents impacts sur l’environnement que peut avoir une
politique de management de la vitesse en milieu urbain. On présente les principales lois
d’émission gazeuse et sonore en fonction de la vitesse moyenne des véhicules routiers afin de
montrer en quoi les objectifs de sécurité routière et les différents objectifs environnementaux
(réduction du bruit, de la consommation de carburant, de la pollution atmosphérique) peuvent
s’avérer antagonistes.
Dans le domaine des émissions gazeuses, les lois sont formulées sur la base de cycles censés
caractériser des conditions de trafic. Les cycles peuvent être normalisés (NEDC) ou non
(Hyzem, Artemis, Inrets). Citons, par exemple, les cycles de type urbain, rural ou autoroutier.
Compte tenu des nombreux paramètres d’influence (classe du véhicule, technologie,
motorisation, température moteur, température de l’air, etc.) et de la variabilité des conditions
d’usage réelles, les résultats sont d’une part très dispersés et, d’autre part, caractérisés par une
incertitude non négligeable.
Cependant, les lois d’émission en fonction de la vitesse moyenne (lois agrégées) présentent
une tendance cohérente pour chaque type de polluant réglementé (CO, HC, NOx, particules)
et pour le CO2. Il s’agit d’une forme en U, plus ou moins évasée selon le type de polluant, le
point bas correspondant à la zone 50-60 km/h. Ces résultats sont valables pour les moteurs
thermiques, les performances étant très liées à l’état du mélange carburant/air.
Les exigences réglementaires stipulées par la directive européenne (Euro 1, 2, 3, 4 en 2005)
ont entraîné de la part des industriels des améliorations très importantes en terme de
performances (diminution de 20 à 40 et même 60%). Dans le cas des moteurs thermiques, on
peut affirmer que le bas niveau des seuils des polluants, à ce jour, limite les possibilités de
réduction de la consommation et donc des émissions de CO2.
Au niveau du trafic, l’inventaire des émissions réelles a fait l’objet de nombreuses recherches
méthodologiques (Meet, Copert, …), la dernière en date étant le modèle Artemis. Ce modèle
européen propose une approche par situation de trafic et non plus seulement par vitesse
moyenne. Il fait aujourd’hui l’objet d’un large consensus et devrait être transformé en outil
opérationnel. Un tel outil permettra, par exemple, d’évaluer les effets apportés par une
modification d’aménagement urbain et de trafic (ex : zone 30, onde verte, …), exercice non
résolu par les précédents modèles disponibles.
Si l’on constate une diminution drastique de l’émission unitaire de polluants, et ce quelle que
soit la vitesse, on ne peut pas en dire autant du CO2. Les progrès pourtant effectués par les
constructeurs au niveau du rendement du moteur sont contrecarrés par l’évolution des
véhicules, de plus en plus lourds (sécurité, bruit) et de plus en plus confortables (dimensions,
auxiliaires dont la climatisation, pneus plus larges, …).
De plus, l’augmentation régulière et monotone des km parcourus par le parc routier ne permet
pas, dans les conditions actuelles, d’envisager avec optimisme l’objectif de réduction des Gaz
à Effet de Serre d’un facteur 4 pour 2050.
Quant au bruit émis par les véhicules, le phénomène se pose différemment : il est instantané et
proche. Par comparaison à la pollution, la sensibilité des paramètres est moins « forte ».
Pour un véhicule, il est d’usage de distinguer deux plages de vitesse. Pour les vitesses
inférieures à 50 km/h, l’émission de bruit du Groupe Moto Propulseur est primordiale. Elle est
liée aux influences croisées du rapport de boîte, du régime moteur et donc de la vitesse et de
l’accélération. Les fluctuations peuvent être lissées autour d’une droite à pente très légèrement
négative (maximum entre 0 et 20 km/h). Au-delà de 50 km/h, le bruit de roulement (contact
pneumatique-chaussée) devient alors prépondérant, et suit une loi en 30 logV. On peut donc
affirmer que le niveau de bruit augmente de façon significative avec la vitesse pour des
situations de trafic fluide, même si la pente est moins forte pour un trafic plus dense
(20 logV).
En termes d’émissions sonores et gazeuses, il apparaît donc que les lois en fonction de la
vitesse ne sont pas linéaires d’une part, et que les effets des différentes nuisances
environnementales sont de natures diverses et parfois antagonistes d’autre part.
Le moteur thermique doit donc être considéré comme un système puissance et couple destiné
à optimiser aussi bien le rendement énergétique que la consommation (CO2), les émissions
gazeuses, le bruit ou les vibrations.
Quelques exemples permettent d’illustrer les difficultés du compromis à mettre en œuvre.
Par rapport à la motorisation essence (allumage commandé), le diesel (allumage par
compression) consomme moins de carburant (-20 à -25%) ; toutefois, les exigences de
dépollution (oxyde d’azote, particules) nécessitent la mise en place de systèmes (catalyseurs,
filtres à particules) générateurs d’une surconsommation non négligeable (3 à 5%). Par
ailleurs, en matière de bruit et vibration, même s’il a fait beaucoup de progrès, le moteur
diesel reste plus bruyant que son homologue essence.
Par ailleurs, si l’on considère les importants progrès réalisés en matière de bruit du Groupe
Moteur Propulseur, pour tous les types de motorisation, le bruit de roulement apparaît
désormais à des vitesses plus faibles (40 km/h). Le problème se déplace donc vers les
infrastructures (contact pneumatique-chaussée).
En matière de trafic, quelle que soit la vitesse, une trafic fluide est très avantageux pour tous
les critères environnementaux envisagés ici (consommation, pollution, bruit). De plus, réduire
le volume du trafic ne peut que diminuer la quantité des émissions.
Finalement, une réduction pure et simple de la vitesse en milieu urbain, par exemple de 50 à
30km/h n’amène pas forcément un gain en terme de nuisances environnementales. Chaque
situation, chaque mesure envisagée doit donc faire l’objet d’une évaluation environnementale
rationnelle et systémique, c'est-à-dire d’une évaluation intégrant dans un cadre
méthodologique unique l’ensemble des nuisances. C’est l’ambition du projet « Prospective et
indicateurs des impacts des transports sur l’environnement – outil d’aide à l’évaluation et à la
décision » (PIE) que pilote le LTE.
Sources
Emission
Emissions
Propagation*
Propagations*
Impact
Impacts
Relations dose/réponse
Réponse de cible
Société -Economie - Santé
Energie et effet de serre
Pollution de l’air
Bruit
Paysages*
Paysages
Eau*
Déchets*
* Champs non couverts par le LTE
Approche
multi
globale
nuisances
multi
nuisances
Solutions
globales
pour
un
environnement
durable
1 50
1 50
New European Driving Cycle
Art emis driving cycles
1 20
1 20
90
90
road cycle
urban cycle
urban cycle ( UDC)
60
60
30
30
extraurban
cycle
( EUDC)
0
0
5 00
motorway cycle
0
0
1 00 0
5 00 2 00 0
1 50 0
1 00 02 50 0
t ime ( sec)
1 50 0
2 00 0
2 50 0
t ime ( sec)
Diesel, CO
Diesel, NOx
2.5
1
0.9
Euro I
Euro I
0.8
Euro II
0.7
Euro III
2
Euro II
Euro III
1.5
[g/km]
[g/km]
0.6
0.5
1
0.4
0.3
0.5
0.2
0.1
0
0
0
15
30
45
60
75
90
Average Speed [km/h]
105
120
135
0
15
30
45
60
75
90
Average Speed [km/h]
105
180
120
135
180
total tous modes
total véh. légers
route tous modes
urbain tous modes
autoroute tous modes
total poids lourds
total 2 roues
150
120
161
139
132
125
117
117
99
91
90
72
75
60
30
0
1970
1980
1990
année
2000
2010
2020