La pollution atmosphérique d`une gare parisienne : la gare

Une campagne
à l’échelle
du quartier
Un modèle de dispersion
des polluants
dans les rues
Une situation
qui devrait
s’améliorer
A
www.airparif.asso.fr
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N°19 - Juillet 2003
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SURVEILLANCE DE LA QUALITÉ DE L ’ AI R EN ILE -DE-FRANCE
C
ertaines gares parisiennes comme la gare de l'Est font l'objet d'une
activité importante de locomotives Diesel utilisées sur les liaisons
régionales et quelques grandes lignes, comme le Paris-Bâle, ou
encore comme engins de manœuvre pour déplacer les rames. Les
mouvements quotidiens de ces locomotives (quatre vingt par jour à la gare
de l'Est) entraînent-ils un surplus de pollution auquel seraient exposés les
voyageurs à l'intérieur même des gares (100 000 voyageurs transitent
chaque jour par le hall d'accueil de la gare de l'Est), le personnel de la
SNCF, voire les riverains directs et plus généralement le quartier
environnant ?
C'est pour répondre à ces questions qu'Airparif, à la demande du Conseil
Régional d'Ile-de-France et avec le soutien de la ville de Paris, avait effectué
dès 2001 une première étude ayant donné lieu à des mesures intensives de
la qualité de l'air dans le quartier de la gare de l'Est. Ces mesures ont été
complétées en 2002 par une deuxième phase d'étude à l'aide d'outils de
modélisation visant à quantifier et à comprendre plus en détails la
contribution des locomotives Diesel dans les niveaux de pollution relevés
lors de la campagne de mesure.
Cliché AIRPARIF
C
G Véhicule laboratoire d’Airparif à l’intérieur de la gare de l’Est.
La pollution
atmospherique
d’une gare
parisienne :
la gare de l’Est
Les interrogations autour de l'impact éventuel des
locomotives Diesel utilisées à la gare de l'Est, ont donné lieu
dans un premier temps à une campagne de mesures qui a
mis en évidence à l'intérieur de cette gare et à proximité
immédiate des locomotives des concentrations plus fortes
de certains polluants liés au trafic ferroviaire Diesel : oxydes
d'azote et particules fines.
Aujourd'hui, des simulations de la dispersion des polluants
sur le secteur de la gare de l'Est à l'aide de modèles
informatiques viennent d'être achevées. Elles permettent
de quantifier plus précisément la contribution des
locomotives Diesel aux concentrations de polluants dans ce
quartier, déjà concerné par un trafic routier très intense.
Ainsi, à l’échelle d’une journée, le trafic ferroviaire ne
représente que 10 à 20% des émissions polluantes du
quartier étudié (1km sur 1km autour de la gare de l'Est).
Mais dans certaines configurations, la contribution à la
pollution des locomotives diesel peut atteindre sur un court
laps de temps des valeurs localement supérieures à 60%
lorsque les conditions de dispersion sont défavorables (vent
faible par exemple). L'adoption par la SNCF d'un nouveau
mode d'exploitation des locomotives, combinée à leur
remotorisation future, devrait permettre à terme de diminuer
de façon importante les émissions des locomotives Diesel
et donc de réduire les niveaux de pollution engendrés ainsi
que l'étendue de cette pollution sur le quartier.
voies de circulation
des trains
rue La Fayette
voies de circulation des trains
de l’E
s
du
f
rue
rue
gare
Sa
int
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in
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afay
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L
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Nor d
Sa
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-M
ar t
in
rue du Faubourg
Saint Martin
Source Airparif
GARE DU
NORD
gare
t
de l’E
s
t
boulevard
de Magenta
GARE DE L’EST
Figure 1
Figure 2A
Cependant, si l'on tient compte des taux d'émission spécifiques des locomotives
Diesel CC 72 000 (le type de locomotive le plus utilisé à la gare de l'Est mais
aussi le plus polluant) transmis par la SNCF pour différents modes de régime
moteur (ralenti, arrivée, chauffage de rame, départ), deux polluants s'avèrent
être des traceurs des activités ferroviaires Diesel : les oxydes d'azote au
premier rang et les particules dans une moindre mesure. A titre d'exemple, en
mode “chauffage de rame” correspondant au conditionnement de la rame (avec
le chauffage ou la ventilation des wagons par exemple), les émissions d'oxydes
d'azote d'une locomotive Diesel sont équivalentes à celles que produiraient
environ 250 voitures particulières roulant à 50 km/h, pour des durées de
fonctionnement similaires.
Les résultats de la campagne ont montré que, dominée par la proximité du trafic
routier, l'ambiance générale du quartier de la gare de l'Est est conforme à ce que
l'on observe au centre de l'agglomération parisienne. Les niveaux “soutenus”, à
la fois de dioxyde d'azote et de particules fines, sont très proches des niveaux
observés sur la station permanente d'Airparif la plus proche, dans le 18ème
arrondissement de Paris. Ainsi les objectifs de qualité nationaux pour le dioxyde
d'azote (40 µg/m3 en moyenne annuelle) et pour le benzène (2 µg/m3 en
moyenne annuelle) ne seraient pas respectés pour la plupart des sites équipés de
EEE
Alors que les concentrations en benzène, bon indicateur du
trafic routier essence, sont comparables à l'intérieur de la
gare de l'Est et dans l'agglomération parisienne, on observe
par contre dans l'enceinte de cette
gare des niveaux d'autres polluants
gazeux (oxydes d'azote, monoxyde de
carbone, particules fines) supérieurs,
en moyenne, de 20 % à l'ambiance de
fond de l'agglomération parisienne,
permettant clairement d’identifier
l'accumulation des émissions du
trafic ferroviaire diesel.
Cliché AIRPARIF
Durant six semaines, dans un périmètre d'environ un kilomètre autour de la gare
de l'Est, une trentaine de sites ont fait l'objet de mesures par Airparif avec la mise
en place de deux types de dispositifs : des préleveurs passifs (analysés en
laboratoire au bout de 15 jours d'exposition et renouvelés) complétés par des
laboratoires mobiles sur quatre sites (équipés d'analyseurs automatiques,
permettant de suivre les évolutions des niveaux de pollution en temps réel). Ces
laboratoires ont été installés à l'intérieur des deux gares et dans l'entourage plus
ou moins immédiat de la gare de l'Est (parvis, square de Verdun représentatif de
l'ambiance au sens large du quartier, pont de la rue La Fayette surplombant les
voies de chemin de fer). Toute une série de polluants a ainsi été suivis grâce à
l'une ou l'autre de ces méthodes: oxydes d'azote (NOx), monoxyde de carbone
(CO), dioxyde de soufre, particules fines PM10 et très fines PM2.5,
hydrocarbures aromatiques monocycliques, dont le benzène, et polycycliques,
aldéhydes, carbone suie et carbone organique.
préleveurs, alors qu'ils le seraient pour les particules fines
(30 µg/m3 en moyenne annuelle).
Cette signature conjointe, “oxydes d'azote - benzène”, dénote
une influence importante et omniprésente des émissions du
trafic routier essence dans ce secteur parisien (51 000 véhicules
par jour sur le boulevard de Magenta, 37 000 sur le boulevard
de Strasbourg, 21 500 dans la rue du Faubourg St Martin,
23 000 rue La Fayette).
nécessité d'avoir recours à la modélisation numérique qui
permet entre autres une analyse fine des phénomènes de
bouffées et de leur dispersion.
La contribution des locomotives Diesel
à l'épreuve de la modélisation.
Pour être en mesure de quantifier la part des locomotives
Diesel dans le niveau de pollution du quartier, il a été nécessaire
de modéliser la dispersion des polluants atmosphériques issus
de différentes sources. Pour ce faire, les paramètres qui
influencent cette dispersion ont été pris en compte : les
conditions météorologiques (stabilité de
l'atmosphère, direction et vitesse du
vent) ainsi que la topologie du quartier
(hauteur des bâtiments, largeur des
rues, relief naturel,...).
Sur le domaine d'étude de 1km par
1km, les principaux bâtiments ont ainsi
été modélisés afin de tenir compte de
leur rôle dans la dispersion des
polluants (par exemple, la canalisation
des écoulements dans les rues)
(figure 1).
De plus, au cours de la campagne, des
bouffées brèves, intenses et très
localisées d'oxydes d'azote ont été
mises en évidence à l'intérieur de la gare
La connaissance des mouvements
de l'Est avec des concentrations cinq
journaliers des locomotives Diesel, de
fois plus élevées que celles relevées au G Mesures effectuées sur la passerelle de la rue La Fayette leur mode de fonctionnement (ralenti,
surplomba nt les voies de la gare de l’Est.
même moment sur la station
chauffage de rame, …) et des quantités
permanente de référence. D'autres bouffées, synchrones de
de polluants associées, a permis de définir les émissions
l'activité ferroviaire Diesel, ont également été détectées au droit
globales d'origine ferroviaire durant une journée ouvrable
immédiat des voies ferrées de la gare de l'Est, au niveau du
standard (représentative de ce que l'on observe généralement
pont de la rue La Fayette qui les surplombe.
toute l'année). Ces émissions sont très localisées aux abords des
voies ferrées et très discontinues dans le temps. Au contraire,
Les niveaux de concentration des différents polluants à
les émissions du trafic routier sont bien réparties dans toutes
proximité de la gare de l'Est résultent d'une part de la
les rues du domaine d'étude et tout au long de la journée, avec
pollution de fond générée par l'agglomération parisienne
cependant des maxima aux heures de pointe du matin et du
dans son ensemble, d'autre part des émissions locales liées
soir.
principalement au trafic routier du quartier, auxquelles
Le bilan des émissions du quartier pour un jour ouvrable
s'additionnent les émissions des locomotives à motorisation
standard montre qu’environ 20% des émissions d’oxyde
Diesel. Cette omniprésence de la pollution due au trafic
d’azote et 10% des émissions de particules peuvent être
routier rend plus complexe la quantification précise de l'impact
attibuées au trafic ferroviaire Diesel.
du trafic ferroviaire Diesel à l'extérieur de la gare. D'où la
Pour la modélisation, une période privilégiée d'étude de 6
AIRPARIF Actualité L N°19 - Juillet 2003
minutes (entre 9h15 - 9h20) a été choisie, les temps de calcul importants pour
une description fine de la pollution du quartier ne permettant pas en effet
d’envisager la description d’une journée complète. Elle correspond à la fois à
l'heure de pointe du matin pour le trafic routier et au fonctionnement simultané
dans la gare de l'Est de trois locomotives Diesel sur trois voies proches les unes
des autres (avec une arrivée, un départ et des stationnements à quai, soit en en
mode “chauffage de rame”, soit au ralenti), réellement observé. Pendant ces 6
minutes, les locomotives Diesel sont responsables de 47% des oxydes d'azote et
de 33% des particules émises dans le quartier.
Les modélisations de la dispersion des polluants (CO, NOx et particules) ont
ensuite été appliquées à quatre conditions météorologiques différentes afin de se
placer dans les situations les plus courantes et les plus représentatives de la
climatologie francilienne : deux directions de vent (sud-ouest et nord-est) et deux
vitesses de vent (vent faible, peu dispersif, de 2m/s et vent fort de 5m/s).
En l'absence d'émissions Diesel d'origine ferroviaire, les simulations montrent que
les concentrations en oxydes d'azote, imputables au seul trafic routier, peuvent
atteindre localement des valeurs très élevées (de l'ordre de 1200 à 1400 µg/m3),
typiquement observées
par certaines stations de
proximité du réseau
Airparif (figure 2A).
gare
Ces maxima instantanés
Nord du
sont très localisés à
certains endroits des
principales artères du
quartier : le boulevard
de Magenta, la rue
Lafayette ou la rue
gare
du Faubourg St Martin
de l’
Est
pour lesquels le trafic
routier est important
à l’heure de pointe
Figure 3
(de l'ordre de 3000
Fig. 3 : Impact des conditions météorologiques sur le
véhicules/heure pour le G
pa n ache des émissions liées aux locomotives diesel.
boulevard de Magenta Carte des pourcentages de concentration en NOx dus aux
et la rue du Faubourg émissions ferroviaires après 6 minutes de fonction nement
simulta né de trois locomotives Diesel (u ne arrivée, u n départ
St Martin, 2000 véhicu- et des station nements en mode “Ch auffage de ra me”), avec u n
les/heure pour la rue vent de Sud-Ouest de 5m /s. Le trait noir sur la carte délimite
l a zone d'emprise à l'i ntérieur de l aquelle l a p a rt de
Lafayette).
responsabilité des locomotive Diesel varie de 25 à 90%. Avec
La contribution des u n vent moins fort de 2m /s et donc moins dispersif, cette zone
émissions Diesel d’ori- d'emprise des contributions Diesel est moins étendue (les
d'h abitation sont touchées jusqu'à u ne dista nce de 200
gine ferroviaire aux zones
mètres au lieu de 400) m ais les concentrations sont en valeur
concentrations
de absolue plus fortes.
AIRPARIF Actualité L N°19 - Juillet 2003
25
attribuable au trafic ferroviaire Diesel
Un important dispositif de mesure
02
G Fig 2 : Impact des locomotives Diesel sur la qualité de l’air du quartier de la gare de l’Est
Concentrations en NOx, le m atin, au moment de l'heure de pointe du trafic, avec u n vent faible de Sud-Ouest de 2m /s, défavorable à la dispersion : (A) en l'absence
de locomotives Diesel ; (B) en présence de 3 locomotives Diesel en fonction nement simulta né depuis 6 minutes (u ne arrivée, u n départ, des station nements en mode
“Ch auffage de ra me”).
Une contribution à la Pollution du quartier
G Parvis de la gare l’Est sur lequel différentes mesures de pollua nts ont été effctuées.
Pendant l'hiver 2001, Airparif a mis en place une importante campagne de
surveillance de la qualité de l'air à la fois dans le secteur de la gare de l'Est mais
aussi à la gare St Lazare (utilisée comme gare de “référence” car très fréquentée
avec 400 000 voyageurs et 1600 trains par jour mais n'utilisant pas de locomotive
Diesel). Cette campagne s'est déroulée en collaboration technique avec le
Laboratoire d'Hygiène de la Ville de Paris et le Laboratoire Central de la
Préfecture de Police.
Figure 2B
EEE
Cliché AIRPARIF
G Fig 1 : Description spatiale du quartier de la gare de l’Est utilisée pour évaluer la
contribution des locomotivess Diesel à la pollution du quartier.
03
conditions de dispersion atmosphérique. Dans le cas d'un
vent faible, cette persistance peut atteindre une dizaine
de minutes après l'extinction des sources.
La contribution du trafic ferroviaire Diesel reste
cependant géographiquement localisée (sous le vent) et
limitée dans le temps (figure 4).
2 mn
0 mn
gare
Nord du
gare
Nord du
gar
e de
l’Es
t
gare
Des voies de progrès identifiées.
de l’
Est
25
Selon la SNCF, le mode d'exploitation des locomotives
Diesel a été modifié depuis la campagne de mesure de
2001, afin de réduire au minimum le temps de chauffe en
gare de l'Est (de l'ordre de 2 minutes) avant leur départ,
4 mn
9 mn
en faveur de l'allongement du fonctionnement en mode
“Ralenti” moins polluant (à l'arrêt le mode “Chauffage de
gare
gare
rame” est 13 fois plus émetteur d’oxyde d’azote que le
Nord du
Nord du
mode “Ralenti”).
A moyen terme, la remotorisation de toutes les locomotives
CC 72 000 de la gare de l'Est est prévue par la SNCF avec
le soutien de la région Ile-de-France et de l'État, ce qui
devrait réduire les émissions de tous les polluants en mode
gare
gare
de l’
de l’
“Chauffage de rame” (de 45% pour les NOx, d'après les
Est
Est
données SNCF),
Figure 4 en mode ”Ralenti”
(de 67% pour les
G Fig . 4 : Persista nce du pa n ache d’oxyde d’azote.
NOx)
ou en mode
gare
Pourcentage de NOx proven a nt des locomotives Diesel à différentes échéa nces après l’extinction des
“Départ” (de 32%
Nord du
locomotives (0, 2, 4 et 9 minutes) avec u n vent faible de Sud-Ouest, défavorable à la dispersion (2m /s).
pour les NOx). La
première locomotive remotorisée a
polluants atmosphériques peut se révéler importante, s’agissant notamment
été mise en service début 2003.
des oxydes d’azote et des particules, les concentrations à une centaine de
Le rythme prévu par la SNCF est
mètres des locomotives peuvent atteindre des valeurs de 1800 µg/m3 pour
gare
d'une remotorisation par mois
les oxydes d’azote et 200 µg/m3 pour les particules lorsque les conditions
de l’
Est
jusqu'à la remotorisation de la
de dispersion sont défavorables (vent faible de 2 m/s) et que les
totalité des 30 locomotives CC
72 000 intervenant en gare de l'Est.
Les différents scénarios étudiés montrent une variation de l'impact du trafic
ferroviaire Diesel, en terme de contribution globale à la pollution du
quartier et vis-à-vis de la localisation des zones les plus touchées, selon les
conditions météorologiques et le mode de fonctionnement de ces
locomotives.
Lorsque le vent vient du sud-ouest (secteur dominant en Ile-de-France), le
parvis de la gare est complètement épargné par la pollution d'origine
ferroviaire. En revanche, les oxydes d’azote émis par les locomotives se
dispersent en formant un panache de pollution qui s'étend vers le Nord-Est
au-dessus des voies ferrées et qui s'élargit en s'éloignant de la gare
(figure 2B).
Dans de mauvaises conditions de dispersion, par vent faible, la
contribution des locomotives Diesel aux concentrations en oxydes
d’azote peut atteindre localement 90% à proximité des voies ferrées et
de 60 à 70%, à quelques centaines de mètres dans le quartier
directement sous le vent (figure 3).
Les modélisations du départ d'une locomotive Diesel confirment la
formation pendant un laps de temps court d'un panache de polluants
au-dessus du parcours de la motrice. Cette situation avait du reste été
identifiée lors de la campagne de mesure sur la passerelle surplombant les
voies de la gare de l'Est par l'observation de phénomènes de bouffées.
D'autre part, l'impact du trafic ferroviaire Diesel ne disparaît pas
immédiatement après le départ ou l'arrêt des locomotives. Il existe des
phénomènes de persistance dans l'air du quartier, variables en fonction des
Des modélisations ont donc été
réalisées en prenant en compte les
conditions d'amélioration actuelles
(réduction du temps de chauffe au
minimum) (figure.5A) et celles
prévues dans le futur (remotorisation de toutes les locomotives et
réduction du temps de chauffe)
(figure 5B).
L'association de la réduction des
périodes de chauffe en gare de
l'Est et de la remotorisation des
locomotives conduira à une
réduction significative de l'impact
du trafic ferroviaire Diesel pour
l'ensemble du quartier par rapport
à la situation initiale de 2000.
Cette réduction concernera les
maxima de pollution atteints, les
dimensions du secteur le plus
concerné du quartier ainsi que la
durée de persistance des bouffées de
pollution.L§
A
gare
Nord du
25
locomotives en stationnement sont en mode de fonctionnement
“Chauffage de rame”, fortement émetteur de ces deux polluants.
gare
de l’
Est
B
G Fig.5 : Effets attendus de la réduction du
temps de ch auffe et de la remotorisation
des locomotives Diesel.
(A) Le nouveau mode d'exploitation des
locomotives a perm is u ne prem ière
a mélioration. Avec u n vent de Sud-Ouest de
5m /s, le plus fréquem ment observé en Ilede-Fra nce, les concentrations m axim ales en
NOx chutent nettement en tête de quais et
la zone d'emprise de l'impact des émissions
ferroviaires Diesel est rétrécie.
(B) Avec la remotorisation de tout le parc
de locomotives Diesel, l a chute des
concentrations est encore plus accentuée et
surtout on obtient u ne di m i nution de
moitié de la zone d'emprise sur le quartier.
AIRPARIF - SURVEILLANCE DE LA QUALITÉ DE L’AIR EN ILE-DE-FRANCE
A
ctualité
04
EEE
7 rue Crillon 75004 PARIS
Service communication : 01 44 59 47 64
L’information en direct - l’état de la qualité de l’air, les prévisions du lendemain :
internet : www.airparif.asso.fr
Directeur de la publication : Michel Elbel
AIRPARIF Actualité L N°19- Juillet 2003
Figure 5