Soutenance mémoire
Mesure des émissions de polluants des véhicules
Les mesures d’émissions de polluants et de consommation de carburant des véhicules s’effectuent généralement sur banc d’essai de moteur ou de véhicule, plus rarement sur route. On note également des mesures d’émissions d’un trafic sur un site donné ou dans l’environnement. L’objectif des mesures peut être très variable de même que les polluants analysés, selon qu’il s’agit de procédures réglementaires (contrôle des émissions des véhicules) ou de travaux de recherche (détermination des « facteurs d’émissions » ou émissions unitaires par unité de déplacement des véhicules ou des trafic de véhicules). La diversité des matériels de transports et de leurs technologies, mais aussi la difficulté d’harmonisation des réglementations entre les pays ont conduit à une multiplication des procédures de mesure en particulier des procédures réglementaires.
Après avoir évoqué cette diversité des contextes de mesure des émissions de polluants, on décrit les procédures réglementaires en vigueur dans différents pays : méthodes de prélèvement des polluants, cycles de conduite, conditions d’essai, valeurs limites, etc. Les méthodes de mesure à des fins non « réglementaires » s’appuient sur les matériels et principes utilisés lors des procédures réglementaires. La mesure des émissions des véhicules implique des moyens d’essais lourds, complexes et coûteux. Un banc d’essai consiste en un local, une structure et des systèmes (de freinage) capables d’absorber les puissances développées par le véhicule testé et un système de ventilation pour évacuer la chaleur produite. Le système de prélèvement des gaz d’échappement est basé sur une dilution importante de ces gaz. Le banc à rouleau, afin de présenter des similitudes avec les conditions de contact roue – chaussée, est de grande dimension : 2 rouleaux de 500 mm de diamètre par exemple ou 1 rouleau unique de diamètre 1,25m pour les voitures, 2,50m pour les véhicules utilitaires avec des puissances de l’ordre de 500 kW.
La lourdeur et la complexité des essais en limite le nombre : limitation du nombre de véhicules testés, simplification des conditions de test (un ou quelques cycles pour représenter la diversité des conditions d’utilisation). Les cycles réglementaires sont souvent utilisés, par simplicité et parce qu’ils constituent une base de référence et de comparaison. Les émissions de polluants des véhicules sont fortement influencées par leurs conditions de fonctionnement (vitesses, conditions de circulation, conditions thermiques). Le cycle d’essai ou cycle de conduite ou profil de vitesse et les autres conditions de test constituent un élément clé des procédures de mesure en ce qu’ils régissent ces conditions de fonctionnement et doivent – pour une expression et une exploitation pertinentes des résultats de mesure – être en cohérence avec l’utilisation réelle des véhicules.
Diversité des objectifs
L’objectif de la mesure des émissions de polluants et de la consommation varie selon qu’il s’agit de procédures réglementaires de contrôle pour lesquelles on détermine si les émissions du véhicule se situent en dessous de seuils légaux, ou lorsqu’il s’agit de quantifier les polluants émis en vue d’une connaissance satisfaisante des émissions et des facteurs favorisant ces émissions. Les champs d’investigations peuvent concerner l’étude des mécanismes de formation des polluants dans la chambre de combustion, l’évaluation des teneurs ou quantités émises à l’échappement, les émissions par évaporation de carburant ou lors d’un démarrage à froid, ou encore l’évaluation de la durabilité des dispositifs antipollution. Au delà, on étudie les teneurs ou quantités retrouvées aux abords des voies de circulation ou dans l’environnement, où elles sont susceptibles d’avoir des effets sur les populations, les teneurs ou quantités dans l’atmosphère et en particulier les mécanismes de diffusion et de transformation des polluants.
Diversité des procédures réglementaires
Les émissions de polluants et la consommation de carburant font l’objet dans la plupart des pays de procédures réglementaires de contrôle ou de mesure. Ces procédures sont établies spécifiquement :
– selon les matériels de transports (voitures particulières, véhicules utilitaires légers et lourds, autobus, cyclomoteurs, voiturettes, engins de chantiers, véhicules à vocation spécifique, etc.). Elles concernent également les autres modes de transport (transports ferroviaire, aérien et maritime) et les matériels à moteur à vocation autre que de transport (moteurs de service, matériel de jardinage, etc.).
– selon les technologies de motorisation : les réglementations (ou les limites réglementaires) mais aussi les moyens de mesures peuvent être spécifiques selon que le moteur est à essence ou Diesel et selon la cylindrée du moteur. Les motorisations nouvelles (électriques, hybrides : thermique + électrique, etc.) seront certainement l’objet de réglementations particulières.
– selon les polluants.
Elles concernent les émissions produites à l’échappement mais aussi d’autres types d’émissions (évaporation de carburant, gaz de carter, émissions des matériaux, etc.). Elles s’appliquent à différents niveaux de contrôles tels que l’homologation de nouveaux modèles, le contrôle ou la réception des véhicules neufs, le contrôle des véhicules au cours de leur vie.
Diversité des produits
Les polluants émis constituent une très large palette de « produits », dont seul un petit nombre est actuellement réglementé, c’est à dire contrôlé et soumis à des valeurs limites. Degobert [Degobert, 1992], propose la classification suivante des polluants primaires (émis directement par les sources, par opposition aux polluants secondaires, produits par interaction entre polluants et autres composants) :
– les composés carbonés: gaz carbonique CO2 et monoxyde de carbone CO ;
– les composés azotés: monoxyde et dioxyde d’azote (NO, NO2 souvent groupés sous NOx), acide nitrique, N2O (protoxyde d’azote), ammoniac, acide cyanhydrique et cyanogène, nitrosamines ;
– les composés organiques: les composés organiques volatils (COV) ou hydrocarbures (groupés sous le terme générique HC), les pertes par évaporation de carburant, le benzène, les hydrocarbures aromatiques polynucléaires (HAP), les composés carboxylés, les acides organiques, les composés organiques halogénés ;
– les composés soufrés, dioxyde de soufre (SO2 ), trioxyde de soufre (SO3 ), acide sulfurique, sulfures ;
– les composés halogénés (acides chlorhydrique, bromhydrique, fluorhydrique),
– les composés métalliques : Plomb, métaux précieux, Cadmium, Zinc, Manganèse, etc.
– les particules, elles mêmes classées en particules fines et particules grossières,
– les odeurs.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 – MESURE DES ÉMISSIONS DE POLLUANTS DES VÉHICULES
1.1 – Introduction
1.1.1 – Diversité des objectifs
1.1.2 – Diversité des procédures réglementaires
1.1.3 – Diversité des produits
1.2 – Procédures réglementaires de mesure des émissions de polluants
1.2.1 – Principes
1.2.2 – Méthode de prélèvement des gaz d’échappement
1.2.3 – Autres réglementations et procédures relatives aux émissions de polluants des véhicules
1.2.4 – Valeurs limites réglementaires
1.2.5 – Méthodes d’analyse des polluants
1.2.6 – Remarques diverses concernant les différentes procédures
1.3 – Méthodes de mesure à des fins non réglementaires
1.3.1 – Mesures sur banc d’essai
1.3.2 – Mesures au moyen de systèmes de mesures ou de prélèvement embarqués
1.3.3 – Mesures extérieures au véhicule (dans l’environnement)
1.3.4 – Mesure des émissions au passage d’un véhicule
1.3.5 – Autres sources d’information
1.4 – Cycles de conduite dans les différents pays
1.4.1 – Cycles réglementaires
1.4.2 – Autres cycles
1.4.3 – Conclusion
1.5 – Émissions et conditions de test
1.5.1 – Incidence de la vitesse moyenne
1.5.2 – Incidence des conditions de circulation
1.5.3 – Incidence des conditions thermiques
1.5.4 – Incidence de la chronologie
1.5.5 – Précision des mesures d’émission
1.5.6 – Utilisation des résultats
1.6 – Conclusions
CHAPITRE 2 – USAGE DES VÉHICULES : OUTILS D’INVESTIGATION
2.1 – Introduction
2.2 – Les enquêtes sur la mobilité
2.3 – Les enquêtes lors du « contrôle technique »
2.4 – L’analyse du trafic
2.5 – Instrumentation de véhicules
2.5.1 – Le champ d’investigation
2.5.2 – Les méthodes de recueil
2.6 – Paramètres mesurés
2.7 – Considérations sur la représentativité et la nécessité des mesures embarquées
2.7.1 – Comparaison avec une enquête par carnets de bord
2.7.2 – Discussion
2.8 – Conclusions
CHAPITRE 3 – MÉTHODES D’ÉLABORATION DE CYCLES DE CONDUITE
3.1 – Introduction
3.2 – Construction de cycles pour véhicules particuliers
3.2.1 – Cycles synthétiques
3.2.2 – Caractérisation des cycles de conduite au travers de distributions statistiques
3.2.3 – Construction du cycle urbain américain
3.2.4 – Cycle Européen proposé par Volkswagen
3.2.5 – Cycles anglais pour la mesure de la consommation
3.2.6 – Cycle – « empreinte » de la ville
3.2.7 – Cycle autoroutier
3.2.8 – Méthodologie statistique pour l’analyse des cinématiques
3.2.9 – Cycles urbains européens
3.2.10 – Méthode de construction et validation de cycles
3.2.11 – Cycles correspondant à une conduite contemporaine
3.3 – Cas particulier de cycles pour véhicules utilitaires
3.4 – Autres cas
3.5 – Caractérisation des méthodes
3.5.1 – Les données de base
3.5.2 – Les analyses et outils de simulation
3.5.3 – Le « produit » des analyses
3.6 – Conclusions
CHAPITRE 4 – ACQUISITION DE DONNÉES À BORD DE VÉHICULES – MÉTHODE ET OUTILS LOGICIELS
4.1 – Introduction
4.2 – Principes de base
4.2.1 – Observation en usages réels
4.2.2 – Sélection des véhicules
4.2.3 – Paramètres à mesurer et capteurs
4.2.4 – Système d’acquisition de données embarquable
4.3 – Outils logiciels
4.3.1 – Introduction
4.3.2 – Fichiers de données
4.3.3 – Lecture et interprétation des données
4.3.4 – Calculs et intégration
4.3.5 – Analyses spécifiques en vue de la construction de cycles de conduite
4.3.6 – Outils de terrain
4.4 – Conclusions
CONCLUSION
