06/04/2012 1

Groupe de travail « Outils de diagnostic

environnemental de la mobilité locale »

- Coefficients d’émissions et parcs de véhicules -

Outils de calcul et coefficients d’émissions

M. André

28/09/2010

06/04/2012 2

Objectifs - Sommaire

• État des lieux outils et facteurs d’émissions• Données internes (parcs)• Retour d’expérience

• Synergies envisageables

• Sommaire– Rappels de quelques principes généraux– Différents types d’outils– Chronologie, état des lieux– (Données intrinsèques et mise en œuvre)

– Discussion

1- Principes des modèles de calcul des émissions des véhicules

• Modèles agrégés– Selon la vitesse moyenne

• Émissions d’une ville, d’une région, etc.– Selon des situations « mésoscopiques »

• Émissions d’une rue, etc.– Les plus exhaustifs et applicables

• Modèles microscopiques, « modaux » ou instantanés– Dynamique complexe du trafic

• Émissions d’une rue, d’une intersection, selon les fluctuations détaillées du trafic, etc.

• Faible niveau de validité et d’applicabilité– Dynamique complexe du véhicule et/ou du

fonctionnement moteur

Modèles agrégés (fonction de la vitesse moyenne)

• Emission = f(Average Speed V, vehicle category)– Copert4, Corinair international approach, etc.– Trip-based approach (macroscopic)– “Aggregated models” - Emission = f(traffic flow)

• Typical fleet composition • Urban / rural / motorway or Average speed

• Emission data– Large range of simple aggregated measurements (driving cycles)

• i.e. 3000 light vehicles, 28000 tests in COPERT4, ARTEMIS, HBEFA• Large range of pollutants

• All types of emissions are covered (hot, cold start, evaporative, transient, engine dysfunction)– Good representativity– Easy to use / “satisfying” interface with traffic model (through V)

• Limits– Average speed is insufficient to relate the traffic dynamic / engine

sensitivity– Local / instantaneous estimation is not valid

• Basic ideas: – to define “traffic situations” which enable describing a case study

• Road characteristics (function, geometry, speed limit, etc.)• Traffic condition (in 4 classes, stop&go to free-flow)

– to associate emissions factors / functions / models

• Advantages / drawbacks– Modèle “discret” (non continu)– Easier interface with traffic model (although complex)– A better approach of the street emission– Good sensitivity to traffic evolution (i.e. more congestion, etc.)

– Reduced representativity (lower number of data to describe a complex model structure)

– Local (microscopic) / instantaneous approach not valid– No sensitivity to a change in the traffic dynamic itself– No sensitivity to a change in driving behaviour

Modèles agrégés (approche « situations de trafic »)

suite

détail

Modèles agrégés (approche « situations de trafic »)

Réseau principal (autoroutes, nationales)

Autoroutesartères urbaines

Voies locales

Desserte

Vitesse

30

90

60

Trafic (veh /h)2000 6000 80004000

Fluide

Chargé

Congestion

Proche saturation

Voies inter-quartiers

0

30

60

0 200 time

SpeedCourbe-type de vitesse

tempstemps

EmissionEmissionModèle d’émission(selon catégorie de véhicule)

Modèle d’émission(selon catégorie de véhicule)

UrbainUrbain RuralRural

+

gradient,

sinuosité retour

Limites des modèles d’émission• Polluants non couverts (non règlementés)• Pollutions non échappement (évaporation, abrasion,

remise en suspension des particules)• Interactions complexes des polluants dans la pollution

de l’air (précurseurs, ozone, changements climatiques) • Validité limitée aux conditions de test

(notamment par les cycles de conduite)– Échelles de validité– insuffisants à décrire la dynamique du trafic, les

comportements de conduite– non valides à une échelle très locale ou pour étudier des

évolutions fines des conditions de trafic (et comportements)• Complexité:

– structure très détaillée, connaissance des parcs– Description des trafics et conditions de circulation

Principes des calculs d’émissions (inventaires)

• Pour un polluant p,

Emission totale = somme d’émissions

– Différents « types/sources » d’émissions– Parc/flux de véhicules, de différentes catégories– Distances parcourues, nombres de véhicules, durées– Différentes conditions (circulation, climatiques)

Émission totale = E Chaud + E Froid + E Évaporation+ E Autres etc.

= ΣΣΣΣ émission unitaire x “quantité d’activité”

(Lieux, catégories de véhicules, conditions, etc.)

“quantité d’activité”= nombre de véhicules x utilisation (km, démarrages, heures de conduite ou de parking, etc.)

Intégration spatiale: macroscopique ou réseau routier

Urbain

Rural

Autor

outie

rSimulation par liens, modélisation du trafic (EMME2)

Approche macroscopique, par hypothèse de distribution du trafic

Calcul d’émission à différentes échelles (transport routier)

• Situations détaillées de trafic– L’émission tient compte de la nature

dynamique des conditions de circulation– Complexité à transcrire un cas:

• Identification des situations de trafic• Distribution du kilométrage

• Situations macroscopiques (urbain, rural,..) et composites (par agrégation de situationsdétaillées)– Richesse de la description

(% congestion, réseaucomposite, etc.)

• Approche vitesse moyenne

NOx

Structure d’un modèle de calcul (Artemis, HBEFA)

Modèle de parc en 3 scénarios

• Composition du parc– Nombre de véhicules par catégories

• Activité de trafic– Véhicule x Km, par catégories

– Conditions de circulation et d’usage

– Conditions ambiantes

• Années d’introduction de la réglementation des émissions

– Années et pourcentages (par Euro-N)

Modèle de parc en 3 scénarios

• Composition du parc– Nombre de véhicules par catégories

• Activité de trafic– Véhicule x Km, par catégories

– Conditions de circulation et d’usage

– Conditions ambiantes

• Années d’introduction de la réglementation des émissions

– Années et pourcentages (par Euro-N)

Données et fonctions d’émission

• Chaud, froid, évaporation, polluants réglementés et non R.

• Fonctions de correction• Correction selon carburants

• Tx de réduction futurs concepts

Données et fonctions d’émission

• Chaud, froid, évaporation, polluants réglementés et non R.

• Fonctions de correction• Correction selon carburants

• Tx de réduction futurs concepts

Jeu de données d’application• Cas d’application: combinaison de

scénarios de parc et trafic sur un réseau de routes, une aire, etc.

Jeu de données d’application• Cas d’application: combinaison de

scénarios de parc et trafic sur un réseau de routes, une aire, etc.

Calcul d’émission• Totale et par catégories de véhicules,

lieux, routes, conditions de trafic, etc.• Émissions à chaud, froid, évaporation,..• Approche macroscopique ou réseau

Calcul d’émission• Totale et par catégories de véhicules,

lieux, routes, conditions de trafic, etc.• Émissions à chaud, froid, évaporation,..• Approche macroscopique ou réseau

Processeur de facteurs d’émission

• Agrégés ou détaillés

Processeur de facteurs d’émission

• Agrégés ou détaillés

Calcul de parcs et trafics

Fleet model in 3 scenarios• Fleet composition

– Vehicle number per detailed categories

• Traffic activity

– Vehicle x Km, per segment in urban, rural,

motorway

– (Driving conditions

Average speed / Aggregated traffic situations)

– Ambient conditions, starts, trips, parking

characteristics and temporal variations

• Emissions concepts introduction

– Years and shares

Fleet model in 3 scenarios• Fleet composition

– Vehicle number per detailed categories

• Traffic activity

– Vehicle x Km, per segment in urban, rural,

motorway

– (Driving conditions

Average speed / Aggregated traffic situations)

– Ambient conditions, starts, trips, parking

characteristics and temporal variations

• Emissions concepts introduction

– Years and shares

Emission data set

• Hot, Cold start, Evaporative, regulated / non-regulated emissions data / functions

• Fuel quality

• New concepts reduction rates

Emission data set

• Hot, Cold start, Evaporative, regulated / non-regulated emissions data / functions

• Fuel quality

• New concepts reduction rates

Traffic Data Set

• Traffic scenarios, application cases: combination of Fleet scenarios, mileage or traffic flow and traffic situations

Traffic Data Set

• Traffic scenarios, application cases: combination of Fleet scenarios, mileage or traffic flow and traffic situations

Emission computation

• Total and per vehicle- and road-categories, traffic conditions, etc.

• Hot, cold, evaporative emissions

Emission computation

• Total and per vehicle- and road-categories, traffic conditions, etc.

• Hot, cold, evaporative emissions

Emission factors processor

• Aggregated and per vehicle category

Emission factors processor

• Aggregated and per vehicle category

Fleet model in 3 scenarios - Year Yi

• Fleet composition

– Vehicle number, per detailed categories, segments and age

• Immatriculation année par année + taux de survie

• Composition directe du parc

– Configuration (HDV), equipments (AC, PF for PC)

• Traffic activity

– Vehicle x Km, per segment, per type of circulation (urban, rural, motorway)

– Mileage acc. to vehicle age

– (Average speed / Aggregated traffic situations)

– Ambient conditions, starts, trips, parking characteristics and temporal variations

• Emissions concepts introduction

– Years and shares

• Fleet / traffic by detailed categories:

– years Y1, … Yn - projections Yn+1, … Yn+k

Fleet model in 3 scenarios - Year Yi

• Fleet composition

– Vehicle number, per detailed categories, segments and age

• Immatriculation année par année + taux de survie

• Composition directe du parc

– Configuration (HDV), equipments (AC, PF for PC)

• Traffic activity

– Vehicle x Km, per segment, per type of circulation (urban, rural, motorway)

– Mileage acc. to vehicle age

– (Average speed / Aggregated traffic situations)

– Ambient conditions, starts, trips, parking characteristics and temporal variations

• Emissions concepts introduction

– Years and shares

• Fleet / traffic by detailed categories:

– years Y1, … Yn - projections Yn+1, … Yn+k

Historique - outils - Contextes

Average speed approach Discrete approach

WG Corinair, COST319,Meet

COPERT versions 1, 2, 3

Swiss-Germany-Austria works

« Handbuch HBFEA»

Others declinations / adaptations / specific approaches

Sweden - Finland (Copert + SIG + specific factors), NL (Versit+)

France:

•Impact-ADEME, COPCETE

•Other tools : AirEmis, Emit, Emitra, MVImpact, Street, etc.)

ARTEMIS research project:

Objective: harmonisation - update of the European methods

Historique - outils - ContextesApproche vitesse moyenne Approche situations trafic

Projet de recherche ARTEMIS :

Objectif: harmonisation - mise à jour des méthodes Européennes

Travaux expérimentaux et améliorations méthodologiquesAEE (Ag. Eur. Envir.)-LAT

COPERT version IV

Groupe DACH + NL + S

« Handbook HBEFA», pseudo-ARTEMIS MAJ2009

+ HBEFA - Expert version

WG Corinair, ERMES - Mise à jour méthodes Européennes

base COPERT IV + ARTEMIS/HBEFAFrance: CopCete, Circul’air développement d’un outil

dérivé de l’approche ARTEMIS / HBEFA et données de référence F

Développement d’outils français

• Dérivés de Copert4– Cop-Cete, Circul’air, etc.

• Dérivés d’ARTEMIS / HBEFA - en cours– Polluants concernés par les études d’impacts– Outil simple, « interfacé » Artemis, – Données de référence (France): scénarios /

parcs / situations de trafic– Trois types d’applications

• « Études de parc » (technologies, composition,…)• « Études de projets routiers », plans (PDU, SCOTT,

etc.), aménagements, etc.• « Inventaires »

– Facteurs d’émissions agrégés

Facteurs d’émissions de référence (transports routiers)

• Années en cours– Calculs nationaux (CITEPA) et comptes

transports

• Dernière base prospective (1970-2025)– Travaux C. Hugrel (2005)– Parcs français et hypothèses de trafic INRETS– Méthodologie émission: Copert3– En ligne sur http://www.inrets.fr

• En cours– Révision des hypothèses de parcs et trafic– Mise en oeuvre méthodologie

ARTEMIS/HBEFA 06/04/2012 16

Modes de transports non routiers (aérien, ferroviaire, maritime et fluvial)

• Méthodologies et facteurs émissions actuels– CITEPA (basés sur EMEP/Corinair/EEA)

• Revue critique en cours– Approches ARTEMIS

• Nouvelles données expérimentales (Aérien, fer)• Modèles plus détaillés (phases, vitesses, etc.)• Vieillissement moteur, APU (air)• Émissions indirectes (production d’énergie) et autres

(usure/abrasion)

– Difficultés méthodologiques• Champ couvert, distinction pollution locale -

contribution totale• Statistiques parcs et trafic (France)

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Outils de calcul - conclusions

• Les modèles reposent généralement sur des principes simples (en lien avec la difficulté des mesures d’émission)

• Les outils de calcul sont complexes par– La structuration des calculs d’émissions (chaud, froid, etc.,

structure selon des catégories très détaillées de véhicules, etc.)

– Le besoin très important de données caractérisant les parcs, trafics, conditions climatiques et d’utilisation, etc.

• L’approche de calcul du parc, même à un niveau national reste d’une grande complexité– Souvent intégrée à des développements d’outils nationaux

• Nécessité de développer des données nationales, par défaut pour le plus grand nombre d’utilisateurs

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• Merci de votre attention ...