Systeme depollution engins non routier

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Système de dépollution des transports Maritime, ferroviaire et engins de travaux

publics.

Etude réalisée pour : ADEME

Encadrée par : M. Gabriel Plassat

Travaux réalisés par : M. Jérome Le Govic

Ecole Polytechnique de l’Université de Nantes

Dept Thermique - Energétique

3ème Année

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Synthèse

Au sein de l'ADEME, l'Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Énergie, le Département Technologies des Transports est chargé de la recherche, du développement et de l'évaluation des technologies propres et économes des transports. Il a pour principal secteur d'activité les véhicules routiers (véhicules légers, poids lourds), et souhaite étendre son activité au domaine du transport non routier (maritime, ferroviaire et engins de travaux publics). Il est donc nécessaire d'effectuer au préalable un état des lieux de ce secteur (normes, activité, pollution). Ce stage a donc pour objectif de réaliser une recherche non exhaustive des méthodes de dépollution atmosphérique applicable à ces engins. Cette étude se base sur des projets réalisés en France et à l’étranger. A la fin de ce rapport, en considérant les différentes données répertoriées, une analyse de ces différents systèmes permet de distinguer quelle solution semble la plus pertinente pour chaque secteur considéré.

The French Agency for Environmental and Energy Management (ADEME), with its Transport Technologies Department, participates in research initiatives on conventional vehicles and alternative solutions. This Department implements evaluation programmes for the various technologies and provides financial support for the new initiatives, mainly in road transport. But, now, it wants to extend its knowledge in off road transport (maritime, railway and construction equipment). Thus the aim of this internship is to make an assessment of the impact of off road technologies on air pollution. This study is based on European and other foreign projects on this topic. At the end, we try to find the best solutions to fight against air pollution of off road engines.

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Remerciements

Ce stage de fin d’étude m’a permis de développer de nouvelles compétences qui seront importantes pour mon avenir professionnel.

C’est pourquoi, je tiens à remercier M. Gabriel Plassat pour l’aide et les conseils qu’il m’a apporté tout au long de cette période de 4 mois.

Je remercie aussi l’ensemble de l’équipe du département des Technologies des Transports, Patrick Coroller, Stéphane Barbusse, Daniela Houpillart, Frédérique Bienvenu, Stéphane Biscaglia, Laurent Gagnepain, Sandrine Catania, Jacques Couderc et le personnel de l’ADEME de Valbonne pour leur chaleureux accueil.

Enfin, je remercie tout particulièrement M. Jarny Yvon et l’ensemble des enseignants du département Thermique Energétique de l’école Polytechnique de l’Université de Nantes pour les connaissances acquises durant ces 3 années d’école d’ingénieur.

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Abréviations

BTL Biomass to liquid

COV composés organiques volatiles

COVNM Composé organique volatile non méthanique

Cst centistokes

DOC Catalyseur à oxydation, Diesel Oxidation Catalyst

ECO Europe Centrale et Orientale (Bulgarie, Chypre, Estonie, Hongrie, Lettonie, Lituanie, Malte, Pologne, République tchèque, République slovaque, Roumanie, Slovénie et Turquie (pays candidats à l’adhésion - PC), Albanie, Bosnie-Herzégovine, Croatie, Ex République yougoslave de Macédoine, Serbie et Monténégro).

EO Europe Occidentale (Allemagne, Autriche, Belgique, Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Irlande, Italie, Luxembourg, Pays-Bas, Portugal, Suède, Royaume- Uni, Islande, Liechtenstein, Norvège, Suisse y compris les petits Etats d’Andorre, de Monaco et de Saint Marin.

EOCAC Europe Orientale, du Caucase et de l’Asie Centrale (Arménie, Azerbaïdjan, Biélorussie, Géorgie, Kazakhstan, Kirghizistan, Moldavie, Ouzbékistan, Fédération de Russie, Tadjikistan, Turkménistan, Ukraine).

EMEP programme européen de contrôle et d’évaluation

EPA Environmental Protection Agency

FàP Filtre à particule

GES gaz à effet de serre

GTL gas to liquid

GRT tonnage brut enregistré

HFO Heavy fuel oil, fuel lourd

PM particule Matter, particule

Ppm particule par million

TAG Turbine à Gaz

SCR réduction sélective par catalyse

TSP particule total en suspension

VOC Volatile Organic compound

WI Water injection, injection d’eau

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Sommaire

I. Présentation de l’entreprise .................................................................... 11

A. L’ADEME................................................................................................ 11

B. Le département technologie des transports ................................................... 11

II. Présentation du stage.......................................................................... 13

A. Objectifs visés ........................................................................................ 13

B. Déroulement du travail ............................................................................. 13

III. La pollution atmosphérique.................................................................. 15

A. Inventaire des principaux polluants.............................................................. 15

B. Impacts................................................................................................. 17

C. Etat des lieux.......................................................................................... 19

1. Transport maritime............................................................................... 19

2. Transport ferroviaire ............................................................................. 26

3. Engins de travaux publics....................................................................... 29

IV. Les normes actuelles ........................................................................... 32

A. Transport maritime .................................................................................. 32

1. Réglementation internationale ................................................................. 32

2. Réglementation américaine..................................................................... 34

3. Réglementation européenne ................................................................... 35

B. Transport ferroviaire ................................................................................ 39

1. Fiche UIC 624...................................................................................... 39

2. US EPA .............................................................................................. 40

3. Directive européenne 97/68/EC............................................................... 40

C. Engins de construction, tracteurs agricoles et forestiers :.................................. 41

1. Réglementation Américaine .................................................................... 41

2. Réglementation Européenne ................................................................... 43

V. Les systèmes de dépollution.................................................................... 46

A. Carburants alternatifs ............................................................................... 46

1. Gaz naturel......................................................................................... 46

2. Emulsion ............................................................................................ 48

3. Le biodiesel......................................................................................... 49

4. Le diesel oxygéné................................................................................. 50

5. L’injection directe d’eau et l’injection continue d’eau..................................... 51

6. Huile végétale ..................................................................................... 52

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B. Système retrofit ...................................................................................... 53

1. Filtre à particule ................................................................................... 53

2. Catalyseur à oxydation (DOC) ................................................................. 53

3. Exhaust Gas Recirculation ...................................................................... 55

4. SCR (Selective Catalytic Reduction) .......................................................... 56

5. Dispositif de démarrage et d’arrêt automatiques.......................................... 57

6. Epurateur à eau de mer......................................................................... 57

C. Autres Systèmes...................................................................................... 58

1. Hybride.............................................................................................. 58

2. Turbine à gaz...................................................................................... 60

3. Pile à combustible ................................................................................ 61

4. Solaire photovoltaïque ........................................................................... 63

VI. Applications de ces systèmes............................................................... 64

A. Transport maritime .................................................................................. 64

B. Transport ferroviaire ................................................................................ 77

C. Engins de travaux publics .......................................................................... 95

VII. Analyse des solutions .........................................................................109

A. Transport maritime .................................................................................109

B. Transport ferroviaire ...............................................................................118

C. Engins de travaux publics .........................................................................123

D. Récapitulatif global : ...............................................................................127

VIII. Conclusion......................................................................................128

IX. Annexes :...........................................................................................129

A. Organigramme de l’ADEME.......................................................................129

B. Contacts...............................................................................................130

C. Références............................................................................................133

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Introduction

La pollution de l'air est la résultante de multiples facteurs : croissance de la consommation d'énergie, développement des industries, de la circulation routière et aérienne, de l'incinération des ordures ménagères, des déchets industriels, etc. Ainsi, la production et l'utilisation d'énergie en sont les principaux moteurs.

Les transports sont parmi les premiers producteurs de gaz à effet de serre et autres polluants. Le transport routier est soumis à de très strictes normes (EURO I, EURO II,…) réglementant les émissions de polluants depuis de nombreuses années. Au niveau des transports non routiers (maritime, ferroviaire et engins de travaux publics), les normes sont bien moins exigeantes, voire il s’agit simplement de recommandations. Par exemple, le transport maritime n’est toujours pas soumis à des mesures de contrôle des émissions de NOx. Pourtant, le transport non routier représente plus de 10 % des NOx émis par les transports (routier + non routier), et plus de 35 % des SO2.

Les transports non routiers ont besoin de puissances importantes. La motorisation la plus utilisée et la mieux adaptée reste le moteur Diesel. Robuste, puissant, largement répandu, il possède de nombreuses qualités. Mais, un de ses points faibles provient des importantes émissions de polluants qu’il dégage : NOx, SOx, CO, HC et évidemment des particules.

En se référant à des études réalisées en Europe et dans le reste du monde, ce rapport tente de faire un état des lieux des transports non routiers au niveau du contrôle des émissions. Les normes, les différentes technologies applicables sont présentées. Enfin, une analyse de différentes données permettra de distinguer quel système de dépollution semble le mieux adapté en fonction de l’activité.

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I. Présentation de l’entreprise A. L’ADEME

L'Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Énergie est un établissement public à caractère industriel et commercial, placé sous la tutelle des ministres chargés de la Recherche, de l'Environnement et de l'Énergie. Créée en 1992, elle est étroitement associée à la mise en œuvre des politiques de l'État dans les domaines de l'environnement et de l'énergie et contribue au respect des engagements internationaux pris par la France pour participer à la diminution des problèmes liés à l'effet de serre.

La contribution de l’ADEME peut être synthétisée par trois priorités majeures :

• Développer une économie du déchet à haute qualité environnementale ; • Engager un effort durable de maîtrise de l’énergie ; • Améliorer les performances des transports et réduire les pollutions de l’air.

Pour conduire ses programmes d'action, structurés en fonction des grands problèmes environnementaux, l'Agence dispose de services centraux implantés à Paris, Angers et Valbonne, de 26 délégations régionales et de 3 représentations territoriales.

Historique de l’ADEME :

§ 1974 : Création de l’Agence pour les économies d’Energies (AEE)

§ 1975 : Création de l’Agence Nationale pour la récupération et l’Elimination des Déchets (ANRED)

§ 1978 : Création du Commissariat à l’Energie Solaire (COMES)

§ 1980 : création de l’Agence pour la Qualité de l’Air (AQA)

§ 1982 : Création de l’Agence Française pour la Maîtrise de l’Energie (AFME) par fusion de l’AEE et du COMES

§ 1991 : Création de l’Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie (ADEME) par fusion de l’ANRED, de l’AQA et de l’AFME

L’ADEME en quelques chiffres :

§ 850 salariés ;

§ 3 services centraux : Angers, Paris, Valbonne ;

§ 26 délégations régionales ;

§ 3 représentations dans les territoires d’Outre-mer ;

§ 1 bureau à Bruxelles ;

§ 331 M€ de budget en 2004 dont 262 M€ pour le budget d’intervention.

B. Le département technologie des transports La sensibilité de l'opinion publique aux effets de la pollution atmosphérique est devenue très importante, puisque la réduction de la pollution de l'air est au premier rang des préoccupations environnementales des Français. Dans ce contexte, l'ADEME doit favoriser la réduction de la pollution atmosphérique, notamment urbaine, et faire évoluer le secteur des

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transports dans le sens d'une meilleure maîtrise des consommations énergétiques et des pollutions qu'il engendre.

Si les pollutions par les chauffages des bâtiments et les installations industrielles sont en réduction constantes, les évolutions sont plus contrastées dans les transports. Les émissions de SO2, de plomb et d’hydrocarbures diminuent, tandis que les émissions de NOx et de particules fines sont encore en hausse et induisent une pollution de fond préoccupante (notamment la pollution oxydante). La pollution atmosphérique est aujourd'hui principalement due à l'automobile et à l'augmentation du trafic. L'ADEME contribue donc à l'extension et à l'évolution du système actuel de mesure en liaison avec le ministère de l'Environnement et les collectivités locales, en élargissant notamment la gamme de polluants mesurés. Elle favorise la réduction des polluants à la source en participant au développement de la recherche sur les offres alternatives de motorisations et de carburants et en aidant les collectivités à s'équiper de parcs automobiles, d'autobus et de bennes à ordures ménagères les moins polluants (véhicules électriques, au gaz naturel...). Enfin elle met au point de nouveaux outils pour aider les collectivités à élaborer des plans de déplacement urbain dans le souci de réduire les pollutions (air et bruit) de la manière la plus efficace. Les délégations régionales de l'ADEME coopèrent avec les autorités locales à l'élaboration de ces plans.

Dans ces domaines, l'activité de l'ADEME est gérée par la Direction de l'Air, du Bruit et de l’Efficacité Energétique qui regroupe 5 départements :

• Département Bâtiments et urbanisme

• Département Industrie et Agriculture

• Département Surveillance de la qualité de l’air

• Département Organisation des Transports

• Et le Département Technologie Des Transports .

Par le biais du Département Technologies des Transports, l'ADEME participe aux actions de recherche sur les véhicules conventionnels (carburants, moteurs, systèmes de post-traitement) et sur les solutions alternatives (électricité, gaz…). Elle met en œuvre des programmes d'évaluation des différentes technologies et accompagne financièrement le décollage des marchés.

L'activité "technologies des transports" de l'ADEME s'est structurée en 2002 selon trois axes principaux :

− La R&D dont l'activité s'est accrue fortement avec le lancement d'un appel à propositions dans le cadre du Predit 3;

− La poursuite des campagnes d'évaluation destinées à fournir aux utilisateurs des informations fiables sur les différentes solutions techniques disponibles;

− Le renforcement du dispositif d'aide pour favoriser le développement des technologies propres et économes.

Au total plus de 80 projets tant de R&D que d'évaluation ou de diffusion, ont bénéficié en 2001 d'un financement de l'Agence, qui a consacré à la mise en œuvre de l'activité technologies des transports, plus de 9 M€ de crédits budgétaires.

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II. Présentation du stage A. Objectifs visés

Le Département Technologies des Transports est chargé de la recherche, du développement et de l'évaluation des technologies propres et économes du transport. Il est principalement orienté vers les véhicules routiers (véhicules légers, poids lourds), et souhaite notamment étendre son activité au domaine du transport non routier (maritime, ferroviaire et engins de travaux publics).

Le but initial de mon stage était donc de réaliser un état des lieux de ces secteurs en m’intéressant plus particulièrement au problème de pollution atmosphérique. Pour se faire, j’ai effectué une bibliographie et une webographie non exhaustives des études et des expériences européennes et mondiales dans le domaine des transports non routiers pour déterminer quels sont les systèmes de dépollutions les plus adéquates pour ces secteurs. Je suis également rentrer en contact avec les principaux acteurs de ces domaines (SNCM, Alstom, SNCF, GTM,…) pour voir leur vision de la dépollution atmosphérique provoquée par les transports non routiers.

La prise de contact avec ces différents acteurs avait aussi pour objectif de leur proposer un partenariat avec l’ADEME pour effectuer des mesures expérimentales et surtout pour promouvoir l’installation des systèmes étudiés.

B. Déroulement du travail Pour chaque type de transport, mon travail de recherche commençait par une analyse du secteur d’activité (répartition, acteurs, localisation,…) ainsi q’une étude des différentes normes réglementant les émissions des moteurs Diesel utilisés. Pour les réglementations, il était important de prendre en compte les réglementations américaines en plus de celles européennes, car elles sont souvent très proches et les normes européennes prennent souvent exemple sur celles américaines. Le transport non routier étant peu réglementé au niveau européen, les constructeurs de moteurs pour ces types d’engins se réfèrent souvent aux réglementations américaines ou internationales pour ensuite adapter leur matériel aux marchés européens.

Ces informations étaient collectées soit sur des sites spécialisés (dieselnet, citepa, ministère de l’environnement, …) soit par des entretiens téléphoniques ou par mail.

Cette première étape permettait de distinguer le fonctionnement du secteur pour pouvoir ensuite mieux chercher les études réalisées pour réduire les émissions de polluants. En règle générale, très peu d’études ont été réalisées dans l’hexagone portant sur ce sujet. Par contre, poussées par des réglementations plus strictes, plusieurs projets ont eu lieu en Amérique et au Canada. L’analyse de ces travaux permettait de déterminer le potentiel de chaque système de dépollution et ainsi de rédiger un dossier résumant les normes et méthodes de dépollution pour chaque type de transport.

Une fois ce document terminé, une proposition de partenariat était envoyée à plusieurs entreprises. Cela consistait, dans un premier temps, à informer et présenter les différentes techniques de contrôle des émissions qui pouvaient être installées. Ensuite, l’ADEME est intéressée pour trouver un partenaire pour réaliser une évaluation technique et économique d’un système en condition réelle. L’objectif de cette étude serait de déterminer les performances (environnementales, économiques), la tenue dans le temps et l’impact du système sur une longue durée. L’intérêt pour l’entreprise partenaire est de valoriser leur image aux yeux du grand public en affichant leur rôle dans le développement durable.

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Ensuite, un aspect encore plus important est de préparer les installations aux futures normes européennes en bénéficiant d’aides (subventions).

La liste des entreprises contactées est fournie en annexe.

En 2004, un accord Cadre entre l’ADEME et Morillon Corvol, entreprise de BTP, avait été signé. L’un des objectifs est de mettre en place une série de mesures embarquées sur des engins de construction. Ces mesures ont pour but de connaître les émissions réelles des engins de chantier (polluants et GES), d’estimer l'impact effet de serre et de proposer des solutions pour améliorer les émissions (polluantes et GES). Ces mesures seront réalisées par le CRMT (Centre de Recherche des Matières Thermiques, laboratoire lyonnais) qui a mis au point un dispositif de mesures embarquées déjà employées dans des études similaires sur des bus et des poids lourds. Ces mesures devront avoir lieu la semaine 24, il est prévu ensuite de les analyser pour en déduire grâce à des simulations quel système de dépollution est le mieux adapté pour les engins étudiés.

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III.La pollution atmosphérique Les réseaux de mesure de la qualité de l'air poursuivent un important programme de modernisation et d'extension engagé après l'adoption de la loi sur l'air et l'utilisation rationnelle de l'énergie le 30 décembre 1996. Cette loi vise à rationaliser l'utilisation de l'énergie et à définir une politique publique intégrant l'air en matière de développement urbain. Le droit de respirer un air qui ne nuise pas à sa santé est reconnu à chacun. Un important déploiement de capteurs a alors débuté : En 1997, 1300 analyseurs étaient installés sur le territoire français et en 2003, 2002 analyseurs. Au fur et à mesure, les systèmes se sont améliorés pour pouvoir mesurer de nouveaux polluants (hydrocarbures, benzène, particules fines telles que PM10 et PM2,5...). Désormais, ces résultats sont traités pour informer le public sur l’état de l’air en temps réel et dans les jours à venir.

Tandis que la loi sur l'air et l'utilisation rationnelle de l'énergie fut promulguée fin 1996, la même année les programmes PRIMEQUAL (qui a pour objectif de dresser un état des connaissances sur les différents aspects de la pollution atmosphérique) et PREDIT (qui correspond à de la R&D pour réduire la consommation d’énergie et la pollution des transports terrestres) se sont associés sous le terme PRIMEQUAL-PREDIT, programme national de recherche pour une meilleure qualité de l'air à l'échelle locale. Ceci, afin de maintenir la cohérence de toutes les recherches menées dans le domaine de la pollution de l'air urbain. De plus, l'année 1999 a vu apparaître les Plans Régionaux pour la Qualité de l'Air (PRQA) qui répertorient sur une échelle régionale les principaux polluants atmosphériques et l'évolution des sources d'émissions.

Il est important de mieux connaître les différentes formes de pollution pour pouvoir la combattre. Cette pollution agit sur trois niveaux différents :

• local ou de proximité, avec une concentration de gaz nocifs pour la santé et dont l'échelle de temps est de l'ordre des heures ;

• régional ou à longue distance, avec la formation de pluies acides et dont l'échelle de temps est de l'ordre des jours ;

• global ou planétaire, avec l’accentuation de l’effet de serre (du réchauffement de la planète) et dont l'échelle de temps est de l'ordre des années.

A. Inventaire des principaux polluants La liste de polluants n’est pas exhaustive c’est pourquoi nous nous contenterons de prendre en compte que ceux qui sont réglementés dans le secteur des transports. Deux classes se distinguent alors : les gaz et les polluants solides.

Les principaux gaz polluants réglementés :

L'ozone (O3) stratosphérique ('bon ozone') nous protège des rayons UV du soleil, tandis que l'ozone troposphérique ('mauvais ozone') est un polluant très toxique. Ce dernier est donc un polluant local et régional formé à partir de polluants primaires (NOx, HC et CO) sous l’effet d’un rayonnement solaire intense. Néanmoins, ce polluant est réglementé au niveau de sa concentration dans l’atmosphère mais pas directement à l’échappement des moteurs à combustion interne.

Le monoxyde de carbone (CO) est un polluant local. Il est produit par des combustions incomplètes. Il est aussi présent dans les rejets de certains procédés industriels (agglomération de minerais, aciéries, incinération de déchets) mais aussi et surtout présent dans les gaz d'échappement des véhicules automobiles.

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Les hydrocarbures imbrûlés (HC) sont issus d’une combustion incomplète comme le CO. Ce sont des composés organiques volatiles (COV) et ils participent à la formation d’ozone.

Le dioxyde de soufre (SO2) est un polluant régional. Il provient, en grande partie, de l’utilisation de combustibles fossiles soufrés (charbon, lignite, coke de pétrole, fuel lourd, fuel domestique, gasoil). Certains procédés industriels en libèrent aussi (production de H2SO4, raffinage du pétrole,…) et même la nature avec les éruptions volcaniques.

Les oxydes d’azote (NOx)

Ils proviennent de la combustion des combustibles fossiles et de quelques procédés industriels (fabrication d’engrais,…).

D’un point de vue thermodynamique, dans les conditions atmosphériques et en présence d’oxygène, le monoxyde d’azote se réduit spontanément en N2 :

22 21

21

NONO +→

Cette réaction est cependant si lente qu’en pratique elle n’intervient pas.

Le monoxyde d’azote se transforme aussi en milieu oxydant en NO2 :

2221

NOONO →+

Cette réaction, dans les conditions atmosphériques, est également très lente. En pratique, elle n’intervient que sur support catalytique. Les NOx se comportent donc comme une espèce stable dans l’atmosphère.

Dans le cas des moteurs à combustion interne, l’oxydation de l'azote de l'air en NO se réalise dans la chambre de combustion. On peut distinguer trois mécanismes de formation qui se distinguent par les conditions du milieu :

§ Le mécanisme thermique (ou mécanisme de Zeldovich) est issu de l’action au sein même du front de flamme en présence de radicaux libres O et N (excès d’air) produit par la combustion des espèces N2 et O2 à très haute température (1600°C) :

oo OOO +→2

oo NNOON +→+2

oo ONOON +→+ 2

§ Le second mécanisme ou mécanisme de Fénimore est un processus faisant intervenir les hydrocarbures et l’oxygène dans le front de flamme :

oNHCNNCH +→+ 2

oNCNNC +°→+° 2

oONOON +→+° 2

§ Le troisième mécanisme provient de l’oxydation des composés azotés présents dans le carburant.

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Toutes ces réactions sont réversibles, les NOx devraient donc se dissocier lors du refroidissement pendant la phase de détente dans la chambre de combustion et à l’échappement. Mais leur cinétique qui dépend de la température les empêche de se dissocier.

Le dioxyde de carbone (CO2) est un gaz à effet de serre, il n’est pas considéré en tant que polluant. Il a connu une forte croissance ces derniers temps, ce qui explique l’importance qui lui est attribuée. Cet accroissement rapide provient de l’augmentation de la consommation d'énergie fossile dans le monde et d'une diminution importante des couverts forestiers (une forêt de type tropical absorbe de 1 à 2 kg de CO2 par m2 et par an tandis qu'une forêt européenne ou un champ cultivé n'absorbe que de 0,2 à 0,5 kg de CO2 par m2 et par an). De plus, ce gaz participe à l’effet de serre.

Les principaux polluants solides réglementés sont :

Les métaux lourds : Ils sont très nombreux à contaminer l’atmosphère. On trouve notamment l’arsenic (As), le cadmium (Cd), le chrome (Cr), le cuivre (Cu), le mercure (Hg),… mais celui qui est émis principalement par les transports est le plomb (Pb). Ces émissions ont tendance à diminuer par l’utilisation de carburants sans plomb.

Les particules : sont émises principalement des installations de combustion et plus particulièrement celles utilisant du gasoil. Elles proviennent aussi de procédés industriels tels que l’extraction de minéraux, la cimenterie, l’aciérie, la fonderie, la verrerie, la plâtrière, la chimie fine, etc. elles comportent souvent des hydrocarbures imbrûlés ayant un effet cancérigène probable.

B. Impacts • Sur la santé,

Certains de ces polluants ont des effets fortement nuisibles sur la santé humaine et tout particulièrement sur les personnes sujettes à des problèmes respiratoires. Parmi ces polluants, on retrouve :

§ les particules : plus elles sont fines plus elles pénètrent profondément dans l'appareil respiratoire et plus leur temps de séjour y est important. Elles ont une double action liée aux particules proprement dites et aux polluants qu'elles transportent (métaux, hydrocarbures, dioxyde de soufre, etc.). Elles irritent le système respiratoire humain et peuvent contribuer au déclenchement de maladies respiratoires aiguës. De plus, d’après le rapport de l’OMS (Organisation Mondiale de la Santé) du 14 avril 2005, ces particules augmenteraient la mortalité due aux maladies cardiovasculaires et respiratoires. L’espérance de vie des européens aurait donc ainsi été amputée de 8.6 mois en 2000. L’OMS estime que, d’ici 2010, 80 000 vies pourraient être sauvées grâce aux normes anti-pollution en vigueur dans l’Union Européenne ;

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§ le SO2 entraîne une inflammation des bronches avec un spasme qui provoque une altération de la fonction respiratoire. Les émissions de dioxyde de soufre proviennent en totalité du soufre contenu dans le pétrole brut. De plus, ce même soufre affecte les performances et la durabilité des dispositifs de traitement des gaz d’échappement et des systèmes embarqués de diagnostic montés sur les véhicules à essence et Diesel. La principale méthode de réduction de ces émissions est donc la désulfurisation des carburants. Une diminution de la teneur en soufre du carburant entraîne la réduction des émissions de NOx, de particules, des HC, du CO et surtout du SO2. Pourquoi alors ne pas utiliser des carburants 0 soufre ? En effet, la solution du problème de réduction des SO2 semble simple. Mais plusieurs problèmes se posent à cette solution. D’une part, la désulfurisation poussée des gasoils requiert des installations spécifiques chères et souvent fortement consommatrice d’énergie. Pour rester rentable, le bilan énergétique des raffineries doit rester positif. C’est pourquoi il restera toujours une faible quantité de soufre dans les carburants.

§ le NOx : le NO2 est toxique (40 fois plus que CO, 4 fois plus que NO), le NO2 pénètre profondément dans les poumons. Les pics de concentrations sont plus nocifs qu'une même dose sur une longue période. Le NO est un gaz irritant pour les bronches, il réduit le pouvoir oxygénateur du sang ;

§ le CO se fixe sur l'hémoglobine du sang et empêche donc le transport de l’oxygène dans le corps ;

§ l’ozone irrite les yeux, la gorge et les bronches.

• Sur les matériaux,

Les polluants accélèrent la corrosion des matériaux à cause des pluies acides. Les particules encrassent fortement les bâtiments. Ils détruisent peu à peu le patrimoine culturel et occasionne d'onéreux travaux de ravalement de façades ou de restauration des monuments.

• Sur les écosystèmes,

Le SO2 et le NOx sont les principaux composants formant le dépôt acide. Cette acidification touche directement de nombreux écosystèmes. L’acidification de l’eau engendre la mort des poissons et de nombreuses autres espèces animales et végétales. Le dépôt d'azote peut contribuer aussi à l'eutrophisation des écosystèmes terrestres, d’eau douce et marine, affectant entre autres la diversité biologique.

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C. Etat des lieux

1. Transport maritime

au niveau de l’activité Le secteur maritime constitue un enjeu stratégique de l'économie moderne. En effet, en 1997, 90% des échanges entre l'Union Européenne et le reste du monde sont assurés par le transport maritime; à l'intérieur de l'Union, 30% des échanges de marchandises transitent par la mer et 2.5 M d'emplois sont engendrés par l'Industrie Maritime. Le tableau suivant donne une estimation de l’activité maritime dans les pays européens en présentant le nombre d’accostage et le poids transporté par navire dans chaque pays en 1997. Ces chiffres proviennent des registres de LLoyds (1997) et de Fairway.

Pays Estimation du nombre total d’accostage

Chargement total estimé

(.000 t)

Chargement moyen par navire

(t)

Belgique 35 398 193 181 5 457

Danemark 121 037 126 151 1 042

Finlande 29 261 85 142 2 910

France 41 464 307 080 7 406

Allemagne 155 488 349 920 2 250

Grèce 43 539 40 074 920

Irlande 17 746 38 936 2 194

Italie 47 718 299 168 6 270

Pays Bas 46 635 384 496 8 245

Portugal 12 123 48 495 4 000

Espagne 75 081 268 846 3 581

Suède 64 118 145 575 2 270

Royaume Uni 246 840 596 5221 2 417

Total 936 447 2 883 584 3 079

La flotte de commerce mondiale

Depuis la seconde guerre mondiale, la flotte mondiale est en croissance continue : on dénombre aujourd'hui 38 500 navires supérieurs à 100 unités de jauge brute (1jb = 2,83 m3) représentant une capacité d'emport de 750 millions de tonnes de port en lourd (tpl). La répartition de la flotte mondiale a été considérablement modifiée sur cette période au détriment des flottes sous pavillons nationaux des pays développés. Au développement des

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flottes des pays émergents d'Asie est venu s'ajouter le recours massif par les armateurs, pour des raisons économiques, aux pavillons des pays de libre immatriculation dits aussi "de complaisance ", qui abritent aujourd'hui en tonnage près de la moitié de la flotte de commerce mondiale. Les deux plus importants, et les plus anciens d'entre eux, le Panama et le Liberia, représentent le tiers du tonnage mondial.

La flotte de commerce française

La flotte de commerce française s'établit au 1er janvier 2000 à 209 navires d'un tonnage supérieur à 100 unités de jauge brute, représentant 4,48 millions d'unités de jb et 7,02 millions de tpl, soit une capacité d'emport en hausse de près de 7% par rapport à l'année précédente. La France, qui occupait encore le 10ème rang mondial en tonnage au cours des années 70, figure aujourd'hui au 28ème rang. La flotte française compte en outre environ 5090 navires de moins de 100 tjb. L'âge moyen général de la flotte de commerce s'élève à 13,2 ans, contre 6,4 ans en 1980. Malgré ce vieillissement, la flotte de commerce française apparaît globalement d'un peu plus de trois ans plus jeunes que celle des autres pays de l'Union Européenne. Remarque : pour plus d’informations : http://www.mer.equipement.gouv.fr/commerce/00_presentation/index.htm

Une étude réalisée par Corbett & Fischbeck a visualisé la répartition des types de moteurs installés sur les navires supérieurs à 100 GRT en 1999 :

Type de moteur Nombre de navires %

Moteur Diesel lent 56 628 65.7

Moteur Diesel à vitesse moyenne 27 758 32.2

Vapeur 1 820 2.1

Total 86 206 100

L’organisation portuaire en France

Les ports français sont divisés en 3 catégories :

• Les ports autonomes : il s’agit des 7 plus grands ports de commerce français. Ils sont classés en tant qu’établissements publics de l’Etat. Ils représentent 80 % du trafic maritime. Ce sont les ports de Bordeaux, Dunkerque, La Guadeloupe, Le Havre, Marseille -Fos, Nantes-Saint-Nazaire et Rouen.

• Les ports d’intérêt national : on en compte 23 qui sont des ports de pêche soit de commerce. Les installations de superstructure sont, dans la pratique, généralement concédées aux Chambres de Commerce et d'Industrie. Ces ports assurent environ 20% du tonnage de marchandises mais représentent 50% environ des marchandises diverses non conteneurisées et plus de 80% du trafic de passagers.

• Les ports décentralisés. Ces ports sont répartis en 304 ports de commerce et de pêche, comportant souvent une partie réservée à la plaisance, gérés par les Conseils Généraux de départements, et en 228 ports de plaisance gérés par les Communes.

21

au niveau pollution Au niveau européen

L’évolution de la qualité de l’air est sous l’influence d’un système météorologique complexe et dynamique qui dépend à la fois des effets des courants maritimes et terrestres. Dans cette partie du transport maritime, nous ne considèrerons que les eaux européennes dont la localisation et l’étendue sont précisées dans les figures suivantes :

Les eaux européennes

Figure III-1: Les eaux européennes [BMT]

Cette zone correspond au EMEP domain (European Monitoring and Evaluation Programme). On peut y distingué quatre grandes zones : la mer Baltique, la mer du Nord et Irlandaise, la mer Méditerranée et le Nord Est de l’océan atlantique. Cette répartition correspond à celle établie dans le MARPOL (convention internationale pour la prévention de la pollution par les navires).

Zones principales Superficie (km²)

1 – Mer Baltique 422 000

2 – Eaux de l’Europe du Nord Ouest 1 572 597

3 – Méditerranée 2 505 000

4 – Nord est de l’océan atlantique 1 511 801

Total 6 011 397

1

2

3 4

22

Pour l’année 2000, les émissions totales des cinq principaux polluants et gaz à effet de serre produits dans les eaux européennes sont données dans le tableau suivant :

NOx

(Kte/an)

SO2

(Kte/an)

CO2

(Kte/an)

HC

(Kte/an)

PM (zone portuaire)

(Kte/an)

Navire

+

ferries

3 535

2 515

153 243

131

21

Bateaux de pêches 82 63 4 055 2.8 Non Communiqué

TOTAL 3 617 2 578 157 298 134

Tableau III-1 : émissions polluantes provenant des navires en 2000 [BMT]

On voit que les émissions de CO2 dépassent très largement celles des autres polluants. Mais le CO2 est un gaz à effet de serre et il n’est pas considéré comme polluant. De plus, ces émissions dépendent directement de la consommation des moteurs. C’est pourquoi les industriels tendent de plus en plus à diminuer la consommation des moteurs à combustion interne.

Nous verrons que les études de réductions se dirigent plus vers les émissions de NOx et de SO2. Il faut reconsidérer ces chiffres en tenant compte des autres secteurs puisque comme nous le verrons pour le cas français, les transports tout secteur confondu émettent à eux seuls 28% des émissions de CO2 et 53% des NOx.

Analyse de l’émission d’un des polluants : le SO2 :

Il est intéressant de visualiser les émissions de SO2 sur le domaine EMEP. On retrouve bien les différentes routes de transport maritime.

23

Figure III-2 : émissions de SO2 fournis par une étude de ENTEC

Nous pouvons affiner ces résultats en observant la répartition des émissions de SO2 en fonction du lieu de départ et d’arrivée des navires :

Figure III-3 : émission totale de SO2 répartie en fonction des déplacements [Entec]

Les navires circulant exclusivement dans la zone EURO (15 membres) et ceux arrivant au sortant d’un port de cette même zone représentent à eux seul 67% des émissions en SO2. Des résultats similaires ont été obtenus pour les autres polluants.

Il est intéressant de comparer ces résultats avec une répartition des mouvements de circulation des navires :

24

Figure III-4 : répartition des déplacements des navires en fonction des lieux de départ et d'arrivée [Entec]

51% des navires circulent donc dans les eaux européennes sans accoster dans un port européen. Or on peut souligner que ces navires ne représentent que 7% des émissions en SO2. Cela s’explique par le fait que leur durée à l’intérieur de la zone européenne est moins importante que des navires circulant exclusivement dans cette zone.

Au niveau français

Seuls les polluants participant à plus de 5% des émissions sont présentées ici. Le tableau suivant représente de façon générale la part relative des transports en France métropolitaine. On y trouve aussi l’évolution de chaque polluant sur une période de 12 ans de 1990 à 2003.

les transports Maritime

2002 (kt) % p/r total ttes sources ?% 1990-2002 2002 (kt) 2002% ?% 1990-2002

SO2 36 7 -77 9,8 27,22 -5

NOx 723 53 -38 30 4,15 1

CO 2150 36 -66 0,4 0,02 1

COVN 425 28 -61 14 3,29 1

CO2 138 28 19 1,5 1,09 1

Pb 18 8 -100 0,01 0,06 -100

Cu 140 79 21 0,01 0,01 -25

HAP 83 33 20 0 0,00 -100

N2O 13 6 151 0,05 0,38 1

TSP 130 9 4 2,9 2,23 2

25

PM10 78 15 -6 2,7 3,46 2

PM2,5 59 22 -9 2,6 4,41 2

PM1,0 50 25 -10 2,4 4,80 3

Tableau III-2 : polluants provenant des transports en général et maritime[Citepa]

Remarque : cette étude ne prend en compte qu’une seule partie des émissions des bateaux puisque sont exclus les rejets du trafic maritime international.

Le transport maritime produit essentiellement que 4 sortes de polluants. Il s’agit du SO2, des NOx, des COVNM et des particules. Comme le montre leur évolution de 1990 à 2002, peu d’études et de modifications pour rendre ces systèmes moins polluants ont été menées. Voyons maintenant de façon plus fine quelques un de ces polluants.

Bien que le CO2 ne soit pas un polluant, il est intéressant de connaître sa répartition par secteur ; En effet, les émissions ne CO2 étant liées à la consommation du véhicule, ces résultats nous donnent donc aussi la répartition de la consommation nationale, carburant tout confondu (essence, gazole, kérosène) par secteur. Ainsi, le transport non routier émet 6.1% des CO2 et consomme donc ~6% du carburant.

Les émissions du transport maritime en SO2 et NOx représentent respectivement 27.1 et 4.1%. Contenu de ces résultats, ce sont ces polluants qui suscitent le plus d’intérêt car il est primordial de diminuer leurs émissions et peu d’études ont été réalisées. De plus, de

Route

Ferroviaire

Maritime

Aérien

Fluvial

26

récentes recherches menées pour la Commission Européenne indiquent que d'ici à 2010, les émissions de SO2 des navires pourraient être équivalentes à plus de 75 % de l'ensemble des émissions d'origine terrestre, y compris celles provenant de tous les moyens de transport, des installations de combustion et des chaudières utilisant des combustibles liquides.

Une autre étude menée sur le sol américain permet d’estimer la réduction d’émissions nationales en 2030 pour voir l’évolution des véhicules terrestres hors route, des locomotives, des navires commerciaux et des embarcations de plaisance fonctionnant au carburant Diesel aux Etats-Unis.

Polluant Réduction des émissions en 2030 (en tonnes

impériales)

Pourcentage de réduction lié aux véhicules et moteurs hors route au

carburant Diesel

PM2,5 127 708 62 %

NOx 826 690 31 %

SO2 389 337 97 %

COV (y compris les toxiques atmosphériques)

29 660 17 %

CO 623 851 57 %

Benzène 593 30 %

Formaldéhyde 3 500 30 %

Acétaldéhyde 1 572 30 %

Buta-1,3-diène 59 31 %

Acroléine 89 30 %

Tableau III-3 : prévision en 2030

http://www.ec.gc.ca/energ/fuels/reports/OffRoadDiesel/SulphurOffRoadDiesel_p5_f.cfm

Cette étude est très significative car elle montre que la réduction de certains types de polluants (SO2, NOx et particules tout particulièrement) dépend de la mise en place d’études ou de normes au niveau des transports non routiers.

2. Transport ferroviaire

C’est seulement à partir de 1920 que le moteur diesel a atteint des performances permettant de l’appliquer dans le domaine ferroviaire. Mais à cause de la crise économique mondiale et de la seconde guerre, c’est seulement à partir des années 1950 que les locomotives à vapeur circulant sur les lignes non électrifiées d’Europe ont été remplacées par des véhicules diesel.

Les moteurs de locomotives sont généralement très robustes et ont une longévité de 30 à 40 ans. Le renouvellement se fait donc sur de longs cycles. Après l’introduction de la traction diesel dans les années 1930 et la fin de la locomotive à vapeur en Europe occidentale, avec de nombreuses acquisitions de remplacements jusqu’en 1960, un nouveau cycle de renouvellement a débuté dans les années 1990. De nos jours, ce renouvellement perdure puisqu’il est favorisé par des attentes toujours plus accrues en matière de respect de l’environnement.

A l’exception de la Grande Bretagne, où les trains de voyageurs et de marchandises possèdent pour beaucoup des moteurs thermiques, les principaux axes ferroviaires du reste de l’Europe sont largement électrifiés. Néanmoins, les compagnies ferroviaires ont un certain

27

besoin de locomotives et d’autorails équipés de moteurs diesel qui sont souvent très bon marché. Ces engins thermiques sont employés pour les manœuvres dans les grandes gares, pour les transports de marchandise, pour les zones non électrifiées.

Au début des années 1990, les transports ferroviaires prédominaient dans les pays de l’Europe Centrale et Orientale , la route gagne désormais du terrain au détriment du rail. La part de marché des transports ferroviaires dans l’ECO demeure toutefois nettement supérieure à celle de l’Europe Occidentale. Dans l’Europe orientale, du Caucase et de l’Asie centrale (EOCAC), la position des transports ferroviaires reste forte, sans signe de recul. Le graphique suivant montre les proportions des différents modes de frets en 2003 :

Figure III-5 : répartition du transport de fret par mode de transport

Grâce à la prédominance de la traction électrique, la part du trafic ferroviaire aux émissions de polluants représente une faible part du transport en général. Selon l’inventaire des émissions pour l’Europe (CORINAIR), dans la zone UE, le trafic ferroviaire consomme l’équivalent de 2% de la consommation total de diesel. Malgré ces proportions relativement faibles, les polluants considérés peuvent avoir des effets très importants dans des situations spécifiques telles que des tunnels ou des gares mal ventilés. Pour quantifier ces effets, Airparif a réalisé en avril 2003 une étude de modélisation de la dispersion des émissions polluantes dans le secteur de la gare de l’Est. Ces travaux avaient pour objectif d’évaluer la part prise par les locomotives diesel dans le niveau de pollution de ce quartier. Ils ont montré que la contribution du trafic ferroviaire Diesel peut se révéler très importante. Suivant la direction et la force du vent, les pourcentages de NOx d’origine ferroviaire peuvent atteindre des valeurs de 70 à 80 % pour des zones situées à plusieurs centaines de mètres des locomotives. Il a également été visualisé que le départ d’une locomotive entraîne pendant un laps de temps court la formation d’un panache de polluants au dessus du parcours de la motrice. Les concentrations en NOx peuvent atteindre des pics de l’ordre de 1300 à 1700 µg/m3 pendant des temps très courts (2 min).

Dans toute l’Europe, on dénombre quelques 35 000 véhicules ferroviaires à moteurs diesel. Sur le territoire de l’Union Européenne. On recense 4 200 locomotives de manœuvre thermiques, 4 900 autorails et 9 300 locomotives. En France, la SNCF possède environ 1 700 locomotives Diesel (pour 2 000 locomotives électriques et 350 TGV), 700 automoteurs et autorails (pour 1000 automotrices électriques) et 1200 locotracteurs (chiffres de 2002).

http://reports.fr.eea.eu.int/environmental_assessment_report_2003_10-sum/fr/kiev_sum_fr.pdf

http://recherche.sncf.com/projets/diesel.html

A part dans les pays de l’EOCAC, le transport routier de frets a dépassé le transport ferroviaire. En Europe Orientale, la route représente près de 70 % du moyen de transport du fret alors que le rail seulement 18%.

28

Au niveau de la pollution Le transport ferroviaire a toujours été considéré comme propre face à son homologue routier. Mais dans un avenir proche, le trafic ferroviaire Diesel va perdre son atout du fait de l’entrée en vigueur des nouvelles réglementations : Euro 4 (01/10/2005) et Euro 5 (01/10/2008), grâce auxquels les nouveaux véhicules routiers Diesel font devoir réduire de la moitié leur émission de polluants en passant d’EURO 3 à EURO 5. De plus, ces derniers ont une fréquence de renouvellement plus grande. Si le transport ferroviaire veut garder son étiquette de transport propre, il doit réagir rapidement pour se préparer à de futures normes.

Comme pour le transport maritime, le rapport Secten donne la part des émissions polluantes du secteur ferroviaire par rapport aux transports en général ainsi que l’évolution constatée sur la période 1990-2002.

les transports Ferroviaire

2002 (kt)

% p/r total ttes sources

?% 1990/2002

2002 (kt) 2002% ?% 1990/2002

SO2 36 7 -77 0,2 0,56 -92

NOx 723 53 -38 9,3 1,29 -31

CO 2150 36 -66 2,5 0,12 -31

COVN 425 28 -61 1,1 0,26 -31

CO2 138 28 19 0,7 0,51 -31

Pb 18 8 -100 0 0,00

Cu 140 79 21 54 38,57 15

HAP 83 33 20 0 0,00

N2O 13 6 151 0,02 0,15 -31

TSP 130 9 4 5,6 4,31 -2

PM10 78 15 -6 3,7 4,74 -7

PM2,5 59 22 -9 1 1,69 -31

PM1,0 50 25 -10 0 0,00

A travers ces résultats, on remarque que les émissions en SO2 ont diminué de plus de 90% entre 1990 et 2002 ce qui vient de la réduction progressive de la teneur en soufre contenue dans les carburants. En 2002, les émissions de SO2 provenant du secteur ferroviaire ne représente plus que 0.56% des émissions provenant des transports. A partir de 2005, le carburant utilisé est le même que celui utilisé pour le transport routier, sa teneur en ppm est limité à 50 (contre 350). Mais la SNCF n’a pas attendu la mise en place de cette réglementation et utilise un carburant à faible teneur en soufre depuis plusieurs années.

29

De nos jours, le rail produit essentiellement trois type de polluants : NOx, particules, Cu.

Le cuivre provient du frottement entre la caténaire et le pantographe. Les émissions de particules ont deux origines : les freins, et les gaz d’échappement des moteurs Diesel. En 1995, on a mesuré que le freinage produisait plus de 2 000 tonnes de poussières fines. Mais seuls des systèmes de réduction au niveau des émissions des moteurs thermiques sont disponibles. Les NOx sont un produit de la combustion et leur formation dépend de la température de flamme.

3. Engins de travaux publics

Le secteur des engins de travaux publics est très vaste et très diversifié. En effet, on y trouve plusieurs types de matériels : matériel routier, de terrassement, de levage…De plus, le nombre de catégories d’engins destiné à ce secteur d’activité est varié, par exemple :

Figure III-6: tombereau Figure III-7 : chargeuse sur pneu

Figure III-8 : pelleteuse hydraulique Figure III-9 : scaper

Le marché français représente un peu moins de 19 000 engins, soit 15 % du marché européen. Il a été estimé à plus de 1.2 milliards d’euros en 1999. Le graphique suivant présente l’évolution sur 5 ans des ventes de matériels de terrassement en France :

30

Le matériel de terrassement en représente 85 %, le matériel routier 15 %. Les principaux clients sont les 5 600 entreprises de travaux publics, qui réalisent une part importante de leur chiffre d’affaires pour l’Etat, les collectivités locales et les grandes entreprises publiques ou privées. Ces entreprises ont réalisé, en 1999, 25 milliards d’euros de travaux, dont 35 % pour la construction de routes, 17 % pour les travaux électriques, 15 % pour les travaux généraux de terrassement…

La durée moyenne d’un engin de terrassement est d’environ 8 à 10 ans. Des nouvelles réglementations concernant la sécurité et le bruit sont entrées en vigueur en 2002 ce qui pousse à un renouvellement d’une part de ces engins.

Les trois leaders mondiaux dans le secteurs des engins de travaux publics sont : Case New Holland, Caterpillar, Liebherr. Ces trois opérateurs mondiaux sont présents sur le secteur français et emploient 1000 salariés.

Un fait important dans ce secteur est que les grandes entreprises françaises de travaux publics privilégient de plus en plus la location, mais les petites souhaitent également de plus en plus disposer d’un matériel nouveau et fiable. La location progresse fortement sur le matériel compact (mini pelles et chargeuses). Près de la moitié de ce matériel est ainsi proposé en location. Cette pratique est moins répandue pour le matériel lourd. Cela a un avantage certain sur la réduction de la pollution de ces engins, puisque les modèles récents possèdent des moteurs Diesel beaucoup moins polluants.

Le rapport Secten du Citepa comporte une annexe concernant les émissions en provenance des engins non routiers (EMNR). Les engins qui composent cette catégorie pour cette étude sont les suivants : les engins de chantier, les engins industriels, les groupes électrogènes, les engins agricoles, les engins sylvicoles et les engins du résidentiel (taille -haies, tondeuses, débroussailleuses, .... Tous ces engins ont ensuite été regroupés en trois catégories : industrie, agriculture/sylviculture et résidentiel/tertiaire. Les engins de travaux publics sont donc recensés dans la catégorie industrie.

Il est important de souligner que les incertitudes de ces émissions sont importantes du fait de la grande diversité d’engins et de leurs utilisations variées. Néanmoins, elles permettent d’avoir une base.

Pendant de nombreuses années, les constructeurs tenaient peu compte de la pollution produite par ces engins, seule la puissance comptait. C’est pourquoi la part des émissions

31

des EMNR dans le total de la France métropolitaine est restée à peu près constante sur la période 1990-2002 pour tous les polluants concernés (contrairement aux émissions du transport routier qui ont fortement diminué).

Comme le montrent les tableaux ci-dessus, les EMNR représentent une source de NOx non négligeable (17,7% du total de la France métropolitaine en 2002). Mais les engins d’industrie ne représentent que 1.7%. Cette part peut sembler faible mais en fait, l’étude utilise les statistiques énergétiques françaises pour l’industrie. Il faut savoir qu'une partie des consommations doit être comptabilisée avec les consommations du secteur routier car lorsque du gazole est utilisé, les consommations sont comptabilisées avec les camions. Ces données sont donc fournies à titre d’exemple et ne représentent pas l’impact des émissions réelles des engins de construction. A titre de comparaison, les autorités canadiennes ont estimé que le matériel de construction contribuait à 12 % de toutes les émissions de NOx du pays.

32

IV. Les normes actuelles A. Transport maritime

Actuellement, NOx et SOx sont les seuls polluants à être soumis à des limitations d’émissions dans le secteur du transport maritime. On peut s’attendre à voir apparaître dans quelques années des réglementations concernant les HC et les particules.

1. Réglementation internationale

L’organisation internationale de la marine (IMO) est une agence des Nations Unies qui fut créée dans le but d’améliorer la sécurité dans les transports maritimes. L’IMO fut officiellement fondée lors de la conférence internationale de Genève en 1948. Elle regroupe 164 Etats membres.

L’organisation maritime internationale a établi, par la Convention internationale pour la prévention de la pollution par les navires du 2 novembre 1973 et par le protocole de 1978 (MARPOL 73/78), des règles de prévention de la pollution, qui ont été adoptées au niveau international et concernent la conception et l'exploitation des pétroliers. MARPOL 73/78 est la principale convention internationale visant à la prévention de la pollution de l’environnement marin par les navires. Le 27 Septembre 1997, la Convention MARPOL a été modifié par le « protocole de 1997 » qui inclut alors une annexe VI intitulé « Regulations for prevention of air pollution from ships ». Ce document met en place des limitations d’émissions de NOx et de SO2 provenant des gaz d’échappement des navires et il interdit les émissions de produits détruisant l’ozone. La convention inclut donc 6 annexes techniques :

• Annexe I : Règles relatives à la prévention de la pollution par les hydrocarbures Regulations for the Prevention of Pollution by Oil ;

• Annexe II : Règles relatives à la prévention de la pollution par les substances liquides nocives transportées en vrac Regulations for the Control of Pollution by Noxious Liquid Substances in Bulk ;

• Annexe III : Règles relatives à la prévention de la pollution par les substances nuisibles transportées par mer en colis, ou dans des conteneurs, des citernes mobiles, des camions-citernes ou des wagons-citernes Prevention of Pollution by Harmful Substances Carried by Sea in Packaged Form ;

• Annexe IV : Règles relatives à la prévention de la pollution par les eaux usées des navires (entrée en vigueur le 27 septembre 2003) Prevention of Pollution by Sewage from Ships ;

• Annexe V : Règles relatives à la prévention de la pollution par les ordures des navires Prevention of Pollution by Garbage from Ships ;

• Annexe VI : Règles relatives à la prévention de la pollution de l’air par les navires (adoptée en septembre 1997, pas encore entrée en vigueur) Prevention of Air Pollution from Ships

Le 18 mai 2004, l’état de Samoa était le 15ème état à déposer sa ratification. Il rejoignait alors les Bahamas, le Bengladesh, les Barbade, le Danemark, l’Allemagne, la Grèce, le Libéria, les îles Marshal, la Norvège, le Panama, Singapore, l’Espagne, la Suède et les îles Vanuatu. A cette date, l’ensemble de ces états représentait 54.57% du poids de marchandise affrétée par cargo. A partir de cette date, l’annexe VI est appliquée et elle tient compte aussi des nouveaux moteurs de plus de 130 kW installés sur les navires construits au ou après le 1er janvier 2000.

33

Ces réglementations ne prennent en compte que deux types de polluants : les NOx et Les SO2. Leurs limitations respectives sont détaillées dans la suite :

Les limitations d’émission de NOx sont appliquées aux moteurs Diesels et vont de 9.8 à 17g/kWh dépendant de la vitesse maximale de fonctionnement du moteur comme l’indique le tableau suivant :

Vitesse du moteur (n, tr/mn) NOx, g/kWh

n< 130 tr/mn 17

130 tr/mn = n < 2000 tr/mn 45*n-0.2

n = 2000 tr/mn 9.8

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Les émissions d’oxyde de Soufre dépendent en grande partie de la teneur en soufre du carburant utilisé. C’est pourquoi les réglementations ont fixé des règles sur cette teneur. Les réglementations de l’annexe VI préconise une teneur global en soufre de 4.5% dans les carburants et elle met en place deux zones soumises à un contrôle et à des normes plus strictes. Il s’agit de la Mer du Nord et de la Mer Baltique. Dans ces deux zones, le fioul brûlé ne doit pas contenir plus de 1.5% de soufre.

Pour plus de détails :

http://www.imo.org/HOME.html

2. Réglementation américaine

La réglementation américaine différencie trois catégories de navires en fonction de leur cylindrée.

Catégorie Cylindrée (dm3)

1 D < 5 dm3 (et puissance = 37 kW)

2 5 dm3 = D < 30 dm3

3 D = 30 dm3

Les moteurs des catégories 1 et 2 ont des puissances comprises entre 2 500 et 70 000 kW (soit 3 000 à 94 000 CV).

La catégorie 3 a été créée spécialement pour les gros moteurs marins avec des puissances allant de 2 500 à 70 000 kW (soit 3 400 à 94 000 CV). Ce sont les moteurs utilisés pour la propulsion des tankers, porte contenaires, ferries,…

Pour établir les différentes normes (tier), plusieurs lois ont été établies :

• 1999, « Control of emissions of air pollution from new CI Marine Engines at or above 37 kW » : elle met en place les normes du tier 2 pour les catégories 1 et 2 en se basant sur les réglementations générales des véhicules non routiers et des directives du Marpol. Les navires militaires ainsi que les bateaux de compétition (racing boat) ne sont pas inclus dans cette loi.

Catégorie Cylindrée (dm3)

Puissance (kW)

NOx + HC

g/kWh

CO

g/kWh

PM

g/kWh

Date

d’application

V < 0.9

P = 37 kW 7.5 0.4 2005

0.9 = V < 1.2 0.3

1.2 = V < 2.5 2004

1

2.5 = V < 5

7.2

5

0.2 2007

35

5 = V < 15 7.8 0.27

15 = V < 20

P < 3 300

8.7

15 = V < 20

P = 3 300

20 = V < 25

9.8 2

25 = V < 30 11

5

0.5

2007

3 Les limitations des émissions de NOx correspondent à celle données par l’IMO

Voir loi de 2003

• 2002, « Emission standards for New Nonroad Engines – Large industrial Spark – ignition Engines, recreational marine Diesel Engines, and recreational vehicles »: elle fixe les normes pour les navires de loisirs qui ont des puissances supérieures à 37 kW soit 50 CV.

Cylindrée

dm3

Date

D’application

CO

g/kWh

NOx + HC

g/kWh

PM

g/kWh

0.5 = D < 0.9 2007 5 7.5 0.4

0.9 = D < 1.2 2006 5 7.2 0.3

1.2 = D < 2.5 2006 5 7.2 0.2

D = 2.5 2009 5 7.2 0.2

• 2003, « Control of emissions from new marine compression ignition engines at or above 30liters per cylinder » : Cette loi a pour objectif principal de mettre en place des limitations des émissions provenant des moteurs de catégorie 3. Au final, elle reprend les limitations fixées par l’IMO pour les émissions de NOx.

3. Réglementation européenne

Le 21 novembre 2002 à Bruxelles, la Commission inaugure une stratégie visant à réduire les effets sur l'environnement et la santé humaine des émissions atmosphériques dues aux navires. Elle a pour but de limiter les effets des émissions de polluants (NOx, SO2, particules) provenant des navires de mer sur la qualité de l’air et sur l’acidification.

Mme Margot Wallström, membre de la Commission chargée de l'environnement, a déclaré:

«La nouvelle stratégie de la Commission visant à réduire les émissions dues aux navires offre au secteur maritime une occasion opportune d'améliorer sa performance environnementale. Les nouveaux seuils plus stricts que nous proposons de mettre en place concernant la teneur en soufre des combustibles marine, réduiront les émissions de dioxyde de soufre dans l'UE

36

de plus de 500 000 tonnes par an. Ces réductions viseront à produire les meilleurs effets possibles - dans les ports et les zones côtières proches des zones d'habitation, et dans les écosystèmes sensibles à l'action des acides du nord de l'Europe. En collaboration avec les États membres et le secteur, nous avons l'intention de créer un nouvel avenir propre pour le transport maritime dans l'UE.»

Actuellement, au niveau mondiale, le combustible marine a une teneur moyenne en soufre de 2,7%, soit 27 000 parties par million (ppm) comparées à seulement environ 50 ppm pour le carburant automobile. C'est la raison pour laquelle la Commission présente des directives visant à réduire la teneur en soufre des carburants marins utilisés dans l'UE. De plus la diminution de la quantité de soufre permet l’utilisation des systèmes de post traitement tels que les filtres à particules, la réduction par catalyse sélective,…, sans empoisonner le catalyseur.

Pour cela, la commission européenne a modifié la directive 99/32/CE, dont l’adoption formelle est en phase finale. Les principales dispositions de cette future directive sont les suivantes:

TENEUR EN SOUFRE DE 1.5 % 1) Pour les Etats membres : interdiction d'utilisation de combustibles marine par les

navires à passagers assurant des services réguliers à destination ou en provenance de ports de la Communauté, si leur teneur en soufre dépasse 1,5 % en masse, à partir du 19 mai 2006 ou, si plus tard, 12 mois après l'entrée en vigueur de la directive modificative. Les États membres sont responsables de l'application de cette disposition au moins en ce qui concerne les navires battant leur pavillon et les navires quel que soit leur pavillon pendant qu'ils se trouvent dans leurs ports.

2) Interdiction d'utilisation de combustibles marine dont la teneur en soufre dépasse 1,5 % en masse dans les parties de leurs mers territoriales, de leurs zones économiques exclusives et de leurs zones de prévention de la pollution qui relèvent des zones de contrôle des émissions de SOx. Ces dispositions sont applicables à tous les navires quel que soit leur pavillon, y compris aux navires dont le voyage a débuté en dehors de la Communauté, au dates suivantes :

a) pour la zone de la mer Baltique visée dans la règle 14.3.a. de l'annexe VI de la convention MARPOL: à partir du 19 mai 2006 ou, si plus tard, 12 mois après l'entrée en vigueur de la directive modificative;

b) pour la mer du Nord - 12 mois après l'entrée en vigueur de la désignation de l'OMI, conformément aux procédures établies ; ou - 24 mois après l'entrée en vigueur de la directive modificative;

La date la plus précoce étant retenue

c) pour toutes les autres zones maritimes, y compris les ports, que l'OMI désigne ultérieurement comme étant des zones de contrôle des émissions de SOx conformément à la règle 14.3.b. de l'annexe VI de la convention MARPOL, 12 mois après l'entrée en vigueur de cette désignation

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Les États membres sont responsables de l'application du point 2, au moins en ce qui concerne: - les navires battant leur pavillon; et - dans le cas des États membres riverains de zones de contrôle des émissions de SOx, les navires quel que soit leur pavillon se trouvant dans leurs ports. Les États membres peuvent également prendre des mesures d'application complémentaires en ce qui concerne les autres navires, dans le respect du droit maritime international.

TENEUR EN SOUFRE DE 0,1 %

1) Avec effet au 1er janvier 2010, les États membres prennent toutes les mesures nécessaires pour faire en sorte que les bateaux/navires ci-après n'utilisent pas de combustibles marines dont la teneur en soufre dépasse 0,1 % en masse:

a) les bateaux de navigation intérieure; et b) les navires à quai dans les ports de la Communauté, en laissant à l'équipage

suffisamment de temps pour procéder à des changements de combustible dès que possible après l'arrivée à quai et le plus tard possible avant le départ.

2) Le paragraphe 1 ne s'applique pas:

a) lorsque, selon les horaires publiés, les navires doivent rester à quai moins de deux heures;

b) aux bateaux de navigation intérieure titulaires d'un certificat attestant leur conformité à la Convention internationale pour la sauvegarde de la vie humaine en mer, de 1974, telle que modifiée, lorsque ces bateaux se trouvent en mer;

c) jusqu'au 1er janvier 2012 aux navires énumérés à l'annexe et opérant exclusivement dans les eaux territoriales de la Grèce.

3) À compter du 1er janvier 2010, les États membres veillent à ce que les gas oils

marine dont la teneur en soufre dépasse 0,1% en masse ne soient pas mis sur le marché sur leur territoire.

En ce qui concerne la France, la loi autorisant son adhésion au protocole de 1997 (Annexe VI), a été adoptée et publiée au JO n° 36 du 12 février 05, p. 2390 texte n° 8. Il s'agit de la loi n° 2005-109 du 11 février 2005. Son application effective est prévue pour octobre 2005. Pour ce qui est de la teneur en soufre, cette adhésion ne change rien pour la France puisqu’elle devra suivre la réglementation émise par la commission européenne qui est plus exigeante dans ce cas que l’IMO. Par contre, cette adhésion a une réelle importance pour la réduction des NOx qui sont réglementés selon les normes de l’IMO par tous les Etats signatauires.

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Remarque :

a) La Suède est un pionnier en Europe sur la lutte de la pollution atmosphérique provenant des navires puisqu’elle impose des taxes portuaires élevées aux propriétaires de bateaux émettant plus de 2 grammes d’oxydes d’azote par kWh. De plus, en 1998, la Suède a établi un système de réduction volontaire des émissions, qui fait varier les droits de port et les droits sur les chenaux en fonction des performances environnementales des navires. Le but de ce système est d’encourager les exploitants des navires de la mer Baltique à réduire leurs émissions de NOx et de soufre.

b) En France, de telles actions ne sont pas possibles puisque par exemple les 7 ports

autonomes français sont des établissements publics, ils sont donc dirigés par le ministère de l’équipement. De plus, pour ce qui est de la protection de l’environnement, ce sont les Affaires Maritimes qui agissent. Ce sont donc qui veillent au respect des différentes réglementations. Une fois que des réglementations sur la pollution de l’air seront applicables, ils réaliseront un certain nombre de contrôle pour vérifier les émissions des navires et la teneur en soufre de leur carburant. Pour ce qui est des navires sous pavillon tier, ils sont soumis aux réglementations de l’OMI.

c) L’Entec a réalisé une étude en juillet 2002 intitulée « Quantification of emissions from

ship associated with ship movements between ports in the European Community ». Pour cela, ils ont réalisé un sondage pour estimer les caractéristiques du carburant marin vendu dans les ports européens. Cette étude a montré que le carburant marin à basse teneur en soufre était disponible dans la plupart des ports européens à l’exception de certaines zones en Grèce, Espagne et les îles Canaries. Les pays Scandinaves, Baltiques, la grande Bretagne et l’Irlande ont tendance à vendre du gazole avec 0.2% de soufre maximum. En Europe du Nord Ouest, du carburant à faible teneur en soufre est aussi disponible mais certains fournisseurs distribuent toujours du gazole à haute teneur en soufre à des prix avantageux. Le Portugal essaie de distribuer uniquement du carburant avec 0.05% de soufre. L’Italie a déjà interdit les gasoils marines dont la teneur en soufre dépasse 0.2%. En résumé, il a été estimé que ce type de gasoil (<0.2%) est disponible dans 95% des ports européens. Une exception la Grèce qui souhaiterait être exempte de toute restriction concernant cette teneur en soufre.

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B. Transport ferroviaire Actuellement, trois réglementations de limitation des émissions sont dédiées au transport ferroviaire :

• UIC 624 ;

• US EPA 40 CFR 92 ;

• EU Nonroad 97/68/EC.

1. Fiche UIC 624

Avant 1990, aucune réglementation de limitation des émissions de polluants atmosphériques ne s’appliquait qu’au transport ferroviaire. A partir de cette année, la fiche 624 de l’Union Internationale des Chemins de fer est apparue mais il ne s’agissait que d’une recommandation et non d’une loi. Néanmoins, elle représentait une base pour les pays européens. Cette fiche a évolué au fur des années en suivant l’évolution des normes Euro dédiées aux transports routiers. La différence entre ces normes provient du cycle d’essai utilisé qui diffère essentiellement au niveau du cycle du ralenti (le cycle ralenti représente 60% en ferroviaire alors qu’en routier il est beaucoup plus faible). La fiche UIC 624 a évolué en 3 fois :

EMISSIONS LIMITES (g/kW.h)

REGLEMENTATIONS

UIC

CO HC NOx PARTICULES

FUMEES

(indice Bosch)

Limites avant le 01/01/82 12 4,0 24 /

Limites après le 01/01/82 8 2,4 20 /

Limites après le 01/01/93 4 1,6 16 /

Limites 1997 3 0,8 12 /

1,6 à 2,5 suivant

débit d’air admission

P > 560 kW (n ≥ 1000 tr/min) 9,5

P > 560 kW (n < 1000 tr/min)

3,0 0,8 9,9

0,25 UIC II 01/2003

P ≤ 560 kW 2,5 0,6 6,0 0,25

/

P > 560 kW 2,0 0,5 6,0 0,20 UIC III 01/2008 (objectifs)

P ≤ 560 kW 2,0 0,5 4,5 0,15 /

Remarque : ces valeurs sont données pour un cycle de type F défini par la norme ISO 8178-4: Ce cycle est constitué de trois points de fonctionnement (ou modes) qui sont définis par un couple régime-charge et parcourus dans un ordre donné :

• le mode 1, ou nominal, correspond au point de fonctionnement permettant de délivrer la puissance maximale du moteur ;

• le mode 2, ou intermédiaire, est un point de fonctionnement délivrant 50% de la charge maximale pouvant être obtenue au régime intermédiaire. Le régime

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intermédiaire est compris dans une plage de vitesse moteur comprise entre 60% et 70% de la vitesse nominale ;

• le mode 3, ou ralenti, correspond à un point de fonctionnement à charge nulle du moteur. Il correspond par exemple à un engin en stationnement.

Cette fiche est disponible à l’adresse suivante mais son téléchargement est payant :

http://www.uic.asso.fr/applications/codex/codex-detail.php?langue_fiche=F&codeFiche=624

2. US EPA

Les USA ont toujours demandé un matériel répondant à la norme EPA qui est bien connue par les motoristes. Par rapport aux normes européennes, il est à noter que la grande différence se situe au niveau de l'essai d'homologation (pour les normes européennes, c'est le moteur qui doit subir l'essai de type et pour la norme EPA, c'est tout l'engin qui doit subir l'essai de type).

Etape Cycle

Puissance P NOx

g/kWh

HC

g/kWh

CO

g/kWh

Particules

g/kWh

Line-haul cycle 9.9 0.74 2.9 0.6 tier I

A partir de 2002 Switch cycle = 750 kW

14.7 1.61 3.3 0.72

Line-haul cycle 7.4 0.4 2 0.27

Switch cycle = 750 kW

10.9 0.8 3.2 0.32 tier II

A partir 2005

< 750 kW 6.4 3.5 0.2

3. Directive européenne 97/68/EC

Comme nous le verrons dans la partie sur les normes appliquées au transport non routier, cette directive est apparue en décembre 1997. Il faut attendre 2004 pour que l’amendement 2004/26/EC prenne en compte le domaine du rail. Ce texte sera converti en loi par chaque membres de la CE et sera applicable à partir du 31/12/2005.

Stage Catégorie Puissance

kW

Date d’application

CO

g/kWh

HC

g/kWh

NOx

g/kWh

Particules

g/kWh

Mobile Machines 130=P=560 01/01/2006 3.5 HC + NOx =4 0.2

130=P=560 01/01/2007 3.5 HC + NOx =4 0.2

III A

Locomotives

P < 560 01/01/2009 3.5 0.5 6 0.2

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P > 2000 01/01/2009 3.5 0.4 7.4 0.2

Railcars P > 130 01/01/2006 3.5 HC + NOx =4 0.2

Mobile Machines 130=P=560 01/01/2011 3.5 HC + NOx =4 0.025

Locomotives P > 130 01/01/2012 3.5 HC + NOx =4 0.025 III B

Railcars P > 130 01/01/2012 3.5 0.19 2 0.025

C. Engins de construction, tracteurs agricoles et forestiers :

1. Réglementation Américaine

Les réglementations qui traitent de ces engins sont celles dédiées aux moteurs Diesel Non routiers qui ne prennent pas en compte ni les moteurs Diesel marins ni ferroviaires. En effet, la définition d’un moteur non routier donné par l’EPA est basée sur le principe de la portabilité ce qui inclut les équipements auto propulsés, les équipements auxiliaires placés sur un véhicule, ou les équipements transportables ou portables. Ces équipements doivent aussi être montés sur des roues ou des cales ou bien possédés des poignées de transport…Cette réglementation s’applique donc bien en particulier aux tracteurs agricoles, forestiers et à tous les engins de construction (bulldozer, chargeurs, pelleteuse,…). Par contre, nous verrons par la suite, que les engins utilisés à l’exploitation minière suivent une réglementation spécifique

Toutes ces normes sont réorganisées par étapes ou tiers d’application :

Tier 1 à 3 :

Le tier 1 s’applique de 1996 à 2000. Il tient compte des premières lois appliquées sur les moteurs diesel non routiers de puissance supérieure à 37 kW (50 CV) adoptées en 1994. En 1998, cette réglementation est prolongée aux moteurs de puissance inférieure à 37 kW. Le tier 2 s’applique de 2001 à 2006 et le tier 3 de 2006 à 2008.

Puissance

(kW) Tier année

CO

g/kWh

HC

g/kWh

NMHC + NOx

g/kWh

NOx

g/kWh

PM

g/kWh

Tier 1 2000 8 10.5 1 P < 8

Tier 2 2005 8 7.5 0.8

Tier 1 2000 6.6 9.5 0.8 8 = P< 19

Tier 2 2005 6.6 7.5 0.8

Tier 1 1999 5.5 9.5 0.8 19 = P< 37

Tier 2 2004 5.5 7.5 0.6

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Tier 1 1998 9.2

Tier 2 2004 5 7.5 0.4 37 = P< 75

Tier 3 2008 5 4.7

Tier 1 1997 9.2

Tier 2 2003 5 6.6 0.3 75 = P< 130

Tier 3 2007 5 4

Tier 1 1996 11.4 1.3 9.2 0.54

Tier 2 2003 3.5 6.6 0.2 130 = P< 225

Tier 3 2006 3.5 4

Tier 1 1996 11.4 1.3 9.2 0.54

Tier 2 2001 3.5 6.4 0.2 225 = P< 450

Tier 3 2006 3.5 4

Tier 1 1996 11.4 1.3 9.2 0.54

Tier 2 2002 3.5 6.4 0.2 450 = P< 560

Tier 3 2006 3.5 4

Tier 1 2000 11.4 1.3 9.2 0.54 P = 560

Tier 2 2006 3.5 6.4 0.2

Tableau IV-1 : EPA Tier 1-3 norme d’émission issues des transports non routiers, g/kWh [source Diesel Net]

Tier 4

Le 11 mai 2004, l’EPA signe la réglementation finale introduisant le tier 4, qui doit être exécuté de 2008 à 2015

Puissance

(kW) Tier année

CO

g/kWh

HC

g/kWh

NMHC + NOx

g/kWh

NOx

g/kWh

PM

g/kWh

P < 8 Tier 4 2008 8 7.5 0.4

8 = P< 19 Tier 4 2008 6.6 7.5 0.4

19 = P< 37 Tier 4 2008 5.5 7.5 0.3

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Tier 4 2013 5.5 4.7 0.03

Tier 4 2008 5 4.7 0.3 37 = P< 56

Tier 4 2013 5 4.7 0.03

56 = P< 130 Tier 4 2012-2014 5 0.19 0.4 0.02

130 = P< 560 Tier 4 2011-2014 3.5 0.19 0.4 0.02

Tableau IV-2 : Tier 4 normes d’émission—moteurs de puissance inférieure à 560 kW, g/kWh (g/bhp-hr) [source Diesel Net]

Année Catégorie CO NMHC NOx PM

Générateurs > 900 kW 3.5 0.4 0.67 0.1 2011-2014

Autres moteurs (except genset) >900 kW

3.5 0.4 3.5 0.1

Générateurs 3.5 0.19 0.67 0.03 2015

Autres moteurs (except genset) 3.5 0.19 3.5 0.04

Tableau IV-3 : Tier 4 normes d’émission—moteurs de puissance supérieure à 560 kW, g/kWh [source Diesel Net]

Les engins d’exploitation minière ne suivent pas les normes « non routiers ». Des limites d’exposition de chaque gaz polluants ont été fixées. En fonction de celles-ci, les moteurs doivent obtenir l’accord de la MSHA (Mine Safety and Health Administration). Les moteurs doivent donc effectuer le test iso 8178, pour pouvoir déterminer s’ils répondent ou non aux limites d’exposition. Seules les particules sont fixées arbitrairement à 2.5 g/h. Le carburant doit avoir une teneur en soufre inférieur à 500 ppm.

2. Réglementation Européenne

Les polluants provenant des transports non routiers sont régulés par la Commission Européenne. Elle met en place des directives qui ont pour but de rapprocher les législations des États membres relatives aux mesures contre les émissions de gaz et de particules polluants.

La première loi européenne permettant de réguler les émissions des transports non routiers fut promulguée le 16 décembre 1997 sous la forme de la directive 97/68/EC. Cette réglementation introduit deux étapes (stages) : l’étape 1 mise en œuvre en 1999, et l’étape 2 de 2001 à 2004. Elle prend en compte les émissions provenant des plates formes industrielles de forage, des compresseurs, des engins de construction, des engins de déneigement, des équipements aéroportuaires, des ascenseurs aériens, des bulldozers, des excavateurs, équipement de maintenance des chaussées et des grues mobiles. Les tracteurs agricoles et forestiers suivent une norme spécifique, la directive 2000/25/EC qui a été complétée le 21 février 2005 par la directive 2005/13/EC. Les navires, les locomotives, les avions ne sont pas répertoriés dans ces étapes 1 et 2.

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Puissance CO HC NOx PM Cat. kW Date* g/kWh

Stage I

A 130 = P = 560 1999.01 5.0 1.3 9.2 0.54 B 75 = P < 130 1999.01 5.0 1.3 9.2 0.70 C 37 = P < 75 1999.04 6.5 1.3 9.2 0.85 Stage II

E 130 = P = 560 2002.01 3.5 1.0 6.0 0.2 F 75 = P < 130 2003.01 5.0 1.0 6.0 0.3 G 37 = P < 75 2004.01 5.0 1.3 7.0 0.4 D 18 = P < 37 2001.01 5.5 1.5 8.0 0.8 * Stage II also applies to constant speed engines effective 2007.01

Tableau -IV-4 : EU Stage I/II Emission Standards for Non road Diesel Engines [source: Dieselnet]

Les étapes 3 et 4 ont été adoptées par le parlement européen le 21 avril 2004 sous la directive 2004/26/EC. L’étape 3 porte sur la période 2006-2013 et l’étape 4 démarre à partir de 2014. Elles complètent les étapes 1 et 2 en prenant en compte les locomotives et les transports fluviaux.

Puissance CO HC+NOx PM Cat. kW Date g/kWh

H 130 = P = 560 2006.01 3.5 4.0 0.2 I 75 = P < 130 2007.01 5.0 4.0 0.3 J 37 = P < 75 2008.01 5.0 4.7 0.4 K 19 = P = 37 2007.01 5.5 7.5 0.6

Tableau -IV-5 : Stage III A Standards for Nonroad Engines [source: Dieselnet]

Puissance CO HC NOx PM Cat. kW Date g/kWh

L 130 = P = 560 2011.01 3.5 0.19 2.0 0.025 M 75 = P < 130 2012.01 5.0 0.19 3.3 0.025 N 56 = P < 75 2012.01 5.0 0.19 3.3 0.025 P 37 = P = 56 2013.01 5.5 HC + NOx

4.7 0.025

Tableau -IV-6 : Stage III B Standards for Nonroad Engines [source: Dieselnet]

Puissance CO HC NOx PM Cat. kW Date g/kWh

Q 130 = P = 560 2014.01 3.5 0.19 0.4 0.025 R 56 = P < 130 2014.10 5.0 0.19 0.4 0.025

TableauIV-7 : Stage IV Standards for Nonroad Engines [source: Dieselnet]

Pour les tracteurs agricoles et forestiers, les stages I et II sont les mêmes mais avec des date de mise en application différentes :

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Puissance CO HC NOx PM Cat. kW Date* g/kWh

Stage I

A 130 = P = 560 5.0 1.3 9.2 0.54 B 75 = P < 130 5.0 1.3 9.2 0.70 C 37 = P < 75

30/06/2001 6.5 1.3 9.2 0.85

Stage II

E 130 = P = 560 30/06/2002 3.5 1.0 6.0 0.2 F 75 = P < 130 30/06/2003 5.0 1.0 6.0 0.3 G 37 = P < 75 31/12/2003 5.0 1.3 7.0 0.4 D 18 = P < 37 31/12/2001 5.5 1.5 8.0 0.8

Tracteur : directive 21 fév. 2005 http://europa.eu.int/eur-lex/lex/LexUriServ/site/en/oj/2005/l_055/l_05520050301en00350054.pdf

http://www.euromot.org/frameset.php?Level1=S&sitemap=true

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V. Les systèmes de dépollution Dans cette partie nous allons décrire les principales techniques utilisées dans les transports non routiers (maritime, ferroviaire, engins de travaux publics) pour réduire leurs émissions de gaz polluants. Pour cela, nous analyserons ces méthodes en fonctions de l’agent polluant à réduire et nous étudierons leurs fonctionnements. A l’heure actuelle, les constructeurs de moteurs à combustion interne ont fait beaucoup de progrès pour rendre les moteurs de plus en plus propres. L’utilisation du common rail, des hautes pressions, des injections retardées ou encore des modifications de la géométrie des injecteurs, ont permis de réduire considérablement les émissions de polluants.

Mais, les constructeurs de moteurs Diesels sont confrontés au « dilemme du Diesel » :

Actuellement, les moteurs ont des consommations assez élevées mais ces moteurs ont de faibles émissions de NOx. Par contre, dans les années à avenir, les constructeurs vont fabriquer des moteurs plus performants avec des rendements de plus en plus élevés et donc avec des consommations plus faibles. Cela va entraîner une diminution des émissions de CO2 mais une augmentation des NOx. Pour respecter les normes, l’utilisation de procédés DeNOx tels que ceux étudiés dans la suite de ce document sera nécessaire.

Par conséquent, pour répondre aux futures normes, une utilisation de systèmes spécifiques de réduction de polluants sera nécessaire.

A. Carburants alternatifs Ils présentent des avantages très intéressants pour la réduction des émissions de polluants atmosphériques. Certes, comme nous le verrons dans la partie application de ces systèmes, leur utilisation ne permet pas d’obtenir des réductions de polluants aussi importantes que celles obtenues par les systèmes de post traitement mais ils ont l’avantage d’être bon marché. De plus, la plupart des moteurs Diesel peuvent être alimentés par ces carburants sans modification. Ces carburants ont l’avantage de réduire la formation d’émissions à la source.

1. Gaz naturel

Tout comme le pétrole, le gaz naturel provient de la lente décomposition des matières organiques (plancton) enfouies depuis quelques millions d’années. Le plancton est recouvert au fur et à mesure de couches successives de sédiments, ce qui forme la roche mère. A l'abri de l'oxygène et de la lumière, ils se sont enfoncés dans la terre, avant de connaître des migrations qui les ont conduits vers des pièges où ils se sont accumulés.

Consommation

Emission de NOx

Scénario actuel

Scénario de demain

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Les pièges géologiques peuvent contenir soit simplement du gaz naturel (gisement sec), soit du pétrole et du gaz naturel (gisement mixte).

Le gaz naturel, essentiellement composé de méthane, est : • Incolore • Inodore (il est odorisé par du THT pour le rendre détectable) • Insipide • Plus léger que l'air : sa densité est de 0,61 • Peu soluble dans l'eau : 40 cm3 par litre dans des conditions ordinaires de pression et de température

On distingue deux types de réserves : - les réserves prouvées, techniquement et économiquement exploitables à une date donnée ; - les réserves potentielles appelées "ressources", plus considérables mais inexploitées à ce jour.

Figure V-1: Réserves mondiales prouvées de gaz naturel (1er janvier 2003)

[jeunes.gazdefrance]

Contrairement aux réserves de pétrole qui se concentrent dans certaines régions, celles de gaz sont mieux réparties sur l’ensemble de la planète comme on peut l’observer. On remarque que le Moyen-Orient détient 65 % de ces ressources.

Au 1er janvier 2002, les réserves prouvées de gaz naturel dans le monde étaient estimées à 141.8 Mtep contre 165.4 Mtep.

En France, l’importation du gaz naturel se répartie de la façon suivante : • 30% de la Norvège, • 24% de la Russie, • 22% de l’Algérie, • 16% des Pays-Bas, • et pour le reste (8%) : une grande partie provient du gisement de Lacq en France,

presque épuisé et dont la fin d'exploitation par Total est prévue en 2010.

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Figure V-2 : évolution des importations en France

Référence : http://www.jeunes.gazdefrance.com

2. Emulsion

Une émulsion est obtenue à partir de deux liquides non miscibles. Ici, il est réalisé avec de l’eau, sous forme de gouttele ttes stabilisées dans le temps par des additifs tensioactifs et du gasoil. La figure suivante schématise ce type d’émulsion :

Le diamètre de la goutte est un compromis entre la stabilité dans le temps nécessitant des petites gouttes et la vaporisation de la goutte d’eau incluse dans la goutte de gasoil introduite dans la chambre nécessitant des grosses gouttes.

AugmentationTempérature

Gazole

Eau

Gouttes gazole plus petiteset

eau en phase vapeur

EVOLUTION de L’EMULSION APRES INTRODUCTION DANS LA CHAMBRE

AugmentationTempérature

Gazole

Eau

Gazole

Eau

Gouttes gazole plus petiteset

eau en phase vapeur

EVOLUTION de L’EMULSION APRES INTRODUCTION DANS LA CHAMBRE

Figure V-3 : source ADEME

La stabilité dans le temps de l’émulsion est de l’ordre de 4 mois. Après ce délai, la couche plus crémeuse se stratifie avec plus d’eau dans un premier temps, puis par une séparation de l’eau et du gasoil après 6 à 12 mois.

Gasoil Goutte d’eau

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L’utilisation de ce type d’émulsion est limitée par la température d’injection du système. En effet, cette température ne doit pas dépasser la température d’ébullition de l’eau, sinon l’émulsion risque de se détruire. De même, il peut apparaître un problème lors d’utilisation dans un milieu très froid, l’eau peut alors geler. Néanmoins, des additifs antigel (mono éthylène glycol) peuvent être introduits dans l’émulsion.

Ces émulsions peuvent être utilisées dans les moteurs Diesel sans modification à condition qu’ils soient en bon état, les émissions en NOx seront alors réduites de 10 à 20%. Par contre, avec une modification de l’injecteur, cette réduction peut atteindre plus de 50%. Cette diminution dépend également du pourcentage d’eau que contient l’émulsion comme le montre la figure suivante :

Cette figure fut obtenue lors d’une étude réalisée par MAN B&W qui est un fabricant de moteurs marins.

Ce type de carburant est déjà commercialisé par différents fabricants, sous différents noms, notamment PuriNOx de Lubrizol, Aquazole de Elf, Gecam de Cam Tech.

3. Le biodiesel

Le biodiesel commercialisé sous le nom de Diester, est constitué d’esters d’huile végétales et de gasoil. Les huiles de bases utilisées sont composées de triglycérides d’acides gras, avec des longueurs de chaînes carbonées variables selon l’huile utilisée et d’impuretés. Les végétaux les plus utilisés sont :

• le colza et le tournesol en Europe ; • le soja aux USA ; • le palme au Brésil.

La fabrication de ce produit est résumée dans la figure ci-dessous (Figure V-4 : production du biodiesel et du diesel oxygéné).

Le biodiesel peut être employé pur mais il est généralement mélangé avec du gasoil. Les proportions du mélange varient en fonction de l’application.

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Quelques unes de ces propriétés sont fournies dans le tableau suivant. Ces données sont des valeurs moyennes de biodiesel et de gasoil commercialisés aux USA en 2002.

Propriété Biodiesel Gasoil

Indice de cétane 55 44

Teneur en sulfure ppm 54 333

Nitrogène, ppm 18 114

Aromatique, vol % 0 34

Certaines de ces valeurs sont un peu différentes pour le biodiesel commercialisé en France. La teneur en soufre est inférieure, souvent même inférieure à 10 ppm, l’indice de cétane est aussi légèrement plus faible. Le PCI de ce carburant est d’environ 37.5 MJ/kg.

De plus, le pouvoir lubrifiant de l’ester est supérieur à celui du gasoil. Par contre, sa stabilité dans le temps est moins bonne car les doubles liaisons de l’ester se brisent sous l’effet du temps, des UV et réagissent avec l’oxygène pour former des chaînes plus longues.

Figure V-4 : production du biodiesel et du diesel oxygéné

4. Le diesel oxygéné

Il s’agit d’un mélange de gasoil avec une faible quantité d’alcool (jusqu’à 10%) en général de l’éthanol avec des additifs tensioactifs car l’éthanol n’est miscible dans le gasoil qu’à hauteur de 1 ou 2% uniquement. L’éthanol est en général utilisé en mélange avec de l’essence.

L’éthanol envisagé ici provient de la biomasse et non d’origine pétrochimique qui a été utilisé pendant de nombreuses années et qui n’est réservé désormais qu’à des usages spéciaux (pharmacie, cosmétologie). La production de masse d’éthanol s’effectue par fermentation selon la réaction : (cf Figure V-4 : production du biodiesel et du diesel oxygéné)

252242 22 COOHHCOHHC +→+

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Trois types de matières principales peuvent être utilisées : • Matières cellulosiques : paille, bois

o Hydrolyse de la cellulose • Matières amylacées : blé

o Hydrolyse de l’amidon • Matières sucrières : betteraves, canne à sucre

5. L’injection directe d’eau et l’injection continue d’eau

Il ne s’agit pas de carburants alternatifs à proprement parlé puisque le carburant dans le réservoir principal est toujours du gasoil. Mais de l’eau sera injectée en même temps dans la chambre de combustion c’est pourquoi ces solutions sont dans la catégorie des carburants alternatifs. Elles fonctionnent selon le même principe que l’émulsion c'est-à-dire que l’injection d’eau permet de réduire la température dans la chambre de combustion et donc de limiter la formation des NOx.

Injection continue d’eau CWI

Il s’agit sans doute de la méthode la plus simple d’injection d’eau. Dans ce système, l’air d’amission est humidifié, c'est à dire qu'on va augmenter sa teneur en vapeur. En règle générale, il est d’autant plus dur d’ajouter de la vapeur à l’air que la pression est élevée, et d’autant plus facile que cet air est chaud. Or à pleine charge la pression de suralimentation est de l’ordre de 3 bars (Moteur de 400 mm d'alésage et de 68.2 L de cylindré unitaire), il est donc préférable d’avoir un air le plus chaud possible. Ainsi le refroidisseur situé après le compresseur est supprimé et on utilise le phénomène d'humidification pour refroidir cet air (ainsi l’air arrive à 180°C au lieu des 50°C avec le circuit de refroidissement). On utilise donc la forte température de l'air sortant du compresseur pour vaporiser l’eau. Cette vaporisation réduit alors la température de l’air vers 80°C. La formation de NOx s’en trouve réduit.

Injection Directe d’eau DWI

L’eau est directement introduite dans la chambre de combustion. L’injection d’eau peut se faire soit par un injecteur spécifique soit par un injecteur eau/gasoil. Dans tous les cas, l’injection de l’eau doit être contrôlée indépendamment que ce soit au niveau du moment de l’injection, que de la quantité et de la proportion.

Remarque : Intérêt de ces dispositifs dans le secteur maritime.

L’utilisation d’un réservoir d’eau supplémentaire n’est pas nécessaire dans une application de type maritime car il est possible d’utiliser l’eau de mer en la traitant. Pour d’autres applications, cela est impossible, il faut donc prévoir une réserve d’eau dont l’encombrement est non négligeable. Par exemple, pour une application ferroviaire avec un moteur de 1490 kW et une consommation spécifique de 208 g/kWh, la consommation d’eau serait alors d’environ 7.5 tonnes/jour !!!

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6. Huile végétale

La Directive 2003/30/CE sur la promotion et l’utilisation des biocarburants donne la définition suivante :

"huile végétale pure": huile produite à partir de plantes oléagineuses par pression, extraction ou procédés comparables, brute ou raffinée, mais sans modification chimique, dans les cas où son utilisation est compatible avec le type de moteur concerné et les exigences correspondantes en matière d'émissions.

Dès 1982, Rodolphe Diesel préconisait déjà, pour son nouveau moteur, l’utilisation de corps gras d’origine animale et végétale.

A partir de 1950, le développement de l’industrie pétrolière ne justifiait plus le recours aux huiles végétales et les travaux dans ce domaine disparurent jusque les années 80. En général, elles ne sont pas utilisées telles quelles mais sous forme d’esters méthyliques.

Mais l’utilisation d’une huile non estérifiées nécessite, compte tenu de ces propriétés physico-chimiques, des modifications au niveau moteur. Ces modifications dépendent du type d’injection du moteur :

• Injection indirecte : utilisation pure ou en mélange ; • Injection directe : en mélange ou pure mais dans ce cas il faut utiliser un système de

bicarburation. (coût de transformation 500 à 1700 €).

Référence : « Carburants et moteur, J.-C. Guibet »

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B. Système retrofit 1. Filtre à particule

Les filtres à particules sont employés pour traiter les gaz d’échappement des moteurs fonctionnant avec des Diesels à faible teneur en soufre. L’objectif d’un FAP est de capturer physiquement les particules solides et de les garder jusqu’à une régénération qui permettra de les brûler.

Les filtres les plus communément employés sont les ceux de type monolithes wall flow. La particularité de ces filtres est qu’un canal sur deux est bouché alternativement à chaque extrémité de façon à forcer les gaz d’échappement à circuler à travers les parois poreuses séparant les canaux.

Le schéma suivant explique le fonctionnement d’un tel dispositif :

Figure V-5 : Principe d'un FAP

Les gaz chargés de particules et autres polluants arrivent du moteur par le côté gauche du schéma ci-dessus. Comme chaque canal a une extrémité fermée, les gaz sont obligés de passer à travers les parois. En traversant, les particules sont bloquées par le filtre. Son efficacité de filtration est de 70 à 95% de la masse totale de particules. Cette valeur dépendra des matériaux utilisés.

Mais la plus grosse difficulté ne réside pas dans la filtration mais dans la régénération du filtre. Les différentes techniques de régénération sont :

• l’utilisation d’un catalyseur sur les surfaces du filtre. Un métal tel que du platine, du cuivre,…réduit la température de combustion nécessaire à l’oxydation des suies ;

• l’utilisation d’un catalyseur en amont qui transforme le NO en NO2 qui favorise l’oxydation des suies et permet d’augmenter la température des gaz.

• L’utilisation d’un additif dans le carburant qui permet de diminuer la température de régénération passive du filtre ;

• L’injection de gasoil à l’échappement qui permet de brûler les suies.

cf. Les particules de combustion automobile et leurs dispositifs d'élimination 4783 ADEME.

2. Catalyseur à oxydation (DOC)

Le catalyseur d’oxydation est un dispositif permettant de traiter des espèces imbrûlées à l’échappement (CO, HC) grâce à l’action catalytique des métaux dont les supports sont imprégnés et grâce à la présence d’oxygène dans les gaz d’échappement. En simplifiant, le processus se fait en trois étapes principales :

1. l’oxygène se lie à un site de catalyse ; 2. le CO et les hydrocarbones réagissent avec l’oxygène piégé ; 3. production de CO2 et de H2O

Paroi poreuse céramique

Gaz

d’échappement

entrant

Gaz

d’échappement

sortant

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Le substrat se présente en général sous la forme d’un nid abeille en céramique ou en métal. Il est enduit de métaux précieux qui en présence de température suffisante oxydent les polluants comme l’illustre le schéma suivant :

Figure V-6 : Catalyseur d’oxydation [review of technology available mining]

La réaction principale s’écrit sous la forme de l’équation suivante :

[ ] OHCOOHC 222 +→+

Ce système a aussi l’avantage de réduire les odeurs à l’échappement.

Les émissions de PM regroupent trois espèces de particules : les particules carbonées, les particules organiques (SOF) et les particules de sulfate. Les métaux précieux contenus dans ce système facilitent l’oxydation et donc la réduction des particules organiques (SOF). Par contre, les particules de sulfates augmentent. Cela provient de réactions d’oxydations indésirables comme celles qui oxydent le dioxyde de soufre en SO3 qui ensuite se transforme en acide sulfurique :

322 22 SOOSO →+

4223 SOHHOSO →+

En présence d’eau, des particules de sulfate se forment. Pour limiter cet inconvénient, l’utilisation d’un carburant à basse teneur en soufre est recommandée pour l’utilisation de ce dispositif.

Ce système fonctionne sur une large gamme de température. Mais comme le montre la figure suivante, le taux de conversion des espèces dépend de la température des gaz d’échappement entre 0 et 300°C :

CO2

H2O

SO3

NO

CO

HC

SO2

Polyaromatic hydrocarbons

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Figure V-7 : évolution du pourcentage de conversion en fonction de la température

3. Exhaust Gas Recirculation

La recirculation des gaz d'échappement consiste à alimenter le moteur par un mélange d'air frais et de gaz d'échappement comme le montre le schéma suivant :

Figure V-8 : principe d'un système EGR [Dieselnet]

Cette introduction de gaz d’échappement a plusieurs effets sur la combustion :

• La quantité d’air frais entrant donc d’oxygène diminue, ce qui réduit, pour une température donnée, la formation des NOx.

• La présence de CO2 augmente la capacité calorifique du mélange, la température de flamme sera donc plus faible pour une même quantité d’énergie libérée.

• Les gaz d’échappement étant normalement plus chauds que l’air, il va donc falloir utiliser des systèmes de refroidissement de l’air recyclé pour diminuer la température des gaz d’échappement.

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La mise au point de ce système sur des moteurs lourds se heurte à plusieurs dif ficultés de type :

• réglementaire, car les moteurs lourds sont homologués sur l’ensemble de leur plage d’utilisation. La mise au point de ce système doit donc se faire en optimisant son fonctionnement sur l’ensemble des plages. Mais à pleine charge, ce système provoque une émission accrue de particules.

• technologique, car ces moteurs fonctionnement bien souvent avec du fioul lourd (forte teneur en soufre) qui peut entraîner l’apparition de dépôt acide à l’échappement. Or comme une partie de ces gaz est réutilisée, ils pourraient donc endommager les organes du moteur.

Remarque : l’EGR est plus utilisé aux USA qu’en Europe. En effet, l’Europe a décidé le système SCR pour réduire les émissions de NOx provenant des poids lourds. Ce système nécessite la mise en place d’un réseau de distribution d’urée. Les USA ont préféré s’orienter vers l’EGR comme solution DeNOx. De plus, le système SCR n’est pas recommandé par l’EPA (Environmental Protection Agency).

4. SCR (Selective Catalytic Reduction)

Il s’agit du système le plus performant pour la réduction en NOx puisqu’il atteint une efficacité de 90% lorsque les gaz sont situés dans la fenêtre du catalyseur (200-500°C). Le schéma suivant explique de façon simplifiée ce système. Ici, le réducteur employé n’est pas de l’ammoniac mais une solution aqueuse d’urée (NH2CONH2) qui injectée à l’échappement va libérer de l’ammoniac par une réaction d’hydrolyse.

Figure V-9 : Système SCR [IFP]

Le catalyseur d’oxydation placé en amont permet d’augmenter le rapport NO2/NO des gaz d’échappement et ainsi d’accroître l’efficacité de conversion notamment à basse température en tenant compte du fait que la réaction de NO2 avec NH3 est plus rapide que la réaction de NO avec NH3. Le catalyseur dit de « clean-up » placé en aval du système permet de traiter les éventuels rejets d’ammoniac excédentaire, notamment pendant les phases transitoires. La mise au point du système pour une application véhicule va nécessiter de calibrer très précisément la quantité d’urée injectée en fonction de la quantité de NOx émis par le moteur, de la température d’échappement, des caractéristiques du catalyseur.

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5. Dispositif de démarrage et d’arrêt automatiques

Il s’agit d’un système qui contrôle automatiquement l’arrêt et le démarrage du moteur quand le véhicule n’est pas en service. L’appareil est contrôlé par plusieurs paramètres comme la température de l’eau et l’état de la batterie. Ce dispositif fait redémarrer le moteur qui peut alors tourner au ralenti pendant un certain temps pour prévenir le gel et pour recharger les batteries ou fonctionner normalement. Ce système surveille aussi les paramètres tels que les condit ions d’injection (pression, température), les températures de l’air entrant et du moteur (huile), la charge de la batterie.

Pour encore réduire les émissions, des systèmes auxiliaires de puissance sont installés en même temps qu’un dispositif de démarrage. Ceux-ci servent à chauffer le moteur avant son départ ou à maintenir les conditions de températures du moteur pour un fonctionnement optimal lors d’un arrêt. Ce moteur auxiliaire peut également fournir l’énergie nécessaire au fonctionnement de l’éclairage, du chauffage ou de la climatisation lorsque le moteur principal est à l’arrêt. Il s’agit bien souvent d’un moteur thermique mais de plus petite cylindrée que le moteur principale et avec des caractéristiques de fonctionnement différentes qui le rend beaucoup moins polluant que le moteur principal.

6. Epurateur à eau de mer

Le premier épurateur à eau de mer a été mis en fonctionnement en 1988 à la raffinerie Statoil à Mongstad en Norvège.

Ces équipements sont utilisés principalement dans des installations marines.

Ce système exploite la capacité de stockage naturelle de l’eau de mer pour absorber les gaz acides au lieu de produire d’énormes quantités de gypse (sulfate de calcium : CaSO4).

Les gaz d’échappement traverse dans un premier temps, un récupérateur de poussière. Ils pénètrent ensuite dans l’épurateur. Il s’agit d’une tour d’absorption remplie où les gaz se déplacent à contre-courant de l’eau de mer. Le SO2 est efficacement absorbé par l’eau de mer. Ce SO2 s’oxyde en acide sulfurique grâce à un apport d’air. Avant de rejeter les effluents dans la mer, de l’eau de mer supplémentaire est rajoutée pour ramener le pH à des valeurs normales (entre 8.1 et 8.9). Les ions sulfates étant un des principaux composants de l’eau de mer, ils ne représentent aucun danger particulier. Par contre, le rejet d’acide dans les effluents semble plus délicat. Des études ont été menées pour déterminées l’impact de ces rejets. Elles ont montrées que les quantités rejetées ne changeraient pas le pH de l’eau de mer de plus de 0.2 unités standard (résultat obtenu avec un mélange 1 : 5 ; 1 volume d’acide sulfurique pH=4 ; 5 volumes d’eau de mer naturelle). Ces rejets n’ont donc pas d’impacts ni sur la faune ni sur la flore. Néanmoins, pour les zones très sensibles, la précipitation de sulfate avec du calcaire est possible.

En résumé, ce système est simple, fiable, pour un capital et des frais de fonctionnement réduits. Il peut retirer jusqu’à 99% du SO 2 sans avoir à évacuer des déchets sur terre.

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C. Autres Systèmes D’autres modes de propulsion autre que le traditionnel moteur Diesel existent mais ils sont beaucoup plus marginaux. Ils sont bien souvent réservés à des niches commerciales ou en cours de développement :

1. Hybride

Les véhicules hybrides sont une des alternatives actuellement étudiées pour obtenir des véhicules "propres". L’hybridation consiste à associer dans le véhicule deux types de motorisations, le plus souvent il s’agit d’une motorisation thermique et d’une motorisation électrique. Elles permettent d'allier les points forts des éléments choisis en évitant dans une large mesure leurs points faibles. Les systèmes hybrides assurent une autonomie comparable aux véhicules avec une motorisation classique (Moteur thermique), tout en réduisant les émissions polluantes et les consommations.

Les solutions techniques sont très nombreuses tant au niveau de l’architecture que des différents organes utilisés.

On distingue deux grandes familles de systèmes d'entraînement hybride:

• L'hybride série : le moteur à combustion est connecté à une génératrice qui produit de l'électricité. Cette énergie électrique est emmagasinée ou directement utilisée pour entraîner un ou plusieurs moteurs électriques qui fournissent la puissance nécessaire pour propulser le système. Les roues sont entraînées par les moteurs électriques.

Figure V-10 : schéma hybryde série

• L'hybride parallèle : le moteur à combustion et le système de propulsion électrique sont directement liés aux roues du véhicule. Le moteur à combustion est utilisé à haute vitesse et le système électrique est utilisé comme appoint pour les accélérations, la récupération et éventuellement sur les côtes et au démarrage.

Figure V-11 : schéma hybride parallèle

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Pour produire l’énergie électrique, plusieurs solutions peuvent être employées soit séparément soit en même temps. La méthode la plus simple est l’utilisation d’un moteur thermique dont l’énergie mécanique est transformée par un alternateur en énergie électrique puis stocker avant son utilisation ; une autre méthode très étudié est la récupération de l’énergie lors de la phase de freinage. Pendant cette phase, l’énergie cinétique du véhicule est transformée en énergie électrique.

Il existe également différentes techniques de stockage de l’énergie électrique :

• Les batteries (chimique) ;

Figure V-12 : types de batteries [source : Ademe]

• Les super condensateurs : il s’agit de condensateurs à double couche utilisé pour

emmagasiner de l'énergie électrique. Ils ont l’avantage de se recharger beaucoup plus vite que les batteries. De plus, un supercondensateur peut fournir si besoin est un courant de très forte puissance, même s'il se décharge alors en quelques secondes.

• Le volant d’inertie : il s’agit en fait de lancer une lourde masse tournante et d’en

récupérer ensuite l’énergie cinétique en énergie électrique par l’intermédiaire d’un alternateur.

• L’accumulateur hydraulique : le principe consiste à mettre un fluide sous pression très

souvent un gaz comprimé par de l’huile à l’aide d’une pompe lors de la décélération du véhicule. Grâce à la pompe, le fluide comprimé peut restituer l’énergie emmagasinée. Un tel système permet de stocker de la puissance et peu d’énergie.

Figure V-13 : accumulateur hydraulique

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2. Turbine à gaz

La turbine à gaz est une machine thermique composée de turbomachines et utilisant de l’air comme fluide auxiliaire. Une chambre de combustion produit un grand volume de gaz chauds qui est ensuite :

• soit expulsé avec une grande vitesse vers l’arrière du moteur à fin de produire une réaction sous forme de poussée vers l’avant,

• soit détendu dans une turbine afin de récupérer un couple sur un arbre moteur.

Dans une turbine à gaz, comme dans un moteur Diesel, l’air admis est comprimé, puis du carburant est introduit dans cet air chaud et le mélange résultant s’enflamme : la chaleur ainsi produite provoque une rapide dilatation des gaz qui est utilisée pour fournir un travail. Alors que la combustion est intermittente dans un moteur Diesel, elle est continue dans une turbine à gaz.

La turbine à gaz se compose de trois éléments principaux :

• le compresseur,

• la chambre de combustion,

• la turbine.

En utilisation propulsion, les turbines à gaz peuvent être seules ou avec des moteurs Diesel. On donne suivant les cas des noms différents à l’architecture de la propulsion adoptée, les données suivantes se réfèrent plus à des applications maritimes :

• COGAG : Combined Gas And Gas

Sur une même ligne d’arbres, deux turbines à gaz fonctionnement en même temps. Elles sont le plus souvent du même type.

• COGOG : Combined Gas Or Gas

Sur une même ligne d’arbres sont installées deux turbines à gaz, mais à une allure du bâtiment donnée, seule l’une d’entre elles est embrayée (une turbine dites de propulsion de croisière et une turbine de pointe).

• CODAG : Combined Diesel And Gas

La propulsion est assurée par turbine(s) à gaz et moteurs Diesel fonctionnant simultanément.

• CODOG : Combined Diesel Or Gas

Comme pour la propulsion de type COGOG, l’utilisation du moteur Diesel pour la propulsion de croisière permet de le faire fonctionner à des charges plus élevées, ce qui évite les problèmes d’encrassement rencontrés à basse charge, et évite des consommations spécifiques de combustible élevées pour la turbine à gaz.

• CODLAG : Combined Diesel electric And Gas

La propulsion est assurée par un moteur électrique et une turbine à gaz fonctionnant ensemble. Le courant nécessaire au fonctionnement du moteur électrique est fourni par un groupe électrogène à moteur Diesel. Il est possible de débrayer la turbine à gaz aux faibles allures ou lors des manœuvres de port.

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Les turbines à gaz offre une montée en puissance rapide pour un poids réduit et un encombrement limité. Mais elles ont une consommation spécifique plus élevée que les moteurs Diesel. Elles sont depuis longtemps utilisées dans des applications militaires pour l’aviation ou la marine.

3. Pile à combustible

La commission européenne a adopté, en septembre 2003 une communication présentée par les commissaires à l’énergie et à la recherche qui vise à promouvoir le développement de l’hydrogène et des piles à combustible. La technologie des piles semble donc prometteuse en raison d'une part de l'épuisement progressif des énergies fossiles et de l'aggravation des problèmes environnementaux mais aussi des récents progrès au niveau des technologies. La pile à combustible est annoncée comme une solution d’avenir. La solution de la pile à combustible est très prometteuse au niveau environnemental puisque l’utilisation de l’hydrogène permettra des gains importants en terme de gaz à effet de serre.

Voyons dans un premier temps son fonctionnement :

Son principe est extrêmement simple, il s’agit d’une combustion électrochimique et contrôlée d’hydrogène et d’oxygène avec une production simultanée de chaleur et d’eau. L’équation de la réaction chimique de ce principe est évidemment :

OHOH 222 →+

Il s’agit de la réaction inverse de l’électrolyse de l’eau. Cette réaction s’opère au sein d’une structure appelée cellule. Celle -ci est composée de 2 électrodes (anode et cathode) séparées par un électrolyte. A l'anode, on amène le combustible (hydrogène). La cathode est alimentée en oxygène (ou plus simplement en air, enrichi ou non en oxygène).

Figure V-14 : principe de la pile à combustible

6 types de pile à combustible sont actuellement en cours de développement:

• AFC (Alkaline fuel Cell),

• PEMFC (Polymer Exchange Membran Fuel Cell),

• DMFC (Direct Methanol Fuel Cell),

• PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell),

• MCFC (Molten carbonate Fuel Cell),

• SOFC (Solid Oxid Fuel Cell).

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Chacune de ces piles se différencient en fonction de la nature de l’électrolyte, de leur température de fonctionnement et de leur domaine d’utilisation comme le montre le tableau suivant :

Type de pile AFC PEMFC DMFC PAFC MCFC SOFC

Nom Alkalin Fuel Cell

Polymer Exchange Membran Fuel Cell

Direct Methanol Fuel cell

Phosphoric Acid Fuel

Cell

Molten Carbonate Fuel Cell

Solid Oxyd Fuel Cell

Electrolyte Solution KOH

Membrane polymère

conductrice de protons

Membrane polymère

conductrice de protons

Acide phosphorique

Li2CO3 et KCO3 fondu

dans une matrice LiAlO2

ZrO2 et Y2O3

Ions dans l'électrolyte

OH- H+ H+ H+ CO32- O2-

Niveau de température

60-80°C

60-100°C 60-100°C 180-220°C 600-660°C 700-1000°C

Combustible H2 H2 (pur ou reformé)

Méthanol H2 (pur ou reformé)

H2 (pur ou reformé)

H2 (pur ou reformé)

Oxydants O2 (pur) Air Air Air Air Air

Domaines d'application

Spatial Automobiles, Portable,

Cogénération, Maritime

Portable Cogénération Cogénération Production centralisée d'électricité, Maritime (?)

Cogénération Production centralisée d'électricité Automobile

(APU), Maritime (?)

Niveau de développement

Utilisée Prototypes Prototypes Technologie mûre

Prototypes Prototypes

http://www.annso.freesurf.fr/type.html

Le rendement de ces piles se situe entre 40 et 50%.

De nombreux projets sont à l’heure actuelle en cours. Le champ d’application de cette technologie est très vaste puisqu’elle peut convenir à de toute petite puissance de l’ordre du watt pour les applications portables (téléphonie, ordinateur) jusqu’à des installation de plusieurs mégawatts. Les PAC semblent avoir un avenir prometteur mais de nombreux inconvénients comme la production, la distribution et le stockage de l’hydrogène sont les réels secteurs à améliorer pour pouvoir voir cette technologie dans des applications de masse. Un des inconvénients majeurs de l’hydrogène est qu’il possède une compacité énergétique par unité de volume médiocre par rapport au gasoil ce qui représente un inconvénient majeur pour son développement dans le secteur des transports.

Dans ce rapport, nous nous intéresserons essentiellement aux qualités de dépollution de cette technologie.

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4. Solaire photovoltaïque

L’effet photovoltaïque constitue la conversion directe de l'énergie du rayonnement solaire en énergie électrique. Lorsqu’un matériau est exposé à la lumière du soleil, les atomes exposés au rayonnement sont " bombardés " par les photons constituant la lumière; sous l’action de ce bombardement, les électrons des couches électroniques supérieures (appelés électrons des couches de valence) ont tendance à être " arrachés / décrochés " . Si l’électron revient à son état initial, l’agitation de l’électron se traduit par un échauffement du matériau. L’énergie cinétique du photon est transformée en énergie thermique. Par contre, dans les cellules photovoltaïques, une partie des électrons ne revient pas à leur état initial. Les électrons " décrochés " créent une tension électrique continue faible. Une partie de l’énergie cinétique des photons est ainsi directement transformée en énergie électrique : c’est l’effet photovoltaïque.

Figure V-15 : Cellule photovoltaïque

Dès qu’elle est éclairée, une cellule photovoltaïque, appelée également photopile, génère un courant électrique continu à ses bornes, sous une tension électrique. Son principe de fonctionnement (illustré ci-dessous) est simple : il consiste à convertir l'énergie cinétique des photons (particules de lumière par exemple composant du rayonnement solaire) en énergie électrique.

Figure V-16 : schéma de description d’une cellule photovoltaïque

Le courant électrique ainsi généré alimente directement ou indirectement (batteries) un moteur électrique. Un des avantages des moteurs électriques très appréciable dans des applications marines, est qu’il ne nécessite pas de longs arbres de transmission.

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VI. Applications de ces systèmes

A. Transport maritime Dans cette partie, nous allons décrire les principales techniques utilisées dans les transports maritimes pour réduire les émissions de gaz polluants.

Le 21 novembre 2002, la commission européenne a inauguré une stratégie visant à réduire les effets sur l’environnement et sur la santé humaine des émissions atmosphériques dues aux navires. Cette stratégie portait essentiellement sur la réduction des SO2. D’autre part, l’organisation Internationale Maritime a fixé des limites d’émissions répertoriées dans le MARPOL d’autres polluants : NOx, particules,… Ces stratégies prévoient de renforcer les réglementations d’ici 2008.

Pour le moment, les constructeurs parviennent à fabriquer des moteurs marins répondant aux préconisations données par le MARPOL. Mais au fur à mesure de la mise en application de réglementations européennes notamment, l’utilisation de systèmes de dépollution sera nécessaire.

Cette partie va donc présenter les différentes techniques qui se révèlent être les plus pertinentes. Ces méthodes connaissent déjà des applications ou sont en cours d’étude.

1. Carburants alternatifs

Pour le transport maritime, les applications de carburants alternatifs se concentrent sur les mélanges Eau/Gasoil (émulsions, injection d’eau directe ou continue).

Ces différentes méthodes qui commencent maintenant à être bien connues et sont même commercialisées, peuvent dans un premier temps surprendre par leur principe. En effet, les ingénieurs ont toujours cherché à protéger la chambre de combustion de l’eau car celle -ci pouvait détruire le film d’huile protégeant les cylindres. Mais ceci est vrai que lorsque l’eau est sous sa forme liquide. Une fois, l’eau évaporée, elle n’affecte plus la lubrification car elle n’entre plus en contact avec les parois. Par conséquent, pour pouvoir ajouter de l’eau, il faut être sûr qu’aucune goutte ne rentrera en contact avec les parois des cylindres. Un autre problème posé par l’utilisation d’eau est la corrosion mais contenu des températures à l’intérieur de la chambre de combustion, toute condensation est impossible. Il n’y aura donc pas de corrosion.

On peut définir trois méthodes pour ajouter de l’eau dans un moteur Diesel : • En utilisant des émulsions Eau/gasoil ; • En injectant directement de l’eau dans la chambre de combustion ; • En injectant de l’eau dans les gaz d’admission.

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Figure VI-1 : Méthode Eau/Gasoil [Dieselnet]

a) Les émulsions

Ce type de carburant est déjà commercialisé par différents fabricants, sous différents noms, notamment PuriNOx de Lubrizol, Aquazole de Total, Gecam de Cam Tech.

PuriNox est composé d’un cinquième d’eau au maximum, d’environ quatre cinquièmes de gasoil et de quelques pourcents d’additifs. Les proportions de chaque constituant dépendent de l’application du carburant. Il existe aussi une version « hivernale » à laquelle du méthanol a été ajouté (16.8% d’eau, 5.7% de méthanol, 3.5% d’additifs et 74% de gasoil). La teneur en eau est limitée à 20%. Cette émulsion est commercialisée en UK et en Italie mais avec seulement 12% d’eau.

Selon le fabricant, on peut atteindre jusqu’à 30% de réduction de NOx et jusqu’à 50% en particules. Mais ces valeurs dépendent très fortement du type de moteur utilisé. Par contre, on observe une augmentation d’émission d’hydrocarbures imbrûlés, et une surconsommation.

MTU (Motoren-und Turinsen-Union Friedrichshafen GmbH, fabricant de moteur) étudie également ce type de système car il présente plusieurs avantages : coûts de maintenance faibles, installation facile, bonne réduction… La figure suivante montre les résultats obtenus avec une émulsion composée à 2/3 de gasoil et 1/3 d’eau :

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b) Injection directe d’eau

Wartsila NSD Switzerland (fabricant de moteurs marins) a commencé à développer cette technique en 1993 et les premiers systèmes ont été installés en 1999. Il utilise un injecteur d’eau complètement indépendant de celui du gasoil. Cela permet de pouvoir injecter de grande quantité d’eau et surtout de pouvoir introduire le carburant et l’eau à des moments différents. Des systèmes d’injections indépendants permettent donc d’interrompre ou de permettre l’injection de l’eau sans influencer l’injection de carburant.

Basé sur un moteur de type 4RTX54 préparé pour obtenir de faible émissions de NOx, Wartsila obtient une réduction de plus de 60% en combinant un retard d’injection de gasoil et une injection directe d’eau (140 g/kWh).

Figure VI-2 : effet de DWI sur les émissions de NOx [Nonroad Diesel emission]

Cette figure montre l’évolution de la consommation spécifique (BSFC) et des émissions en NOx selon la configuration du moteur. On observe qu’une très forte réduction des NOx peut être obtenue en ajoutant un système DWI sur un moteur préparé. Par contre, on constate une augmentation de la consommation (~+5%).

Les principaux composants du système de Wartsila sont montrés sur la figure suivante :

Figure VI-3 : système Wartsila [Dieselnet]

L’eau est d’abord filtrée puis envoyée dans le moteur par deux systèmes de pressions (1m*1m*1.7m). Le premier permet d’augmenter la pression de l’eau à 35MPa et le second envoie l’eau à 40 MPa dans un injecteur combiné eau/gasoil dans chaque cylindre. Un système de sécurité est également installé (flow fuse), il permet d’interrompre l’arrivée d’eau dans le cas où l’injecteur est bouché. Tout le système est entièrement contrôlé électroniquement.

http://www.arb.ca.gov/msprog/offroad/marinevess/presentations/072602/wartsila072602.pdf

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Application sur le Queen Mary 2 Quatre moteurs Diesel Wartsila produisent l’électricité nécessaire à la propulsion et aux différents besoins du navire. Pour se donner une idée, chaque groupe Diesel a une longueur de 12,5 mètres, une largeur de 4,4 mètres, une hauteur de 5,5 mètres et un poids de 217 tonnes. Il s'agit de moteurs à architecture en V à 16 cylindres, d'un alésage de 460 mm et d'une course de 580 mm. Chaque groupe Diesel tourne au régime de 514 tr/min et développe une puissance de 16,8 MW. Le carburant utilisé est du gasoil classique. A vitesse contractuelle, au cours d’une croisière, le Queen Mary 2 consomme entre 300 et 350 t de gasoil par jour.

Les moteurs Diesel sont de conception écologique "enviroengine", construits autour de la technologie d'injection à rampe commune, avec injection d'eau dans les chambres de combustion afin de réduire les émissions polluantes. Cet exemple prouve la fiabilité de cette technique et qu’elle est économiquement viable.

c) Injection continue d’eau

Le constructeur M.A. Turbo/engine Design commercialise ce type de système sur ces moteurs. Pour montrer l’efficacité de son système, ce constructeur donne les chiffres suivants : sur un moteur de 3 375 kW, 750 rpm, une réduction de NOx de plus de 30% est obtenue ainsi qu’une réduction de 50% des particules. Ils ont même observé une diminution de 1% de la consommation de gasoil.

Wartsila a développé un système basé sur le même principe mais amélioré dont le nom est ‘CASS concept’ pour « Combustion Air Saturation System ».

Figure VI-4 : système Wartsila [Nonroad Diesel emission]

L’avantage de ce système est qu’il permet d’obtenir un air d’admission plus fortement saturé et donc une plus forte réduction de NOx (jusqu’à 70%). Par contre, l’inconvénient provient du coût. Ce système de Wartsila est en réalité un système nommé HAM (Humid Air Motor) qui est proche du CWI mais il est plus complexe et beaucoup plus cher. Il est présenté ici comme exemple, pour montrer l’évolution de ce principe.

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2. Systèmes Retrofit

a) Réduction par catalyse sélective, Selective Catalytic Reduction (SCR) ;

Les premiers systèmes de réduction par catalyse sélective utilisant de l’ammoniac ou de l’urée sont apparus dans les années 1970 aux Japons pour des applications fixes et maritimes. Dès 1989, l’entreprise Topsøe installe le premier système SCR sur un moteur Diesel 2 temps de 7.9 MW de chez MAN B&W.

Selon Topsøe (fabricant de SCR), ce système permet d’atteindre les performances suivantes :

• Jusqu’à 98% de réduction des NOx • 95% en moins de CO

Un système de réduction du bruit est souvent associé à ce système ce qui permet d’atténuer le bruit du moteur jusqu’à 35 dB(A).

De nombreuses études ont déjà été menées pour déterminer les possibilités d’un tel système.

En juillet 2001, Man B&W a réalisé des essais sur le M/V Navion Dania utilisant un système SCR comme indiqué sur le schéma suivant :

Figure VI-5 : Système SCR installé sur le Navion Dallia [Arb.ca]

http://www.arb.ca.gov/msprog/offroad/marinevess/presentations/072602/manbw072602.pdf

Les résultats obtenus ont montrés une très forte diminution des émissions de NOx pour un moteur chargé entre 40 et 100% comme le montre le tableau suivant :

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Figure VI-6 : données moteur

En dessous de 40% de charge, il n’est plus possible d’utiliser le système car le risque de formation de sulfate d’ammonium est important. On remarque que la consommation d’urée est assez importante (62 l/h) ce qui représente un coût non négligeable à prendre en considération. http://www.haldortopsoe.com/site.nsf/vALLWEBDOCID/KVOO-5PGFAV/$file/Denox-SSTTops.pdf

L’utilisation de ce système est aussi limitée par la température des gaz à traiter qui doit être comprise entre 300 et 420°C pour obtenir un fonctionnement optimal. Or les gaz d’échappement de moteurs quatre temps ont des températures plus élevées, c’est pourquoi en fonction du type de moteur, le système de SCR ne sera pas placé au même endroit :

Moteur 2 temps :

Moteur 4 temps :

Moteur SCR TC

Echangeur Cheminée

350°C 360°C

Moteur SCR TC

Echangeur

Cheminée 500°C 350°C 360°C

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Une étude fut réalisée en 2003 par CITEPA pour déterminer les coûts liés à cette technique. L’étude s’est portée sur quatre puissances et dont voici les résultats :

Puissance Volume de catalyseur

nécessaire (m3) investissement catalyseur (€)

investissement SCR (€)

invest SCR €/kW

0,5 0,07 1050 40584 81

11,9 1,67 24990 708333 60

22,9 3,21 48090 1030500 45

32 4,48 67200 1212120 38

La quantité nécessaire de catalyseur est de 0.14 m3 pour un KW ce qui permet d’en déduire le volume nécessaire. De plus, le prix moyen d’un catalyseur a été considéré à 15 k€/m3.

Ces valeurs ont permis d’en déduire une relation entre coût d’investissement et puissance qui est :

82273*2.2222²*1.26)( +−= MWMWMWInvest (avec catalyseur)

soit un investissement moyen de 56€/kW avec catalyseur.

La durée de fonctionnement a été considérée à 10 ans pour le système SCR et 6 ans pour le bon fonctionnement du catalyseur.

Enfin le coût moyen de fonctionnement a été estimé à 3.80€/MWh.

Remarque : cette technologie est très employée en Suède car la réglementation y est plus sévère d’où le besoin d’utiliser une méthode très efficace.

b) Exhaust Gas recirculation, EGR

La mise en œuvre d’un système de recirculation des gaz d’échappement est en cours de développement pour le secteur du transport maritime bien que cette technologie ne soit pas récente. Elle s’avère être une solution très prometteuse pour la réduction des NOx.

Des essais de moteurs équipés d’EGR effectués par la SEMT Pielstick montrent bien une réduction des NOx de l’ordre de 30%. Par contre, une tendance à l’augmentation des émissions imbrûlées (HC et particules) a été observée. Cela engendre une augmentation des fumées. Une réduction des performances est également à souligner.

Le problème de l’accroissement des particules peut être résolu en combinant ce système à un autre, comme en utilisant une émulsion eau/gasoil, ou bien en rajoutant un filtre à particule pour traiter les gaz d’échappement. Cette dernière combinaison sera étudiée par la suite.

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c) Filtre à particule

Il existe très peu de données concernant l’étude de filtres à particules utilisés sur de gros navires. En effet, les moteurs installés, de grosses cylindrées, ont des températures d’échappement assez faibles ce qui ne facilite pas la régénération du FAP. En plus, la régénération par catalyseur était rendue difficile par l’utilisation d’un carburant à forte teneur en soufre ce qui endommage prématurément le catalyseur. Néanmoins, cette teneur en soufre va diminuer dans les années à venir permettant ainsi l’utilisation de ce système.

Néanmoins, U. S. Environmental Protection Agency a étudié la combinaison d’un FAP avec un EGR. Comme nous l’avons, l’EGR est un système qui réinjecte une partie des gaz d’échappement et pour limiter l’encrassement du moteur, il est intéressant de nettoyer les gaz d’échappement avec un FAP avant de les réintroduire.

La figure ci-contre montre un tel système commercialisé par Johnson Matthey et nommé EGRT pour Exhaust Gas Recirculation Trap. Ce système a été testé sur un navire de 1362 CV. Le coût a été évalué a 45 000 $ soit 27 €/hp. Lors des tests, ce moteur fut alimenté en ULSD, et les réductions des émissions obtenues sont de 40 % en NOx et 95 % de PM2.5.

d) Epurateur à eau de mer

Le premier épurateur à eau de mer a été mis en fonctionnement en 1988 à la raffinerie Statoil à Mongstad en Norvège.

Ce système exploite la capacité de stockage naturelle de l’eau de mer pour absorber les gaz acides au lieu de produire d’énormes quantités de gypse.

L’entreprise canadienne ecosilencer commercialise un épurateur à eau de mer, « ecosilencer ». Ils ont réalisé plusieurs études pour mesurer le bénéfice apporté par ce système. En Mars 2003, ils ont installé huit systèmes sur un ferry de passages propulsé par 4 moteurs de 5 600 kW et équipés de 4 auxiliaires de puissance de 1 200 kW chacun. Chaque moteur était équipé d’un épurateur. Les mesures effectuées en sorties des auxiliaires ont montré une réduction de 74 à 80 % des SO2. Ce système étant plus destiné à réduire ce type de polluant, les NOx et PM n’ont pas été mesurés. Mais un système de traitement des suies et de lavage des eaux peut aussi être associé.

Figure VI-7 : EGRT

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Figure VI-8 : ecosilencer avec traitement des eaux

Le traitement de l’eau est réalisé par deux hydro cyclone, l’un permettant d’extraire les suies et les métaux et l’autre nettoie l’eau des résidus d’huile. L’ensemble du système permettrait de retirer jusqu’à 80% des suies et de réduire les émissions de NOx jusqu’à 7%. Dans ce cas, les suies, métaux et autres polluants sont récupérés dans u réservoir qui pourra être traité à quai. Ce système s’installe à la place du silencieux.

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3. Autres systèmes

a) Turbine à gaz marine

Les turbines à gaz assurant la propulsion ou la production électrique à bord de navires sont des turbomoteurs. Un turbomoteur est en fait un turbopropulseur dépourvu d’hélice et dont la turbine de puissance ou un des corps est couplé à un réducteur, une boîte de vitesse ou directement à un arbre de sortie. Les turbomoteurs industriels et marins sont de conception voisine. Les différences se situent surtout au niveau des matériaux constituant les parties en contact avec l’air, qui est chargé de sel lorsque le bateau est en mer. Les pièces de la machine sont donc sujettes à la corrosion saline et doivent être prévues pour y résister.

Récemment, des turbines à gaz ont été employées pour la propulsion de navires de croisières où elles sont souvent combinées à des moteurs Diesel. En fait, ces moteurs et turbines sont destinés à produire de l’électricité pour alimenté des pods. Les moteurs Diesel permettent une économie de carburant en vitesse de croisière, pendant que les turbines à gaz sont utilisées pour avoir de la puissance supplémentaire pour manœuvrer ou accélérer. Un avantage certain de ces turbines à gaz est leur faible émission de polluants.

Une des turbines à gaz les plus utilisées pour ces applications est celle produite par General Electric. Le modèle est le LM2500+. Il s’agit d’un dérivé du modèle aviation commerciale CF6 qui possède une longue expérience de fiabilité puisque près de 1150 turbines ont été livrés à ce jour totalisant plus de 28 millions d'heures de marche. Le modèle marin dérivé, LM2500 totalise près de 6,5 millions d'heure de marche pour 880 exemplaires livrés.

Figure VI-9 : Vue turbine à gaz LM2500 Centre de formation General Electric

http://www.ifrance.com/ngv3/lm2500+f.htm

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Les avantages et les inconvénients de cette turbine à gaz sont :

Avantages : Inconvénients :

• Poids inférieur (15 t. pour le module LM 2500)

• Montée en puissance très rapide

• Facilité d'entretien (échanges standard d’éléments)

• Faible émission

• Consommation spécifique plus élevée que les moteurs Diesel (235 g/kWh à 25 °C)

• Sensible à la température ambiante (LM 2500 : 23000 kW à 25 °C et 21000 kW à 35 °C)

• Volumes importants des conduites d'arrivée d'air et d'échappement des gaz

Elle développe une puissance maximale de 30 200 KW soit 40 500 CV. Les valeurs d’émissions fournies par le constructeurs sont données pour un carburant de type MGO avec 0.1% de soufre :

• NOx : 4.5 g/kWh

• PM : 0.17 g/kWh

• SOx : 0.55g/kWh.

Cette turbine est utilisée sur le Queen Mary 2 dont la partie puissance est composée de 4 moteurs Diesel common rail avec un système à injection directe d’eau, et de 2 turbines à gaz de type LM 2500+. L’ensemble fourni 118 MW soit 157 000 CV.

http://www.nzmaritime.co.nz/qm2/specs.htm

Les principaux fournisseurs sont : • General Electric (U.S.A.) • Allied Signal (USA) • Caterpillar Solar Turbines (USA) • Allison Engine Company (USA) • ABB Stal (Suède) • Rolls -Royce ( Grande-Bretagne ) • Mitsubishi (Japon) • Turboméca (France)

b) Hydrogène et Pile à combustible

Ces piles commencent à apparaître dans le domaine maritime soit pour une production d’énergie auxiliaire pour de petits bateaux soit pour des applications militaires.

Parmi les différents types de piles, c'est surtout la PEMFC qui a jusqu'ici été retenue pour ce type d'applications. Mais différents projets utilisant une MCFC sont aussi à l'étude aux Etats Unis et en Europe. Les systèmes utilisés peuvent être constitués d'une pile seule ou d'un système hybride pile/batterie.

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L’école d’ingénieurs du canton de Vaud en Suisse a déjà réalisé plusieurs prototypes d’embarcation : un bateau monoplace muni d’une pile PEMFC de 100W nommé l’hydroxy 100, puis l’hydroxy 300 (pile de 300W) et en cours de réalisation l’hydroxy 3000.

Un projet pilote européen nommé « FC Ship » a débuté en juillet 2002 pour une durée de deux ans. Ce projet est sous la tutelle de l’association norvégienne Shipoweners, 21 partenaires dont 6 pays européens y participent. L’objectif était d’évaluer l’insertion de pile à combustible dans les navires de la marine marchande.

La Nasa ainsi que l’Allemagne s’intéressent beaucoup à cette technologie pour l’utiliser dans des navires militaires. En effet, les piles à combustible ont l’avantage d’être silencieuses et de dégagées très peu de chaleur ce qui permet de rendre ces navires plus furtifs.

Siemens s'intéresse particulièrement aux applications des piles dans les sous marins. En 2002, Siemens a lancé en partenariat avec HDW un sous marin - dit de classe 212 - avec une pile de 250 kW destiné à la marine allemande. Son nom est U31 et il a été baptisé en Mars 2002 et lancé en 2004. Il comprend 9 PEM d'une puissance de 30 à 50 kW et fonctionne à l'hydrogène et l'oxygène. 4 autres sous marins de ce type ont déjà été commandés, par la marine allemande, ainsi que 2 pour la marine italienne. D'autres prototypes plus élaborés - du nom de U214 - sont aussi en construction. 3 sont destinés à la marine grecque et 3 à la marine sud coréenne.

Figure VI-10 : application militaire

Très peu de données sont disponibles car il s’agit toujours de données confidentielles contenu des récentes études.

http://www.annso.freesurf.fr/Maritime.html

c) Le solaire

Une des solutions les plus écologiques est celle du bateau solaire. Cette solution a l’inconvénient d’être difficilement économiquement viable pour le moment mais elle est 100 % propre. Quelques applications existent et même des applications commerciales.

Par exemple, le « Mobicat » est le plus grand bateau solaire naviguant sur le lac de Bienne depuis la saison d’été 2001.

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Figure VI-11 : bateau solaire "Mobicat"

Long de 33 m et large de 11 m, il peut transporter jusqu’à 150 personnes à une vitesse de 14 km/h. Deux batteries au plomb de 5 tonnes chacune stockent l’énergie produite par les 200 m² de cellules photovoltaïques et alimentent deux moteurs Siemens de 81 kW chacun. Il n’est utilisé que pendant les étés très ensoleillés.

d) L’utilisation du vent

L’agence pour la protection de l’environnement danoise finance depuis 1995 une étude portant sur les cargos à voile. Deux phases ont déjà été réalisées. La première consistait à réaliser une étude bibliographique et de faisabilité. Ces travaux se sont révélés assez prometteurs pour débuter la phase II. Cette deuxième étape a réfléchi sur le gréement qu’il serait possible d’utiliser. Une voile en fibre de verre et en forme d’aile d’avion a été retenue.

http://www.mst.dk/default.asp?Sub=http://www.mst.dk/udgiv/Publications/2000/87-7944-019-3/html/helepubl_eng.htm

La société allemande Skysails, de Hambourg, évalue la capacité de cerfs-volants géants pour aider à la propulsion de cargos, et compte réaliser un prototype.

http://skysails.info/index.php?id=111

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B. Transport ferroviaire Si le faible impact global du chemin de fer sur l’environnement est reconnu, des problèmes locaux persistent, comme dans certaines gares du fait des rejets des moteurs Diesel.

La technologie Diesel a beaucoup progressée pendant ces 20 dernières années. Les moteurs actuels intègrent ou sont en train d’intégrer (pour les plus gros) de nouveaux systèmes qui permettent d’améliorer la combustion et donc de diminuer la consommation de carburant et de diminuer les émissions de gaz à effet de serre. Les améliorations ont portées essentiellement sur les caractéristiques de l’injection et de la compression. La géométrie des injecteurs a été améliorée, l’utilisation des hautes pressions, des pompes à injection et du common rail ont permis d’augmenter considérablement le rendement des moteurs Diesel actuels. Mais les technologies appliquées aux moteurs ferroviaires sont en retard par rapport à celles utilisées dans l’automobile. Cela s’explique par le très grand nombre de moteurs automobiles fabriqués chaque année face au petit marché que représente celui des moteurs ferroviaires. Par conséquent, le manque de rentabilité ajouté à la quasi absence de normes pendant de nombreuses années a ralenti le besoin d’appliquer des nouvelles technologies aux moteurs Diesel ferroviaires. De plus, la longues utilisations de ces moteurs (moyenne de 40 ans) fait que l’intégration de ces nouvelles technologies dans le domaine ferroviaire au niveau des moteurs est assez lente. Par conséquent, le nombre de vieux moteurs Diesel en exploitation est assez important. Beaucoup d’entreprises de chemins de fer préfèrent donc moderniser ces anciennes installations.

Pour pouvoir respecter l’UIC I et le tier 0, la principale modification apportée pour réduire les émissions fut d’équiper les moteurs d’une commande électronique pour contrôler l’injection. Des kits contenant une pompe d’injection, des injecteurs, un compresseur, un échangeur,…ont donc été commercialisés par plusieurs fabricants tels que GE ou GMC. Ces kits permettaient une modification rapide des vieux moteurs pour qu’ils puissent répondre aux normes tier 0 et UIC I.

Pour répondre aux normes actuelles et futures, ces modifications (inspirées pour beaucoup des poids lourds) continuent de diminuer les émissions des polluants. Elles portent surtout sur l’injection (diamètre plus petit, différents angles de sprays, matériaux utilisés,…) et la compression. Les moteurs peuvent être entièrement remplacés par des nouveaux en gardant le châssis de la machine. Par exemple, le moteur de la série 4000 de MTU utilise la technologie du common rail ce qui lui permet de satisfaire aux réglementations de UIC 2 sans autres dispositifs particuliers de réduction d’émission.

Figure VI-12 : système d'injection

Cette partie va présenter les méthodes qui semblent actuellement les plus prometteuses pour réduire les émissions de polluants provenant des moteurs Diesel ferroviaires. Nous verrons ensuite quelles sont les méthodes envisageables, à long terme, pour remplacer ces moteurs.

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a) Gaz naturel

Le gaz naturel offre une alternative au diesel plus propre et moins polluante. La plupart du temps, les moteurs fonctionnant au gaz naturel dérivent des moteurs Diesel avec certaines modifications.

En 1993, les Etats Unis ont débuté le projet « Gas Rail Usa project » qui fut réalisé par Southwest research Institutes. Ce projet a eu pour objectif de mettre au point un moteur fonctionnant au GN et des systèmes annexes de stockage et de manipulation du carburant. Le moteur ainsi développé permettait de réduire les émissions de NOx de 50%.

Une étude française a également eu lieu de 1999 à 2002. Le but était de mener une étude de faisabilité technique d’un autorail au GN, ainsi qu’une étude des besoins du marché. Un moteur de marque Man spécialement adapté a fait l’objet d’une recherche poussée sur la motorisation. Côté stockage, Gaz De France a proposé une technologie émergente : le GNA (Gaz Naturel Adsorbé) qui permet un stockage embarqué à des pressions de 20 à 30 bars dans des bonbonnes remplies de poudre de charbon actif. Mais ce projet fut arrêté en 2002 et aucun système commercialisé n’a suivi.

[Source : Rail & Recherche, Juillet Août Septembre 2002]

En Allemagne, DG AG a utilisé sur une locomotive un moteur dont les caractéristiques sont données dans le tableau suivant, fonctionnant au GN.

Fabricant Caterpillar

Type G 3508 TA – 54

8 cylindres

déplacement 34.5 dm 3

Alésage 170 mm

Course 190 mm

Puissance maximale 472 kW

Il existe trois technologies associées au stockage du gaz naturel : • LNG : liquified natural gas • CNG :Compressed natural gas • ANG : Adsorbed natural gas

DB AG a décidé d’utiliser du LNG.

Une réduction de 25 % des émissions en carbone a été enregistrée.

L’utilisation du gaz naturel se montre intéressante pour le fonctionnement d’une turbine à gaz. Le système obtenu est alors très peu polluant. Un exemple sera donné dans la partie sur les turbines à gaz.

Néanmoins, le problème du gaz naturel limitant sa grande utilisation dans le domaine ferroviaire est le manque d’autonomie pour des applications hors triage. Tant que ce problème ne sera pas résolu, ce carburant ne pourra se développer dans des grandes proportions.

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b) Emulsion

Etude Américaine

L’entreprise Pacific Harbor Line (PHL) s’occupe du transport ferroviaire entre le port de Long Beach et Los Angeles. Cette entreprise a réalisé une série d’études qui s’est terminée en 2002 et qui portait sur l’utilisation d’une émulsion Diesel/eau. Le produit testé était du Proformex™ développé par Lubrizol et Chevron. L’utilisation de ce carburant a permis une réduction des émissions en NOx de 14% et en particules de 63%. PHL a considéré ce test concluant et a décidé d’étendre l’utilisation de ce carburant à l’ensemble de ses véhicules.

http://www.anacostia.com/phl/ln030602.htm

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2. Systèmes retrofit

a) Filtre à particule

Le filtre à particule semble être le système de dépollution qui intéresse le plus les entreprises de chemins de fer à l’heure actuelle. Les coûts d’installations sont assez réduits et il est surtout très facile de le mettre en place sur des machines d’anciennes générations.

Néanmoins, plusieurs problèmes se posent à l’utilisation des filtres à particules pour une application ferroviaire. Tout d’abord, dans ce type d’application, la place est extrêmement limitée (la taille du silencieux). Or du fait du degré de suralimentation élevé, les puissants moteurs ferroviaires (> 560 kW) requièrent une contre pression des gaz d’échappement plus faible que les autres moteurs Diesel. Le plus faible niveau de contre pression doit donc être compensé par de gros volumes de FAP. Mais comme la place est limitée, cela provoque des problèmes d’agencement des systèmes. Ensuite, les températures d’échappement sont relativement faibles ce qui empêche une régénération classique de se produire. En effet, les gaz d’échappement ont une température comprise entre 100 et 150 °C au ralenti, ce qui représente environ 60% du temps de marche. Or la régénération « naturelle » nécessite des températures de l’ordre de 550-600°C. Enfin, un engorgement des filtres apparaît sur les moteurs de grande puissance (> 560 kW). Sur ces moteurs, la consommation d’huile est sensiblement plus importante que sur des moteurs rapides de petites tailles. Cette surconsommation d’huile augmente des émissions de particules ce qui obture les filtres à particules classiques.

Différentes techniques ont été développées pour faire face à ces difficultés comme nous l’avons vu dans la partie précédente.

Un exemple de solution au problème des faibles températures à la sortie est l’utilisation d’un filtre à particule avec régénération par brûleur (« full flow »). Deutz commercialise de tels systèmes pour des applications Diesel : bus, engins industriels, trains depuis 1994. Ce filtre se régénère entièrement automatiquement, il remplace le pot d’échappement et peut être installé aussi bien comme équipement d’origine ou lors d’une modification d’un véhicule ancien. Un brûleur est intégré dans le flux des gaz d’échappement et la régénération s’effectue dans n’importe quel état de fonctionnement du moteur, sans perte de puissance.

Figure VI-13 : schéma du filtre DPFS de Deutz

Les gaz d’échappement passent classiquement dans un filtre en céramique monolithe. Quand certains paramètres tels que les pressions en amont et en aval ou le temps de filtration écoulé atteignent des valeurs critiques, la régénération est automatiquement activée. Le système électronique de contrôle permet donc de déclencher la procédure de régénération sans aucune intervention d’un opérateur. Le système active les brûleurs et fait en sorte de maintenir une température optimale pour détruire les particules. Cette température ne doit

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pas être trop élevée pour ne pas endommager le filtre monolithe. Le système régule la température pour obtenir des contraintes thermiques acceptables par le système. L'emploi de ce type de système nécessite l’utilisation de carburant à faible teneur en soufre.

On voit, ici, que le système est contrôlé par la prise de 4 températures par thermocouples : TA : entrée des gaz d’échappement, TB température du brûleur, TvF : température à l’entrée du filtre et ThF : température des gaz propre à la sortie. Ces quatre mesures permettent de réguler entièrement le système.

Peugeot a commercialisé un système qui utilise des additifs dans le carburant mais qui, en plus, utilise un retard à l’injection pour créer une post combustion dans le cylindre pour augmenter la température des gaz d’échappement. Ce système est seulement commercialisé sur les 206, il n’y a pas pour le moment d’application non routière.

Figure VI-14 : Système Peugeot

Plusieurs études où mêmes installations pour un usage commercial ont déjà vu le jour.

En Suisse, les compagnies ferroviaires (CFF) ont équipé 15 autotracteurs Diesel de filtre à particule Full Flow. Des défaillances dans le système d’asservissement avaient été détectées. Depuis ces problèmes ont été résolus.

Au Japon, JR Central et Sumitomo Electric ont étudié des filtres à particules équipés d’une résistance électrique chauffante sur des motrices Diesel de série Kiha 85.

Figure VI-15 : schéma du filtre et de la résistance

[Rolling Stock & Machinery, janvier 2000]

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Le système prototype comprenait 6 filtres :

Figure VI-16 : schéma du système prototype

[Rolling Stock & Machinery, janvier 2000]

La régénération se fait par une résistance électrique. Lorsque la quantité maximale de suie a été captée, la résistance se met en chauffe pendant 15 min, puis la chaleur résiduelle est utilisée durant le reste de la période d’incinération dont la durée totale est de 30 min. L’étude a conclut que le système permettait une réduction de plus de 70 % de la quantité de suie émise.

Pour de plus amples informations, cf. annexe 6 du rapport de Jitex.

En France, la SNCF est en train de mettre en place une étude qui porterait sur la mise en place de FAP sur des automoteurs et locomotives mis en service dans les années 60-70. Des fabricants tels que Eminox et Comela leur ont soumis quelques propositions. Cette étude devrait débuter dans le courant de l’année.

Comela a développé un système de dépollution des gaz d’échappement qui utilise deux mécanismes :

• Un catalyseur d’oxydation à base de métaux précieux qui permet de traiter les HC et les CO jusqu’à 90% ;

• Un média filtrant en céramique du type carbure de silicium sous forme de cartouche qui piège plus de 90 % des particules avant de les brûler.

Comela n’a pour le moment commercialisé son produit que pour des applications routières. Mais son système semble pouvoir s’appliquer efficacement à des applications non routières comme le ferroviaire.

Eminox équipe 18 autorails en Suède, leur coût d’exploitation a été calculé à 10 €/1000 km.

http://www.railwayforum.com/getfile.php?id=156

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b) EGR

Cette technique de réduction semble, pour l’instant, assez peu présente sur le marché des dispositifs de dépollution pour des applications ferroviaires. En effet, beaucoup de motoristes ne souhaitent pas utiliser cette technique car elle a un gros inconvénient : il faut refroidir davantage le moteur (l'eau et l'air de suralimentation) et la place que cela prend, surtout si le refroidissement est en sous caisse, cause problème surtout en retrofit.

Néanmoins, elle est déjà utilisée dans des applications ferroviaires. Par exemple, MAN a mis en place l'EGR sur sa gamme de moteur 6 cylindres, EGR qui sera maintenu pour réaliser le stage IIIA de la nouvelle directive.

L’EGR est une méthode efficace et peu coûteuse pour diminuer la formation de NOx, mais elle entraîne aussi une augmentation de la consommation (~2%) et des émissions de PM et de CO. Il est donc intéressant de la combiner avec un filtre à particule comme le système EGRT de Johnson Matthey présenté dans la partie transport maritime, commercialisé aussi pour le ferroviaire. Les résultats annoncés pour une application maritime sont une réduction de 40% des NOx et de 90% des CO, HC et PM. Le coût moyen d’installation de ce double système est d’environ 51€/kW (coût calculé à partir d’une application routière).

c) SCR

La technologie de la réduction sélective par catalyse est une méthode assez coûteuse et complexe à mettre en place. De plus, cette méthode commence tout juste à se développer dans le secteur routier, pour le moment, cette solution est donc très peu employée dans le domaine ferroviaire. Cette technique nécessite beaucoup de place (réservoir d'urée de minimum 50 l par moteur devant être chauffé, pompe électrique d'injection, doseur, ...) dans le véhicule et surtout chez les utilisateurs (tous les dépôts et les stations de remplissage doivent être équipés du remplissage d'urée).

Mais, cette solution devrait être retenue pour répondre à la mise en application du stage III B, à partir de 2012.

Néanmoins, dans des domaines très spécifiques comme l’entretien des tunnels, cette technique se révèle très intéressante. Steuler a déjà commercialisé ce système pour équiper des engins de maintenance du réseau ferré du métro parisien. Ces engins travaillent la nuit quand l’électricité sur les lignes est coupée. Des moteurs Diesel alimentent donc ces trains. Mais pour la sécurité des employés, les émissions doivent être les plus faibles possibles. Le système réduit les émissions en NOx et en CO.

Figure VI-17 : Système Steuler

http://www.steuler.de/html/en-abgasreinigungsanlage_auf_s.htm

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d) Dispositif de démarrage et d’arrêt automatiques

Cette solution a été préconisée dans un rapport Canadien présentant un programme de surveillance des émissions des locomotives en 2002 qui est accessible en ligne à l’adresse suivante : http://www.railcan.ca/documents/publications/2004_03_03_emission_2002_fr.pdf

Plusieurs dispositifs existent dont le ZTR’s Smart Start commercialisé par l’entreprise ZTR control systems.

Figure VI-18 : ZTR's Smart Start system

Comme montré dans la partie V.B.5, ce système permet une diminution de la consommation entraînant une réduction des émissions de polluants.

Son coût moyen d’installation a été estimé à environ 7 500 $ soit 5 850 €.

Ecotranstechnologies commercialise le K9 qui est un système auxiliaire de puissance combiné à un dispositif d’arrêt et de redémarrage automatique. Le coût d’installation est compris entre 2 000 et 10 000 $ (1560 – 7800 €) selon la puissance auxiliaire nécessaire voulue.

Une étude, réalisée à Chicago en Mars 2004, avait pour objectif de contrôler les effets de la combinaison d’un système d’arrêt et de démarrage automatique avec un système auxiliaire de puissance. Les travaux ont porté sur 7 locomotives :

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Les résultats obtenus pour une locomotive de type BNSF sont une réduction de 2.1 t/an de NOx et de 0.06 t/an de PM. D’autres avantages sont apparus à l’utilisation de ces techniques :

• une réduction de la consommation de carburant et d’huile ;

• une réduction des émissions sonores ;

• une réduction de la maintenance.

http://www.epa.gov/smartway/documents/420r04003.pdf

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3. Autres systèmes

a) Hybride

Etude Allemagne : FLYTRAIN

Le centre de recherche et de développement de DB AG a mené une étude théorique sur un train régional hybride utilisant le diesel et l’électrique et dont le stockage d’énergie se faisait par un volant d’inertie. Ce projet était réalisé en collaboration avec Alstom. Malheureusement, le projet a connu des difficultés en 2002. Ils ont donc poursuivi le projet mais sans ce système de stockage et en fabricant un hybride diesel/électrique capable de recevoir un volant d’inertie par la suite.

http://www.railway-energy.org/static/Flytrain_7.php

Depuis, ce projet a été utilisé pour la réalisation du DMU LIREX (Light Innovative regional Express). Il s’agit d’un nouveau concept de train développer pour répondre aux nouveaux standards des trains régionaux rapides. Il peut fonctionner soit en traction thermique soit en traction électrique dans les zones électrifiées. L’utilisation d’un nouveau transformateur nommé « eTransformer » développé par Alstom a permis de réduire de moitié le poids de ce système. L’ensemble de la production de l’énergie a donc pu être placé sur le toit au lieu de sous le plancher.

Figure VI-19 : LIREX-Experimental Figure VI-20 : eTransformer d'Alstom

Il est possible de rajouter un stockage d’énergie par volant d’inertie pour pouvoir fonctionner en traction électrique autonome dans les gares par exemple. Une future étape annoncée sera l’utilisation d’une pile à combustible comme source d’énergie principale.

Une version a été commercialisée en Suède sous le nom de CORADIA LIREX :

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Etude Canadienne: Green Goat

Alimentée par des batteries chargées par un petit groupe électrogène fonctionnant au diesel, la locomotive Green Goat est beaucoup plus silencieuse que les locomotives diesel classique. Elle satisfait aux normes niveau 2 de l'U.S. Environmental Protection Agency qui sont entrées en vigueur en 2005 et qui concernent en particulier les émissions de gaz d'échappement. RailPower Technologies affirme que les locomotives Green Goat permettent de réduire les émissions d'oxyde d'azote (NOx) à l'origine du smog et les particules de diesel de 90 % par rapport aux locomotives de triage classiques.

Au niveau technologie :

Ce système est équivalent au niveau puissance à un moteur Diesel de 1500 – 2000 CV.

L’imposant moteur Diesel classique des locomotives a été remplacé par une série de batteries alimentées par un petit moteur thermique. Ces batteries vont à leur tour fournir l’énergie nécessaire au fonctionnement des moteurs électriques qui assurent la traction. Le schéma fourni par le fabricant, Rail power, résume le fonctionnement :

Figure VI-21 : Green Goat

Les batteries occupent une grande partie de la place et leurs poids important permettent d’assurer une bonne adhérence et donc une bonne traction.

http://www.railpower.com

Figure VI-22 : comparaison

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Le moteur thermique ne fonctionne que pour recharger les batteries et lorsqu’il fonctionne, il reste à son régime optimal de performance. La puissance du moteur est comprise entre 90 et 220 kW. Les batteries ont une durée de vie de 10 ans.

Ce système permet une réduction de 40 à 60% de la consommation de carburant par rapport à un modèle équivalent Diesel. Les NOx sont réduit jusqu’à 90% et les PM jusqu’à 77%. Une importante réduction du bruit ainsi que des vibrations a aussi été mesurée. La consommation est également réduite de plus de 40 %.

Le coût de transformation de ce type de locomotive (GP9) a été estimé à environ 700 000 $.

Marché Canadien :

Le 14 mars 2005 à Calgary, le Chemin de fer Canadien Pacifique a annoncé l'achat de 35 locomotives hybrides de la série Green Goat sur une période de quatre ans, auprès de RailPower Technologies Corp. de Vancouver.

Sept des locomotives de triage seront remplacées en 2005 par des locomotives hybrides silencieuses peu polluantes utilisant la technologie hybride. Elles feront à long terme l'objet d'essais plus rigoureux dans les services de l'exploitation à Calgary. Les 28 autres locomotives Green Goat viendront remplacer les anciennes locomotives restantes au cours des trois prochaines années si les premières locomotives hybrides remplissent les garanties de fonctionnement notamment dans des conditions hivernales extrêmes.

Un essai de démonstration de trois mois réalisé avec la Green Goat par le CFCP à Vancouver, Calgary et Moose Jaw en 2004 a montré les avantages des locomotives hybrides au niveau de l'économie de carburant, de la réduction des émissions et de l'exploitation.

"La technologie Green Goat permet de renouveler de façon rentable le parc de locomotives de triage du CFCP, affirme Neil Foot. Nos études indiquent que nous réaliserons des économies d'exploitation de près de 4 M $ par an si nous achetons les 35 locomotives hybrides Green Goat. De plus, le coût en capital est extrêmement plus bas que si nous faisions l'acquisition de nouvelles locomotives et il est plus faible que si nous achetions des locomotives classiques d'occasion."

Les locomotives "Green Goat" seront assemblées par ALSTOM dans les triages de Calgary qui ont été loués auprès du CFCP. http://cf.biz.yahoo.com/cnw-cf/050314/cfcp_ach_gete_hybrides_1.html

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Etude au Japon

East Japan Railway Company a développé un autorail hybride Diesel/électrique : le « New Energy Train » (NE Train). Les premiers essais ont débuté en mai 2003 sur la ligne de Nikko. Le projet prévoit de se poursuivre en remplaçant le moteur thermique par une pile à combustible.

Figure VI-23 : train hybride Diesel électrique Japonais

Le démarrage est assuré par l’énergie électrique, le moteur Diesel est utilisé lors des phases d’accélérations pour produire l’énergie suffisante. Le moteur thermique assure aussi la charge des batteries qui sont placées sur le toit. Il s’agit de 5 batteries lithium-ion. L’énergie récupérée lors du freinage est également récupérée pour alimenter les batteries. Pour un parcours à moins de 5 Km/h, donc dans les gares, la traction est entièrement électrique.

Le schéma suivant explique le fonctionnement de ce système :

Figure VI-24 : Principe du NE train

Une réduction de la consommation de carburant de 20% a été obtenue en utilisant l’énergie récupérée par le freinage et l’optimisation du moteur a permis de réduire de 50% les émissions en NOx et en particules. De plus, le bruit a nettement diminué et notamment dans les gares puisque le système y fonctionne en mode électrique, le moteur thermique étant coupé.

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Etude en France L’entreprise Française, SOCOFER, conçoit et construit des engins ferroviaires dédiés à la maintenance des infrastructures et à la traction ferroviaire depuis plus de 30 ans. Elle commercialise notamment deux engins ferroviaires hybrides : un automoteur d’inspection de tunnel et un engin rail-route.

Pour des raisons de confinement, l’inspection et la maintenance régulière des tunnels doivent se réaliser avec des engins spécifiques. C’est pourquoi, Socofer a développé un engin automoteur Bi-mode permettant un déplacement rapide jusqu'à la zone de travail en traction thermique et un travail non polluant sur batterie. Il est muni de 2 moteurs Diesel d’une puissance totale de 530 kW. Les batteries ont une autonomie de 7 heures. L’ensemble du système pèse 70 tonnes.

Figure VI-25 : train hybride Socofer pour l'inspection des tunnels

b) Locomotive à turbine à gaz

Les turbines à gaz ont été développées dans le domaine ferroviaire dans le milieu du 20ème siècle, et plus particulièrement en dehors de l’Europe. Néanmoins, plusieurs projets ont pris naissance en France au cours des années 60.

En effet, la SNCF a mis au point un train nommé « le lézard vert ». Il faisait l'aller, retour Nantes-Lyon, dans les années 1960. Son nom curieux était dû au fait qu'il filait très vite dans un chuintement particulier. C'était un train expérimental commercial dont les moteurs étaient des turbines.

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Mais le premier choc pétrolier lui a été fatal, les turbines n'étant pas reconnues pour leur sobriété.

De nombreux autres programmes ont ainsi été abandonnés pour des raisons de consommation de carburant trop élevée.

De nos jours, avec des normes de pollution de plus en plus strictes, et avec l’apparition sur le marché de micro turbines beaucoup moins gourmandes en carburant, quelques projets utilisant des turbines à gaz recommencent à apparaître ; Néanmoins, ces turbines restent peu économes en carburant face aux derniers moteurs Diesel. Mais elles ont l’avantage d’être facilement modifiable pour pouvoir utiliser du carburant alternatif tel que le gaz naturel contrairement au Diesel où d’importantes modifications sont nécessaires. L’utilisation de gaz naturel dans ces systèmes permet en plus de réduire les coûts de maintenance et les émissions de polluants. Les systèmes avec une turbine à gaz sont souvent utilisé pour remplacer un moteur Diesel d’une application hybride Diesel/électrique. En effet, les turbines à gaz sont plus performantes pour des applications à un régime stationnaires. C’est pourquoi, il peut être intéressant d’utiliser une turbine à gaz pour alimenter des batteries qui fourniront l’énergie nécessaire au fonctionnement de moteurs électriques.

Railpower veut commercialisé une technique appelée CINGL pour compressed integrated natural gas locomotive. Cette locomotive utilisera une turbine à gaz fonctionnant avec du gaz naturel compressé. Une étude réalisée avec Rolls -Royce et AlliedSignal a montré une réduction de NOx de 99 % ainsi qu’une élimination des particules du même ordre de grandeur. Ce système peut remplacer des systèmes équivalents d’une puissance allant jusqu’à 10 000 hp.

http://www.railpower.com

Avantages :

• Faible émission de polluants

• Poids, encombrement ;

• Faible maintenance

Inconvénients :

• Rendement relativement bas

• Bruit même si cet inconvénient a bien diminué.

• Coût d’installation

Principaux Fabricants :

§ Capstone

§ Turboméca

§ Rolls -Royce

http://www.nrbp.org/pdfs/pub24.pdf

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c) Pile à combustible

La pile à combustible peut avoir des applications dans plusieurs domaines du ferroviaire : la traction et l’alimentation des fonctions auxiliaires et /ou de confort. Mais des applications dans le secteur ferroviaire restent assez marginales à l’heure actuelle. D’une part, cela provient des puissances des piles disponibles qui sont trop faibles, ~ 250 kW alors qu’il faudrait des puissance de l’ordre de 500 à 1 000 kW et l’encombrement y est très limité. Pour vaincre ses contraintes techniques, de nombreuses années de recherche et développement très coûteuses seront donc nécessaires. D’autre part, le coût de ce système joue en sa défaveur puisque le kW peut atteindre 7 000 €. Pour pouvoir voir une application commerciale dans les 10 à 15 ans, les prix d’installation doivent donc chuter et le rendement global augmenter.

En effet, une étude réalisée par DB AG en 1999 à comparer le rendement global d’un système diesel/électrique, d’un système pile à combustible alimentée avec du H2 produit par électrolyse et stocké sous forme liquide et enfin une pile à combustible alimentée en H2 obtenu à partir de gaz naturel et stocker sous forme gazeuse. Les résultats sont les suivants :

Figure VI-26 : comparaison rendement pour train [railway-energy.org]

Un système diesel/électrique a donc un rendement global de 31.7% alors que ceux de la pile à combustible varie de 6.1 % à 31.1 %. Il est vrai que le deuxième cas est proche du diesel/électrique, mais l’intérêt d’une PàC est aussi de ne pas avoir à dépendre d’un combustible fossile or ici, le H2 provient du gaz naturel. Cette production de H2 par le gaz naturel engendrera des émissions polluantes.

Un projet mené par Vehicle Projects LLC de Denver aux USA qui a débuté en mai 2003 et durera 5 ans, veut développer une locomotive de 1 MW pour des applications militaires et commerciales. Ce projet est administré notamment par l’US Army. Les objectifs détaillés de ces travaux sont :

• Développer une PàC pour l’installer sur une locomotive Diesel/électrique modifiée ; • Réaliser un test en condition réel ; • Permettre une commercialisation de ce système.

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La première phase consistait à réaliser d’une étude de faisabilité et d’un plan d’étude. L’étape suivante qui est déjà en cours, est la fabrication d’un prototype de pile à combustible capable d’atteindre une puissance de 1MW, ensuite il faudra réaliser les modifications adéquates pour l’intégrer à la locomotive existante et enfin des tests devront être réalisés. L’objectif est donc de développer une locomotive 0 émissions et avec une réduction du bruit très significative.

http://www.fuelcellpropulsion.org/army_locomotive.htm

En France, un projet a débuté pour développer cette technologie, il s’agit du projet SPACT 80 : Système à base de Pile A Combustible pour le Transport de 80 kW. Son objectif est de développer et d’expérimenter un générateur modulaire hybride (pile à combustible et batteries) d’une puissance de 80 kW pour des applications embarquées ferroviaires et routières de transport collectif et de transport de fret.

Il regroupe : • les laboratoires : INRETS, UTBM, CEA et CNRS, • le CNRT Belfort pour les essais, • HELION pour le système pile et la coordination du projet, • SNCF et DGA pour les applications, • des partenaires industriels (Air Liquide).

Le coordinateur du projet est HELION. La durée du projet a été estimée à 36 mois et la date de démarrage est en cours d’instruction.

Les avantages de cette technologie sont :

• Pas d’émission • Poids moins important qu’un moteur diesel • Diminution du bruit

Les inconvénients sont :

• Coût d’installation • Coût de R&D très important avant une possible commercialisation • Problème de stockage et de production de dihydrogène • Mise en place d’une infrastructure de distribution du carburant.

Les principaux fabricants de cette technologie qui s’intéresse au domaine ferroviaire sont Ballard Power System et Siemens.

d) Solaire

PVTRAIN est un projet élaboré par la Rolling tock Technologies Unit de Trenitalia et cofinancé par la communauté européenne dans le cadre du programme environnemental LIFE. Pour cette étude, Trenitalia a choisi d’utiliser une tuile solaire fabriquée par la multinationale américaine Unisolar, qui réalise des modules photovoltaïques en silice amorphe. Cette tuile joue le rôle de cellule photovoltaïque et elle est réalisée suivant le système de « triple jonction » constitué du dépôt, sur un support en acier flexible très fin, de trois couches de silicium amorphe qui se comportent comme autant de cellules, la couche inférieure absorbant la lumière rouge, la couche médiane la lumière jaune et la couche

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supérieure la lumière bleue. Cette technologie en « triple jonction » s’avère plus efficace pour capter la lumière lors des journées nuageuses. Assemblées par douze et pré câblées, ces tuiles forment des modules longs de 2 195 mm et larges de 305 mm. Leurs souplesses permettent de les installer sur les toits incurvés des trains.

Figure VI-27 : tuile photovoltaïque

http://www.onon.it/rea/pagine/pdf/04maggio2003/ReA5_2003_14.pdf

Pendant deux ans, et pour la première fois en Europe, cinq voitures passagers, trois de marchandises, une locomotive électrique et une automobile diesel ont voyagé partout en Italie avec des toits tapissés de panneaux solaires, en assurant une bonne partie de l'énergie nécessaire à illuminer et ventiler les compartiments.

Entre juillet 2003 et septembre 2004, chaque voiture utilisée pour l'expérience a produit 600 kWh, qui, du point de vue de la pollution, équivalent à 450 kg de dioxyde de carbone non émis dans l'atmosphère. Un calcul a été réalisé qui montre que si, sur tous les trains italiens étaient montés des panneaux solaires, il y aurait chaque année dans l'air 8212 tonnes de dioxyde de carbone en moins.

La technologie permettant de réduire la consommation existe donc, mais la véritable limite provient du coût. Pour le moment, équiper une voiture avec ces panneaux coûte 45.000 €. A l’heure actuelle, ce coût demeure beaucoup trop élevé pour avoir un développement industriel. Selon Trenitalia, cette technique deviendra de masse et sera avantageuse du point de vue des coûts de gestion quand le coût total pour équiper un wagon passager ne dépassera pas les 15 000 € et celui d'un wagon de marchandises les 7.000 €.

Remarque : Au Canada, un programme de surveillance des émissions des locomotives a été publié en 2001 et 2002. Les émissions des gaz d’échappement des locomotives peuvent être réduites non seulement au moyen d’une technologie reliée aux moteurs ou à des traitements des gaz d’échappement, mais aussi par diverses améliorations de la manoeuvre et de l’infrastructure des trains. Ainsi, un programme de lubrification de la surface des rails a été mis en place. Cela permet de réduire la consommation de carburant et donc de diminuer les émissions de polluants. Par exemple, La compagnie minière, Québec Cartier, de Port Cartier au Québec, devait recevoir 147 500 $ pour l'achat et l'installation de quatre systèmes de lubrification de la surface de roulement des rails sur des locomotives existantes. Ces systèmes appliquent un lubrifiant dégradable sur la surface de roulement des deux rails derrière le dernier essieu de la locomotive pour réduire la friction entre les roues des wagons et les rails, réduisant ainsi l'énergie requise pour tirer tout le train. Ce projet avait pour objectif une réduction de 5% des émissions polluantes.

Système de modification de la friction sur la surface de roulement des rails http://www.tc.gc.ca/medias/communiques/nat/2004/04-h074f.htm#bk1

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C. Engins de travaux publics

Compte tenu des sévères mesures de réduction des émissions prises dans les autres secteurs (routiers, industriels), la part des émissions de NOx de ces engins va devenir de plus en plus importante. De plus, dès 2006, la plupart de ces engins (130 < P< 560 kW) va devoir faire face à la mise en application du stage III A qui durcira les limitations de NOx.

Très peu de travaux de mesures ou de réduction des polluants provenant de ces transports ont eu lieu en France. En effet, le développement de systèmes de contrôle des émissions pour ces engins semble difficile du fait du large éventail de types de machines avec des régimes de fonctionnement très différents et du fait d’un volume de production relativement faible, comme le schématise la figure suivante :

Figure VI-28: comparaison du marché routier et de celui des engins TP

http://www.dieselforum.org/whitepaper/downloads/offroad.pdf

Néanmoins, quelques travaux se mettent en place en France. Par exemple, l’entreprise MORILLON CORVOL va débuter une série de mesure pour estimer les émissions produites par ces véhicules de construction. Ces mesures s’inscrivent dans une démarche de développement durable et ont pour objectif de déterminer quel système de dépollution sera le mieux adapté aux différentes activités de ce secteur. Aux USA et au Canada, des mesures ont déjà été réalisées. Ainsi, cette étude se référera tout particulièrement aux 4 projets suivants :

• 1_ « Local Law 77 : DDC Ultra Low sulfur Diesel Manual, Oct. 2004 »

Il s’agit d’une étude des émissions produites sur le chantier du World Trade Center. La ville de New York a mise en place une loi pour réduire ces émissions. Ainsi, cette étude indique quelles technologies de dépollution sont envisageables pour répondre à cette loi.

• 2_ « Incidence de la mise à niveau des techniques antipollution du gros materiel de construction à moteur Diesel »

Il s’agit d’un programme d’essais de mesure des émissions qui a porté sur les émissions et les cycles de service de cinq engins lourds de construction au Canada.

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• 3_ « City of Houston Field Demonstration Project-Phase II, Nov. 2003 »

Il s’agit d’une étude canadienne des émissions d’engins de construction. Deux systèmes de dépollution (EGR+FAP et SCR) ont été étudiés.

• 4_ « Non-road emission study, Oct. 2003 »

USEPA a demandé une analyse des différents systèmes de dépollutions applicables aux transports non routiers : maritime, ferroviaire et engins de travaux publics. Pour ce dernier type de véhicules, la flotte de la ville de Seattle a été retenue pour l’étude.

Un autre secteur proche de celui des engins de construction est celui des engins miniers. Dans les mines, des hommes doivent travaillés dans des milieux confinés et à proximité de moteurs Diesel. Les émissions de ces derniers doivent donc être le plus faibles possibles. Plusieurs études ont été menées pour effectuer des mesures. Celles-ci se sont révélées très difficiles et comporte beaucoup d’incertitudes puisque beaucoup de paramètres propres à ces conditions sont difficiles à prendre en compte (ventilations, taille des galeries, nombre d’engins travaillant en même temps,…).

Une étude intéressante est celle intitulée « Review of technology available to the underground Mining Industry » par George H. Schnakenberg, Jr., Ph.D, and Aleksandar D. Bugarski, Ph.D et publié en 2002 (étude 5).

Les principales méthodes adoptées pour réduire les émissions des engins de travaux publics sont l'utilisation d'un combustible de meilleure qualité (moins soufré), le remplacement du matériel ancien (engin ou moteur) par un nouveau matériel moins polluant et enfin l’utilisation de systèmes de traitement ou de réduction des polluants contenus dans les gaz d’échappement.

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L’étude New Yorkaise a évalué le Biodiesel, le diesel oxygéné (mélange éthanol ou méthanol avec gasoil) et les émulsions eau/gasoil.

Figure VI-29 : production du biodiesel et de l'éthanol [IFP]

a) Biodiesel

Le mélange testé à New York est du B 20 soit un carburant constitué à 20% de biodiesel et à 80 % de gasoil ULSD. Les mesures ont montrées une réduction de 0 à 10 % des NOx et de 20% des PM. De plus, ce carburant est très intéressant pour la réduction des gaz à effet de serre quand on prend en compte sa fabrication et sa consommation par rapport au gasoil. Enfin, son coût a été estimé à environ 0.1 à 0.2% de plus que du gasoil.

b) Diesel Oxygéné

Les avantages de l’utilisation de ce carburant sont comme tout biocarburant, la diminution des gaz à effet. L’étude New Yorkaise a montré une réduction de 20% des PM. Par contre, ce carburant a tendance a augmenté la formation des NOx : 10%.

De plus, ce carburant est plus volatile que le gasoil, des précautions sont donc à prendre pour des véhicules fonctionnant à l’intérieur de bâtiment.

c) Emulsion

L’émulsion utilisée ici, est un mélange de gasoil ULSD, de 20% d’eau et des additifs pour former une émulsion pour éviter que l’eau ne vienne en contact avec des parties du moteur entraînant un risque de corrosion et/ou un manque de lubrification. Le but est de réduire la température lors de la combustion pour réduire la formation des NOx. Mais l’étude New Yorkaise met en évidence que l’évaporation de l’eau absorbe de l’énergie (ce qui permet de réduire la T°C) ce qui engendre une augmentation de la consommation de 10 à 30%. Ce carburant permet de diminuer de 9 à 20 % les émissions de NOx et de 17 à 23 % ceux de PM.

Dans les travaux « Review of technology available to the underground Mining Industry », une augmentation des CO et HC a été observée qui peut facilement être comblée avec l’utilisation d’un système DOC.

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De plus, ce carburant n’est pas recommandé dans des applications où le matériel et donc le carburant restent inactifs pendant de longues périodes car une stratification pourrait alors apparaître dans le réservoir.

Le surcoût par rapport à un gasoil ULSD est très faible (0.02 €/l) mais la surconsommation doit être prise en compte dans un calcul global.

d) Huiles végétales

Le bilan CO2 d’utilisation d’huile végétale du puit au réservoir est forcément favorable. De plus, l’Ademe a réalisé des mesures sur des tracteurs à injection indirecte en 1994 avec de l’huile de colza raffinée (après dégommage et neutralisation). Ces mesures ont montré une légère diminution des CO, des HC et une très légère diminution pour les NOx. Par contre les PM n’avaient pas été mesurées mais on peut s’attendre à une augmentation. De nouvelles mesures vont être lancées en 2005 sur des tracteurs pour confirmer ces résultats.

Pour plus d’informations, une synthèse sur les bilans énergétiques et effet de serre de l’utilisation de l’huile végétale est disponible sur le site Internet de l’ADEME dans la rubrique « AGRICE ».

Pour le moment, l’utilisation de ces huiles non estérifiées n’est pas autorisée en droit français, mais dans d’autres pays comme l’Allemagne, ces huiles sont utilisables. Des kits de modification de moteur Diesel sont disponibles pour modifier la carburation du moteur : soit bi carburant : gasoil + huile, soit mono carburant : 100% huile. En général, ces dispositifs sont composés d’une vanne by-pass pour gérer l’alternance entre les deux réservoirs (huile et gasoil). L’huile ayant une viscosité beaucoup plus grande que le gasoil (huile 77 cst à 20°C et gasoil : 4.2 cst à 20°C), le démarrage doit s’effectuer avec du gasoil pur. Un dispositif de chauffage de l’huile est aussi nécessaire pour diminuer sa viscosité ; Ainsi, une fois le moteur chaud, un levier électrique actionne la vanne de changement de réservoir de façon à utiliser seulement l’huile comme carburant.

On peut citer deux kits de modification des moteurs :

• Elsbett ;

• ATG.

Figure VI-30 : kit ATG

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ATG est une entreprise allemande qui commercialise ce type de produit en France par l’entreprise Méth’éco. Les systèmes commercialisés coûtent entre 470 et 930 €. Quelques essais ont étaient réalisés en France par cette entreprise notamment sur 2 tracteurs et sur une voiture de marque Volvo V40. Mais aucune mesure de polluant n’a été effectuée. Une diminution de la puissance de 1% a été calculée sur banc moteur et un gain de 2 à 3% du couple.

http://www.metheco.fr

e) Gaz

Le gaz, propane ou GPL est utilisé comme carburant pour des chariots élévateurs. Le propane est stocké dans des bonbonnes de gaz de 13 kg :

Ces appareils sont très peu polluants et assez puissants.

Par exemple, voici les valeurs des émissions d’un appareil de marque Fenwick de cylindrée 1984 cm3 de 35 kW de puissance obtenues par le protocole ISO 8178-4 C2 :

• NOx : 0.23 g/kWh • CO : 0.62 g/kWh • HC : 0.14 g/kWh

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2. Systèmes retrofit

a) Filtre à particule

Les mesures réalisées au Canada et aux USA ont montrés que la température moyenne d’échappement de ces engins est assez faible comme le montrent ces graphiques extraits de l’étude 2 :

Remarque : La courbe test correspond aux mesures embarquées et l’autre aux mesures par rapport à un cycle théorique sur banc.

Ces faibles températures entraînent des problèmes au niveau de la régénération du filtre à particule comme il avait déjà été signalé pour les locomotives.

En tenant compte de ce problème de régénération, l’entreprise Johnson Matthey a développé trois systèmes dédiés au marché des engins de construction :

Evolution de la température des gaz d’échappement d’une chargeuse.

Tmoy ˜ 300°C

Evolution de la température des gaz d’échappement d’une rétrocaveuse.

Tmoy ˜ 230°C

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1) DPF- CRT : FAP avec catalyseur Ce système combine un filtre à particule avec un catalyseur à oxydation Diesel. Le catalyseur est placé en amont du FAP. Le principe est que le catalyseur génère du dioxyde d’azote qui élimine les particules piégées dans le filtre. Ce type de système nécessite l’utilisation d’un carburant à très faible teneur en soufre.

2) DPFi Ce type de système a déjà été vu pour les locomotives, puisque, ici, une résistance électrique est utilisée pour augmenter la température dans le filtre afin de brûler les particules. Ce système fonctionne avec un carburant à plus haute teneur en soufre et pour des moteurs à faible vitesse et charge donnant des températures d’échappement basses.

3) DPFiS Ce dispositif fonctionne avec l’emploi d’un additif dans le carburant qui va oxyder les particules piégées dans le filtre. Il ne nécessite pas l’utilisation d’un carburant à très faible teneur en soufre mais par contre des températures d’échappement assez élevées.

Comme la plupart des filtres à particules destinés à ce secteur d’activité, ces systèmes sont emboîtés dans des enveloppes en acier inox pour les protéger des différentes contraintes (mécanique, climatique,…).

Figure VI-32 : enveloppes de protection

Deux types de filtres à particules ont été retenus lors de l’étude New Yorkaise (n°1) : un FAP avec catalyseur et un FAP dit actif qui se régénère par augmentation de la température (soit résistance électrique, soit brûleur). Les résultats des mesures sont fournis dans le tableau suivant :

1

2

3

Figure VI-31 : systèmes Johnson Mattey

102

réduction inconvénients coût

FAP avec catalyseur

-réduction des PM de 60 à 90 %

-réduction important des CO et des HC

-Contre pression qui risque d’endommager le moteur et le turbo compresseur

-utilisation de ULSD

15 à 25 €/hp

FAP actif

-réduction des PM de 60 à 90 %

-réduction important des CO et des HC

-Même risque de contre pression

-légère augmentation de la conso (brûleur)

-système relativement complexe

30 à 50 €/hp

Tableau VI-1 : résultats de l'étude 1

L’étude canadienne a conduit à des observations similaires avec un FAP actif installé sur une rétrocaveuse. Une réduction de 81% a été mesurée.

Ces études montrent l’efficacité d’un filtre à particule à réduire les PM, il est donc intéressant de coupler ce système à un système de réduction d’autres polluants. C’est sur cette idée que fonctionne le « Longview » développé par l’entreprise californienne Cleaire. Ce système intègre un filtre à particule qui se régénère par catalyse avec un catalyseur de NOx (NRC : NOx Reducing Catalyst) qui va provoquer une réaction entre les hydrocarbures venant du carburant injecté à l’échappement et les NOx plutôt qu’avec le O2 et qui forme du N2, du CO2 et de l’eau. Le Longview est destiné à la modification des anciens moteurs et prend la place du silencieux.

http://www.cleaire.com/site/products/Longview%20D-1%20Screen.pdf

Figure VI-33 : Système Cleaire (FAP + catalyseur Nox)

Cleaire annonce une réduction de 85% des PM et de 25% des NOx. Les HC et CO sont également très fortement réduits.

Même avec des systèmes utilisant un catalyseur, ou des résistances chauffantes…, les gaz d’échappement doivent atteindre une certaine température pour obtenir une bonne régénération. L’étude intitulée « Investigation into the feasibility of PM filters for Non road Mobile Machinery » menée par Euromot et l’association des fabricants de moteurs a réalisé une estimation des températures des gaz d’échappement de différents engins de chantier. Ces résultats s’appuient sur l’utilisation du cycle de mesure EPA non routier. A partir de ces données, ils ont déduits quels types de régénération étaient possibles.

103

Méthode de régénération Température moyenne

d’échappement

°C CRT catalyseur Additifs

dans carburant

Cycle tracteur agricole 381.3 Oui Oui Oui

Cycle Chargeuse pelleteuse 241.4 Non Non Non

Cycle tracteur à chaîne 313.7 Oui Non Non

Cycle excavateur 404.7 Oui Oui Oui

Cycle chargeur compact 343.1 Oui ? Non

Cycle chargeur compact haute vitesse 369 Oui Oui Non

Cycle chargeur compact fort couple 346.8 Oui Non Non

Chargeuse à roue 247.9 Non Non Non

Chargeuse à roue haute vitesse 272.1 Non Non Non

Chargeuse à roue fort couple 280.8 Non Non Non

On remarque l’importante répartition des températures selon les appareils ce qui confirme la difficulté du choix du système de réduction.

b) Catalyseur d’oxydation - Diesel Oxydation Catalyst (DOC)

Ce système nécessite peu de maintenance et sa durée de vie est comprise entre 7 et 15 ans. Pour le domaine des engins TP, les coûts d’installation sont faibles environ 5 €/hp et les coûts de maintenance s’élèvent à environ 5% des frais d’installation. Il faut entre 2 à 8 heures pour réaliser l’installation sur un engin de chantier.

Ce dispositif est rarement utilisé seul mais souvent couplé avec un autre système de réduction des émissions comme un filtre à particule ou un système SCR, ce qui permet d’avoir une large gamme de polluants réduits. Son utilisation avec un FAP permet en plus d’accroître l’efficacité et les performances du FAP car le DOC agit alors comme un pré filtre qui élimine l’excédent de suie des gaz d’échappement avant leur passage dans le FAP.

Etude Canadienne

Ce dispositif a été testé sur trois engins différents :

• CHARGEUSE FRONTALE VOLVO Un catalyseur d'oxydation à substrats parallèles de 19 cm de diamètre et de 13 cm de longueur a été installé à la place du silencieux traditionnel. Le catalyseur renfermait 46.5 cellules au centimètre carré et occupait un volume total de 7 litres. La formulation catalytique renfermait une zéolite, et le métal précieux du catalyseur était à base de platine.

104

• CAMION À BENNE BASCULANTE Un catalyseur d'oxydation de 3 cm de diamètre et à 46 cellules au centimètre carré, avec enduit catalytique à base de métal précieux de marque a été utilisé. Ce catalyseur remplaçait directement le silencieux ordinaire.

• BOUTEUR Le système contenait 31 cellules au centimètre carré, et était composé d’un revêtement catalytique à base de métal précieux.

Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau suivant :

Réduction Observations

CHARGEUSE FRONTALE VOLVO

52 % de CO en moins

83 % de HC en moins

25 % de PM en moins

Pas d’observation particulière.

CAMION À BENNE BASCULANTE

17 % de PM en moins Température moyenne de 205°C : trop faible pour avoir une réduction optimale.

BOUTEUR 24 % de PM en moins

légère réduction des CO

Pas de réduction des HC : cela peut venir du fait que le moteur fonctionne beaucoup au ralenti. Or, au ralenti, la température des gaz d'échappement était basse et, par conséquent, l'efficacité du catalyseur était faible, ce qui aurait entraîné des réductions artificiellement faibles ; au ralenti, les HC peuvent s'adsorber à la surface du catalyseur et être libérés de nouveau quand le moteur commence à travailler.

Ce système peut entraîner une légère augmentation des NOx.

technologie ACERT® de Caterpillar

Caterpillar utilise ce système dans la technologie ACERT qui équipe ses moteurs d’engin de construction.

La technologie ACERT se concentre sur quatre points : le système d’injection du carburant, la distribution d’air, le contrôle électronique et le système de post traitement DOC. Pendant que les systèmes d’injection d’air et de carburant sont contrôlés électroniquement pour diminuer la formation de NOx, un système de catalyseur d’oxydation traite les gaz d’échappement pour réduire le reste des polluants.

Cette technologie a déjà fait ses preuves sur le marché nord américain des transports routiers. Lors du salon Bauma 2004 qui s’est tenu à Munich, une nouvelle famille de moteurs Cat® conformes aux réglementations antipollution américaines EPA Niveau 3 et européennes Niveau IIIA destinées aux applications de chantier a été présentée. Ces huit nouveaux moteurs ont des puissances allant de 48 à 584 kW et sont équipés de la technologie ACERT®. Parmi ceux-ci, le C18 est le premier moteur diesel Cat pour applications de chantier à être équipé de ce système. A l’instar des autres nouveaux moteurs, le C18

105

possède des culasses à écoulement croisé et quatre soupapes par cylindre pour une meilleure répartition de l’air dans la chambre de combustion. Ainsi, la combustion est plus complète et les émissions polluantes sont donc réduites. Ces moteurs utilisant un catalyseur d’oxydation prouvent l’efficacité de ce système puisque ces moteurs répondent déjà aux futures normes.

Etude à New York n°1

Ces mesures ont enregistrés une diminution comprise entre 20 et 33 % des PM. Elles ont également signalé que le système pouvait provoquer une contre pression au niveau de l’échappement qui pouvait diminuer les performances de l’engin.

Système CRT de HJS

Le système de CRT se compose d’un DOC (céramique monolithe) suivi d’un FAP. Ce dispositif fut testé en 1998 sur une pelle hydraulique, modèle Liebherr D 914 T [Czerwinski et al., 1998]. Ce système s’est révélé très efficace puisque l’on obtient des pourcentages de réduction de : 85 pour PM, 94 pour CO, 39 pour HC et 21 pour NOx.

c) EGR

Le système de recirculation des gaz d’échappement permet de réduire la formation de NOx dans la chambre de combustion. La réduction obtenue sur des engins de chantiers est comprise entre 30 et 50% (étude New York). Seuls les systèmes d’EGR basses pressions peuvent être installés sur de vieux moteurs. Dans ce cas, le coût d’un tel système est équivalent à celui d’un FAP actif soit 30 à 50€/hp. Certains constructeurs choisissent également d’utiliser cette technique sur leur moteur neuf, le surcoût est alors très faible. Pour répondre aux exigences du tier 3, Komatsu a annoncé l’utilisation de l’EGR sur certains de ces moteurs.

Les travaux réalisés à Houston ont testé un système combinant EGR + DPF appliqué sur trois engins : un chargeur Volvo WX64 de 275 CV et deux pompes Cummins de 365 CV. Les mesures ont indiquées les réductions suivantes :

• NOx : 27 à 68 % • PM : 56 à 76 % • CO : 26 à 32 % • HC : 26 à 32%.

d) SCR

Ce système de réduction sélective des NOx par catalyse a été considéré pour réduire les polluants sur le chantier de l’ancien World Trade Center. Il s’est révélé très efficace pour lutter contre les NOx (70 à 90% en moins) et faiblement pour les PM : 10 à 25%. Mais comme le montre cette étude, la SCR se heurte a un gros problème de distribution de l’urée sur le territoire américaine ce qui freine son utilisation. Mais l’Europe est en train de mettre en place un réseau de distribution de l’urée puisque ce système de contrôle a été retenu pour les poids lourds. Cet inconvénient ne pose donc pas de problème en France. Par contre,

106

ce système est assez complexe puisqu’il se compose d’un réservoir d’urée, de pompes d’approvisionnement, d’injecteur, d’un système de contrôle électronique, d’un système d’élimination de l’excédent d’urée…Tout cela engendre un coût d’achat élevé et une maintenance accrue. Le coût d’installation a été estimé entre 60 et 125 €/hp et il faut compter environ 30 à 50 heures pour l’installer sur un véhicule. Le coût de l’urée est très faible puisque le litre est à environ 0.35 €, et que pour un engin de travaux public, la consommation d’urée est en moyenne de 1 l pour 20 l de gasoil.

Etude Canadienne

Un système très complet a été testé pour réduire les émissions des engins de travaux publics dans la ville de Houston. Il s’agit d’un système développé par la compagnie californienne Extengine qui utilise un SCR, un DOC et un FAP. Ce dispositif est un système global de contrôle des émissions d’un moteur Diesel.

Figure VI-34 : système Extengine

http://extengine.com/products.html

Les réductions obtenues sont :

• HC : 72% en moins • CO : entre 51 et 89 % en moins • PM : 56 % • NOx : 67 %

Moteur

Échappement

DOC SCR

Réservoir D’urée

107

3. Autres systèmes

a) Pile à combustible

L’entreprise FuelcellPropulsion de Denver développe un chargeur destiné au travail dans les mines.

Figure VI-35 : chargeur Caterpillar R 1300

Il serait équivalent au chargeur R 1300 de chez Caterpillar qui développe 165 hp et dont la pelle a une capacité de 2.8 m3. Ce projet a débuté en mars 2002. Depuis mars 2005, le système est à l’essai dans une mine du Nevada.

Le système de production d’énergie est présenté sur le schéma suivant :

http://fuelcellpropulsion.org/mine_loader.htm

Tracteur agricoles :

Nuvera Fuel Cells, Inc., un concepteur international de technologies de piles à combustible à conversion multi carburants et à membrane d'échange de protons, a annoncé au cours du mois de mars 2005 la vente d'un bloc de puissance à pile à combustible H2eTM (hydrogen to electron) de 5,5 kW au principal fabricant d'équipement agricole et forestier Deere & Company.

Le bloc de puissance à pile à combustible H2e de Nuvera offre une solution d'énergie alternative qui peut prolonger le cycle opérationnel, accroître les heures en service du produit et hausser la productivité pour de nombreux types de véhicules utilitaires et de matériel industriel lourd. Il convient parfaitement aux applications de batteries hybrides. Il peut servir de chargeur interne de batterie et éliminer les délais onéreux nécessaires pour

108

changer ou charger une batterie. Le rendement moyen de cette PAC est de 51 % sur toute sa durée de vie et elle est conçue pour fonctionner 9 000 heures sans révision. Chariot élévateur Avril 2004 http://www.clean-auto.com/article.php3?id_article=2322 Le chariot élévateur "propre" Still & Saxby , équipé d’une pile à combustible, permet de travailler en extérieur comme en intérieur sans émission de gaz polluants. Le système, totalisant une puissance nominale de 18 kW, est monté dans le compartiment batterie. Il garantit un rendement de 60% et une autonomie suffisante pour un poste de 8 h. Ce dispositif est monté sur un modèle R60 de 3 t. Le remplissage des réservoirs ne prend que 5 minutes, et remplace donc avantageusement le temps de recharge d’une batterie qui se situe entre 6 et 10 h. L’oxygène nécessaire à la réaction des cellules est délivré par un compresseur alimenté par l’air ambiant. Février 2005 Cellex power Products vient de terminer les essais d’un chariot élévateur équipé d’une pile à combustible. Ces essais ont été réalisés chez un grossiste Canadien, London Drugs, dans le cadre d’une convention avec Sustainable technology Canada (SDTC). Ils se sont révélés « concluants ». Ce système a été installé sur 4 transpalettes. Une station à hydrogène a dû également être installée sur le site. Aucun résultat précis sur cette étude n’a été publié pour le moment. Dans le même style de matériel, GM et Hydrogenics ont présenté un chariot élévateur à fourche à hydrogène le 1er février 2005.

Un véhicule à pile à combustible appuyé par un poste de ravitaillement en hydrogène local a été installé dans une usine de voitures de GM à Oshawa. La station utilisée était du type HyLYZER de chez Hydrogenics. Elle peut produire une quantité variable d'hydrogène, en fonction des besoins, et elle peut ravitailler un chariot élévateur très rapidement.

http://www.gmcanada.com/inm/gmcanada/french/about/FeaturedStories/Story039.html

b) Electrique

L’énergie électrique est déjà très utilisée pour certaines applications qui demandent des puissances assez faibles et qui se déroulent à l’intérieur. C’est le cas des chariots élévateurs.

Fenwick est le leader de la manutention, des chariots de magasinage et des chariots frontaux et électriques sur le marché français. Ces ventes se répartissent de la façon suivante : 50% de chariots électriques, 50% de thermiques (gaz et essence). Les constructeurs de ces machines font de plus en plus attention au respect de l’environnement tant au niveau du bruit qu’au niveau des émissions polluantes (0 émissions). Cela provient d’une demande des clients et d’une pression réglementaire pour avoir des engins toujours plus propres.

109

VII. Analyse des solutions

A. Transport maritime Pour ce type de transport, des études similaires analysant les différentes techniques ont déjà été menées, mais elles ont l’avantage de s’appuyer sur des données expérimentales pour quantifier leur efficacité. Les deux études présentées ont donc un réel intérêt et ont été réalisées :

• Par William Palmer pour le Centre de développement des transports du Canada. de juin 2000 à avril 2001. « cost – benefit study of marine engine »

• par Genesis Engeneering Inc. Et Levelton Engeneering Ltd. pour l’agence de la protection environnementale américaine et la PSCAA qui s’est déroulée en 2003. « Non road Diesel Emission Reduction Study »

A partir de ces études, nous essayerons de distinguer quelles sont les technologies les plus pertinentes à l’heure actuelle.

1. Etude américaine

Cette étude a distingué deux catégories de navires : les « Ferries » qui sont des navirs utilisés pour la traversée des piétons ou des véhicules et les « cruise ship », des navires de croisière.

La première catégorie (Ferry) prend en compte des bateaux avec des puissances allant de 134 CV à 16 000 CV. Plusieurs techniques et combinaisons de techniques ont été étudiées pour déterminer leur efficacité en terme de réduction d’émission mais aussi en terme économique. Les différentes configurations adoptées sont décrites ci-dessous :

Méthode 1 : Faible Teneur en Soufre Dans cette configuration, aucun changement technologique a été apporté, seule la composition du carburant a changé. La teneur de soufre est, ici, de 350 ppm au lieu de 3 500 ppm. Une baisse des missions de SO2 devrait apparaître.

Méthode 2 : Injection continue d’eau+ Faible Teneur en Soufre On reprend le carburant de la méthode 1 et on rajoute au moteur un système de d’injection continue d’eau à l’admission. Cela va permettre de diminuer la formation des NOx. Le prix d’installation de ce système est compris entre 20 000 et 40 000 $. Les frais de maintenance sont de l’ordre de 5% des coûts d’installation. Le ratio utilisé Eau/gasoil est de 50 : 50. Les coûts de traitement de l’eau sont estimés à 2$/tonne.

Méthode 3 : DWI + FTS On utilise toujours du carburant avec 350 ppm de soufre et pour réduire les NOx, on utilise le système de l’injection directe d’eau dans la chambre de combustion. Le coût d’installation est compris entre 10 et 30 $/kW et la maintenance est estimée à 5% de ce coût. Au niveau de l’eau, les données sont les mêmes (ratio 50 : 50, 2$/tonne).

Méthode 4 : SCR + FTS La méthode de la réduction par catalyse sélective est considérée comme très efficace mais très chère. L’installation vaut en moyenne 90 $/kW et la maintenance représente 7.5% de ce coût.

110

Les résultats en fonction des configurations choisies sont donnés dans le tableau suivant :

réduction des émissions (tonne/an) SOx NOx PM2,5 Total technologie

tonne/an % tonne/an % tonne/an % tonne/an % coût

total ($)

sans réduction 466,8 100 3502 100 59,2 100 4058 100 FTS 420,1 90,0 / 0 3 5,1 423 10,4 870111 CWI + FTS 420,1 90,0 970,5 27,7 15 25,3 1406 34,6 961704 DWI + FTS 420,1 90,0 1618 46,2 15 25,3 2053 50,6 1432994 SCR + FTS 420,1 90,0 2912 83,2 15 25,3 3347 82,5 4488327

La première ligne est la ligne de référence ; elle correspond aux résultats sans dispositif de réduction et avec du fioul brut contenant 3 500 ppm de Soufre.

On remarque que l’utilisation d’un carburant pauvre en soufre permet une réduction de 90% des SO2. Au niveau de NOx, la méthode SCR est bien la plus efficace avec plus de 83% de réduction. Aucun système anti-particule n’est installé, néanmoins, on note que les systèmes employés permettent de réduire significativement ces polluants.

La figure suivante permet de visualiser le rapport coût/efficacité, l’efficacité correspond à la masse de polluant réduite. Cet histogramme donne une analyse économique et technique.

Ferry

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

1 2 3 4

technologie

$/to

nn

es d

e S

Ox

ou

PM

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

$/to

nn

es d

e N

Ox

Coût/efficacité ($/tonnes de PM)

Coût/efficacité ($/tonnes de SOx)Coût/efficacité ($/tonnes de NOx)

La visualisation de ce rapport permet de voir rapidement quelle méthode est la plus efficace pour chaque polluant considéré. La méthode 3 c’est-à-dire l’injection directe d’eau employée avec un carburant à faible teneur en soufre semble la plus efficace pour réduire les NOx. Pour réduire les SOx, c’est évidemment la méthode 1 (FTS) puisque le coût de la méthode est réduit au minimum et car la réduction des SOx dépend que de la teneur en soufre du carburant. Pour les PM, la méthode de CWI + FTS a le rapport le plus faible.

1 : FTS

2 : CWI + FTS

3 : DWI + FTS

4 : SCR + FTS

111

La seconde catégorie : Cruise Ship

Le carburant régulièrement employé dans ces navires est de l’IFO 180 (Intermediate Fuel Oil) dont le pourcentage de soufre est de 2.4%. Dans cette étude, ce fioul a été remplacé dans toutes les configurations par du MDO (Marine Diesel Oil) qui contient moins de soufre (0.13%). Enfin, un troisième carburant sera testé pour les turbines à gaz qui fonctionnent avec du MGO (Marine Gas Oil) contenant la même teneur en soufre que le MDO.

De plus, ces bateaux de croisière passent une grande partie de leur temps amarrés. Pendant ces étapes, certains moteurs continus de fonctionner pour alimenter le navire en électricité (éclairage, chauffage, climatisation,…). Cette étude va donc prendre en compte deux modes de fonctionnement : l’un nommé « tout mode » où le bateau est en mer et les moteurs assurent à la fois la propulsion et la demande en électricité pour l’hôtellerie, et l’autre qui correspond au moment où le bateau est à quai et où seules les « fonctions d’hôtellerie » fonctionnent.

6 configurations ont été testées :

Configuration 1 : MDO La seule modification est la teneur en soufre dans le carburant qui est de 0.13% au lieu de 2.4%.

Configuration 2 : CWI Les moteurs fonctionnent avec du fioul IFO 180, mais pour réduire les NOx, on rajoute un système d’injection continue d’eau.

Configuration 3:CWI + MDO Même configuration mais les moteurs sont alimentés en carburant pauvre en soufre.

Configuration 4: DWI + MDO On utilise un système d’injection directe pour réduire les NOx avec le carburant MDO pour réduire les SOx.

Configuration 5 : Turbine à gaz Les turbines à gaz émettent beaucoup moins de polluants que les moteurs Diesel, mais leurs consommations et leurs coûts d’installation sont nettement plus élevés (2 à 3 fois plus qu’un moteur Diesel).

Configuration 6 : SCR + MDO Comme nous l’avons vu dans l’étude précédente, la réduction des NOx par catalyse sélective est une méthode coûteuse mais efficace, elle est combinée avec l’utilisation de MDO.

112

Les résultats de cette étude sont présentés dans le tableau suivant :

réduction des émissions (tonne/an)

SOx NOx PM2,5 VOC Total

technologie

tonne/an % tonne/an % tonne/an % tonne/an % tonne/an % coût total

($)

sans réduction 422 700 67 78 1267

1 MDO 399 95 0 7 10 0 406 32 718214 2 CWI 0 210 30 20 30 0 230 18 212060

3 CWI + MDO 399 95 210 30 36 53 0 644 51 921564

4 DWI + MDO 399 95 350 50 13 20 0 762 60 1782318

5 Turbine à gaz 398 94 586 84 44 66 78 100 1105 87 17790500

tout mode

6 SCR + MDO 399 95 560 80 40 60 0 999 79 3624372

sans réduction 86 143 14 16 259

1b MDO 82 95 0 1 2 0 83 32 152554

3b CWI + MDO 82 95 43 30 7 11 0 132 51 286440

4b DWI + MDO 82 95 72 50 3 4 0 156 60 571584

fonctions d'hôtellerie

6b SCR + MDO 82 95 115 80 8 12 0 205 79 2143890

On retrouve que la réduction des émissions de SOx est complètement liée à la teneur en soufre du carburant car l’utilisation de MDO permet de réduire ces émissions de l’ordre de 94%.

On note que la turbine à gaz est la meilleure solution au niveau dépollution car tous les polluants sont réduits dans de très grandes proportions mêmes les VOC.

Pour la réduction des NOx, les méthodes SCR et DWI sont très efficaces. Pour les particules, la méthode CWI semble très intéressante.

fonctionnement tout mode

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000

1 2 3 4 5 6

technologies

$/to

nnes

de

Sox

ou

PM

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

$/to

nn

es d

e N

Ox

coût/efficacité ($/tonnes de PM)

coût/efficacité ($/tonnes de SOx)

coût/efficacité ($/tonnes NOx)

1- MDO

2- CWI

3- CWI + MDO

4- DWI + MDO

5- TàG

6- SCR + MDO

113

Le graphique précédent montre quelle méthode semble la plus efficace pour chaque polluant pour un fonctionnement tout mode :

• NOx : méthode 3 : CWI + MDO

• SOx : méthode 1 : MDO

• PM : méthode 2 : CWI

Ces conclusions sont les mêmes pour l’utilisation à quai comme le montre le graphique suivant :

fonctionnement à quai

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

1 2 3 4

configuration

$/to

nn

es d

e S

Ox

ou

PM

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

$/to

nn

es d

e N

Ox

coût/efficacité ($/tonnes PM)

coût/efficacité ($/tonnes de SOx)coût/efficacité ($/tonnes NOx)

Dans les 3 cas étudiés, les méthodes d’injection d’eau combinées avec un carburant à faible teneur en soufre semblent les plus efficaces et donc les plus viables selon ces expériences.

2. Etude canadienne

http://www.tc.gc.ca/cdt/projets/maritime/g/9904.htm

Cette étude compare cinq systèmes permettant de limiter les émissions de polluants :

• CWI ;

• DWI ;

• Emulsion ;

• EGR ;

• SCR.

1- MDO

2- CWI + MDO

3- DWI + MDO

4- SCR + MDO

114

Pour pouvoir comparer ces différentes techniques, les chercheurs ont utilisé la méthode de la valeur actualisée nette (VAN).

Les résultats obtenus correspondent à ceux de l’étude américaine qui se basait sur des données brutes, quantitatives :

• L’injection en continu d’eau à l’admission est la méthode la plus économique puisqu’un faible investissement est nécessaire et qu’il n’y a pas d’augmentation de la consommation, mais c’est aussi la solution la moins efficace pour la réduction des NOx ;

• La réduction sélective par catalyse est la méthode la plus coûteuse mais la plus efficace pour les NOx ;

• Les émulsions sont relativement peu coûteux, leur efficacité se trouve dans la moyenne, mais par contre, ils occasionnent une hausse de la consommation liée à la présence d’eau.

• L’injection directe d’eau est, elle, aussi une technologie moyennement performante, mais elle engendre des coûts d’investissement et d’exploitation légèrement plus élevés que les autres technologies comparables, en raison de l’augmentation de la consommation de carburant.

• Le recyclage des gaz d’échappement s’est révélé une méthode difficilement applicable car les gros navires utilisent du fioul lourd.

L’étude en a conclut que les systèmes les plus viables économiquement sont l’injection continue d’eau et les émulsions.

3. Résumé

En combinant les différentes données obtenues, on peut commencer à les interpréter pour distinguer les méthodes les plus viables.

Pour choisir une méthode, les critères principaux vont être le coût d’installation et l’efficacité de réduction.

Le choix final de l’utilisateur devra bien entendu tenir compte de paramètres extérieurs liés à l’activité (distribution de carburants, infrastructure,…) et aussi des caractéristiques du moteur.

coût d'installation

0

100

200

300

400

500

CWI

Emuls

ion DWIFa

PSC

R

ecos

ilence

r

$/kW

Figure VII-1

115

Comparaison des systèmes en fonction des réductions obtenues

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100 120

% Réduction NOx

% R

éduc

tion

PM

carburants alternatifs

retrofit

autres

Emulsion

FAP

Ecosilencer

CWI

EGR

DWI

TAG

SCR

Pile à C,

Les deux études ont montré que le système CWI est très intéressant pour répondre aux exigences actuelles. En effet, comme on le voit avec les graphiques, la CWI semble être le système le plus économique pour réduire par de faibles marges les émissions de NOx et de PM. De plus, la CWI est une méthode relativement simple à mettre en application puisqu’il suffit d’injecter de la vapeur d’eau dans l’air chaud comprimé avant le turbocompresseur. Elle serait donc particulièrement à propos pour obtenir de faibles réductions de NOx afin de satisfaire aux exigences minimales de l’Organisation maritime internationale (OMI).

Le DWI est un système fonctionnant sur le même principe, il est plus efficace au niveau des réductions. Mais il s’agit d’un système plus complexe qui est donc plus coûteux et surtout il est difficile à mettre en application en deuxième monte.

Les émulsions sont aussi une solution à retenir puisqu’elles permettent de réduire jusqu’à 50% les NOx et jusqu’à 60% les PM sans modification des moteurs. De plus, cette solution est déjà commercialisée sous différentes formes et intéresse les industriels ce qui permettra au fur et à mesure de réduire les coûts.

L’ecosilencer est un système intéressant pour les applications maritimes mais elle a été développée pour réduire les émissions de SO2 or les carburants à basse teneur en soufre seront de plus en plus disponibles, les réglementations l’imposant ce qui permettra des réductions aussi grande sans aucune modification du moteur. Ce système permet aussi une forte réduction des PM mais les FAP sont plus performants pour des coûts moindres.

La SCR est associée à un des coûts unitaires les plus élevés, mais elle permet d’éliminer presque totalement les NOX. C’est donc la technologie qui convient le mieux aux navires exploités dans des régions qui appliquent des programmes très rigoureux de protection de l’environnement et qui peuvent bénéficier d’incitatifs financiers.

L’EGR est une méthode difficilement applicable dans le secteur maritime. Elle ne constitue pas actuellement une solution viable.

Enfin, les autres solutions comme les TAG, les PAC, le solaire,… ont des efficacités de réduction très fortes mais sont beaucoup trop coûteuses pour se développer à grande échelle.

Un tableau récapitulatif est présenté ensuite :

116

Système de réduction

% de réduction

de NOx

% de réduction

de SO2

% de réduction

de PM

Evolution de la

conso(%)

Coût estimé

d’installation Avantages Inconvénients Etude

CWI 10-30 0 0-30 -1 3-15€/kW

+ Système simple du point de vue technique

- risque de condensation, de dépôts ;

- peut nuire à la lubrification

-MA Turbo/Engine Design

DWI

50-60

0 10-30 +2-3 10-40 €/kW

+ temps d’injection indépendants

+ possibilité d’injecter de grande quantité d’eau

- système complexe, équipement supplémentaire (pompe, injecteurs,…)

- comportement à long terme?

-wartsila

- Queen Mary 2

Emulsion

15 - 50 0 30 - 60 +1.5 18 €/kW + simplicité du système

+réduction des HC et CO jusqu’à 50 %

- limité par la capacité de la pompe à fioul et par les tenues aux températures « extrêmes »

- stabilité de l’émulsion

-augmentation de la consommation

- Man b&W

- MTU

EGR

10 - 50 0 Légère augmentation

+ ~11 000 €

(coût effectué pour modif camion)

+Installation facile

+Peu coûteux.

-besoin de rajouter un système anti PM

-légère augmentation de la consommation

-formation de fumée

-risque d’encrassement

- Non commercialisé pour des applications marines

- SEMT Pielstick

SCR

90 0 5-30 = 56€/kW

(38-92)

+Haute efficacité

+Longue durée de vie

+réduction importante des HC et CO

-Complexe

-Prix élevé

-Topsoe

-manbw

Filtre à particule

0 0 70-95 = 15-31 €/ kW +très forte réduction de PM -le soufre du carburant peut endommager

-Régénération dépend de la

117

température d’échappement

-Coût élevé en modification

Turbine à gaz

80 80 60-70 + ~360- 550 €/kW

(2 à 3 fois plus cher qu’un moteur diesel marin ~180€/kW)

+faible émission

+faible poids

+montée en puissance rapide

+facilité d’entretien

-Consommation spécifique élevée

-Volumes importants des conduites d’air d’admission et d’échappement

-Coût d’installation élevé

Pile à combustible,

Hydrogène

100 100 100 = 2 300 à

4 000 €/kW

+émission polluante nulle

+rendement élevé

-très coûteux pour le moment

-problème de fabrication du H2

-projet européen FC ship

-Siemens

Faible teneur en

soufre

0 60-98 20 = +faible investissement pour le consommateur

-Pb lubrification

-coût élevé de désulfurisation pour avoir des teneurs quasi nulles

Epurateur à l’eau de mer

10-20 90 80 90 €/kW (new)

130 €/kW (retrofit)

+pas de production de déchets

+compact

+diminution du bruit

+diminution odeurs

+pas de filtre

-ecosilencer

118

B. Transport ferroviaire Pour tenter de faire un « classement » des différentes techniques, nous allons nous appuyer sur les valeurs de coût de réduction fournies dans les études présentées dans le paragraphe « applications de ces systèmes ». Deux graphiques résument ces informations : l’un présente les coûts d’installation des systèmes, et l’autre compare les systèmes en fonction des pourcentages de réduction de NOx et de PM. La figure des coûts ne peut pas être analysée individuellement car elle compare des systèmes totalement différents. Cette figure permet donc de distinguer des méthodes semblant similaires à la vue des résultats de réduction.

coût d'installation

0

100

200

300

400

500

600

émulsion FAP SCR Hybride TàG

€/kW

Les coûts d’installation des systèmes de STOP START, des applications au gaz naturel, de l’EGR ne sont pas encore disponibles car ils ne sont pas encore commercialisés ; il existe donc très peu de données concernant leurs coûts.

Comparaison des systèmes en fonction des réductions

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

% Réduction NOx

% R

édu

ctio

n P

M

système retrofit

nouveau systéme

FAP

EGR

Emulsion

Gaz Naturel

Hybride

TàG

SCR

Stop Start+

Auxiliare

Pile à combustible

119

Le filtre à particule est un système peu coûteux et qui demande peut de modification puisqu’il prend généralement la place du silencieux. De plus, son efficacité et son utilisation ont déjà été testées sur des applications routières (bus, poids lourds) et ces dispositifs se sont révélés satisfaisants. Son application dans le domaine ferroviaire est donc fortement envisageable.

Les émulsions permettent d’obtenir des réductions moyennes avec un coût d’investissement très faible. Mais cette solution n’a pas été beaucoup testée, elle demeure une méthode de contrôle des émissions pertinentes. Les mêmes commentaires sont vrais pour l’utilisation du Gaz Naturel. Mais par contre, l’utilisation du GN nécessite des investissements importants (station de compression,…).

Malgré un prix élevé, les hybrides se révèlent être une solution d’avenir comme le montre le cas Canadien avec la Green Goat. Cette méthode peut donc être conseiller dans le cas d’un renouvellement de matériel contenue de son coût élevé. De même, l’EGR est pour le moment plus conseillé dans le cas d’un changement de moteur que lors d’une seconde monte. Des constructeurs comme Man utilise déjà cette solution sur leur moteur.

Les applications solaires ne sont pas présentées ici, car elles ne sont pas utilisées pour la propulsion des trains. Néanmoins, leur utilisation est intéressante pour produire l’énergie nécessaire à l’éclairage et la ventilation.

Les systèmes d’arrêt et de démarrage automatiques sont plus utilisés dans les pays froids puisqu’ils sont souvent combinés à un système de puissance auxiliaire pour maintenir le moteur à température de fonctionnement. Les données utilisées sont celles de fournisseurs, il serait donc intéressant de réaliser des mesures embarquées sur une locomotive circulant dans des zones tempérées.


121


% de réduction

de NOx

% de réduction

de SO2

% de réduction

de PM

Evolution de la

conso(%)

Coût estimé

d’installation Avantages Inconvénients Etudes

Filtre à particule

0 0 70-95 = 15-31 €/ kW +très forte réduction de PM -le soufre du carburant peut endommager

-Régénération dépend de la température d’échappement

- JR Central Sumitomo

- Electric (Japon)

CFF (Suisse)

- Eminox (Suède)

- SNCF (France)

hybride

Dépend du type

d’hybride

De 50 à 90%

Dépend du type

d’hybride

Dépend du type d’hybride

70 à 90%

Dépend du type

d’hybride

20 à 60%

Pour une modification, pour une puissance équivalente à 1750 CV pour un moteur Diesel :535 000€

Soit 420 €/kW

+ très efficace pour réduire les polluants

+ émission nulle dans les gares

-stockage de l’énergie électrique Flytrain-Lirex

Green Goat

New Energy Train (Japon)

Socofer (France)

Démarrage

arrêt

automatique

Pour système avec auxiliaire :

90%

Pour système avec auxiliaire :

80%

-- Sans APU : 6000 €

Avec APU :

28 000 €

-Canada

-USA

Gaz naturel

50 90 60 -Gas rail USA project

-SNCF

-DG AB

Turbine à gaz

80 80 60-70 + ~500 €/kW

+faible émission

+faible poids

+montée en puissance rapide

+facilité d’entretien

-Consommation spécifique élevée

-Volumes importants des conduites d’air d’admission et d’échappement

-Coût d’installation élevé

-bruit

-Railpower

122


hydrogène

100 100 100 = 2 300 à

4 000 €/kW


+rendement élevé



-Projet LLC (USA) -Spact 80 (France)

EGR

10 - 40 0 Légère augmentation

+

(2%)

~11 000 €

(coût effectué pour modif camion)


+Peu coûteux.




-Man

-Johnson Matthey

SCR

90 0 5-30 = 56€/kW

(38-92)

+Haute efficacité


+Encombrement réduit

-Complexe

-Prix élevé

-Métro, tunnel ;

Emulsion 15 - 50 0 30 - 60 +1.5 0-167 K€ + simplicité du système - limité par la capacité de la pompe à

fioul et par les tenues aux températures « extrêmes »

-Pacific Harbor Line

Solaire

Energie pour auxiliaire

seulement

-PVTRAIN

123

C. Engins de travaux publics Comme pour le transport ferroviaire, nous nous référerons aux études décrites pour comparer les coûts et les réductions. Les données concernant les réductions de NOx et de PM sont assez justes puisqu’elles proviennent de mesures embarquées pour la plupart.

coût

0

20

40

60

80

100

DOC Fap aveccata

FAP actif EGR SCR

coû

t en

€/k

W

Comparaison des réductions en fonction des systèmes

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

% Réduction NOx

% R

édu

ctio

n P

M

système retrofit

nouveau systéme

FAP

EGR

Dieseloxygéné etEmulsion

Huile végétale

Biodiesel

SCR

Pile à combustible

DOC

Ces résultats montrent que les systèmes de dépollution utilisés pour les engins de travaux publics sont très proches de ceux utilisés pour des applications routières. Le filtre à particule est un dispositif facile à mettre en place, peu coûteux, capable de réduire très fortement les émissions de particules. De plus, son développement pour les poids lourds a permis de développer de nombreuses techniques de régénérations capables d’être adaptées aux engins de TP. De plus, beaucoup de systèmes se développent pour combiner les avantages du FAP avec un système DeNOx comme le SCR. Une possibilité est aussi d’utiliser un FAP en alimentant le moteur avec un carburant alternatif comme le biodiesel.

Le système DOC est en cours de développement, il est surtout destiner à réduire les CO et les HC, c’est pourquoi le graphique précédent ne le met pas en valeur.

124

Les huiles végétales sont déjà utilisées pour des applications agricoles en Allemagne. Les premiers résultats de mesures ont montré une légère réduction des NOx, mais d’autres mesures plus poussées devront être réalisées pour déterminer leur influence sur l’ensemble des polluants.

L’électrique n’est pas représenté dans cette analyse. Cette solution est utilisée essentiellement dans des niches d’équipements de manutention fonctionnant en intérieur ; elle représente donc un intérêt certain pour des applications bien précises.


125


% de réduction

de NOx

% de réduction

de SO2

% de réduction

de PM

Evolution de la

conso(%)

Coût estimé

d’installation Avantages Inconvénients Etudes

Filtre à particule

avec catalyseur

0 0 60-90 = 15-22 €/ hp +très forte réduction de PM

-le soufre du carburant peut endommager

-Régénération dépend de la température d’échappement

-Johnson Matthey

-Cleaire

-Etude New Yorkaise

Filtre à particule

actif

60-90 20-40 €/ hp -Johnson Matthey

-Etude New Yorkaise

Diesel Oxydation Catalyst (DOC)

20-33 1-5 €/ hp +Réduction d’environ 90% des CO et des HC

+Economique

-Légère augmentation des NO2 -Etude Canadienne -Etude New Yorkaise

-ACERT de Caterpillar

SCR

70-90 0 25 = 60-120 €/ hp

+Haute efficacité


-Complexe

-Prix élevé

-Etude New Yorkaise

-Etude de houston

EGR

30-50 0 Légère augmentation

+

(2%)

60-120 €/ hp

En retrofit


+Peu coûteux.




Biodiesel

0-10

Mélange 20% Biodiesel + 80% ULSD

20

Mélange 20% Biodiesel + 80% ULSD

0.1 à 0.2 % en plus que le gazole

+Réduction des gaz à effet de serre

+faible teneur en soufre

-Etude New Yorkaise

126

Diesel oxygéné

10 20 0.1 à 0.2 % en plus que le gazole


-carburant plus volatile que le gazole

-Etude New Yorkaise

Emulsion

9 - 20 0 17 - 23 15% 0.02 €/l

en plus que le gazole


-augmentation des CO et HC

-surconsommation importante

-Etude New Yorkaise

Huiles végétales

3 +réduction importante des HC

+facilité d’utilisation sur ancien moteur (injection indirecte)

-nécessité de modification pour moteur à injection directe (500 à 1700 €)

-démarrage à froid


hydrogène

100 100 100 = 2 300 à

4 000 €/kW


+rendement élevé



-fuelcellpropulsion

-Still & Saxby

Electrique 100 100 100

127

D. Récapitulatif global :

transport maritime

transport ferroviaire

engins de travaux publics

Gaz naturel

Emulsion

biodiesel

diesel oxygéné

CWI

DWI

huile végétale

FAP

DOC

EGR en 1ère monte

SCR

Stop & Start

épurateur

Hybride (Diesel/élec) en 1ère monte

TAG

PAC

solaire pour auxiliaire

pertinent moyennement pertinent peu pertinente (coût ou efficacité)

non appliqué ou pas de données

128

VIII. Conclusion

Le secteur des transports non routiers a connu très peu de restrictions d’émissions de polluants pour le moment. C’est pourquoi, il est difficile d’avoir une vision précise sur l’impact environnemental de ces engins. Cette étude permet donc d’avoir une vision globale de la situation de la dépollution atmosphérique du transport non routier. Pour approfondir ces travaux, l’ADEME souhaiterait réaliser une série de mesures en condition réelle pour avoir des données précises. Ensuite, une évaluation technique et économique d’un des systèmes étudiés serait possible. Une partie de ce stage consistait donc à proposer de tels projets aux entreprises contactées. Une majorité des personnes contactées étaient intéressées pour avoir des informations sur les systèmes de dépollution atmosphérique. Mais contenu des coûts d’investissement nécessaire important (malgré des subventions) et le manque de pression réglementaire, beaucoup de ces entreprises préfèrent attendre que les lois leurs imposent d’utiliser de tels systèmes. De plus, les constructeurs de moteurs parviennent à fabriquer des moteurs répondant aux réglementations sans utiliser des systèmes de dépollution. Les entreprises préfèrent donc renouveler leur matériel ancien plutôt que de le remettre à neuf. Néanmoins, l’entreprise de BTP Morillon Corvol va débuter dans les semaines à venir des mesures embarquées sur 4 de leurs engins de travaux publics en collaboration avec l’ADEME et le CRMT. Il ne reste donc plus qu’à mettre un choix dans la date. Au niveau du transport maritime, des discussions sont en cours avec la Société Nationale Maritime Corse Méditerranée. Une décision devrait être prise rapidement. Pour le moment, ils semblent intéressés par un partenariat avec l’ADEME. De plus, leur flotte est composée d’un certain nombre de navires d’une quinzaine d’année sur lesquelles il serait intéressant d’appliquer un système de dépollution pour devancer les futures normes. Des discussions similaires sont également en cours avec un acteur du transport ferroviaire, il s’agit de la compagnie ferroviaire de Provence.

En résumé, ce stage m’a permis de travailler sur un vaste secteur des transports qui a été soumis à très peu de mesures environnementales. Par la mise en application des futures réglementations, ce secteur devra rapidement tenir compte du facteur environnemental. L’ADEME étant au cœur des problèmes environnementaux, ce stage au sein du département Technologies des Transports m’a permis de voir les principales préoccupations et orientations de ce secteur. Travaillé avec l’équipe de ce département fut une expérience très enrichissante professionnellement. Enfin, ce stage m’a permis de développer mes capacités d’analyse et d’approfondissement de différents types de dossiers aussi bien technique, réglementaire ou administratif

129

IX. Annexes : A. Organigramme de l’ADEME

130

B. Contacts 1. Transport maritime

Société Personne / coordonnées Flotte IFREMER Mr Cadour

Chef mécanicien chez GeNavir qui est une filiale d’Ifremer 02.98.22.44.26

-ATALANTE :1990 ; 3Diesel alternateur ; 1000kW -Thalassa: 1996; 4 Diesel Alternateur; 1128 kW -Le Suroît: 1975 (99); 2 *600kW -l’Europe: 1993; 2 *345 kW -Gwen Drez : 1976; 1 Baudoin 440kW -Thalia: 1978; 2*265 kW Leurs 6 navires fonctionnent au MDO qui est un carburant à 0.13% de soufre

Direction des affaires maritimes et des gens de la Mer

M. Eric Banel 01.44.49.82.32

Bureau de la Mer Mme Caroline Demartini Poste 1266 01.42.19.20.21

SNCM R. Dussert Vidalet 04.91.56.48.01 M. Malandain [email protected]

Mme Alexis 04.91.56.39.95 [email protected]

5 cruise ferries -DANIELLE CASANOVA : 2002 ; 37 800 kW - NAPOLEON BONAPARTE : 1996 ; 43 000 kW -Méditerranée : 1989 ; 35 768 kW - ILE DE BEAUTE : 1989/90 ; 22 963 kW -Corse : 1983 ; 27 560 kW 4 navires mixtes : -Pascal Paoli : 2003; 37 800 kW -Paglia Orba : 1994; 19 700 kW -Monte Cinto ; 14 800 kW -Monte d’Oro : 1991 ; 14 800 kW 2 NGV : 2000, 65 000 kW

Brittany Ferries M. Cyrille Fabry 02.98.29.27.41 [email protected]

M. Francis Arnos 02.98.29.28.86 [email protected]

6 ferries -Barfleur : 1992 ; 3 905 kW -Bretagne : 1989 ; 4*440kW -Mont St Michel : 2002 ; 21 600 kW -Normandie : 1992 ; 4*4400 kW -Pont Aven : 2004 ; -Val de Loire : 1993 ; 4*4900 kW

Alstom M. Christian Strohl (de reichshoffen) 03.88.80.25.42 christian.strohl@transport .alstom.com

Seafrance Accueil technique 03.21.46.10.78

Responsable armement M. Jean Pierre Fermon 03.21.46.40.28 [email protected]

Directeur technique M. G. Villard 01.53.35.11.06 06.08.40.91.18 [email protected]

6 ferries -Berlioz : 2005 -Rodin : 2001 -Cézanne : 1980 -Manet : 1984 -Renoir : 1981 -Nord Pas de Calais :

131

Navix M. Le Clanche 02.97.46.60.29 (fax)

30 navires pour courtes traversées dans le golfe du Morbihan ou pour rejoindre les îles du Morbihan (Belle ile, Houat hoedic)

SMN Société Morbihannaise de Navigation

M. Gouret 02.97.35.02.00 [email protected]

13 navires

Penn Ar Bed M. Stefan 02.98.80.81.62

4 navires pour relier Ouessant, Sein, Molène. -1997, 2*2200 CV -1991, 2*2200 CV -1991, 2*1700 CV -1996, 2*2020 CV

2. Transport ferroviaire

Société Personne / coordonnées SNCF Thierry Cami

02.43.78.67.50 [email protected] Rodolphe Collin [email protected]

Chemins de Fer de Provence Jean-Paul.Seiler 40 rue Clément Roassal 06200 Nice 00.33 (0)4.93.16.29.91 00.33 (0)6.14.26.95.35 [email protected]

RATP Bénédicte Garrot Domaine d’expertises de l’environnement et de la qualité de l’air 01.98.77.43.26 M. Noel Yvon Responsable du matériel roulant 01.58.77.40.46

D’autres compagnies ferroviaires comme la CFDP existent, ce sont des compagnies ferroviaires dont l’activité principale est le tourisme.

• Chemin de fer de la Mure : train électrique

• Trin des mouettes : vapeur

• La vapeur du Trieux : vapeur

• Le train de la Rhune : petit train touristique.

Ces compagnies exploitent les trains d’origine, donc incompatibilité avec un système de dépollution.

132

3. Engins de travaux publics

Société Personne / coordonnées Morillon Corvol Mme Hanot Héloise

[email protected]

Deschiron Mr Dessert 01.69.10.16.10

GTM construction Responsable Matériel M. Luc Le compte 01.46.95.73.87 [email protected] responsable environnement Laetitia Dureau [email protected]

Bouygues construction 01.30.60.33.00

Méth’éco 3 chemin de Printzheim 67 330 IMBSHEIM France

M. Joseph Jean Claude 03.88.71.34.45 06.72.77.90.14

John Deere - Training & Communication Manager BP 11013 - 45401 Fleury les Aubrais Cedex - France

Sylvie Le Boursicaud [email protected] 02.38.82.60.81 M. Jacques Mattern 02.38.82.60.99

133

C. Références 1. Les technologies des moteurs de véhicules lourds et leurs carburants

Ademe, Gabriel Plassat

2. Les particules de combustion automobile et leurs dispositifs d’élimination Ademe, Gabriel Plassat, Stéphane Barbusse

3. Véhicules : technologies actuelles et futures Ademe

4. Exhaust Emission Legislation for Diesel Engines Status: April 2003

5. Non-road Diesel emission reduction study Genesis Engeneering Ltd, Octobre 2003 www.ecy.wa.gov/programs/air/PDFS/Non-roadDieselStudy.pdf

6. Emissions des engins non routiers au Japon Citepa, Avril 2003

7. Inventaire des émissions de polluants dans l’atmosphère en France-format SECTEN Citepa, Février 2004

8. Quantification of emissions from ships associated with ship movements between ports in the European Community Entec UK Limited, Juillet 2002 www.europa.eu.int/comm/environment/air/pdf/chapter1_ship.emissions.pdf

9. Dieselnet Technology guide, standards www.dielsenet.com

10. Oceangoing Marine Vessel Emission control Technology Matrix Octobre 2002 www.arb.ca.gov/msprog/offroad/marinevess/documents/matrix.pdf

11. Emission control Man B&W Two-strokes Diesel engines www.manbw.com/files/news/filesof4458/p9000.pdf

12. Analyse coûts avantages de technologies de réduction des émissions gazeuses des navires, 2005 www.tc.gc.ca/cdt/projets/maritime/g/9904.htm

13. Off Road Maritime Activities : Ships EGTEI, Citepa 04/02/05

14. Study on the economic, legal, environmental and practical implications of a European Union system to reduce ship emisions of SO2 and NOx BMT Murray Fenton Edon Liddiard Vince Limited Août 2000

15. Connaissance des turbines à vapeur Cours Polytech’Nantes, B. Papin

16. DIRECTIVE DU PARLEMENT EUROPÉEN ET DU CONSEIL Modifiant la directive 1999/32/CE (la teneur en soufre des combustibles marine) 20/11/2002 http://europa.eu.int/eur-lex/fr/com/pdf/2002/act0595fr01/2.pdf

17. Selective catalytic reduction for maximum NOx emission control Anders Bo Jensen, Haldor Topsøe A/S, Denmark, 2000 http://www.haldortopsoe.com

134

18. turbine LM 2500+ http://www.ifrance.com/ngv3/lm2500+f.htm

19. L’environnement en Europe : troisième évaluation http://reports.fr.eea.eu.int

20. Programme de surveillance des locomotives Canada, 2002 http://www.railcan.ca/documents/publications/2004_03_03_emission_2002_fr.pdf

21. Case Study: Chicago Locomotive Idle Reduction Project EPA, March 2004 http://www.epa.gov/smartway/documents/420r04003.pdf

22. COMPARISONS OF BIOFUELS IN HIGH SPEED TURBINE LOCOMOTIVES: EMISSIONS, ENERGY USE AND COST Jerome R. Pier http://www.nrbp.org/pdfs/pub24.pdf

23. Engine Exhaust Emissions Alstom March 2004

24. Consideration on exhaust emission optimisation of Diesel Engines for rail traction Euromot May 2000

25. List of technologies www.railway-energy.org

26. Local Law 77 : DDC Ultra Low sulfur Diesel Manual, Oct. 2004 www.mjbradley.com/reports.htm

27. Incidence de la mise à niveau des techniques antipollution du gros matériel de construction à moteur Diesel www.etc-cte.ec.gc.ca

28. City of Houston Field Demonstration Project-Phase II, Nov. 2003 www.arb.ca.gov/msprog/ordiesel/Documents/houston_demo_project.pdf

29. Non-road emission study, Oct. 2003

30. Review of technology available to the underground Mining Industry, 2002, Department of Health and Human Services.

31. www.industrie.gouv.fr/biblioth/docu/4page/pdf/4p202.pdf

32. Diesel emission control strategies available to the underground mining industry, février 1999, ESI INTERNATIONAL

33. Carburants et moteur, J.-C. Guibet

Systeme depollution engins non routier

Technology

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