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Ministère de l’Equipement, des Transports et du Logement Direction des routes L

Ministère de l’Equipement, des Transports et du Logement Direction des routes LE TRAITEMENT DE L’AIR DES TUNNELS ROUTIERS Etat des connaissances sur les études et les réalisations J.P. MARSAULT Octobre 1999 Centre d’Etudes des Tunnels TAT-ECER.DOC TRAITEMENT DE L'AIR DES TUNNELS ROUTIERS SOMMAIRE 1 - PRÉSENTATION ................................................................................................................................... 1 2 - NATURE DE LA POLLUTION - ASPECT REGLEMENTAIRE TYPES DE TRAITEMENTS ENVISAGÉS................................................................................................................................................. 2 2.1 - LA POLLUTION À PRENDRE EN COMPTE ................................................................................................... 2 2.2 - ASPECT RÉGLEMENTAIRE........................................................................................................................ 2 2.3 - TYPES DE TRAITEMENTS ENVISAGÉS ....................................................................................................... 2 3 - LA FILTRATION DE L'AIR DES TUNNELS .................................................................................... 3 3.1 - OBJECTIFS DE LA FILTRATION.................................................................................................................. 3 3.2 - CONTRAINTES LIÉES AUX CARACTÉRISTIQUES DE L'AIR À TRAITER.......................................................... 3 3.3 - RÉALISATIONS DE FILTRATION DE L'AIR DES TUNNELS AU JAPON .......................................................... 5 3.3.1 - Description d'une installation de filtration .................................................................................... 5 3.3.2 - Equipements auxiliaires pour la régénération des filtres .............................................................. 6 3.3.3 - Liste des tunnels japonais équipés ................................................................................................. 7 3.3.4 - Equipement mixte : unités de filtration et puits.............................................................................. 8 3.3.5 - Filtres électrostatiques installés en plafond................................................................................... 9 3.3.6 - Implantation d'une unité de filtration à l'extraction....................................................................... 9 3.4 - RÉALISATIONS DE FILTRATION DE L'AIR DES TUNNELS EN NORVEGE.................................................. 10 3.4.1 - Première réalisation : Le OSLO - TUNNEL - Système de filtration au pied de la cheminée d'extraction.............................................................................................................................................. 11 3.4.2 - Installation type............................................................................................................................ 12 3.4.3 - Système de filtration dans un "by-pass"....................................................................................... 13 3.4.4 - Système de filtration au plafond................................................................................................... 13 4 - LE TRAITEMENT DES GAZ DES REJETS DES TUNNELS ........................................................ 14 4.1 - LES PREMIÈRES MÉTHODES TESTÉES AU JAPON .................................................................................... 14 4.2 - ETUDES EFFECTUÉES EN ALLEMAGNE POUR LE TUNNEL DE L'ELBE À HAMBOURG................................ 15 4.3 - ESSAIS EFFECTUÉS EN AUTRICHE.......................................................................................................... 15 4.4 - ETAT DES RECHERCHES EN NORVÈGE................................................................................................... 16 5 - TRAITEMENTS ASSOCIES DES PARTICULES ET DES GAZ ................................................... 18 5.1 - ETUDE EN COURS AU JAPON.................................................................................................................. 18 5.2 - RÉSULTATS DE RECHERCHE EFFECTUÉE EN ALLEMAGNE...................................................................... 21 5.3 - UNITÉS DE TRAITEMENTS ASSOCIÉS ENVISAGÉES EN NORVÈGE ............................................................ 22 5.4 - AUTRE TYPE DE PROCÉDÉ DE TRAITEMENT ÉTUDIÉ EN FRANCE ............................................................ 23 6 - ETUDE DE CAS ................................................................................................................................... 24 6.1 - OBJECTIFS ET ORIENTATIONS DE L'ÉTUDE.............................................................................................. 24 6.2 - ENSEIGNEMENTS GÉNÉRAUX TIRÉS DE L'ÉTUDE .................................................................................... 24 6.3 - CONCEPTION DES INSTALLATIONS PROPOSÉES....................................................................................... 25 6.4 - DONNÉES CHIFFRÉES CORRESPONDANT À CES PROPOSITIONS................................................................ 27 6.5 - COÛTS ESTIMATIFS................................................................................................................................ 27 7 - CONCLUSIONS ................................................................................................................................... 28 BIBLIOGRAPHIE ..................................................................................................................................... 31 1 1 - PRESENTATION Les tunnels routiers permettent de réduire localement les nuisances dues à la circulation réparties le long de l'itinéraire. Mais dès qu'ils sont d'une certaine importance par leur longueur ou leur trafic, ils doivent être ventilés mécaniquement afin de maintenir la pollution à des niveaux admissibles à l'intérieur de l'ouvrage. Le principe de cette ventilation est de diluer les gaz d'échappement avant de les rejeter à l'extérieur. On peut alors observer localement au voisinage des rejets des stations de ventilation et des sorties, des concentrations en polluants d'origine automobile qui sont, pendant certaines périodes, nettement supérieures à celles rencontrées habituellement à l'air libre. L'évaluation et la limitation de cet impact sont des volets importants des études de ventilation, en particulier en site urbain. Parfois des associations de riverains se constituent pour veiller au respect de la qualité de l'air de leur environnement et réclamer l'épuration de l'air rejeté. C'est une idée séduisante, dans le cadre plus général de la lutte contre la pollution due aux transports, de profiter de cette circonstance où les gaz d'échappement sont canalisés par le tunnel pour envisager de les traiter et de diminuer ainsi d'autant la pollution totale due au trafic. Des recherches sur le traitement de l'air des tunnels routiers sont en cours dans différents pays. L'élimination par filtration des particules en suspension a déjà été réalisée dans de nombreux ouvrages au JAPON depuis 1978 et aussi plus récemment en NORVEGE. Le traitement des polluants gazeux est beaucoup plus difficile mais plusieurs procédés font l'objet d'études dans différents pays. Le propos de cette note est de rassembler les éléments existants sur ce sujet et de les exploiter afin d'en tirer des enseignements concernant : - le but, les objectifs précis de ces réalisations, - les types de polluants traités, - les technologies utilisées et leur rendement, - les moyens mis en oeuvre et les contraintes qui en résultent, - les coûts d'investissement et d'exploitation. La prise en compte de ces considérations permettra de se faire une idée sur le développement et l'intérêt réel de tels équipements dans l'état actuel des connaissances et des enjeux ; mais il est très difficile de conclure de manière péremptoire en raison des contraintes et des coûts importants que génère le recours au traitement de l'air des tunnels. On verra également que les applications actuelles de ces méthodes sont davantage orientées vers des problèmes de ventilation, en particulier pour les tunnels longs, que vers le traitement des rejets afin de protéger l'environnement. 2 2 - NATURE DE LA POLLUTION - ASPECT REGLEMENTAIRE TYPES DE TRAITEMENTS ENVISAGES 2.1 - La pollution à prendre en compte Les polluants visés par la réglementation sur les émissions des véhicules automobiles sont : le monoxyde de carbone (CO), les hydrocarbures (HC), les oxydes d'azote (NOx) et les particules en suspensions (PS). L'évolution de ces limites d'émissions des véhicules neufs, le renouvellement progressif du parc automobile avec une augmentation de la part des moteurs diesels, se traduisent par une diminution du rôle du CO, longtemps traceur idéal de la pollution d'origine automobile au profit d'autres polluants comme les fumées (visibilité en tunnel) et les NOx. 2.2 - Aspect réglementaire Il n'existe pas de texte réglementaire concernant les rejets de tunnel et les concentrations en polluants qui les caractérisent sont de très loin inférieures à celles des rejets industriels réglementés. Toutefois la dispersion des rejets de tunnel n'est pas immédiate et peut engendrer une pollution locale préjudiciable aux proches riverains, comme c'est parfois également le cas pour des voies à forte circulation. Il y a donc lieu de se poser le problème du respect des normes concernant la qualité de l'air ambiant au voisinage des tunnels. En France, le décret n°98- 360 du 6 mai 1998 (JO du 13 mai 1998 - Environnement) fixe des objectifs de la qualité de l'air, des seuils d'alerte et des valeurs limites, pour les sept polluants suivants : dioxyde d'azote, particules fines et particules en suspension, le plomb et le dioxyde de soufre, l'ozone, le monoxyde de carbone et le benzène. D'autres polluants sont fréquemment cités lorsqu'on évoque le rôle des transports dans la pollution atmosphérique locale : les hydrocarbures aromatiques polycycliques, les composés organiques volatiles ; mais ils ne sont pas visés par la réglementation sur les émissions et leur prise en compte est d'autant plus difficile qu'on ne possède pas d'informations suffisantes sur leur toxicité, permettant de définir des seuils admissibles d'exposition. 2.3 - Types de traitements envisagés Les études et les réalisations sur le traitement de la pollution des tunnels se répartissent en deux grandes familles : - la filtration, traitement de la pollution particulaire : fumée, suies et poussières ; - le traitement des effluents gazeux avec comme polluants ciblés : le CO et le CO2, le NO et le NO2, parfois le SO2, les COV et certains HC. 3 3 - LA FILTRATION DE L'AIR DES TUNNELS 3.1 - Objectifs de la filtration n Les renseignements sur la filtration de l'air des tunnels proviennent surtout d'études et de réalisations effectuées au Japon où il existe de nombreux tunnels équipés. Dans la majorité des cas, il s'agit de tunnels longs où l'opacité due aux fumées pourrait atteindre des niveaux très élevés, car la proportion de véhicules utilitaires diesel dans le trafic global y est importante. La filtration de l'air a pour but de le régénérer avant de le réinsuffler en tunnel où il va jouer à nouveau un rôle dans la dilution des fumées. Cela permet de limiter le renouvellement en air frais extérieur, donc d'économiser sur la réalisation de puits ou de galeries de ventilation. Si la ventilation du tunnel est le premier objectif des installations de filtration, celles- ci ont aussi bien sûr des effets positifs pour l'environnement. D'ailleurs, il faut signaler qu'un dispositif de filtration a été installé dans le puits vertical à la sortie d'un tunnel court à ventilation longitudinale ; mais il s'agit d'une des plus anciennes réalisations de filtration en tunnel au JAPON (1978) et ce procédé ne semble pas avoir été reconduit. n D'après les renseignements recueillis sur la première installation de filtration opérationnelle en NORVEGE, au tunnel d'OSLO, sa justification répond à un problème particulier : "L'expérience norvégienne en matière de tunnels routiers à grande circulation démontre que la production de poussière peut s'avérer très importante pendant certaines périodes de l'hiver et du printemps, essentiellement à cause de l'utilisation de pneus à clous. Les tunnels ont beau être équipés de cheminées d'évacuation de l'air pollué, les particules restent un problème dans les zones entourant les cheminées. C'est pour cette raison que l'on a installé un système de récolte de la poussière". uploads/Sante/ air-tunnels-routiers.pdf