Navigation Fluviale et Qualité de l’Air
Acronyme : AQACIA 2024 - NaFQuAir
Programme : AQACIA 2024 - Gérer les pollutions à l’ozone et sectorielles
Mots-clés : Qualité de l'air
Contexte : Le transport fluvial a des atouts mais qu’il lui reste aussi des lacunes à combler. Le rapport diffusé par l'ADEME [Troncoso Lamaison, 2023] sur l'impact du transport fluvial sur la qualité de l'air (QA) et le climat souligne notamment les besoins de données et d'innovations technologiques pour mesurer et réduire les émissions polluantes. Ce rapport mentionne aussi que les particules fines émises par le transport fluvial impactent significativement la QA. Ces particules sont particulièrement préoccupantes car elles peuvent entraîner des effets néfastes sur la santé et l’environnement. ​Pour faire face à ces enjeux, de nouvelles réglementations et normes ont été mises en place pour encourager le changement (Règlement UE 2016/16281, agrément CCNR, ES-TRIN, ...). La flotte fluviale a ainsi entamé une transition énergétique en remplaçant progressivement le moteur thermique par des motorisations électriques. Bien qu'intéressante, cette solution n'est pas des plus accessibles. La remotorisation ou « retrofit » peut être une solution alternative pour améliorer la QA (autres carburants, hybridation).
Description : Le projet NaFQuAir vise à caractériser, par des approches numériques et expérimentales, l’exposition des passagers et des riverains aux polluants particulaires émis par des bateaux fluviaux de croisière et de transport de marchandises. Il s’agit d’investiguer la répartition des champs de concentrations par l’étude de la dispersion des polluants. Les efforts de recherche se focaliseront sur la pollution particulaire car les études de dispersion des polluants portent majoritairement sur les polluants gazeux. A partir de simulations numériques (CFD) et d’expérimentations en soufflerie atmosphérique, la dispersion de particules fines et ultrafines sera examinée à l’échelle du bateau et à l’échelle urbaine pour un ensemble de conditions représentatives de la navigation intérieure. Contrairement à la plupart des études CFD, la phase particulaire ne sera pas assimilée à un scalaire passif. Le transport des particules sera prédit par un modèle plus sophistiqué qui peut prédire la dispersion et la déposition de particules fines et inertielles en écoulement turbulent. Par ailleurs, le projet couvrira toutes les phases d’exploitation, incluant la navigation et l’accostage (phase dynamique), ainsi que le stationnement à quai (phase statique). De plus, deux types de bateaux très différents seront étudiés afin de pouvoir différencier l’impact du transport de marchandises et des croisières fluviales sur la qualité de l’air (QA). Le premier est un bateau de croisière fluviale (MS Lafayette) appartenant à la flotte de CroisiEurope (dont une lettre de soutien est jointe à ce dossier). Le second est un bateau de transport de marchandises de type Freycinet car il constitue la majeure partie de la flotte française. Les résultats des simulations numériques et des essais en soufflerie réalisés en environnement contrôlé seront complétés par des campagnes de mesure in situ menées sur bateau dans des conditions réelles non contrôlées. Ces mesures auront pour objectif d’évaluer les niveaux globaux de concentration de particules à bord du bateau et sur le quai. Le programme de travail se structure en plusieurs lots interdépendants, chacun dédié à une échelle d’analyse spécifique, allant de l’environnement immédiat des navires à l’échelle urbaine. Les trois approches employées pour cette étude, in situ, soufflerie, et CFD, fourniront des résultats complémentaires, permettant de proposer des solutions pratiques pour limiter la dispersion et quantifier le dépôt des polluants dans les environnements fluvial et urbain. Conçu pour évoluer de l’observation empirique vers des solutions concrètes, le programme scientifique s’assure que chaque lot contribue à une vision globale et opérationnelle. Le lot 2 est consacré aux expériences in situ, avec des mesures en conditions réelles visant à caractériser les concentrations de particules fines et ultrafines en plusieurs points, définis en concertation avec le personnel navigant du principal navire étudié (MS Lafayette). Le choix des emplacements de mesure bénéficiera également des résultats numériques et expérimentaux du lot 3, dédié à une étude approfondie de la dispersion des polluants autour des navires. En combinant simulations CFD et expérimentations en soufflerie, cette phase modélisera les écoulements d’air et la dispersion des particules, fournissant ainsi des modèles locaux fiables. Les modèles de dispersion validés dans le lot 3 serviront de base au lot 4 pour étendre l’étude à l’échelle urbaine, afin d’évaluer l'impact des polluants dans les zones portuaires et résidentielles environnantes. Ce programme scientifique repose sur une synergie entre les expérimentations in situ, les simulations numériques et les validations en soufflerie, fournissant ainsi une vision complète de la dispersion et du dépôt des polluants dans les environnements fluviaux et urbains. En plus de modéliser précisément la pollution, les résultats permettront de formuler des recommandations pratiques pour réduire l’exposition aux polluants autour des navires et des zones riveraines. En favorisant une meilleure compréhension de la dispersion et du dépôt des polluants, ce projet entend influencer positivement les pratiques du secteur fluvial et offrir des outils concrets pour l’adoption de solutions durables.
Objectifs et résultats attendus : Le projet vise à évaluer et à comparer l’impact des polluants particulaires émis par les bateaux fluviaux de croisière et de transport de marchandises sur la qualité de l’air respiré par les passagers et les riverains. Un des points caractéristiques du projet résidera dans l’utilisation combinée et complémentaire des outils numériques et expérimentaux afin de remplir les objectifs scientifiques incluant l'analyse fine de la dispersion des polluants à l’échelle des bateaux fluviaux, ainsi qu’à l’échelle urbaine. Cette dernière inclura aussi bien l’environnement technique et logistique portuaire que les logements ou bâtiments tertiaires situés à proximité du port. Pour ce projet, il s’agira d’abord de reproduire sous forme de maquettes numérique et expérimentale un environnement portuaire fluvial choisi en se basant sur des relevés satellites, topographiques, photographiques voire des observations sur le terrain. Le projet débutera par l’étude de la dispersion à l’échelle locale en environnement contrôlée pour connaître l’impact des émissions sur la QA à bord et à proximité des navires. Les simulations numériques (CFD) seront continuellement enrichies par les résultats des expériences en soufflerie dans le but d’obtenir un modèle permettant de quantifier l’influence des conditions opératoires sur la QA. Dans un second temps, la dispersion des polluants particulaires à l’échelle du quartier sera étudiée au travers d’une approche similaire. Une fois fiabilisé, le modèle numérique pourra être employé pour étudier l’exposition des riverains à la pollution fluviale. Enfin, les travaux seront enrichis par des campagnes de mesure in situ visant à évaluer les niveaux globaux des concentrations de particules à bord du bateau et sur le quai, en présence du moteur en marche et pour les différents régimes selon la manœuvre, et en comparaison à ce qui est mesuré moteur éteint. Ces trois approches complémentaires permettront ainsi d'étudier l'influence de nombreux paramètres tels que la vitesse et la direction du vent, le régime du moteur, la position des échappements sur la dispersion et le dépôt des particules. Outre l’étude de l’influence de ces paramètres sur la dispersion des polluants particulaires, il sera possible grâce aux données générées par l’outil CFD de proposer des lois de dépôt des particules en fonction des conditions opératoires. La modélisation de ce phénomène est importante car il est souvent sous-estimé ou négligé par les modèles de QA créant un biais de la prédiction de la pollution de l'air et de l'eau. Ces lois, établies à une échelle de représentation très fine, pourront ensuite être intégrées dans des modèles mésoscopiques afin de prédire plus précisément la pollution atmosphérique émise par une flotte de bateaux. La modélisation intégrera l'inertie des particules pour une représentation plus précise de leur comportement [Djeddou et al., 2024]. Cette différence représente une des innovations majeures du présent projet. Un autre aspect original de ce projet repose sur l’utilisation de la soufflerie atmosphérique d’Aérodynamique Eiffel (prestataire associé à ce projet), une infrastructure de pointe qui permettra de reproduire avec précision l’écoulement autour des bateaux évoluant dans des environnements souvent complexes, tels que des zones portuaires fluviales et urbaines. Les essais en soufflerie fourniront ainsi des données essentielles sur la dispersion des polluants, facilitant indéniablement l’ajustement des modèles numériques CFD et garantissant leur fiabilité pour différentes configurations. L'un des principaux verrous techniques à lever est la prise en compte des conditions réelles d’émission (vitesse et débits d’émissions des polluants) dans les simulations numériques, notamment en définissant correctement les sources de pollution (gaz d’échappements) et les conditions limites impactant la dispersion (telles que la vitesse, le profil et la direction du vent). Afin de s'assurer de la pertinence des résultats des simulations, ils seront confrontés à des données expérimentales obtenues dans la soufflerie Eiffel. Les résultats attendus incluent la production de cartographies précises des concentrations en polluants, ainsi que l'élaboration de modèles simples, capables de prédire ces concentrations dans des environnements variés. L'étude couvrira toutes les phases d'exploitation, incluant la navigation et l'accostage (phase dynamique), ainsi que le stationnement à quai (phase statique) et ce, pour les deux catégories de bateaux fluviaux sélectionnées. La richesse des situations étudiées constitue un défi majeur, car elle implique des coûts humains et matériels significatifs. Cependant, elle offrira une image précise de la dispersion des polluants particulaires sur de longues distances en milieu fluvial. Sur le plan socio-économique, ce projet s'inscrit pleinement dans la transition écologique en contribuant à la réduction des émissions polluantes et à l’amélioration de la qualité de l’air. De plus, les résultats pourraient avoir un impact direct sur les politiques publiques, en fournissant des données essentielles pour la régulation des émissions dans les environnements urbains et fluviaux, et même évaluer la fraction de polluants particulaires déposée sur et autour des bateaux fluviaux ainsi que dans les zones urbaines environnantes. Le projet devrait donc proposer des recommandations pratiques pour réduire l’exposition des populations (passagers des bateaux ou riverains des zones urbaines) aux polluants particulaires, telles que le placement, la hauteur de bâtiments ou bien encore l’emplacement des sorties d’échappement. De plus le consortium participera aux actions de restitution AQACIA des résultats finaux acquis, notamment le colloque de restitution.
Bénéficiaire : ESTACA
Localisation : Montigny-le-Bretonneux, Île-de-France, FRANCE
Début : 01/05/2026 — Durée : 36 mois
Budget total : 319077.92 € — Aide ADEME : 252864 €
Statut : Suivi du projet