État des lieux
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Quel est le rôle de la vitesse dans la pollution atmosphérique ?
Une étude récente[1] (datant de 2021) du CEREMA (Centre d’études et d’expertise sur les risques, l’environnement, la mobilité et l’aménagement) pointe précisément le rôle majeur de la vitesse dans les émissions de gaz à effet de serre (GES) et des polluants atmosphériques dus au transport routier.
Les GES sont essentiellement :
– le dioxyde de carbone (CO2), dont 37 % des émissions en France en 2018 étaient dues au transport routier et qui est directement lié à la consommation de carburant ;
– le méthane (CH4), essentiellement issu du secteur de l’agriculture (68 %) mais qui provient aussi de l’utilisation de combustibles fossiles ;
– protoxyde d’azote ou oxyde nitreux (N2O), également émis principalement par l’agriculture, mais pour lequel le trafic routier (véhicules utilisant des pots catalytiques) représentait 4 % des émissions totales en France en 2018.
L’unité CO2e (équivalent CO2) est souvent utilisée, car elle permet de regrouper les GES sous une même unité en fonction de leur poids relatif. En France en 2017, le CO2 contribue à hauteur de 74 % des émissions de CO2e, le CH4 et le N2O représentant 12 % et 9 % respectivement. La contribution du transport routier[2] aux émissions nationales de CO2e est de 29 %.
Les polluants atmosphériques sont essentiellement :
– le dioxyde d’azote NO2 et monoxyde d’azote NO, regroupés sous le sigle NOx, dont la contribution du transport routier atteint 56% en 2018 ;
– les particules fines PM10 de diamètre inférieur à 10 microns, dont 13% sont émises par le transport routier en France en 2018.
Nous présentons maintenant quelques exemples de courbes qui illustrent les émissions de GES et de NOx, exprimées en gramme par kilomètre parcouru, en fonction de la vitesse de circulation du véhicule, et ce en 2020. Rappelons que pour les véhicules particuliers ou utilitaires légers, les vitesses autorisées ne dépassent pas 130 km/h, tandis que la vitesse des poids lourds est au maximum de 90 km/h.
Les deux courbes ci-dessus concernent les émissions de GES exprimées en CO2e (équivalent CO2) et la consommation de carburant pour un véhicule particulier en fonction de la vitesse. On constate que ces deux courbes présentent toutes les deux la même forme, celle d’une lettre U très évasée, ce qui semble justifier l’idée que l’émission de CO2e varie comme la consommation de carburant. Mais, contrairement au sens commun, l’émission de CO2e tout comme la consommation de carburant n’augmentent pas régulièrement avec la vitesse, mais passent par un minimum, situé ici autour de 70 km/h. Ce résultat reste valable pour les émissions des véhicules utilitaires.
Mais pour les poids lourds, dans l’intervalle des vitesses autorisées, la forme des courbes d’émission de CO2e et de consommation de carburant en fonction de la vitesse se limite à la première partie décroissante du U.
Nous présentons ci-après, pour l’année 2020, les variations des émissions des oxydes d’azote NOx en fonction de la vitesse pour 3 types de véhicules : les véhicules particuliers (VP), les utilitaires légers (VUL) et les poids lourds (PL).
Pour les VP et VUL, on retrouve des variations en U comme pour le CO2e examiné juste avant. Mais pour les PL, nous retrouvons ce que nous avons dit pour les émissions de CO2e, elles décroissent continûment quand la vitesse augmente.
Nous ne montrons pas plus de courbes sur les émissions de particules fines, car elles sont très semblables à celles que ce que nous venons de voir pour les GES et les NOx.
Nous ne présentons pas non plus ici les phénomènes nombreux et compliqués qui expliquent le comportement en U des émissions de polluants pour les VP ou VUL, et celui décroissant pour les PL. Nous renvoyons à la référence 5 du CEREMA pour les raisonnements. La complexité du sujet requiert de la prudence dans l’interprétation des résultats.
Terminons avec les principales conclusions du CEREMA concernant l’influence de la vitesse sur l’émission de polluants.
– Pour un véhicule particulier, les émissions de NOx, de PM10 et de GES sont minimales pour des vitesses proches de 70 km/h,
– Pour un véhicule utilitaire (<3,5 T), elles le sont aux alentours de 60 km/h.
– La courbe caractéristique en U des émissions en fonction de la vitesse montre par ailleurs qu’en 2020, le maximum des émissions se situe à la vitesse maximum autorisée de 130 km/h, et que les émissions à de faibles vitesses (autour de 30 km/h) équivalent peu ou prou à celles produites à grande vitesse (autour de 120 km/h). De plus, en agglomération, les arrêts et démarrages fréquents ainsi que la congestion des voies augmentent consommation et pollution.
– Pour un véhicule léger dont le trajet (urbain) à 30 km/h de moyenne serait effectué en majorité avec un
moteur « à froid », les surémissions correspondantes par rapport aux émissions avec un moteur « chaud » (température stabilisée après un certain temps de roulage) représentent un quart de celles-ci pour le CO2 (et une surconsommation de carburant équivalente) et environ un cinquième pour les NOx.
– Pour un poids lourd (majoritairement des 40-50T articulés de 5 essieux), la courbe des émissions de polluants atmosphériques et de GES en fonction de la vitesse débute à son maximum à très faible vitesse (10 km/h) puis diminue régulièrement jusqu’à la vitesse maximum autorisée de 90 km/h. Par ailleurs, la charge transportée et la pente de la route ont une influence certaine sur les valeurs d’émissions, même si les rejets de particules fines ne sont pas particulièrement impactés.
Accidentalité et pollution
Contrairement à l’accidentalité qui décroît systématiquement quand la vitesse diminue, les émissions de polluants sont les plus importantes à faibles et grandes vitesses pour les VP et VUL ; par contre pour les PL, la pollution diminue quand la vitesse augmente. Pour les VP et VUL, il n’y a donc pas conflit d’intérêts quand on abaisse la vitesse maximum à 120 km/h sur autoroute et surtout quand on revient à 80 km/h, proche de l’optimum de 70 km/h, sur les routes sans séparateurs médians. Par contre, pour la circulation à faible vitesse en agglomération, le choix de la vitesse maximum autorisée relève d’un compromis dépendant éventuellement des situations locales.