ANNEXE 2. QUALITÉ DE L’AIR
2.3. LES OXYDES D’AZOTE (NO X )
Les NOx sont produits par l’oxydation de l’azote de l’air lors de tout processus de combustion à haute température (trafic, chauffage domestique, production énergétique, production chimique spécifique, …).
2.3.1. Les émissions de NOX
La figure suivante représente la répartition sectorielle des émissions de NOX en 2013. Les principales sources d'émission de NOX sont les processus de combustion liés aux transports routiers (68%) et au chauffage de bâtiments (en particulier le chauffage des logements du résidentiel 15% et du secteur tertiaire 9%) ainsi que, dans une moindre mesure, ceux liés à l’incinérateur de Neder-Over-Hembeek (4%).
0 2 4 6 8 10
00:30 02:30 04:30 06:30 08:30 10:30 12:30 14:30 16:30 18:30 20:30 22:30
TEMPS en TU
DIMANCHE SAMEDI JOUR OUVRABLE
Fig. 15. Emissions de NOX par secteurs d’activités en RBC en 2013 (source : inventaires d’émissions Bruxelles Environnement, soumission 2015)
La figure suivante représente l’évolution temporelle de la quantité d’émissions de NOX entre 1990 et 2013 pour chaque secteur d’activité.
Fig. 16. Evolution temporelle des émissions de NOX (en ktonnes) pour la RBC par secteur d’activité (source : inventaires Bruxelles Environnement, soumission 2015)
Entre 1990 et 2013, aucun changement significatif n’est observé dans le secteur résidentiel.
Dans le secteur de la production d’énergie, constitué principalement de l’incinérateur de Neder-Over-Hembeek, une nette amélioration a été observée en 2006 du fait de l’installation d’un système de traitement des fumées : on observe une réduction d’environ 76% des NOX émis par l’incinérateur. La réduction des
émissions totales de NOX par rapport à 1990 passe de -33% en 2005 à -45% en 2006 par rapport à 1990 (voir figure précédente). De plus, la part des émissions de NOX due à l’incinération des déchets a nettement diminué entre 2005 et 2006 : elles représentaient 11% en 2005 et ne représentent plus que 3% en 2006.
Dans le secteur du transport, une diminution d’environ 50% est observée entre 1990 et 2013. Les catalyseurs sur les voitures particulières à essence sont en effet obligatoires en Belgique depuis 1989 pour les véhicules de plus de 2000 cc (lesquels représentaient, en 1990, 14% du parc bruxellois de voitures à essence) et, depuis 1993, pour tous les véhicules neufs. Le pot catalytique réalise un post traitement des gaz d'échappement dès la sortie du moteur qui se traduit notamment par une réduction des émissions de NOX. A cela s’ajoute, dans une moindre mesure, l’amélioration technologique des moteurs des véhicules notamment ceux des camions et l’application des normes EURO qui oblige les constructeurs de véhicules à produire des véhicules émettant moins de NOX. Il est à noter que, pour les véhicules diesel, ceux répondant aux normes EURO en vigueur émettent plus que prévu (voir figure suivante). En effet, ces véhicules respectent les normes EURO sur un cycle de conduite théorique déterminé par l’UE (cycle NEDC) qui sous-estime la quantité de NOX émis par rapport aux émissions lors d’un cycle de conduite réelle (cycle CADC).
Le cycle NEDC sous-estime en effet le nombre d’accélération faite par un véhicule en ville. Ce constat a également été observé pour les camions EURO V [TNO, 2009]. Une nouvelle procédure de test WLTP (cf action 79) a été proposée par l’UE afin que les normes EURO permettent aux véhicules d'émettre moins de PM10 en situation réelle. La Commission européenne a proposé aux Etats membres de mettre en œuvre un cycle d’essai complémentaire en conditions « réelles » (RDE – Real Driving Émission) rendu possible grâce à des systèmes de mesure embarqués.
Fig. 17. Facteur d’émission de NOX en g/km concernant les voitures de passagers diesel pour deux cycles de conduite. Le cycle NEDC est le cycle européen de référence pour les émissions moyennes mesurées de NOX. Le cycle CADC désigne un cycle de conduite représentatif du cycle de conduite moyen européen.
Le plafond d’émissions qui a été fixé au niveau belge pour le NOX dans le cadre de la directive NEC est de 175,3 ktonnes de NOX. La CIE du 16 juin 2000 a scindé ce plafond national en trois plafonds régionaux pour les sources fixes. Pour la RBC, ce plafond à atteindre en 2010 était de 3 ktonnes sans tenir compte des émissions provenant du secteur du transport (routier, ferroviaire et fluvial). La RBC a atteint cet objectif dès 2006, principalement via l’installation de filtres sur les cheminées de l’incinérateur.
Le plafond relatif aux émissions issues des sources mobiles (transport) n’a pas été réparti entre les Régions et s’élève à 68 ktonnes. Cet objectif a été respecté (après procédure d’ajustement acceptée par l’UE).
2.3.2. Les concentrations de dioxyde d’Azote (NO2)
Le NO2 est toxique pour l’appareil respiratoire. Les personnes asthmatiques et les malades pulmonaires chroniques subissent des effets suite à une exposition prolongée à des concentrations de l’ordre de quelques dixièmes de ppm (partie par million)/de quelques centaines de µg/m3. En plus du fait d’être un précurseur à la formation d’ozone, c’est également un précurseur à la formation de particules secondaires (nitrate d’ammonium).
Des études toxicologiques (sur animaux) montrent des changements au niveau de la structure pulmonaire, du métabolisme pulmonaire et des mécanismes de défense pulmonaire contre les infections chez des organismes exposés pendant 1 à 6 mois à des concentrations de NO2 de l'ordre de 0,1 à 0,5 ppm (190 à 950 µg/m3).
Comme risque "admissible" tant pour les populations saines que pour les plus sensibles (les asthmatiques, les malades respiratoires chroniques et les enfants), les niveaux d'exposition recommandés par l’OMS en 1987 étaient de 400 µg/m3 comme moyenne horaire maximale et 150 µg/m3 comme moyenne journalière.
Depuis 1999, l’OMS recommande une valeur moyenne horaire maximale de seulement 200 µg/m3 et une moyenne annuelle de 40 µg/m3.
Le processus de formation du NO2 répond aux principes suivants. L’émission de NOX a lieu principalement sous forme de NO (~90%) et, dans une moindre mesure, de NO2 (~10%).
La proportion NO/NO2 dans l’air ambiant dépend d’équilibres chimiques entre les substances NO, NO2, O2
(oxygène) et O3 (ozone). Le NO s’oxyde naturellement en NO2 en présence d’O2. NO + O2 <-> NO2 (processus lent)
Le NO2 est un précurseur à la formation d’O3 et est donc pour cette raison une molécule qui influence de manière importante la qualité de l’air. En l’absence de COV, un équilibre dynamique s’installe entre la formation et la destruction de l’ozone.
NO2 + O2 (+ UV) <-> O3 + NO
Cet équilibre est cependant perturbé par les produits réactionnels des COV qui bloquent le NO présent qui ne sera donc pas disponible pour détruire l’ozone. En outre, le NO est oxydé par l’intermédiaire des COV en NO2 qui permet la reformation de l’ozone.
En présence de trafic important et donc de NO en excès, l’équilibre chimique ci-dessus est déplacé dans le sens de la formation de NO2 (réaction rapide, de l’ordre de quelques minutes) et, par conséquent, la destruction de l'O3 joue comparativement un rôle plus important. Cela explique pourquoi dans un milieu urbain comme la RBC, la concentration d’O3 est moins importante que dans des zones rurales comme par exemple dans les Ardennes.
Le tableau 7 montre les concentrations moyennes annuelles des concentrations de NO2 pour chaque station de mesure de la RBC. Les cases en rouge représentent les années où il y a eu un dépassement de la valeur limite de 40 µg/m3 en ce qui concerne les concentrations moyennes annuelles. Notons que la station Arts-Loi est une station située de manière trop proche du trafic et qui de ce fait n’est pas prise en compte pour le respect des normes européennes liées à l’exposition humaine. Depuis 2009, du fait de travaux sur la voirie cette station n’est plus opérationnelle.
Tab. 7. Concentration moyenne annuelle de NO2 par station (1981-2013) (source : Bruxelles Environnement, Dpt. Laboratoire, Qualité de l’air, 2014)
Dans les stations directement influencées par le trafic routier (Molenbeek, Ixelles, Arts-Loi, Avant-Port), la norme est quasi systématiquement dépassée. Les stations se trouvant plus à l’écart du trafic (Uccle, Berchem, Parc Meudon) présentent des moyennes annuelles moins élevées de l’ordre de 30µg/m3.
La norme européenne en ce qui concerne la moyenne annuelle de 40 µg/m3 n’est donc pas respectée. Une forte diminution des émissions de NOX doit encore être réalisée avant de pouvoir respecter partout la valeur limite imposée pour la concentration moyenne annuelle.
La RBC a introduit auprès de la Commission européenne une demande de délai pour postposer de 5 ans l’application de la norme NO2, mais, au vu du manque de mesures mises en place en terme de transport, cette demande de délai supplémentaire a été refusée. Comme pour le dépassement des normes PM10, la Région de Bruxelles Capitale risque donc la mise en œuvre d’une procédure d’infraction, à la suite de laquelle une sanction financière pourrait être imposée par l’UE. En avril 2014, la Commission européenne a d’ailleurs demandé à la Région bruxelloise des clarifications en ce qui concerne le non-respect de la valeur limite des concentrations de NO2 en moyenne annuelle119.Le dépassement de la valeur limite de 40µg/m3 peut être causé par plusieurs raisons :
− Le NO2 est un polluant thermodynamiquement très stable dans l’atmosphère. La concentration de ce polluant est donc sensible aux mauvaises conditions météorologiques de dispersion (inversion thermique, vent faible) qui provoquent l’accumulation de ce polluant au niveau du sol.
R001 R002 B003 B004 B005 B006 B011 R012 N043 MEU1 WOL1 E013
1981 61 # # # # # # 50 # # # #
(*) Poste de mesure situé dans le carrefour. Pas d'évaluation des données en f onction des normes
# : pas de mesure Stations
Années
NO2 – concentration moyenne annuelle par station (µg/m3)
"_" : (Re)mise en Service, Série incomplète de données
− La diésélisation du parc automobile (le diesel émet relativement plus de NO2), les catalyseurs oxydants imposés par la norme EURO 3 augmentent la part de NO2 par rapport au NO dans les émissions et les filtres à particules des camions augmentent indirectement les émissions de NO2. Depuis quelques années, la fraction NO2 dans les émissions NOX du transport augmente donc également.
L’augmentation de la fraction NO2 est confirmée par l’évolution du rapport NO2/NOX dans les tunnels routiers (figure suivante).
Fig. 18. Evolution temporelle (2002-2013) du rapport entre NO2 et NOX dans le tunnel Leopold II – centre (en marron) et Basilique (en bleu) (source : Bruxelles-Environnement - Mesures de la qualité de l’air dans le tunnel Leopold II - Période Janvier – Décembre 2013, Février 2014)
On remarque ce phénomène dans toutes les agglomérations belges ainsi qu'en Allemagne, aux Pays-Bas et à Londres. La norme de qualité de l'air est définie en termes de NO2 et l’augmentation du rapport NO2/NOX n'avait pas été prise en considération lors de la mise en place de la directive. Ceci explique en partie le non-respect futur de la norme de 40 µg/m³ de NO2 aux stations trafic.
2.3.3. Effet week-end
La figure suivante présente les concentrations normalisées de NO, NO2 et PM10 pour chaque jour de la semaine, la normalisation étant déterminée en fonction des concentrations mesurées durant les jours ouvrables. La période prise en compte porte sur les années 2009 à 2011, en ne considérant que les mois d’octobre à mars.
Fig. 19. Evolution journalière moyenne normalisée des concentrations de NO2, NO, PM10 et PM2.5 en moyenne spatiale en RBC. La période traitée concerne les mois de janvier à mars et d’octobre à décembre, pour les années 2009 à 2011. Les stations télémétriques prises en compte dans le calcul de la moyenne spatiale sont Berchem, Avant-Port, Molenbeek, Ixelles, Uccle et Woluwe (source : Bruxelles Environnement).
Le tableau suivant résume les pourcentages de réduction des émissions de NO2 et de NO durant le week-end par rapport à un jour moyen ouvrable. Ces pourcentages représentent des valeurs moyennes pour la RBC. L’impact du trafic sur les concentrations de NO2 peut différer sensiblement d’un endroit à un autre.
Tab. 8. Pourcentage de réduction des concentrations de PM10 et NOx par rapport aux concentrations observées lors d’un jour ouvrable (Source : Bruxelles Environnement, 2008).
L’effet « week-end » lié à la réduction de trafic du dimanche évolue, suivant les stations considérées, entre 23 et 35% pour le NO2. Contrairement à la concentration de NO2, la concentration de NO est quasi proportionnelle à la réduction du volume du trafic entraînant une réduction des concentrations de NO plus importantes que celle des concentrations de NO2 : on estime que les émissions du trafic sont réduites d’environ 35% le samedi et 55% le dimanche. En effet, il existe un lien quasi linéaire entre les concentrations moyennes annuelles de NO et les émissions de NOX, ce qui n’est pas le cas avec le NO2 (figure suivante).
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40
Monday Tuesday Wednesday Thursday Friday Saturday Sunday
NO NO2 PM10 Fdms PM2,5 Fdms
Polluant Samedi Dimanche
NO -35% -55%
NO2 -16% -26%
PM10 -10% -15%
Source: IBGE, 2008
Fig. 20. Emissions annuelles de NOX en RBC (en noir) et concentrations moyennes annuelles de NO2 (en violet) et de NO (en rouge) à la station Arts-Loi (source : Bruxelles Environnement)
Les tableaux suivants présentent, par année calendrier, les concentrations moyennes en NO2 le samedi et dimanche. Ces tableaux sont à mettre en relation avec le tableau 7 montrant les concentrations moyennes annuelles prenant en compte tous les jours de la semaine, en ce compris les jours de week-end ; ils permettent d’estimer l’impact d’une réduction de trafic sur les concentrations de NO2 effectivement mesurées.
Tab. 9. Concentration moyenne annuelle par station mesurée le samedi 0
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008
Emissions en Tonnes
R001 R002 B004 B005 B006 B011 R012 N043 MEU1 WOL1
1997 42 45 # # # 34 32 # # 43
NO2 – concentration moyenne annuelle par station mesurée le samedi
Les cases en rouge indiquent un dépassement de la valeur limite de 40 µg/m3 imposée par la directive 2008/50/CE
"- " : (re)mise en service, série incomplète
Tab. 10. Concentration moyenne annuelle par station mesurée le dimanche (source : Bruxelles Environnement)
Malgré une forte réduction des activités émettrices (moins de trafic), la concentration moyenne en NO2 le samedi se situe encore aux environs de 40 µg/m3 dans certains postes de mesure.
Suivant la même directive, le seuil de 200 µg/m³ pour les valeurs horaires ne peut être dépassé au maximum que 18 heures par an. Le tableau suivant reporte le nombre d’heures au cours desquelles le seuil a été dépassé. Il en ressort que la norme est respectée dans toutes les stations bruxelloises. Pour garantir le respect futur de cette norme, une vigilance continue est néanmoins nécessaire. Il est aussi à noter que les dépassements du seuil de 200 µg/m³ se produisent en présence de conditions météorologiques très défavorables à la dispersion des polluants (vent faible ou nul et inversion thermique persistante), c’est-à-dire les conditions susceptibles de déclencher l’activation du plan d’urgence bruxellois.
Molenbeek Ixelles Ste Catherine
Eastman-Belliard
Parlement
Européen Berchem Uccle Avant-Port Parc
Meudon Woluwe
R001 R002 B004 B005 B006 B011 R012 N043 MEU1 WOL1
1997 36 39 # # # 30 29 # # 38
1998 29 41 # # # 22 22 28 # 36
1999 32 41 # # # 21 23 30 # 38
2000 30 45 50 # # 23 22 33 29 36
2001 30 52 34 46 40 24 25 35 29 42
2002 31 42 34 30 26 22 19 33 25 33
2003 36 50 36 31 30 26 22 33 30 36
2004 31 44 32 32 28 23 23 31 26 32
2005 36 47 33 31 28 24 21 31 22 34
2006 36 42 _ 30 27 22 24 29 22 33
2007 36 43 _ 32 29 23 22 30 24 34
2008 32 41 32 26 27 20 19 30 24 29
2009 32 37 33 29 28 19 20 31 23 29
2010 33 42 34 31 28 21 21 28 - 31
2011 32 39 31 30 24 20 20 30 - 28
*: (Re)mise en service, Série incomplète
# : pas de mesure Stations
Années
NO2 – concentration moyenne annuelle par station mesurée le dimanche
Les cases en rouge indiquent un dépassement de la valeur limite de 40 µg/m3 imposée par la directive 2008/50/CE
Tab. 11. Nombre de périodes horaires où les valeurs horaires NO2 ont dépassé 200µg/m³ par station (1997-2013) (source : Bruxelles Environnement)
Une forte diminution des émissions de NOX doit encore être réalisée avant de pouvoir respecter partout la valeur limite imposée pour la concentration moyenne annuelle. Une telle diminution est également requise pour limiter les émissions de NO2, actuellement en croissance, et continuer à satisfaire la norme sur les concentrations horaires de NO2.