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Diesel?
Rudolph Diesel 1858-1913
moteur Diesel (1897) est un moteur à combustion interne dont l'allumage est spontané lors de l'injection du carburant (forte compression/hautes températures)
Premiers modèles fonctionnaient au charbon pulvérisé
Gazole (≠ diesel) : fraction issue de la distillation du pétrole
Diesel en
France
806040200
% diesel (consumption, Road Sector only)
MoroccoBelgiumAlbaniaTurkey
LuxembourgEthiopiaSenegal
FranceSpain
EritreaMontenegro
LithuaniaBangladesh
Bosnia and HerzegovinaKosovo
Hong Kong SARPortugalMoldova
AustriaParaguay
QatarCongoNepal
TanzaniaLatvia
CambodiaPeru
BulgariaNorwaySerbiaPoland
MozambiqueRomania
Cote d'IvoireSlovak Republic
ItalyTunisia
ThailandIndia
AlgeriaPakistan
MacedoniaSloveniaBelarus
Sri LankaHungary
Czech RepublicSingaporeDenmark
CroatiaKenya
EstoniaFinland
HaitiBrazil
IrelandZimbabwe
United KingdomNetherlandsPhilippines
GabonGermany
ChileArgentina
SwedenCameroon
UruguayNicaraguaColombia
ChinaGhanaCongoMalta
VietnamMiddle income
United Arab EmiratesSyrian Arab Republic
El SalvadorAngola
Costa RicaEgypt
IranEcuadorPanama
HondurasGuatemala
WorldTrinidad and Tobago
South AfricaAustralia
IraqBoliviaCyprus
GeorgiaSaudi Arabia
MalaysiaNew Zealand
IcelandNamibia
Dominican RepublicSwitzerland
BotswanaUkraine
High incomeGreece
BeninBrunei Darussalam
IndonesiaKyrgyz Republic
JordanCanada
CubaTogo
AzerbaijanBahrain
JapanMongolia
Russian FederationKuwaitOman
MexicoZambia
JamaicaLibya
MyanmarNorth AmericaUnited States
IsraelVenezuela
YemenUzbekistanKazakhstan
NigeriaLebanon
World B
ank data base (year 2011)
France (82%
)
China (57.5%
)
US
A (26.7%
)
Principale
caractéristiquedu parc
automobile français
: predominance du D
iesel
-62%
des véhiculeslégers
-82%
du fuel total (E+
G) consom
mé en
France (R
oad Sector only)
-Actuellem
entun sujetsensible (rapport de l’OM
Ssur
l’impactsanitaire du B
C)
-Interdiction des “vieux” D
iesel dansles grandes
agglomerations (avant2020)
World B
ank database
Diesel en France
Evolution du Parc automobile français
Evolution des normes Euro
• Outil mis en place au début des années 90
• Normes Euro différentesselon les motorisations (D ouE)
• Il faut 7-10 pour renouveller le parc
Diesel en France
Evolution du Parc automobile français
Evolution des normes Euro
Exemple des particules pour les véhicules légers Diesel
(Diminution d’un facteur 30 du seuil réglementaire enmoins de 15 ans)
Composition des émissions Diesel
H20NOx (NO+NO2)
O3
CO + CO2 CH4
NH3
Particules(PM10, PM2.5, PM1)
Black Carbon, Cabone Elémentaire(EC), Matière organique (OC/OM),
métaux
ComposésOrganiques Volatils
(COV ou HC)Produits de combustion, résidus imbrulés
+ OH
+ NH3+H20
HNO3, NH4NO3
+ OH
O3Aérosol Organique Secondaire (SOA)
Tout est une question de proportions
(f de type EURO, Essence/Diesel, type de parcours, hiver/été)
Particules Diesel
Soot particle viewed by TEM-microscope of samples collected in a near Highway environment, Grenoble, Jaffrezo et al).
Particules Diesel
Diesel soot particle viewed by TEM-microscope.
• Association de nano-sphères de carbone (~10 nm)
Particules Diesel
Diesel soot particle viewed by TEM-microscope.
• Aglomérat de nano-sphères de carbone (~10 nm)
• Structure graphitique (première approche)
• En réalité fonctionnalisation partielle
Particules primaires (Tunnel)
09.00 17.00 01.00 09.00 17.00
nb V
ehic
les
/ hou
r
0
500
1000
1500
2000
2500
CO
ppm
0
2
4
6
8
10
12
NO
x pp
b
0
1000
2000
3000
4000
CO NOx Seuil d'alerte NOx (moy horaire)
time
09.00 17.00 01.00 09.00 17.00
nb V
ehic
les
/ hou
r
0
500
1000
1500
2000
2500
PM
2.5,
PM
10 µ
g/m
3
0
100
200
300
400
500
date
Nt (
cm-3
)
0
2e+5
4e+5
6e+5
8e+5
1e+6
nb veh/h PM2.5 PM10 Seuil d'alerte PM10 (moy 24h)Nombre total de particules 10-1100nm (cm-3)
19/02/08 20/02/08 21/02/08
0
2e+5
4e+5
6e+5
8e+5
00:00:00
00:00:00
00:00:00
50100150200250300350400
dN/d
lnD
p (c
m-3
)
t
Dp (nm)
0 2e+5 4e+5 6e+5 8e+5
El Haddad et al, 2009
mode : ~60 nm
Particules Diesel primaires
Nano-spheres de carbone (EC ou BC)
Matière organique (OA ou OC)Principalement des hydrocarbures (+/-insaturées)
Métaux
Composés organiques +/- volatils (enéquilibre entre les phases gazeuse et particulaire)
Représentation simplifiée d’une suie Diesel (valable pour toutes les particules issues de combustions)
Matrice très complexe
Plusieurs centaines de molécules isoléesQuelques centaines quantifiées
Près de 80% de la masse de l’OC reste non élucidée au niveau moléculaire
Tunnel (Marseille)
El Haddad et al, 2009
Particules Diesel primaires : Composition
Distribution des alcanes linéairespour 2 véhicules Diesel (Euro 3 et Euro 4)
Particules Diesel primaires : Composition
ADEME, Projet PM-DRIVE
Emissions réglementées
?
4 véhicules issus du parc roulants : 3 Diesel (EURO 3, 4, 4+FAP) et 2 essence (Euro 2 et 4)
ADEME, Projet PM-DRIVE
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
R1 R2 R3 UC1 UC2 UC3 UF1 UF2
µg/m
3
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
R1 R2 UC1 UC2 UF1 UF2
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
R1 R2 R3 UC1 UC2 UF1 UF2 UF3
µg/m
3
DC_NO3
DC_SO4
DC_NH4
Orgno44
BC
Kangoo E4 D Ford K E2 G Audi A4 E4 D DFP
Concentrations moyennes PM1
- E4D : 15-25 mg/m3
- BC >92% de la masse en particules (réglage/entretien du véhicule?)- 500 µg/m3<Org<1000 µg/m3
- Pas de sulfate ni nitrate (LOD)- DPF : réduction de la masse émise d’un facteur 1500-2000 (avec notre ex.)
Cycle ARTEMIS modifiés : Urbain (UF), urbain chaud (UC) et routier (R)Concentrations moyennes à l’échappement
ADEME, Projet PM-DRIVE
0
2
4
6
8
10
12
14
16
R1 R2 R3 UC1 UC2 UC3 UF1 UF2
µg/m
3
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
R1 R2 UC1 UC2 UF1 UF2
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
R1 R2 R3 UC1 UC2 UF1 UF2 UF3
µg/m
3
DC_NO3
DC_SO4
DC_NH4
Orgno44
BC
Kangoo E4 D Ford K E2 G Audi A4 E4 D DFP
Echelles différentes
- Expériences répétables (~)- Urbain Froid > Urbain « Chaud » (particulièrement véhicules essence ; peu d’amplitude pour veh. Diesel)- Routier > Urbain « chaud » (Parfois sup. à UF)- Abondance significative du BC pour E2G (~20% de la masse et rapport Org/BC entre 1.5 et 2.2)- E4D + DPF : BC représente entre 20 et 60% de la masse et rapport Org/BC entre 0.7 et 3.6
Concentrations moyennes : AMS + BC
ADEME, Projet PM-DRIVE
0.E+00
1.E+07
2.E+07
3.E+07
4.E+07
5.E+07
6.E+07
7.E+07
8.E+07
9.E+07
R1 R2 R3 U1 U2 UF1 UF2 UF3
cm-3
Ntot
0.E+00
5.E+05
1.E+06
2.E+06
2.E+06
3.E+06
R1 R2 U1 U2 UF1 UF2
cm-3
Ntot
0.E+00
5.E+03
1.E+04
2.E+04
2.E+04
3.E+04
3.E+04
4.E+04
4.E+04
5.E+04
R1 R2 R3 U1 U2 U3 UF1 UF2
cm-3
Ntot
Concentrations moyennes : Nombre
Nombre total de particules/cc (>5 nm)
Kangoo, E4D Ford K, E2D Audi A3, E4D + DPF
- Mêmes conclusions que pour la masse (ordre de grandeurs, répétabilité, influence des cycle de conduite)- UF pour E4D+DPF
ADEME, Projet PM-DRIVE
0.00E+00
2.00E+04
4.00E+04
6.00E+04
8.00E+04
1.00E+05
1.20E+05
1.40E+05
1.60E+05
1.80E+05
2.00E+05
R1 R2 R3 U1 U2 UF1 UF2 UF3
ppb
Unid.
Alcohols
Acids
Carbonyls
Non Aromatic HC
Aromatic
0.00E+00
5.00E+03
1.00E+04
1.50E+04
2.00E+04
2.50E+04
3.00E+04
R1 R2 U1 U2 UF1 UF2
ppb
Unid.
Alcohols
Acids
Carbonyls
Non Aromatic HC
Aromatic
0.00E+00
2.00E+03
4.00E+03
6.00E+03
8.00E+03
1.00E+04
1.20E+04
R1 R2 R3 U1 U2 U3 UF1 UF2
ppb
Unid.
Alcohols
Acids
Carbonyls
Non Aromatic HC
Aromatic
- Moins de différences entre véhicules et cycles en terme d’émission - Compositions différentes selon véhicule
- E2G dominé par alcanes/alcenes et aromatiques- E4D dominé par alcools (très majoritairement méthanol)- E4D DPF dominé par acides (majoritairement acides acétique et formique)
Concentrations moyennes : COVs
Kangoo, E4D Ford K, E2D Audi A3, E4D + DPF
Répartition par familles chimiques (~100 COVs)
ADEME, Projet PM-DRIVE
Dynamique des émissions
Véhicule Diesel Euro 4 (sans FaP)
Routier Urbain froid Urbain chaud
ADEME, Projet PM-DRIVE
Importance de la temperature moteur/catalyseur sur les émissions
Impact : cas de Paris
Projet MEGAPOLI (FP7/ANR)
2 campagnes intensives (Hiver/Eté)3 sites de fond (éloignés des sources locales)
Crippa et al, 2013
Cas de l’hiver :
Beekmann et al, 2015
Projet MEGAPOLI (FP7/ANR)
LHVP
Impact : cas de Paris
Sources de la matière carbonée
Méthodes de source apportionment
- BC (Black Carbon)- HOA (Hydrocarbon like Organic
Aerosol) directement lié au traffic véhiculaire
- COA : Cooking OA- BBOA : Biomass Burning OA- OOA : Aerosol Organique
Secondaire
Impact du traffic sur la masse des PM1 : 20-30%
Jimenez et al, Science, 2009
Impact du traffic sur l’OA : 5 à 20% (+ ~ 10% de BC)
Impact : Généralisation
L’OA très globalement dominé par la fraction secondaire
50
40
30
20
10
0
Con
cent
ratio
n (µ
g m
-3)
43210-1Time after lights on (h)
80x10-3
60
40
20
0
Em
ission factor (gCarbon kg
-1 fuel)
secondary OC, wall loss corrected primary OC, wall loss corrected BC, wall loss corrected OH exposure
40x1063020100
OH exposure (molecules cm-3
h)
Devenir atmosphérique?
Véhicules testés :• 11 véhicules essence (EURO5)• 6 véhicules Diesel (Euro 5)• + scooters 2 et 4 temps, camions
Platt et al, 2013
Reactive Oxygen Species (ROS) in two-stroke scooter emissions
Platt et al, 2014, Nature Com.
Devenir atmosphérique?
Projet MEGAPOLI (FP7/ANR)
Sources de la matière carbonée
14C renseigne directement sur le caractère fossil ou moderne du du Carbone
La très grande majorité du carbone secondaire est d’originemoderne (donc non issu des émissions véhiculaires)
10 nm
2.5 µm
Pourquoi?
10-2
10-1
100
101
102
103
104
105
106
107
108
Par
ticul
es /
cc
10 µm 2.5 µm 1 µm 100 nm 10 nm
Nombre de particules/cc
nécessaire pour atteindre
50 µg/m3
Pour conclure