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May 10, 2023

Qualité de l'air à bord des trains : une réponse au rapport du Conseil de la sécurité et des normes ferroviaires

Publié le 5 juin 2023 © Crown copyright 2023 Cette publication est sous licence

Publié le 5 juin 2023

© Copyright de la Couronne 2023

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Ce rapport est une réponse au rapport du Rail Safety and Standards Board (RSSB) sur l'analyse de la qualité de l'air à bord des trains (T1188).

Le contenu de ce rapport relève de la seule responsabilité du Conseil consultatif scientifique du DfT et ne représente pas le point de vue du ministère des Transports (DfT) ou des ministres du DfT.

La mauvaise qualité de l'air est un contributeur environnemental majeur aux maladies et à la mortalité et, au Royaume-Uni, on estime qu'elle entraîne entre 15 000 et 40 000 décès par an [note de bas de page 1].

Cela crée des coûts économiques importants en raison de la baisse de la productivité et de la charge des services de santé.

Comme la qualité de l'air extérieur au Royaume-Uni s'est améliorée au cours des dernières décennies, une plus grande attention est accordée aux environnements intérieurs, qui peuvent représenter l'essentiel d'une exposition individuelle au cours d'une journée. Souvent, la qualité de l'air à l'intérieur peut être inférieure à celle de l'extérieur, bien que cela soit très variable et difficile à prévoir.

La pollution de l'air et les environnements de transport ont été étudiés pendant de nombreuses années et sont des endroits connus où la qualité de l'air peut potentiellement être mauvaise. Cela inclut au bord de la route où cela a un impact sur les piétons et les cyclistes, et pour les passagers à l'intérieur des voitures, des bus, des trains et des avions. Les bâtiments des centres de transport tels que les gares ferroviaires et routières sont également connus pour être sensibles à la mauvaise qualité de l'air.

Le rapport RSSB T1188 évalue la pollution de l'air trouvée à l'intérieur des trains pendant les trajets longue distance et est un ajout bienvenu à la base de preuves sur l'exposition actuelle des transports au Royaume-Uni.

Il comble certaines lacunes importantes dans les connaissances sur l'exposition possible des passagers lors de trajets plus longs entre les villes (la recherche se concentrait auparavant principalement sur les déplacements domicile-travail dans les villes).

Les polluants examinés sont le dioxyde d'azote (NO2) et les particules (PM) exprimées en PM2,5 et PM10 (particules inférieures à 2,5 et 10 microns de diamètre) et en noir de carbone (BC). Le dioxyde d'azote provient presque exclusivement des gaz d'échappement des moteurs diesel, tandis que les particules sont émises par un plus large éventail de sources, notamment les gaz d'échappement des moteurs et l'usure des freins. Les particules sont également libérées par les occupants eux-mêmes, par l'air expiré et par l'agitation physique/la remise en suspension de la poussière des surfaces internes telles que les tissus et les revêtements de sol.

Le rapport compare les concentrations intérieures mesurées sur environ 100 trajets en train répartis sur 2 études menées par l'Imperial College de Londres. Les études ont utilisé différents types de trains/trajets et ont largement comparé les données avec les observations simultanées de la qualité de l'air à certaines stations de surveillance fixes urbaines et rurales. Ces comparaisons ne visent qu'à fournir un guide des concentrations relatives rencontrées puisque parfois ces sources de données se trouvaient à des distances importantes des trajets effectués.

Une comparaison est également faite avec les données de la littérature sur les paramètres de qualité de l'air pour les espaces clos dans d'autres modes de transport. Cette dernière comparaison est importante pour les trajets en train longue distance. Généralement, les concentrations de pollution de l'air dans les cabines sont mises en contraste avec les concentrations ambiantes et les alternatives de déplacement actif, ces dernières entraînant souvent maintenant une exposition globale plus faible.

Pour les voyages en train intermédiaires et longue distance au Royaume-Uni, le contrefactuel le plus approprié pour l'exposition est la qualité de l'air qui serait ressentie à l'intérieur des voitures ou des bus au cours du même trajet. La météorologie locale étant un déterminant majeur de la qualité de l'air au quotidien, sans que des trajets témoins appariés soient effectués les mêmes jours que les trajets en train, il n'a pas été possible de comparer quantitativement les effets entre modes.

Dans cette étude, les observations de la qualité de l'air ont été recueillies avec une moyenne des données sur 1 minute, une fréquence supérieure à celle renvoyée par la plupart des stations de surveillance de la qualité de l'air extérieur. Une conséquence est que les données à l'intérieur du train ont montré des concentrations élevées transitoires (rapportées au 95e centile).

Il convient de veiller à ne pas comparer directement ces valeurs avec les données de surveillance ambiante extérieure du Defra ou des autorités locales, qui sont des moyennes temporelles et lissées. Certaines comparaisons ont été faites entre les valeurs de train de pointe d'une minute et les moyennes annuelles extérieures ambiantes. Superficiellement, cela donne l'impression que le wagon de train est très pollué par rapport à l'extérieur, mais cela compare des échelles de temps d'exposition très différentes.

La mesure la plus utile à des fins de comparaison est probablement la concentration moyenne du trajet, qui, dans cette étude, représentait généralement 1 à 3 heures passées à l'intérieur du train. Il peut être utile à l'avenir de produire une métrique de la moyenne sur 1 heure du "voyage le plus élevé" pour donner une concentration qui peut être cartographiée plus directement sur les directives britanniques et internationales sur la qualité de l'air intérieur, telles que celles de l'OMS et de l'UKHSA. Les recommandations à court terme sur la qualité de l'air intérieur pour les autres espaces clos sont souvent exprimées en concentrations moyennes sur 1 heure, 8 heures ou 24 heures.

Les expériences montrent que le type de train a un impact sur la qualité de l'air intérieur ressenti, bien que les rapports ne tentent pas d'attribuer directement les différences observées aux types individuels de système de post-traitement ou à d'autres facteurs pertinents tels que les systèmes de freinage. Il s'agit potentiellement d'un domaine à suivre dans des analyses ultérieures avec une expertise supplémentaire.

Une caractéristique inattendue réside dans les fortes concentrations transitoires et moyennes de NO2 rencontrées à l'aide des trains bi-mode de classe 800 lorsqu'ils fonctionnent en mode diesel. Celles-ci indiquaient des concentrations significativement élevées lorsqu'elles étaient moyennées sur toute la longueur du trajet.

Cela semble mériter une enquête plus approfondie puisque la classe 800 est un train relativement nouveau qui comprend un post-traitement des gaz d'échappement à réduction catalytique sélective (SCR). Le NO2 était également constamment élevé sur d'autres types de trains, tels que les classes 755 et 230. Les PM ont été observées à des concentrations élevées (par rapport à l'extérieur) sur d'autres types de trains, répandues sur les trains plus anciens sans technologies de réduction telles que les filtres à particules diesel (DPF), mais également sur certains qui comprenaient DPF. Les concentrations de PM dans cette étude étaient globalement conformes aux types de valeurs rapportées précédemment dans la littérature.

Pour placer les concentrations à l'intérieur des trains dans un contexte plus large, il est utile de comparer certaines des valeurs observées avec les lignes directrices existantes sur la qualité de l'air intérieur pour d'autres types d'environnement. Les lignes directrices les plus pertinentes à comparer sont celles émises par l'OMS (2010). Celles-ci ne correspondent pas directement aux données de l'étude RSSB, mais une norme de moyenne temporelle à correspondance étroite est néanmoins toujours utile pour comparer avec la moyenne du trajet (représentant environ une période de 1 à 3 heures). Cela place la durée moyenne du trajet comme se situant quelque part entre une directive de l'OMS d'une heure et de 24 heures.

Tirées des 2 périodes d'étude, les concentrations moyennes de trajet les plus élevées et les deuxièmes les plus élevées sont présentées ci-dessous et comparées à la limite la plus proche de la ligne directrice de qualité de l'air intérieur de l'OMS.

Les données montrent que lors d'un voyage en train dans le pire des cas, il est possible que la qualité de l'air intérieur des passagers dépasse une valeur indicative de qualité de l'air intérieur proche de l'OMS. Cependant, il est à noter que sur les ~ 100 trajets en train effectués, seule une minorité a connu une concentration approchant ou dépassant ces lignes directrices.

De nombreux trajets ont montré que la qualité de l'air des wagons correspondait largement à ce que l'on pourrait trouver dans un environnement extérieur urbain typique en bordure de route. La concentration moyenne de « tous les trajets » dans l'étude T1188 partie 1 était inférieure aux directives intérieures de l'OMS sur 1 et 24 heures pour le NO2, les PM2,5 et les PM10. Ce n'est pas un argument pour ne pas prendre d'autres mesures pour améliorer la qualité de l'air intérieur, mais cela place l'ampleur de l'effet dans un contexte approprié. En effet, il serait relativement inhabituel qu'un individu passe régulièrement plusieurs heures à l'extérieur, au bord de la route, dans un air pollué.

La portée de l'étude n'incluait pas la détermination directe des sources de pollution de l'air trouvées à l'intérieur des trains ni l'établissement de liens étendus entre la pollution et les types de locomotives ou de wagons individuels. Le rapport note à juste titre que les PM peuvent provenir de nombreux endroits différents. Cela peut dépendre de l'efficacité du FAP utilisé à l'échappement (si présent), du type de système de freinage, de l'efficacité de la filtration utilisée sur les entrées d'air. Les particules peuvent être libérées par les occupants eux-mêmes, par le mouvement et l'air expiré.

Les niveaux d'occupation et d'autres facteurs physiques tels que le taux de renouvellement d'air n'ont pas été signalés, il n'est donc pas possible d'établir dans quelle mesure ces facteurs étaient importants. L'utilisation de la répartition des sources n'a réussi que partiellement à séparer ces sources de PM en utilisant du carbone noir comme traceur de la combustion.

La source des concentrations élevées de NO2 était plus simple à diagnostiquer, provenant principalement de l'entraînement des gaz d'échappement des moteurs diesel (ou peut-être aussi des trains à proximité dans les gares).

Les causes exactes de l'augmentation du NO2 sur les trains de classe 800 ne sont pas explicitement examinées, mais sont susceptibles de provenir d'une combinaison d'emplacements non idéaux pour l'admission d'air du wagon (par rapport aux systèmes d'échappement) associés à une sous-performance du post-traitement des gaz d'échappement. Dans les moteurs plus modernes avec réduction catalytique sélectionnée (SCR), des sous-performances peuvent survenir pendant les périodes où les systèmes d'échappement sont froids. Cela peut inclure lors du démarrage initial et si le système d'échappement dépend de la chaleur dégagée par le moteur pour maintenir les températures du catalyseur.

Les moteurs qui passent de longues périodes au ralenti ou à faible charge peuvent être particulièrement sensibles si aucun chauffage d'échappement auxiliaire n'est appliqué (par exemple, un chauffage électrique direct). Une sous-performance du SCR peut également se produire si un système de post-traitement est désactivé pour des raisons de protection du moteur (par exemple à basses températures) ou en raison d'un manque de réactif à l'urée.

Il a été noté que certaines des concentrations de NO2 les plus élevées ont été observées sur les trajets effectués en janvier, et les basses températures de l'air ambiant peuvent avoir exacerbé les sous-performances du SCR.

Les lignes directrices relatives à la qualité de l'air pendant les voyages en train sur de longues distances devraient viser, dans la mesure du possible, à utiliser des périodes de moyenne appropriées qui reflètent l'exposition intégrée au cours du voyage. Les personnes chargées d'élaborer des recommandations sur les limites de pollution de l'air à bord des trains peuvent souhaiter considérer comme point de départ les directives sur la qualité de l'air intérieur pour d'autres environnements clos, par exemple celles émises par l'UKHSA ou les conseils plus larges du NICE. L'élaboration de normes ou de lignes directrices devrait s'accompagner de conseils avisés aux opérateurs sur les interventions techniques et les adaptations.

L'étude a été conçue pour évaluer l'exposition typique des passagers lors de trajets simples et ne reflète pas nécessairement l'exposition professionnelle du personnel des trains à la pollution de l'air. Les schémas de travail peuvent signifier que le personnel passe du temps dans différentes zones intérieures du train qui n'ont pas été échantillonnées, et sur de plus longues périodes que les passagers. Il peut s'agir d'un aspect de la qualité de l'air dans les trains qui pourrait nécessiter des mesures plus représentatives.

Les concentrations de PM étaient fréquemment plus élevées à l'intérieur des trains qu'à l'extérieur, dépassant parfois la directive intérieure de l'OMS sur 24 heures pour les PM2,5 et PM10. Les valeurs rapportées se situaient cependant largement dans la fourchette des concentrations intérieures rapportées précédemment dans la littérature. Il peut être utile d'effectuer un suivi avec une analyse supplémentaire pour identifier les liens entre les particules et les facteurs de causalité connus tels que le type et l'efficacité du système de post-traitement du moteur, le type de système de freinage, le taux de renouvellement de l'air intérieur et le taux d'occupation des passagers.

Les concentrations élevées de NO2 observées sur les trains de classe 800 nécessitent une enquête plus approfondie. Le système SCR peut ne pas fonctionner comme prévu et/ou les entrées d'air de certains compartiments passagers peuvent ne pas être configurées de manière optimale, attirant involontairement les gaz d'échappement du moteur. De mauvaises performances peuvent survenir en raison du refroidissement pendant le ralenti du moteur ou des périodes prolongées de faibles charges. Il y aura probablement des opportunités techniques pour remédier à cela, par exemple par un chauffage direct supplémentaire des systèmes d'échappement, comme cela est généralement mis en œuvre sur la plupart des véhicules routiers diesel.

La composition chimique des PM libérées par le frottement et l'usure des systèmes ferroviaires peut être différente de celle trouvée dans l'air ambiant. Une analyse plus approfondie de la nature chimique des particules en suspension dans l'air trouvées à l'intérieur des trains soutiendrait des interventions potentiellement ciblées qui s'attaqueraient aux composants les plus nocifs sur le plan toxicologique (tels que les métaux traces), en plus de réduire la masse globale des particules.

Une transition nette zéro loin des trains à moteur diesel éliminerait le risque de NO2 élevé à l'intérieur des wagons. D'autres avantages pour la qualité de l'air intérieur et extérieur découlent de l'électrification ferroviaire (caténaire ou pile à combustible), car les trains entièrement électriques émettent également moins de particules par rapport aux alternatives diesel. Néanmoins, les performances de toutes les futures technologies de propulsion et des systèmes de ventilation des voitures (y compris le positionnement des prises d'air) doivent être évaluées pour leurs effets sur la qualité de l'air intérieur.

L'utilisation de systèmes de filtration d'air actifs pour nettoyer l'air des voitures peut avoir le double avantage de réduire l'exposition à la pollution par les PM générée par le train lui-même et à d'autres particules en suspension dans l'air telles que les virus respiratoires des occupants. Il est cependant peu probable que les systèmes de filtration soient efficaces pour éliminer les polluants gazeux comme le NO2, qui sont plutôt réduits plus efficacement au point d'échappement.

Toute stratégie à long terme qui maintient la propulsion à combustion dans les trains utilisant des carburants alternatifs à faible teneur en carbone tels que l'hydrogène, l'ammoniac ou le biodiesel, pourrait potentiellement conduire à des émissions continues de NOx à l'échappement des moteurs. Cela nécessiterait l'utilisation de conditions de combustion très bien optimisées (une approche qui peut fonctionner pour le H2, mais probablement pas pour le biodiesel) ou l'utilisation continue du post-traitement des gaz d'échappement pour gérer les émissions de NOx.

Un problème de preuve plus large que le département doit prendre en compte est qu'il existe une pénurie de données récentes (c'est-à-dire des 5 à 10 dernières années, après EURO6) et spécifiques au Royaume-Uni disponibles sur la qualité de l'air intérieur dans les voitures particulières et les bus. Il est donc difficile d'évaluer comment l'exposition actuelle à la pollution de l'air dans les trains pourrait se comparer aux trajets contrefactuels actuels.

Professeur Alastair Lewis, Université de York

Dr Emma Taylor, Université de Cranfield / RazorSecure Ltd

Professeur Ricardo Martinez-Botas, Imperial College London

Professeur William Powrie, Université de Southampton

Collège royal des médecins, (2016). Chaque respiration que nous prenons : l'impact permanent de la pollution de l'air. Rapport d'un groupe de travail. ISBN 978-1-86016-567-2 ↩