Le mardi 11 mars 2025 a eu lieu une journée entière dédiée aux « Particules Hors Echappement » (PHE).

Organisée dans le cadre du programme « Conversion et Gestion de l’Energie » dans les locaux du SYTRAL, la journée a rassemblé 40 participants autour de cette thématique qui est d’actualité du fait de la récente réglementation Euro 7. L’impact des PHE sur la santé a été démontré et leur prédominance en tant que « particules du transport routier » est mise en avant par la forte progression des ventes de véhicules électriques qui n’ont pas de pot d’échappement mais ne sont pas pour autant « zéro émission ».

Pour traiter la thématique avec toute sa diversité et en détails, de nombreux experts se sont succédés : Asma Beji, qui a fait une thèse à l’Université Gustave Eiffel sur les particules de freinage, Mickaël Leblanc – IFP Energies nouvelles, Laurent Gagnepain – ADEME, Jean-Christophe Renard – SYTRAL, Raphaël Desfontaines – ATMO Auvergne-Rhône-Alpes, André Dos Santos – IVECO BUS, Jean-Louis Juchault – TALLANO TECHNOLOGIES, Pierre SCHAAL – MICHELIN, Karine Pajot – ALSTOM et Cyril NIQUET – AEROPHILE GROUPE

Voici un compte-rendu détaillé de l’événement.

Les études montrent que la qualité de l’air impacte notre santé et que le transport est une source majeure de polluants particulaires et gazeux. Les évolutions technologiques des moteurs thermiques ont permis une diminution drastique des particules issues du pot d’échappement. Par conséquent, les particules générées par abrasion sont dorénavant les principales sources de PM primaires du transport routier. En effet, 69% des PM2.5 et 54% des PM10 seraient des particules d’abrasion [UE 2020].

Les particules hors échappement sont issues de trois sources principales :

1️⃣ Particules de freins : usure des plaquettes et du disque due au frottement

2️⃣ Particules de pneu : usure de la bande de roulement due au contact avec la chaussée

3️⃣Particules de la route : abrasion de la surface de la route due au contact avec le pneu et remise en suspension de la poussière de la route due à la turbulence induite par le trafic et le vent.

On distingue aussi particules primaires et secondaires, émissions directes et indirectes. La contribution des PHE aux émissions totales devrait dépasser 90% en 2040.

Un certain nombre d’enjeux est lié aux particules hors échappement :

La quantité et la nature des particules dépend de plusieurs facteurs :

Il existe trois manières de mesurer : en environnement contrôlé (laboratoire), semi contrôlé (route fermée), et conditions réelles (sur route avec ou sans dispositif d’aspiration des particules)

D’après les analyses la taille des PHE, leur composition, varient fortement en fonction des mécanismes d’émission. De plus la nature chimique des particules agit sur leur toxicité.

L’encadrement législatif des émissions en sortie d’échappement a commencé en 1993 avec l’arrivée d’Euro 1. Les limites d’émissions imposées par Euro 1 et leur date d’application ne sont pas les mêmes entre véhicules légers et lourds. La prise en charge des particules hors échappement débute avec l’Euro 7 qui sera appliqué en 2029 en France pour tous les véhicules (lourds et légers).

Dans l’objectif de répondre à ces normes des protocoles de mesure sont en cours de définition à l’image de la mesure de particules de frein dans le cadre d’Euro 7. Mettre en place des protocoles qui assurent des résultats représentatifs et robustes est hautement complexe sachant la diversité des particules et leurs mécanismes de formation.

Iveco Bus, Tallano Technologies et Michelin sont des entreprises qui développent des solutions visant à réduire l’émission de particules.

Il est possible d’agir sur trois leviers pour réduire les émissions :

1️⃣ Eviter. Avec par exemple un système de réduction de la friction hors freinage. Efficacité marginale.

2️⃣ Réduire, via l’optimisation des éléments en friction lors du freinage. 30% d’efficacité potentielle.

3️⃣ Collecter, soit de manière passive (encapsulation du système de freinage) soit active (collecte par dépression et filtration). 25 et 70 % d’efficacité potentielle, respectivement.

Iveco Bus travaille sur le sujet via sa collaboration avec Tallano Technologies qui développe les systèmes de collecte active. Leur système est installé sur les essieux et remplacent les plaquettes conventionnelles par des plaquettes rainurées. Une expérimentation est en cours sur 3 bus à Mulhouse.

Le système a aussi été expérimenté sur une benne à ordures ménagères circulant à Pariset a prouvé son efficacité (87%). Cette efficacité permettrait de collecter 5kg de matière par an et par véhicule. La matière filtrée a été analysée :

Cette analyse permet d’estimer la prise de masse liée à l’oxydation du fer, et donc de pouvoir travailler sur une fonction de transfert entre la masse arrachée et la masse collectée.

Autre source d’émission du routier : les particules générées par le contact d’un pneumatique avec la route. Michelin mène actuellement des travaux de recherche et développement sur le sujet, en particulier sur les particules d’usure des pneus et de la route (Tire and Road Wear Particles). Ces TRWP sont des microplastiques de 100 μm (taille moyenne en masse).

Mettre en place un protocole d’analyse des émissions de TRWP par kilomètre est délicat. En effet il faut pouvoir capter les particules générées à l’instant t et non pas les particules de l’environnement ou qui était déjà sur la route. L’expérimentation se fait donc sur route fermée nettoyée pendant 8h. Ce protocole permet de diviser par 5 la quantité de TRWP enregistrée. A noter : les particules enlevées lors du nettoyage sont minérales.

D’après les mesures les PM10 représenteraient seulement 1,38% de la perte totale en masse des pneumatiques, 0,18 % dans le cas des PM2,5. Ce qui concorde avec la littérature scientifique.

D’après les analyses une large majorité des particules captées derrière le pneu ne sont pas des TRWP. 59 à 80 % des particules sont de la remise en suspension. 81 % des PM10 ne sont pas des TRWP (67% dans le cas des PM2,5).

Les émissions hors échappement (frein, rail, roue, pneu) du ferroviaire sont encore moins étudiées que celles du routier. Elles représenteraient moins de 1% de la masse des particules émises (PM10 et PM2,5) en Europe. En revanche les concentrations en particules dans les enceintes ferroviaires fermées comme les stations du RER à Paris dépassent celle du trafic routier.

Si l’on compare les différentes sources de particules que sont le freinage, le contact rail/roue, le contact avec le collecteur de courant, et l’érosion du ballast, il ressort que le freinage est le contributeur principal des émissions de particules.

Alstom, Sytral, Atmo et le Groupe Aerophile travaillent pour réduire les émissions du matériel ferroviaire.

Alstom réduit l’impact du matériel roulant sur l’environnement via de multiples moyens : efficacité énergétique, matériaux plus vertueux, matériel silencieux, et filtration des émissions à bord. Sur le sujet qualité de l’air Alstom pilote le projet BREAQ (BRaking Emissions characterization & mitigation for Air Quality improvement) qui a pour objectif de mieux comprendre la formation des particules pour mettre en place des solutions de réduction des émissions.

D’après les résultats 50% des matériaux abrasés finissent en suspension dans l’atmosphère. Les particules générées sont micrométriques, ultrafines et composées en grande partie de Fer et de Calcium. Les solutions pour réduire les émissions sont :

Côté infrastructure et stations le Sytral et AtmoAURA collaborent pour surveiller la qualité de l’air dans le réseau métropolitain lyonnais. Plusieurs conclusions en ressortent :

En conséquence de ces résultats le Sytral a appliqué plusieurs solutions pour réduire les particules :

Aerophile Groupe, suite à son expérience dans la fabrication et l’entretien de ballons de présentation (cf la lanterne des Jeux Olympiques de Paris 2024), a valorisé son expérience dans la captation des particules de l’air par électricité statique.

En effet, le fait d’utiliser l’électricité statique au lieu de membranes filtrantes permet d’obtenir un débit de filtration élevé qui rend faisable, et pertinente, la mise en place d’armoires de purification. Après avoir utilisé et testé ces armoires dans des cours d’école, l’entreprise en a installé à la station Saxe Gambetta en partenariat avec le Sytral.

Les 16 armoires implantées depuis octobre 2024 filtrent 57 600m3/h (sachant que le volume de la station est de 5000m3) des capteurs ont été installés et enregistrent une nette diminution des concentrations de PM10 et 2,5 comme le montre le graphique ci-dessous.