doc 145 - Laboratoire RII - Université du Littoral Côte d`Opale
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1.2. Urban transportation networks equilibrium analysis with mathematical programming methods pour plus d amples informations Dioxyde de carbone Monoxyde de carbone Dioxyde de soufre Oxyde d azote 7 M thane Compos s organiques volatils Protoxyde d azote 12 Le cas du polluant N20 est un peu diff rent En effet il ne s value qu partir des longueurs d arcs et est ind pendant de la vitesse moyenne Il n y a pas non plus de diff rence entre les missions chaud et froid Au vu des r sultats nous utiliserons une affectation du type quilibre syst me pour r aliser la phase d affectation des diff rents sc narii impl ment s dans notre travail Cette affectation pr sente des valeurs centrales par rapport aux autres m thodes d affectations 5 Contraintes g n r es par les vitesses moyennes fournies en sortie Une autre interrogation concerne la repr sentation des conditions de circulation fournie en sortie par les mod les agr g s statiques d affectation du trafic en quoi l usage des vitesses moyennes par arc affecte t 1l les r sultats d missions Une telle question peut tre abord e d au moins trois mani res diff rentes L usage des vitesses moyennes ne permet pas de se rendre compte des variations de la cin matique d un v hicule tout au long d un arc Ce point se traduit par un lissage des r sultats d missions alors qu ils devraient tre plus
3. l int rieur de la proc dure On peut galement tablir une comparaison entre les r sultats issus de mod les diff rents De telles d marches sont bien entendu n cessaires pour permettre de v rifier les performances des mod les destin s mesurer les missions polluantes du trafic Notre propos cependant se situe en amont de cette phase de validation empirique et s attache comme nous l avons pr cis en introduction l impact sp cifique d un mod le agr g statique d affectation du trafic sur les r sultats obtenus Nous nous sommes d s lors attach s v rifier la sensibilit de ces r sultats aux variations des principaux param tres li s la proc dure d affectation Pour structurer cette r flexion nous avons repris le d roulement naturel de toute proc dure entr es calculs sorties tant entendu que ces trois points sont compl tement conditionn s par la logique d ensemble de l affectation agr g e statique Trois niveaux d interrogation ont donc t abord s L incidence de la mise en forme des donn es n cessaires pour alimenter les mod les d affectations voiries et d placements La sensibilit des r sultats aux options de calcul et au param trage des fonctions d affectation Enfin les contraintes que l usage de vitesses moyennes fait peser sur les calculs d missions Le mod le d affectation utilis est le mod le ATESAME Another Traffic Equilibri
4. lev s au niveau des intersections et plus faibles mi longueur La pratique la plus courante pour traiter ce type de questions reste l emploi des mod les dynamiques Soulignons que ce point pose un autre probl me ne pas n gliger pour l usage des mod les statiques l volution des r glementations et des comportements de conduite ainsi que des mesures d ing nierie du trafic peuvent long terme modifier les caract ristiques cin matiques des v hicules au sein de la circulation les caract ristiques des cycles de conduite utilis s pour valuer les missions deviennent alors obsol tes et il est n cessaire de les r actualiser r guli rement 5 1 Non prise en compte des variations de vitesses sur un m me arc On peut galement s interroger sur la non prise en compte des diff rences de vitesses entre v hicules sur une m me portion de voirie un moment pr cis ou tout au long de la p riode d observation Pour tester les effets de la non prise en compte des variations de vitesse sur un m me arc nous avons r introduit de la variance dans les vitesses par arc estim es par ATESAME avant de continuer sans autre modification de la suite de la m thode d valuation des missions de gaz polluants Nous avons r introduit la variance en consid rant que sur chaque arc 40 des v hicules circulent la vitesse moyenne Vit et que les 60 restants se r partissent en deux classes gales l une regroupant le
5. Les questions environnementales exercent une pression toujours plus forte tant au niveau de l ampleur des risques envisag s qu travers leur prise en compte dans les jeux des acteurs conomiques et sociaux l chelle locale comme au niveau international l av nement de cette soci t urbaine s illustre par le fait que plus des deux tiers de la population mondiale vit aujourd hui en ville d veloppant une culture sp cifique et dominante les transports routiers auxquels on associe bien souvent congestion pollution atmosph rique et nuisances sonores tiennent une place de choix entre ces deux pr occupations La forte pouss e de l urbanisation les mouvements de nos soci t s humaines sont de plus en plus per us en contradiction avec les rythmes et les grandes r gulations naturelles de notre plan te Depuis les ann es 80 les instances internationales ont propos la notion de d veloppement durable pour servir de cadre de r flexion une politique mondiale concert e permettant de r duire cette contradiction Les mod les sont de plus en plus d velopp s dans l objectif essentiel d valuer des projets d am nagement du r seau routier d une agglom ration Ils permettent notamment d tablir une utilit collective globale d un projet particulier ou de tester sa coh rence avec l ensemble du r seau Cet objectif d valuation a conduit la plupart de ces mod les voluer depuis les ann es 80 ann
6. Les zones repr sent es dans le mod le par les centro des sont l origine et ou la destination de d placements Nous pouvons ainsi d finir une matrice de demande ou matrice origine destination dont l l ment situ au croisement de la i ligne et de la j colonne repr sente le nombre de d placements not g ayant pour origine la zone i et pour destination la zone j La proc dure d affectation consiste rechercher les itin raires emprunt s pour fournir les flux et les vitesses par arc Pour notre exemple de la figure 1 le nombre de d placements entre les centro des 1 et 2 not g 2 est de 3 entre 1 et 3 not q7 est de 8 A partir de ces r sultats il est alors possible d estimer un niveau d mission de polluants atmosph riques sur chacun des arcs l aide d abaques fournissant les missions moyennes par v hicule pour un kilom tre parcouru une vitesse donn e Ce calcul fait souvent appel des informations complexes En distinguant plusieurs types de v hicules v hicules l gers poids lourds v hicules essence diesel etc et en diff renciant leurs missions Des logiciels permettent de prendre en compte de mani re fine l tat des v hicules en circulation ainsi que les facteurs d missions qui leur correspondent Le mod le d velopp et actualis r guli rement par l Environmental Potection Agency reste une r f rence dans ce domaine US EPA 1994 En affinant la rep
7. car la physionomie des rues ainsi que l orientation et l intensit des vents dominants jouent un r le fondamental dans la concentration des polluants Horowitz 1982 Les outils ainsi d velopp s apparaissent d s lors performants pour tablir un bilan des nuisances de proximit de la pollution routi re ils sont galement int ressants pour tester l impact environnemental imm diat des mesures d ing nierie qui am liorent la fluidit du trafic et modifient les caract ristiques cin matiques des v hicules en circulation comme par exemple la mise en place de plans de feux Par contre la complexit des calculs limite ce type d approche un ensemble restreint d arcs et de carrefours et ne permet pas d tablir une valuation au niveau global d une agglom ration On est alors oblig d avoir recours une nouvelle famille de mod les de trafic les mod les agr g s statiques d affectation Con us pour valuer les flux sur le r seau routier de toute agglom ration ces mod les n apportent pas le m me degr de finesse en mati re de repr sentation des conditions de circulation ils ne fournissent qu une vitesse moyenne par arc Par contre ils sont plus globaux et permettent d tablir des valuations sur une chelle beaucoup plus vaste Ces mod les ont pour objectif essentiel d valuer des projets d am nagement du r seau routier d une agglom ration Ils permettent notamment d tablir une ut
8. GREGATE STATIC ASSIGNMENT MODELS TABLE DES MATIERES Introduction 4 1 La mod lisation du trafic routier et l valuation de ses missions de polluants atmosph riques 5 2 Tester la pertinence des mod les agr g s statiques d affectation pour valuer les missions 7 3 L incidence de la mise en forme des donn es n cessaires l affectation 9 4 Sensibilit des r sultats en fonction du type d affectation 10 4 1 Affectation par tout ou rien all or nothing 11 4 2 Equilibre utilisateur User equilibrium 11 4 3 Equilibre utilisateur stochastique Stochastic user equilibrium 11 4 4 Equilibre syst me system optimum 11 4 5 Affectation Probit Probit assignement 11 5 Contraintes g n r es par les vitesses moyennes fournies en sortie 13 5 1 Non prise en compte des variations de vitesses sur un m me arc 13 5 2 Effets de la congestion 14 Conclusion 15 Bibliographie 16 Introduction Les mod les statiques d affectation sont couramment utilis s pour g rer les r seaux routiers et sont souvent repris pour valuer les missions car 1ls pr sentent le double avantage d tre simples manipuler et de fournir des r sultats facilement utilisables Plusieurs mod les ancr s dans le domaine des transports taient d velopp s et modernis s ces derni res ann es ann es de la mont e d un c t des pr occupations environnementales et de l autre la spectaculaire croissance d mographique urbaine
9. UNIVERSIT DU LITTORAL C TE D OPALE Lab RIl Laboratoire de Recherche sur l Industrie et l Innovation CAHIERS DU LAB RII DOCUMENTS DE TRAVAIL N 145 Mars 2007 Evaluation des missions de polluants atmosph riques du trafic routier Mod les agr g s statiques d affectation Noomen GUIRAT EVALUATION DES EMISSIONS DE POLLUANTS ATMOSPHERIQUES DU TRAFIC ROUTIER MODELES AGREGES STATIQUES D AFFECTATION ASSESSMENT OF THE POLLUTANT AIR EMISSIONS CAUSED BY THE ROAD TRAFFIC USING THE AGGREGATE STATIC ASSIGNMENT MODELS Noomen GUIRAT R sum Les mod les statiques d affectation sont couramment utilis s pour g rer les r seaux routiers et sont souvent repris pour valuer les missions car ils pr sentent le double avantage d tre simples manipuler et de fournir des r sultats facilement utilisables Plusieurs mod les taient d velopp s et modernis s ces derni res ann es ann es de la mont e d un c t des pr occupations environnementales et de l autre la spectaculaire croissance d mographique urbaine Les questions environnementales exercent une pression toujours plus forte tant au niveau de l ampleur des risques envisag s qu travers leur prise en compte dans les jeux des acteurs conomiques et sociaux l chelle locale comme au niveau international L av nement de cette soci t urbaine s illustre par le fait que plus des deux tiers de la population mondiale vivent aujourd hui e
10. ansport pour les comparer celles des autres secteurs d activit industrie commerce activit s humaines et imputer ainsi chacun sa part de responsabilit dans la pollution atmosph rique La mesure de la sensibilit des missions aux variations des caract ristiques du syst me de transport permettant par exemple de tester et de comparer l impact environnemental des diff rents sc narios d volution du r seau ou de la demande du transport L laboration d une approche spatialis e des nuisances pour rendre compte un niveau local des probl mes pos s par les transports routiers Ces trois pr occupations apparaissent beaucoup plus compl mentaires qu oppos es Une premi re piste pour y r pondre consiste utiliser les mod les de trafic urbain qui fournissent la description la plus pr cise possible des conditions de circulation au sein d une agglom ration tant 1l est vrai que les caract ristiques cin matiques des v hicules apparaissent d terminantes pour expliquer leurs niveaux d missions Les premiers travaux dans ce sens ont permis de montrer que les missions ne sont pas uniform ment r parties au sein d un r seau ou le long d un m me arc Il existe notamment de fortes pointes de pollution aux intersections Patterson Meyer 1975 Lieberman Cohen 1976 Parall lement la recherche de pr cision spatiale dans l volution a conduit soigner les modules de diffusion des missions
11. ant de 1 3 et 1 4 repr sentent les missions valu es sur le r seau lorsque la demande d passe la capacit Nous ne pouvons malheureusement conclure sur les effets r els de la congestion au niveau des missions des gaz polluants un mod le dynamique se r v le plus ad quat pour rendre les effets li s la congestion Ces r sultats permettent galement d avoir une id e de l erreur globale qui serait commise en tendant sur une journ e enti re ces r sultats obtenus partir d une matrice d heure de pointe Pour conclure rappelons qu au cours d une proc dure d valuation des missions du trafic routier la phase d affectation reste insuffisante pour prendre en compte les effets d une croissance du trafic une partie des adaptations li es la congestion ne peut tre tablie qu en phase amont la sensibilit des missions d pend des caract ristiques du parc d finies en aval Les incertitudes introduites par l affectation statique sont sur ce point sans doute limit es sous condition de disposer de matrices diff renci es pour les heures de pointes et les heures creuses Cette distinction permet d am liorer les estimations d missions des polluants les plus sensibles la d gradation des vitesses tels que les hydrocarbures et le CO m me si cette sensibilit a d j commenc se r duire Elle permet galement de disposer d indications plus fines en mati re d volution g ographiqu
12. ation des missions Cas des polluants CO2 CO SO2 NO Affectation CH cov N20 Equilibre syst me 100 0 100 0 100 0 Equilibre utilisateur 99 55 99 55 99 39 Probit 100 28 100 28 99 51 Tout ou rien 99 55 99 55 99 39 Equilibre utilisateur stochastique Tableau 2 Evaluation des missions Cas des polluants CH4 COV N20 Aucun r sultat n a pu tre produit pour ce type d affectation Comme nous pouvons l observer la phase d affectation que nous allons choisir pour valuer les missions de gaz polluants produit des r sultats fort semblables La raison en est simple la phase d affectation assigne un nombre de v hicules sur les arcs du r seau diff rent pour chaque type d affectation Cette diff rence est directement r percut e sur l valuation des missions de gaz polluants elles sont calcul es partir des longueurs d arcs de la vitesse moyenne et du nombre de v hicules pr sents sur ces arcs Si nous comparons les r sultats obtenus pour une affectation du type quilibre syst me et une affectation probit les missions varient de moins de 1 Cette diff rence s explique par les m thodes utilis es pour r aliser ces affectations La r partition de la demande selon l affectation probit r sulte du choix de l itin raire le moins co teux du point de vue de l utilit pour chaque usager alors que pour l quilibre syst me c est le co t total sur le r seau qui est minimis voir Sheffi Y
13. doptons une d marche pas pas consistant nous interroger chaque grande tape de calcul sur la pertinence et les limites des hypoth ses propres la proc dure d affectation statique Nous voquerons successivement les limites des donn es initiales d crivant l offre et la demande de transport la sensibilit relative des r sultats en fonction du type d affectation et enfin l efficacit de l usage des vitesses moyennes par arc par rapport une repr sentation plus fine avec des vitesses variables Ce travail se base sur des simulations effectu es partir du mod le ATESAME d velopp par le GRT Groupe de Recherche sur les Transports aux Facult s Universitaires Notre Dame de la Paix en Belgique ce mod le statique d affectation du trafic sera appliqu l agglom ration tunisoises et compl t de fonctions d missions tablies sur la base de recherches empiriques La mise en uvre de sc narios diff renci s permet de tester l impact des hypoth ses propres ce type de mod les sur les r sultats d missions que l on peut en d duire 1 La mod lisation du trafic routier et l valuation de ses missions de polluants atmosph riques Diff rentes pr occupations peuvent tre l origine d une valuation des nuisances de transport Parmi ces pr occupations au moins trois m ritent d tre prises en consid ration L valuation des niveaux r els d missions du secteur de tr
14. durable Hickman A J Jourmard R Nemerlin J Hassel D 1992 Modelling of emissions and consumption in urban areas final report Rapport INRETS LEN 9213 INRETS Bron France Hickman Colwill 1982 The estimation of air pollution concentration from road traffic TRRL report number LR1052 Crowthorne UK Horowitz J 1982 Air Quality Analysis for Urban Transportation Planning MIT Press Cambridge Massachusetts Joumard R Paturel L Vidon R Guitton J P Saber A I Combet E 1990 Emissions unitaires de polluants des v hicules l gers Rapport INRETS n 116 Bron France Lieberman E B Cohen S New technique for evaluation of urban traffic energy consumption and emissions Transportation Research Record 599 41 Manheim M L 1979 Fundamentals of Transportation Systems Analysis Vol 1 Basic Concepts MIT Press Cambridge Massachusets Minist re de l quipement de l habitat et de l am nagement du territoire 2003 Annales de l quipement publication semestrielle vol XIII N 2 Patterson R M Meyer E L 1975 An approach for relating traffic to ambient CO concentrations at signalised intersections 68 Annual Meeting of Air Pollution Control Association 15 20 6 75 Boston Massachusetts Paper No 75 44 4 Sheffi Y 1985 Urban transportation networks equilibrium analysis with mathematical programming methods Prentice hall New York USA 16
15. e de proposition de la notion de d veloppement durable pour s adapter aux pr occupations des p riodes travers es et traverser en affinant les modules de prise en compte de la congestion et en s enrichissant aujourd hui des modules d valuation des missions polluantes Ces mod les donnent une image statique de l tat de la circulation au niveau d une agglom ration Ils tablissent un bilan moyen de ce qu on obtiendrait si on faisait une s rie d observations pendant plusieurs jours sur une m me p riode Ils sont susceptibles de r pondre des calculs conomiques d valuation globale de grands projets de modification du r seau Par contre ils fournissent une information relativement pauvre pour d crire les conditions de circulation sur le r seau routier et peuvent facilement indiquer des trafics par arc erron s s ils sont mal param tr s C est dans ce cadre qu on se posera les questions suivantes auxquelles on essayera de r pondre dans cet article en quoi ces mod les statiques d affectation peuvent ils tre int ressants pour valuer les missions de polluants atmosph riques du trafic routier Quels biais et quelles incertitudes introduisent ils Il faut souligner galement qu il convient d adapter les pr cautions m thodologiques aux objectifs de l valuation On commencera par une pr sentation de la logique g n rale suivie lors d une valuation des missions du trafic nous a
16. e des missions du fait d une meilleure prise en compte de la modification des origines et destinations au cours d une journ e Conclusion L valuation des missions peut tout d abord relever d une logique de bilan comptable ou d tat des lieux pour rep rer des zones g ographiques plus touch es ou de retrouver la part de responsabilit dans la pollution atmosph rique des diff rentes activit s qu une ville abrite transport industries chauffage notamment Plus ce bilan s tablit un niveau spatial fin plus les incertitudes sont fortes du fait de la variabilit des r sultats de trafic par axe suivant les valeurs des param tres d affectation Cela ne signifie pas que les mod les statiques agr g s d affectation du trafic ne sont pas indiqu s pour ce type de travail mais qu il est n cessaire de pr ter le plus grand soin la phase de calibrage des param tres Par contre lorsqu on s attache des r sultats plus globaux ces erreurs se compensent entre elles et la sensibilit des valuations aux valeurs des param tres d affectation est tr s r duite au niveau d une agglom ration Il existe galement une logique de comparaison des sc narios qui correspond une lecture beaucoup plus relative des r sultats les niveaux obtenus importent moins que les diff rences mises en vidence entre les alternatives test es Or les sources d incertitudes affectent autant les r sultats d un sc na
17. elon leur zone de destination ditribution modelling et ventuellement les r partir entre diff rentes alternatives modales modal split Les matrices de d placements par mode ainsi obtenues sont ensuite affect es sur les r seaux qui leur correspondent assignment modelling On peut galement proc der directement des enqu tes sur terrain pour constituer la matrice des d placements De simples donn es de comptages peuvent fournir les premi res indications m me si elles ne renseignent pas sur les origines et destinations des d placements On peut galement utiliser des enqu tes plus compl tes Par exemple en France on combine une enqu te m nage qui apporte une image des d placements des r sidents d une agglom ration et une enqu te cordon qui recueille les d placements de transit et d change Par contre les d placements professionnels ainsi que les d placements des non r sidents l int rieur du p rim tre enqu t se trouvent ignor s D apr s le minist re de l quipement tunisien les comptages tablis sur le r seau laisseraient appara tre une proportion de 10 15 de d placements oubli s au sein de l agglom ration tunisoise dont on ne conna t ni l origine ni la destination et qui sont redistribu s au mieux au sein de la matrice de d placements Ainsi chaque m thode permet de construire une matrice sur la base d informations de natures diff rentes et conduit des erreurs et incerti
18. en p riph rie qu en heure de pointe ou en centre ville d j satur e En plus de ces questions li es la constitution de la matrice des d placements d autres limites sont introduites par la n cessaire simplification de la repr sentation g ographique des donn es Pour des raisons pratiques de calcul et des contraintes statistiques de repr sentativit les d placements ne sont pas consid r s individuellement avec leurs lieux pr cis de d part et d arriv e Ils sont regroup s par zones g ographiques d origine et de destination Chaque zone est en fait repr sent e par un point son centro de source ponctuelle d mission et de r ception des flux situ e le plus souvent au niveau du centre de gravit de la zone en question Cette simplification g ographique a une double cons quence D une part l affectation ne portant que sur les d placements effectu s d une zone une autre les d placements effectu s l int rieur d une m me zone ne sont pas pris en compte dans les calculs et n apparaissent donc pas dans les r sultats D autre part la liaison entre les centro des et ce r seau simplifi est assur e par des liens fictifs dont les caract ristiques sont tablies de fa on repr senter correctement les temps moyens d acc s entre chaque zone et ce r seau Par contre les longueurs les temps de parcours et les trafics sur ces liens n ont gu re de simplification en tant que tels Leur
19. es dynamiques de n cessiter un ensemble moins fouill et donc plus facile r colter de donn es Ils sont agr g s dans le sens o chaque d placement n est pas consid r isol ment Ils sont au contraire regroup s partir d un d coupage de l aire g ographique tudi e permettant de les caract riser par leur zone d origine et leur zone de destination Une repr sentation sch matique du territoire est tout d abord n cessaire avant toute utilisation d un mod le Cette description consiste tout d abord en un d coupage du territoire en zones d termin es selon les motivations de l tude le contexte socio conomique de la r gion consid r e et les donn es disponibles Chacune de ces zones est repr sent e par un point appel n ud ou plus pr cis ment centro de Ces centro des sont donc des metteurs et ou r cepteurs de d placements Ensuite les routes du r seau de transport sont repr sent es par des lignes appel es arcs dont les croisements sont des points galement appel s n uds plus pr cis ment carrefours Les arcs relient donc les diff rents n uds qu ils soient centro des ou carrefours ces arcs sont associ es une s rie de caract ristiques telles que la longueur la vitesse autoris e ou observ e la capacit la sensibilit la congestion Nous obtenons ainsi un r seau repr sentant la r gion tudi e A 8 N ud u centro de Fig 1 R seau routier
20. es initiales n ont pas de raison d affecter diff remment plusieurs sc narios d affectation Ceci signifie que les incertitudes sur les niveaux obtenus n emp chent pas de mener des analyses relatives en comparant les bilans environnementaux tablis sur diff rents tats du syst me de transport Although the actual absolute levels of pollution may be affected by many other factors besides those included in the component models the modelling system can resonably detect relative differences in levels of pollution between alternative sets of traffic load distributions Taylor Young 1995 Ainsi si les incertitudes introduites par les donn es n cessaires l affectation rendent moins fiables les niveaux d missions calcul s elles affectent beaucoup moins les comparaisons entre diff rents r sultats 4 Sensibilit des r sultats en fonction du type d affectation La v rification de la sensibilit des r sultats aux diff rentes proc dures d affectation possibles nous permet de r aliser pour chaque affectation une valuation des missions de gaz polluants Nous reprenons pour chaque cas le r seau tudi auquel nous appliquons successivement les diff rentes possibilit s d affectation pr vues par le programme ATESAME et terminons par estimer les valuations de gaz polluants ATESAME offre l utilisateur la possibilit de choisir parmi cinq types d affectations Il s agit des m thodes dites tout ou rie
21. ilit collective globale d un projet particulier ou de tester sa coh rence avec l ensemble du r seau Manheim 1979 Cet objectif d valuation a conduit la plupart de ces mod les voluer depuis les ann es 70 pour s adapter aux pr occupations des p riodes travers es en affinant les modules de prise en compte de la congestion en int grant l impact de la mise p age des infrastructures en s enrichissant aujourd hui de modules d valuation des missions polluantes Ces mod les donnent une image statique de l tat de la circulation au niveau d une agglom ration fournissant ainsi une mod lisation d une situation moyenn e sur la p riode consid r e sur un r seau de trafic il s agit d un bilan moyen de ce que l on obtiendrait si on faisait une s rie d observations pendant plusieurs jours sur une m me p riode Un tel outil continue tre d une certaine utilit notamment pour des tudes relatives la planification du trafic r pondant des calculs conomiques d valuation globale des grands projets de modification de r seau par exemple il ne faut cependant pas utiliser ces mod les des fins pour lesquelles ils ne sont pas con us comme par exemple la recherche des volutions temporelles de la circulation Dans ce cas on aura plut t recours des mod les dynamiques Mais il faut n anmoins noter que les mod les statiques ont l avantage suppl mentaire par rapport aux mod l
22. l int r t de cette proc dure d affectation repose sur le fait que les r sultats peuvent servir de point de rep re pour la comparaison de diff rentes affectations des flux 4 5 Affectation Probit Probit assignement Le mod le probit est un mod le de choix discrets bas sur la th orie de l utilit al atoire Dans le cas pr cis du choix d un itin raire entre une origine et une destination l utilit de chaque itin raire envisag est le co t du parcours per u qui lui est associ et que les usagers essaient de minimiser On associe chaque alternative une utilit Cette utilit est fonction des caract ristiques des variables intervenant dans l alternative mais aussi de caract ristiques propres la personne qui effectue le choix 11 R sultats Nous r capitulons dans le tableau ci dessous les r sultats d missions en tonnes obtenus pour les diff rentes affectations pr sent es pr c demment Nous prenons les r sultats obtenus suite l affectation de type quilibre syst me comme base La temp rature lors des valuations est de 27 degr s Celsius moyenne pour la saison printemps t la ville de Tunis Selon M t o Tunisie Affectation CO co SO NO Equilibre syst me 100 0 100 0 100 0 100 0 Equilibre utilisateur 99 55 99 55 99 55 99 55 Probit 100 28 100 28 100 28 100 28 Tout ou rien 99 55 99 55 99 55 99 55 Equilibre utilisateur stochastique Tableau 1 Evalu
23. m nes de vents dominants et ainsi r duire les concentrations de polluants pr sentes dans l atmosph re Horowitz 1982 Nous la d nommons phase de diffusion son but principal tant de s int resser la dispersion des polluants dans l atmosph re et non l valuation proprement parler des gaz polluants Ainsi donc nous pouvons r sumer ce probl me en quatre phases distinctes que sont les phases d affectation d valuation des missions de r partition de ces m mes missions et de diffusion Phase au cours de laquelle on assigne chaque arc un flot de v hicules avec ses caract ristiques 3 L incidence de la mise en forme des donn es n cessaires l affectation Pour effectuer ses calculs un mod le statique d affectation des d placements n cessite deux principales sources d informations une description du r seau de voirie et une matrice des d placements avec leurs zones d origines et leurs zones de destinations L laboration de ces entr es du mod le est une premi re source d impr cision qu il convient de ne pas n gliger Une premi re difficult concerne la constitution de la matrice origine destination des d placements Dans le cadre traditionnel de la mod lisation du trafic dite quatre tapes la proc dure consiste r unir un syst me de mod les qui vont successivement g n rer la demande de d placements generation modelling distribuer ces d placements s
24. n plus court chemins quilibre utilisateur quilibre syst me quilibre utilisateur stochastique et affectation probit 10 4 1 Affectation par tout ou rien all or nothing Dans l affectation dite tout ou rien la demande de d placement entre une origine i et une destination j not e g est enti rement affect e sur le chemin du co t minimum temps minimum joignant cette origine cette destination Aucun des autres chemins reliant i j ne sert acheminer la demande g Une telle approche ne peut tre utilis e que si l on suppose que le co t associ aux arcs ou le temps de trajet sur les arcs est constant c est dire ind pendant du flux sur l arc 4 2 Equilibre utilisateur User equilibrium Il est raisonnable de penser que chaque utilisateur va tenter de minimiser son co t de d placement repr sent par exemple par son temps de parcours pour se rendre d une origine i une destination j Mais cela ne signifie pas automatiquement que toutes les personnes d sirant se rendre de i j vont emprunter un m me chemin En effet le temps de parcours sur chaque arc du r seau tant fonction du flux sur l arc le temps de parcours de diff rents trajets sur le r seau est modifi lorsque les flux sur les arcs changent Un quilibre est atteint lorsque aucun usager ne peut am liorer son temps de parcours en changeant unilat ralement d itin raire Ainsi l quilibre utilisateur est atteint
25. n ville d veloppant une culture sp cifique et dominante les transports routiers auxquels on associe bien souvent congestion pollution atmosph rique et nuisances sonores tiennent une place de choix entre ces deux pr occupations Abstract Static assignment models are frequently used to manage the road networks and are often repeated to assess the emissions because they present the double advantage to be simple for using and giving easy results Many models in the transport domain were developed and modernized last years years of the ascent of the environmental preoccupations and the spectacularly urban demographic growth Environmental questions have a great pressure at both the extent of considered risks and through their consideration in the economic and social games at the local and international levels The advent of this urban society appears clearly if we know that more than 66 of the population in the world live today in towns developing a specific and dominant culture The road transports to witch we associate usually congestion air pollution and harmful emissions for sound hold the choice between those preoccupations Laboratoire de Recherche sur l Industrie et l Innovation Universit du Littoral C te d Opale mars 2007 EVALUATION DES EMISSIONS DE POLLUANTS ATMOSPHERIQUES DU TRAFIC ROUTIER MODELES AGREGES STATIQUES D AFFECTATION ASSESSMENT OF THE POLLUTANT AIR EMISSIONS CAUSED BY THE ROAD TRAFFIC USING THE AG
26. placements par un facteur Le coefficient multiplicateur prend successivement les valeurs allant de 0 6 1 4 augmentant de 0 1 pour chaque simulation Avant de se pencher sur les r sultats il est important de souligner que cette mani re d envisager la congestion ne permet pas d en mesurer toutes les cons quences Les r sultats obtenus valent donc plus par l indication qu ils donnent sur la sensibilit des missions une d gradation des conditions de circulation que par l interpr tation trop imm diate que nous pourrions en tirer sur la congestion elle m me 0 6 0 7 0 8 0 9 1 1 1 1 2 1 3 1 4 CO 59 6 59 8 79 6 90 1 100 0 110 8 112 6 1124 1123 CO2 59 6 69 8 79 6 90 1 100 0 110 8 112 6 1124 1123 SO 59 6 69 8 79 6 90 1 100 0 110 8 112 6 1124 1123 NOx 59 6 69 8 79 6 90 1 100 0 110 8 112 6 112 4 1123 CH 59 6 69 8 79 6 90 1 100 0 110 8 112 6 1124 1123 COV 159 6 69 8 79 6 90 1 100 0 110 8 112 6 1124 1123 N20 59 6 69 8 79 6 90 1 100 0 110 8 112 6 112 4 112 3 Tableau 4 Evaluation des missions polluantes en fonction de l augmentation du trafic 14 Au vu des r sultats pr sent s dans la figure 5 nous pouvons observer que la pollution augmente avec une d gradation des conditions de circulation augmentation du trafic donc diminue avec l am lioration des conditions de circulation baisse du trafic Les valeurs de val
27. pour un moment pr cis Mais dans l id e d obtenir une valuation des missions de polluants sur de longues p riodes cette m thode s av re tout fait ad quate La phase d affectation termin e nous pouvons valuer les missions globales des gaz polluants Cette tape nous la r alisons l aide des donn es fournies par l ANPE le minist re de l environnement et du d veloppement durable le minist re de l quipement et P ANERE En effet ces donn es fournissent des missions moyennes par v hicule pour un kilom tre parcouru une vitesse donn e et pour une temp rature consid r e Une fois les missions totales sont valu es nous redistribuons les missions en fonction des types de v hicules ou par zone tudi e La derni re tape s av re la plus compliqu e mod liser En effet lors de cette tape deux types de donn es entrent principalement en jeu les donn es m t orologiques et les donn es topographiques Cette derni re tape consiste partir des missions totales par arc d terminer la concentration r elle des gaz polluants pr sents dans l atmosph re en tenant compte des diff rents ph nom nes m t orologiques la temp rature peut jouer un r le de catalyseur lors de certaines r actions chimiques et ainsi diminuer la concentration r elle de gaz polluants dans l atmosph re et des donn es topographiques la topographie de certaines rues peut accro tre les ph no
28. pour une paire OD ij les temps de parcours sur tous les itin raires utilis s entre i et j sont gaux et ils sont inf rieurs ou gaux aux temps de parcours qu aurait un usager en empruntant un itin raire non utilis 4 3 Equilibre utilisateur stochastique Stochastic user equilibrium Les hypoth ses de connaissance parfaite du r seau et selon lesquelles tous les usagers confront s un choix auraient le m me comportement peuvent para tre irraisonnables L quilibre utilisateur stochastique tente d y donner une r ponse en distinguant les co ts que les usagers per oivent et le co t du trajet r el L quilibre est atteint lorsque chaque usager estime qu il peut am liorer son temps de parcours en changeant unilat ralement son itin raire 4 4 Equilibre syst me ou social system optimum Dans la m thode de l quilibre syst me social l affectation de la matrice de demande sur le r seau est faite de telle mani re que le co t le temps total sur le r seau c est dire la somme des co ts temps de tous les d placements effectu s soit minimum L quilibre syst me ne repr sente g n ralement pas dans la r alit une situation d quilibre chaque usager doit favoriser la diminution du co t total temps total des trajets et non pas son propre co t temps ou autrement dit les usagers auraient la possibilit de diminuer leur propre co t de parcours en modifiant leur itin raire mais
29. r sentation des conditions de circulation Une premi re solution consiste d composer chaque arc en plusieurs parties distinctes chacune tant caract ris e par l une des phases d acc l ration de vitesse de croisi re de d c l ration et de ralenti des v hicules en circulation Hickman Colwill 1982 D autres travaux ont cherch mettre en vidence des cycles de conduite type repr sentatifs des conditions r elles de circulation Reproduits en laboratoire ces cycles ont permis d tablir des taux moyens d mission Cf par exemple Jourmard Hickman Nemerlin Hassel 1992 vitant ainsi de simuler les caract ristiques cin matiques des v hicules en circulation Ces valuations peuvent ensuite tout aussi bien tre pr sent es au niveau g ographique tr s fin de l arc ou du tron on de voirie qu tre r agr g es sur un quartier ou une agglom ration Comme dans le cas pr c dent ces modules de diffusion des missions peuvent galement tre utilis s 2 Tester la pertinence des mod les agr g s statiques d affectation pour valuer les missions Diff rents types de tests peuvent tre envisag s pour mesurer la pertinence des r sultats On peut tout d abord confronter ces r sultats des mesures sur le terrain Ceci constitue une tape primordiale pour tablir l efficacit globale de la proc dure d valuation Par contre cette m thode ne permet pas de rep rer les maillons faibles
30. rio que ceux d un autre et les diff rences d impact n ont pas de raison d tre mal appr ci es Cependant si pour une raison ou pour une autre ces r sultats sont analys s un niveau spatial tr s fin on retrouve alors les incertitudes Il faut souligner l importance des donn es initiales dans la qualit des r sultats d valuation En effet c est essentiellement d elles que va d pendre la fixation du trafic global exprim en v hicule kilom tre et donc du niveau g n ral des missions La proc dure d affectation elle m me intervient beaucoup plus sur la d termination des itin raires Elle concerne donc plus sp cifiquement la charge de chacun des axes et les pollutions qu ils subissent Enfin la finesse de prise en compte de la congestion peut permettre d am liorer les r sultats sur les polluants les plus d pendants des conditions de circulation hydrocarbures et monoxyde de carbone 15 bien que cette sensibilit d croisse aujourd hui avec les volutions technologiques des v hicules et notamment la syst matisation du pot catalytique Bibliographie Bulletin mensuel sur la qualit de l air en Tunisie 2006 ANPE N 56 Cornelis E Luyckx A Masquilier B 2003 ATESAME Another Traffic Equilibrium Software And Matrix Estimation Manuel d utilisation GRT Namur Belgique Etat de l environnement 2004 Publications du minist re de l environnement et du d veloppement
31. s six simulations l augmentation maximale d missions de gaz polluants ne d passant pas les 3 Ceci s explique par le fait que d une part la distance totale parcourue n intervient pas car les flux par arc restent constants et d autre part les variations d missions d un v hicule l autre li es aux carts de vitesses se compensent entre elles La recherche d une image plus fid le des conditions de circulation travers l introduction de vitesses diff renci es sur un m me arc ne semble donc pas devoir apporter grand chose la qualit des r sultats L usage des vitesses moyennes par arc reste donc tout fait suffisant tant que nous restons un niveau moyen d missions le long de la voirie Les r sultats produits pour les gaz CO et SO sont identiques pour chaque simulation En effet ces deux gaz polluants sont valu s partir de la consommation de carburant et sont donc sujets aux m mes variations Les missions de N20 quant elles ne d pendent que de la longueur d arc param tre qui n a pas t modifi pour cette s rie de tests 5 2 Effets de la congestion Nous allons maintenant tenter de montrer l ventuel impact de la congestion au niveau des missions de gaz polluants Nous allons pour cela r aliser plusieurs affectations simulant une mont e en charge progressive du r seau A cette fin nous r alisons 9 simulations pour lesquelles nous multiplions la matrice de demande de d
32. s v hicules circulant une vitesse Vitm x et l autre regroupant les v hicules circulants une vitesse Vitm x Cinq simulations ont d s lors t r alis es La premi re So nous sert de r f rence et correspond x Les quatre suivantes S1 S2 S3 et S4 introduisent quant elles une variabilit croissante avec x respectivement gale 5 10 15 25 Ces chiffres sont tout fait subjectifs et ont t fix s sans aucune recherche de r alisme L objectif principal est de rendre compte de l impact ventuel de la variabilit des vitesses par axe sur les r sultats et non pas de trouver cette variabilit Nous avons pour le sc nario S5 tent de nous rapprocher d une distribution normale Nous estimons que 5 des v hicules circulent 42 5 km h 10 45 km h 20 47 5 km h 30 50 km h 20 52 5 km h 10 55 km h et 5 57 5 km h 13 So S S2 S3 S4 S5 CO 100 00 100 08 100 34 100 76 101 26 100 29 CO 100 00 100 08 100 40 100 91 102 97 100 34 SO 100 00 100 08 100 40 100 91 102 97 100 34 NOx 100 00 100 06 100 36 100 69 101 68 100 28 CH 100 00 100 05 100 21 100 47 101 30 100 18 COV 100 00 100 06 100 23 100 52 100 65 100 20 N20 100 00 100 00 100 00 100 00 100 00 100 00 Tableau 3 Evaluation des missions polluantes en fonction de la variabilit des vitesses par arc Nous observons que les r sultats obtenus restent tr s stables entre le
33. tudes peu comparables Pour une gestion des infrastructures court et moyen terme des enqu tes d placements compl t es par des donn es de comptages apparaissent plus directement ancr es sur la r alit Par contre une mod lisation des phases de g n ration et de distribution des d placements permet plus facilement de d boucher sur des exercices prospectifs de simulations d volutions de l urbanisation et du syst me de transport Un autre point concerne la p riode temporelle id ale pour mettre en uvre des indicateurs de nuisance au niveau d une agglom ration Les mod les d affectation sont le plus souvent utilis s pour calibrer le r seau viaire en fonction de la congestion et les matrices de d placements sont construites sur la base d une heure de pointe du jour L adaptation des simulations une valuation plus optimale des missions polluantes n cessite d s lors de construire au moins une matrice d heure creuse suppl mentaire Ce travail est d autant plus n cessaire que la structure des origines et destinations volue suivant la p riode de la journ e et que la d gradation des conditions de la circulation entre heure creuse et heure de pointe affecte les missions unitaires des v hicules La distinction et la prise en compte de ces deux p riodes sont galement importantes pour effectuer des simulations de long terme car les trafics ont tendance augmenter beaucoup plus vite en heure creuse et
34. um Software And Matrix Estimation d velopp par le GRT Groupe de recherche sur les transports en Belgique Une premi re version du logiciel ATES a t crite par Wang Baoshan Northern Jiaotony University pekin et Ph Toint lors d une visite de celui ci Pekin dans le cadre d un projet sino belge sur la simulation du trafic urbain D autres fonctionnalit s ont t ensuite impl ment es par E Corn lis Ce logiciel a enfin t la base du d veloppement du mod le r gional wallon Ce mod le sera appliqu sur la ville de Tunis Nos valuations ont t tablies partir de comptages fournis par le d partement des ponts et chauss es du minist re de l quipement la ville de Tunis Elles concernent les d placements routiers d une heure de pointe du matin de l agglom ration tunisoise en 2004 Les donn es d missions tant reprises de travaux de l ANPE Agence Nationale de Protection de l Environnement en collaboration avec le minist re de l environnement et du d veloppement durable du minist re de l quipement et de l ANERE l Agence Nationale des Energies Renouvelables datant de la m me poque Gr ce ce mod le nous obtenons une image statique des flots sur les diff rents arcs c est dire que nous obtenons un bilan moyen de ce que nous obtiendrons si nous faisons une s rie d observations pendant plusieurs jours sur une m me p riode En aucun cas ces r sultats ne sont pertinents
35. usage pour calculer des niveaux d missions ne peut se faire que faute de mieux et devrait tre vit lorsqu il n est pas indispensable Il va sans dire que plus le d coupage initial des zones est fin plus les erreurs d appr ciation concernant les d placements routiers et les pollutions qu ils g n rent se trouvent r duites En guise de premier bilan nous avons donc quelques impr cisions dans l valuation des nombres de d placements permettant de constituer la matrice origine destination des trafics intrazones non connus et des trafics sur liens fictifs pris en compte de mani re approximative des variations des caract ristiques des d placements au cours de la journ e dont la prise en compte dans le cadre d un bilan environnemental fin n cessite souvent la construction d au moins une matrice d heure creuse suppl mentaire Les niveaux calcul s des trafics et des polluants atmosph riques ne peuvent donc gu re pr tendre donner une image fid le de la r alit Ils indiquent des ordres de grandeurs sans qu il soit v ritablement possible d avoir une id e de l erreur commise Ces limites conduisent rester prudents sur les niveaux d missions obtenus et insister sur la n cessit d un d coupage fin des zones et d un taux de sondage lev lors du recueil d informations sur les d placements pour que les bilans locaux puissent tre fiables Par contre ces impr cisions propres aux donn
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