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Améliorer la qualité de l’air dans les gares souterraines

En Île-de-France, après plusieurs expérimentations menées entre 2019 et 2021, une nouvelle étape est lancée afin d’améliorer la qualité de l’air dans nos gares souterraines. Explications.

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La qualité de l’air est un enjeu de santé publique. Dans cette optique, nous avons entamé de nombreuses démarches pour l'améliorer dans les gares d’Île-de-France, en particulier dans les 7% d'entre elles, soit 27 gares (sur 380) qui sont souterraines.

Surveillance et études

À ce jour, toutes les gares souterraines franciliennes ont fait l’objet de mesures de la qualité de l’air, et les données ont été analysées par les experts de la SNCF et d’Airparif1 afin de déterminer les facteurs d'influence.

Le Centre d’Ingénierie du Matériel (CIM) de la SNCF a également encadré une thèse soutenue en 2021 qui permet de mieux connaître les mécanismes de dispersion des particules émises lors du freinage mécanique des trains en gare souterraine.

Comment nous mesurons la qualité de l’air

Lancé en 2017, notre programme de mesures est mené en collaboration avec Airparif. Ces mesures sont réalisées conformément au guide rédigé par l’INERIS (Institut national de l’environnement industriel et des risques).

Notre programme comprend :

  • le suivi en continu de la qualité de l’air dans 3 de nos gares avec Airparif et l’Agence d’Essai Ferroviaire SNCF2 : Magenta (RER E), Avenue Foch (RER C) et Sevran-Beaudottes (RER B)
  • des campagnes ponctuelles sur une quinzaine de jours dans les autres gares

Les données mesurées et les rapports de synthèse sont disponibles sur les sites de l’Agence d’Essai Ferroviaire et d’Airparif.

Consulter les données sur le site de l’Agence d’Essai Ferroviaire

Consulter le site d’Airparif

Nos trois modes d’action

Tout en continuant à développer nos connaissances scientifiques, nous poursuivons l’ambition d’améliorer la qualité de l’air dans les enceintes ferroviaires souterraines. Pour cela, nous travaillons sur trois objectifs majeurs :

  • réduire à la source la quantité de particules fines émises
  • collecter les particules émises, en traitant l’air directement sur les quais
  • améliorer la ventilation dans les gares

Réduire les émissions de particules

Nos études montrent que la composition chimique des particules présentes dans l’air varie notablement en fonction de la configuration des gares souterraines. Elles comprennent cependant une part importante de composés métalliques (de l’ordre de 30 à 60%), très majoritairement du fer, provenant du frottement des roues sur les rails et des freins mécaniques sur les disques et les roues.

Sélectionner des matériaux émettant moins de particules

Le Centre d’Ingénierie du Matériel de la SNCF a réalisé plusieurs campagne de tests sur le banc d’essais de freins des trains de l’Agence d’Essai Ferroviaire afin d’identifier et de quantifier les émissions de particules de freinage des différents systèmes équipant les trains circulant en Île-de-France : une nouvelle garniture de frein équipe maintenant tout le parc de la série Régio2N IdF afin de diviser par deux les particules émises.

Supprimer les frottements

Le renforcement du freinage électrique est une solution qui permet de réduire, voire supprimer le recours au freinage mécanique en situation courante d’exploitation (hors freinage d’urgence). L’énergie produite par les moteurs électriques de traction/freinage est alors récupérée et renvoyée à la caténaire. Ce freinage, dit récupératif, existe depuis le début de la traction ferroviaire électrique, mais il présente des limites techniques.

Pour préparer le RER du futur, des études, simulations numériques et tests à échelle réduite sont menés par la SNCF pour développer une technologie permettant à un train circulant en zone dense de récupérer la totalité de l’énergie de freinage à bord du train dans des stockeurs d’énergie. Cette technologie permettra donc, également, une diminution importante des émissions des particules de freinage.

Collecter les particules émises

Grâce à l’appel à projets « Innovons pour l’air de nos stations » mis en place par la région Île-de-France en 2018, nous avons testé, entre 2019 et 2021, dans les gares d’Avenue Foch et de Boulainvilliers (RER C), des technologies innovantes susceptibles de collecter les particules fines de l’air. L’objectif était d’identifier des dispositifs suffisamment performants pour améliorer la qualité de l’air dans les gares souterraines.

AirLab, le laboratoire d’innovation ouverte d’Airparif, a suivi les évaluations, et donné son avis sur les résultats de ces tests et le potentiel de ces technologies. Le 31 mars 2022, AirLab a ainsi publié un rapport de synthèse de l’ensemble des tests menés dans le cadre de l’appel à projets.

Par ailleurs, une autre expérimentation a été menée en 2020-2021 en gare de Sevran Beaudottes (RER B) avec l’entreprise Mann+Hummel, qui a permis de tester l’efficacité de colonnes de filtration mécanique sur les quais.

À partir de l’analyse des résultats de tous ces essais menés en gare, nous avons sélectionné les trois technologies les plus prometteuses pour engager une nouvelle étape et préparer ainsi un éventuel déploiement dans les principales gares concernées.

Consulter le rapport de synthèse d’AirLab

Trois innovations pour traiter l’air

Après une phase d’études en cours, le projet est d’équiper trois gares d’appareils permettant de traiter la totalité du volume d’air et de capteurs pour en mesurer l’efficacité. Cette nouvelle étape de la phase pilote est menée en partenariat avec Île-de-France Mobilités.

Le projet prévoit l’équipement des gares suivantes :

  • Neuilly Porte Maillot avec le système Terrao, conçu par la start-up Starklab. Il s’agit d’un procédé de filtration par voie humide : il aspire l’air pour le faire passer dans de l’eau et ainsi retenir les particules.
  • Avenue Foch avec le dispositif de captage passif développé par la start-up TrapApart. Il utilise les mouvements d’air générés par la circulation des trains pour capter et retenir les particules sur des supports installés en tunnel et sous les quais
  • Porte de Clichy avec les dispositifs de filtration de l’entreprise Mann+Hummel. L’air aspiré circule à travers plusieurs filtres qui retiennent les particules.

Un « aspirateur à particules fines »

En collaboration avec l’entreprise Tallano Technologie et avec le soutien de la Région Île-de-France, nous travaillons à la mise au point d’un dispositif capable d’aspirer les particules émises lors du freinage des trains. Des tests en laboratoire ont été réalisés sur ce système, appelé TAMIC, par l’Ingénierie du Matériel de la SNCF afin de s’assurer du maintien des performances de freinage et de mesurer la diminution des émissions : une réduction de 71% des particules a été obtenue.

En décembre 2020, cet « aspirateur à particules fines » a été monté sur un bogie d’un train de type Z2N circulant sur la ligne C du RER afin d'être éprouvé en service commercial. La fiabilité, la maintenabilité et la performance de ce dispositif sont en cours d’évaluation pendant deux ans.

L'aspirateur à particules, technologie Tallano testée par SNCF

Améliorer la ventilation en gare

Assurer une ventilation des gares contribue à améliorer la qualité de l’air. Des solutions à long terme pour remplacer les dispositifs de désenfumage existants par des systèmes mixtes fonctionnant aussi bien en cas de départ de feu qu’en situation normale sont à l’étude. Les nouvelles gares de la ligne Éole (RER E) seront pourvues de ces moteurs mixtes de désenfumage/ventilation.

Des études sont en cours en gares de Sevran Beaudottes (RER B) et de Cergy Préfecture (RER A). En cas de validation, ces nouveaux systèmes de ventilation pourraient être mis en service en 2024.

L’air à bord des trains aussi concerné

Notre lutte contre la pollution de l’air ne se limite évidemment pas aux gares. Ainsi, les TGV du futur, conçus actuellement par Alstom, seront équipés d’un nouveau système de traitement de l’air intérieur. Celui-ci filtrera entre 3 et 4 fois plus de particules fines.

La SNCF mène plusieurs travaux de recherche en interne et avec des partenaires européens pour caractériser et améliorer la qualité de l’air à bord des trains. En 2023 seront déployés de nouveaux filtres sur les rames climatisées Z20900 de la ligne C. Ils permettront de réduire de plus de 35% le taux de PM10 (particules de diamètre inférieur à 10 µm).

Des études similaires sont en cours pour équiper d’autres séries de matériels exploités par la SNCF. Ainsi, les TGV du futur (TGV M), conçus par Alstom, seront équipés d’un nouveau système de traitement de l’air intérieur avec des filtres de classe M5. Ceux-ci permettront de réduire de plus de 50% le taux de PM10.

Par ailleurs, des campagnes de mesures sont également en cours pour mesurer en continu les concentrations en COV (composés organiques volatils) et en particules à l’intérieur des rames d’un TGV en service commercial.

Coopération internationale

Enfin des échanges réguliers sont organisés par SNCF sous l’égide de l’Air Quality Sector de l’Union Internationale des Chemins de fer3 avec des opérateurs étrangers de transport ferroviaire qui travaillent aussi sur le sujet de l’amélioration de la qualité de l’air dans les gares souterraines en Allemagne, aux Pays-Bas, en Suède, en Angleterre, en Corée, au Japon, etc. Ceux-ci nous ont permis de constater notre statut de précurseur sur ce sujet et de partager des pistes de travail de réduction des émissions de particules afin d’accélérer la recherche de solutions efficaces.

Ces pistes seront testées sous la coordination de la SNCF dans le cadre du programme de recherche européen Europe’s Rail qui démarre fin 2022. Est ainsi prévue la création d’un modèle numérique prédictif de la qualité de l’air en gare souterraine basé sur un foisonnement de micro-capteurs avec un traitement des données par Intelligence Artificielle. Il permettra d’évaluer avant essais et déploiement l’efficacité de solutions technologiques.

Consulter la page dédiée à l’Air Quality Sector

En savoir plus sur Europe’s Rail

1 Organisme chargé de la surveillance de la qualité de l’air en Île-de-France.

2 L’Agence d'essai ferroviaire regroupe des agents, des ingénieurs et des techniciens pour réaliser des tests sur le matériel roulant à toutes les étapes, de la conception à la maintenance. L’AEF participe à l’homologation de matériel ferroviaire (aspect sécurité et environnement des transports), à l’amélioration de l’environnement aux alentours des emprises ferroviaires (qualité de l’air, bruit) et au développement d’outils à l’usage de ses clients (Wifi, géolocalisation, etc.).

3 L’Union internationale des chemins de fer est une association internationale représentant au niveau mondial les entreprises ayant une activité dans le domaine du chemin de fer.