Quel est l'impact des émissions liées aux pneumatiques?
Qu'impliquent les résultats pour les véhicules électriques?
L'industrie automobile est aujourd'hui fortement engagée dans l'électrification. L'un des principaux moteurs de ce revirement est évidemment l'aspect écologique: l'abandon des combustibles fossiles devrait être bénéfique pour l'environnement. Cependant, aucun véhicule ne roule sans émissions: après tout, la législation récente réglemente désormais les émissions provenant des pneus et des freins. Pour les véhicules électriques en particulier, l'impact est important sur le papier. Mais quelle est son importance dans la pratique?
Évolution de la législation
Les législations européenne et américaine s'intéressent de plus en plus à ce qui se passe à côté des gaz d'échappement des véhicules. Bien que cette catégorie ne soit prise en compte que depuis peu, il est déjà clair que les véhicules électriques n'échapperont plus à la danse des émissions. Les émissions provenant des freins et des pneus sont les premières à être prises en compte. Cet aspect est particulièrement important pour les véhicules électriques, car ces voitures ont tendance à être plus lourdes et provoquent donc une usure plus importante de ces composants.
Cependant, les implications sont plus larges que l'électrification. La tendance générale est aux voitures plus grandes et plus lourdes, à la fois en raison des exigences plus strictes en matière de sécurité et de l'évolution des goûts des consommateurs. Il suffit de penser à l'énorme croissance des ventes de SUV de toutes sortes. Ici aussi, nous pouvons nous attendre à une augmentation des émissions provenant des pneus et des freins, alors qu'il faudrait simplement les réduire.
Lacunes dans nos connaissances
Tout le monde sait qu'une masse de véhicule plus importante entraîne théoriquement une plus grande usure des pneus et des freins. Ce que nous savons beaucoup moins, ce sont les formules chimiques utilisées dans les pneus spécifiquement pour ces voitures plus lourdes, telles que les véhicules électriques (VE). Par conséquent, on ne sait pas exactement à quel point ces pneus sont toxiques et s'ils sont plus nocifs que les pneus ordinaires.
C'est pourquoi Emission Analytics a récemment partagé les résultats de ses recherches sur l'analyse chimique et les tests d'usure des pneus de véhicules électriques. Cette recherche est extrêmement importante compte tenu de la récente décision de l'Agence californienne de protection de l'environnement sur la composition chimique des pneus. L'objectif ultime est de réduire la quantité de 6PPD, un produit toxique souvent utilisé comme conservateur dans les pneus.
Chaque année, les pneus représentent 6 milliards de tonnes d'usure dans le monde entier
Dans cet article, nous développons les résultats de la recherche d'Emission Analytics, en nous concentrant sur les alternatives actuelles au 6PPD et sur les progrès de l'Union européenne dans le développement de la réglementation Euro 7 pour les émissions des pneus. Plus précisément, nous examinons quelle sera la méthode de mesure finale et quelle sera la valeur limite optimale.
Émissions liées aux pneus
Prenons un peu de recul et examinons les émissions des pneus eux-mêmes. De quelles émissions s'agit-il exactement? Au total, il y a trois phases importantes au cours desquelles les émissions ont lieu. Tout d'abord, il y a la production des pneus. Il s'agit ici principalement de durabilité et de réduction des émissions de CO2 pendant la production. L'industrie se préoccupe particulièrement de cette question, en cherchant notamment des alternatives aux matériaux à base de pétrole.
Vient ensuite la phase d'utilisation, qui fait l'objet de cet article. En effet, toutes sortes de particules nocives sont libérées lors de l'utilisation des pneus, tant à l'échelle nanométrique qu'à celle des particules plus grosses. Les composés organiques volatils (COV) sont émis sous forme gazeuse et peuvent nuire à la santé lorsqu'ils sont inhalés, mais ils peuvent également être absorbés par le sol et se retrouver indirectement dans l'eau ou les aliments.
Enfin, il y a la phase qui suit l'utilisation proprement dite. Il s'agit ici du traitement et du recyclage des pneus usagés. Dans le monde, 2 milliards de pneus arrivent chaque année à la fin de leur cycle de vie et la question est de savoir ce qu'il faut en faire. Les miettes de caoutchouc, par exemple, sont utilisées comme sous-couche pour les terrains de sport, tandis que les pneus usagés sont également utilisés comme carburant. Cette phase pèse encore lourdement sur l'environnement.
Pertinence
La question centrale de l'impact des émissions des pneus est loin d'être anodine. Chaque année, les pneus dans le monde représentent 6 milliards de tonnes d'usure, ce qui équivaut à environ 4 kg par voiture et par an. Ce chiffre n'inclut même pas les quelque 2 milliards de pneus qui sont en fin de vie et qui doivent donc être traités.
Les plus grosses particules sont emportées par l'eau et la pluie et aboutissent dans les égouts. Les particules fines adhèrent au sol à proximité des routes. Quant aux particules ultrafines, elles restent longtemps en suspension dans l'air avant d'en faire autant. Les possibilités d'inhalation et d'ingestion de ces particules potentiellement nocives sont donc multiples. En outre, ces particules peuvent également pénétrer dans les animaux. Ainsi, des études montrent qu'un adulte moyen a environ 135 ng de 6PPD et de 6PPD quinone dans son urine.
Émissions liées à l'utilisation
masse et nombre
L'accent est donc mis ici sur la deuxième étape: les émissions pendant l'utilisation des pneus. Emission Analytics a examiné 18 modèles différents de pneus sous le même véhicule à chaque fois, à chaque fois que les pneus étaient neufs. Les tests ont été effectués sur des routes publiques, la plupart du temps sur des autoroutes. La distance moyenne totale parcourue était d'environ 5.000 km.
Quelques résultats généraux ont été obtenus. La masse moyenne de particules émises était de 67 mg/km, avec un intervalle interquartile de 46 à 77 mg/km. Il y avait quelques valeurs aberrantes - par exemple 160 mg/km - mais les résultats suggèrent une limite raisonnable d'environ 80 mg/km.
L'étude suggère une valeur limite raisonnable de 80 mg/km
Emission Analytics a poussé ses recherches plus loin en analysant également le nombre de particules émises et les différentes catégories auxquelles elles appartiennent. Cette analyse a également été réalisée lors d'essais sur route, mais dans des conditions plus dynamiques, telles que le freinage et les virages.
Seuls 11% de la masse totale des particules fines proviennent de particules d'un diamètre inférieur à 2,5 µm. Cependant, ces particules fines représentent presque 100% du nombre total de particules, tandis que les particules ultrafines représentent environ 92% du total. Il y a donc très peu de grosses particules, mais elles constituent l'essentiel de la masse totale. Les résultats de ces recherches sont cohérents avec les mesures effectuées dans la littérature scientifique. Les pneus produisent donc beaucoup de nanoparticules, ce qui en fait un problème de santé.
Pollution secondaire
Cependant, il existe également une pollution secondaire lors de l'utilisation des pneus. Des aérosols organiques commencent à se former en raison de l'interaction des COV émis par les pneus. Ces substances commencent à se mélanger dans l'air, formant de nouveaux composants toxiques. Cette émission de COV se produit dans toutes les conditions, même lorsque le véhicule est à l'arrêt.
Ces COV proviennent de la bande de roulement du pneu, mais surtout du flanc. Ces parties peuvent avoir des compositions chimiques différentes et créer ainsi toutes sortes d'interactions dans l'air. Par exemple, la production d'aérosols organiques secondaires (AOS) de 4,01 µg/m3 provient de la substance toluène. Les pneus émettent donc non seulement des particules nocives directement - dont font partie ces COV - mais aussi des substances qui, après interaction, peuvent être inhalées ou se retrouver dans le sol ou l'eau.
Tendances de la réglementation
Quel est l'état actuel de l'inclusion des émissions des pneus dans une réglementation mondiale en constante évolution? Nous avons déjà parlé des nouvelles normes Euro 7 et de la façon dont elles incluent désormais les pneus et les freins. Mais quelle est la situation au niveau mondial?
EUROPE
L'Union européenne reste le principal moteur de la réglementation sur les émissions des pneumatiques. Le principal moteur est le processus d'électrification en cours, qui crée de nouveaux défis et oblige les décideurs à repenser le concept de véhicules à zéro émission.
Les normes Euro 7 proposent d'imposer des limites aux émissions de particules nocives spécifiques à la distance pour les nouveaux pneus. Toutefois, on ne sait pas encore exactement quelles seront ces valeurs et certainement pas ce qu'il en sera des pneus de remplacement. Pour l'instant, il semble qu'il sera possible de choisir des pneus de qualité inférieure très polluants lors de leur remplacement. La méthode d'essai n'est pas encore fixée non plus, bien que la Task Force sur l'abrasion des pneus y travaille activement.
Elle devrait être introduite à partir de 2025 au plus tôt, mais 2026 ou 2027 sont des dates plus probables; 2028 est même une possibilité. Il est important de souligner ici que rien n'est encore fixé. L'intention est déjà là, mais rien de concret n'a encore été décidé. Il reste donc de nombreuses questions à régler, comme celle de savoir si les pneus spéciaux, tels que les pneus glace, doivent être pris en compte. Ceux-ci sont particulièrement polluants lorsqu'ils sont utilisés sur l'asphalte en raison de leur taux d'usure très élevé.
Les propositions actuelles comportent également une faille potentielle, qui pourrait profiter tout particulièrement aux véhicules les plus lourds. Par exemple, on ne sait toujours pas si les émissions totales par kilomètre seront prises en compte ou si cette valeur sera divisée par la masse du véhicule en question. Dans le second scénario, les véhicules plus lourds, tels que les VE, seront largement épargnés.
Il y a aussi REACH en Europe, qui réglemente l'utilisation des produits chimiques. Il s'agissait de la première tentative de limiter les composants dangereux dans la production de pneus de voiture. Actuellement, l'utilisation de huit hydrocarbures aromatiques polycycliques est limitée et cette sélection sera élargie.
États-Unis
Comme c'est souvent le cas, la situation est complètement différente de l'autre côté de l'Atlantique. Là, les préoccupations de la côte ouest et les préoccupations maritimes en particulier sont le principal moteur du renforcement de la réglementation. La mortalité massive du saumon Coho a notamment servi de catalyseur à l'ensemble du processus. En 2019, le phénomène a été lié à l'utilisation du 6PPD, un conservateur que l'on trouve dans les pneus.
En 2023, la Californie a donc décidé de commencer à réglementer le 6PPD. Concrètement, les fabricants de pneus sont désormais contraints d'explorer des alternatives au 6PPD. Pourquoi le 6PPD ne sera-t-il pas tout simplement interdit? C'est simple: pour l'instant, il n'existe pas d'alternative digne de ce nom qui se soit avérée moins nocive. Concrètement, un examen ponctuel de ces alternatives doit être réalisé dès novembre 2023. Il est possible que cet exercice soit répété. D'autres États de l'Ouest sont également en train d'élaborer une telle législation.
L'électrification est le principal moteur de la réglementation européenne, alors qu'aux États-Unis, le secteur maritime joue un rôle important
La question des pneus de remplacement constitue une différence majeure entre l'Amérique et l'Europe. En Californie, ces pneus doivent être au moins aussi efficaces sur le plan énergétique que les copies des équipementiers. Or, pour l'instant, les pneus de remplacement ont une résistance au roulement supérieure de 21% à celle des pneus neufs d'origine. Concrètement, les pneus de remplacement seront classés sur une échelle de cinq étoiles, qui sera mise en œuvre par les fabricants et utilisée lors de la vente.
Une condition essentielle de cette tentative de réduction de la résistance au roulement est qu'elle ne doit pas compromettre la sécurité, la durée de vie et les capacités de recyclage du pneu. À partir de 2026, un coefficient de résistance au roulement maximal de 9,0 sera introduit; à partir de 2028, il ne sera plus que de 7,0.
Méthodes de mesure
Comment évaluer concrètement l'impact écologique des pneus? Emission Analytics tente de répondre à cette question par une nouvelle approche expérimentale. L'impact potentiel est calculé sur la base de:
- du degré d'usure du pneu;
- de la composition chimique du pneu (composants);
- des risques associés aux produits chimiques concernés.
Emission Analytics a mis au point un dispositif d'essai qui peut être monté sur pratiquement n'importe quel véhicule pour mesurer les émissions des pneus - masse, nombre et collecte physique. Aucune autre modification du véhicule n'est nécessaire, ce qui signifie que la voiture est toujours autorisée à circuler sur la voie publique. De plus, le dispositif se déplace avec les pneus lors de la conduite. Le dispositif peut être connecté à n'importe quel détecteur. L'organisation espère ainsi créer une certaine norme dans ce domaine de recherche, afin d'améliorer les analyses et de rendre les résultats des tests plus comparables.
Pour l'analyse chimique proprement dite, on a utilisé la chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle, couplée à la spectrométrie de masse. Cela a permis de déterminer la composition des pneus. Enfin, nous avons consulté la littérature scientifique pour connaître les conséquences potentielles d'une exposition aux différentes substances susceptibles d'être libérées. Cette évaluation des dangers relatifs a joué un rôle important dans la détermination de l'impact de chaque pneu.
Véhicules électriques
Estimations théoriques
Qu'en est-il spécifiquement des véhicules électriques à batterie (BEV)? La question cruciale est de savoir si la masse et le couple supplémentaires des BEV entraînent effectivement une augmentation des émissions des pneus. Alors que les émissions de gaz d'échappement ne cessent de diminuer pour les voitures équipées d'un moteur à combustion interne (hybride ou non), les émissions des pneus peuvent être jusqu'à 1 850 fois plus élevées pour le même véhicule. En outre, plusieurs études montrent que les émissions des pneus des BEV peuvent être 10 à 25% plus élevées que celles des voitures à moteur à combustion interne.
La tendance vers des véhicules de plus en plus lourds crée fondamentalement un gros problème
Bien entendu, un tel chiffre doit être assorti de nombreuses nuances. Par exemple, les véhicules comparés sont cruciaux. En effet, où chercher l'équivalence? En termes de puissance, de vitesse maximale, de prix, de masse? Peut-on prendre en compte le freinage par récupération? Qu'en est-il du contrôle du couple? Si possible encore plus important: de quels pneus parle-t-on? Nouveaux ou de remplacement? Qu'en est-il de la toxicité? Les pneus ayant une composition chimique différente peuvent présenter des différences à cet égard. Finalement, les choix des consommateurs ont également été pris en compte et Emission Analytics a opté pour une comparaison entre le Kia Niro et le Tesla Model Y.
Le fait est qu'un véhicule ayant une masse plus importante a besoin de pneus plus grands. Pour chaque 100 kg de poids supplémentaire dans les voitures particulières, le pneu augmente en moyenne comme suit:
- 4,8 mm en largeur (+2%);
- 0,27" pour la taille de la jante (+2%);
- 0,032 m2 de surface (+4%).
Dans le même temps, le profil du pneu diminue légèrement. Tout cela se traduit théoriquement par des émissions supplémentaires. Il s'agit de 2,2 mg/km de particules supplémentaires (+3%) et de 2,8 µg/minute de COV gazés (+4%). Sur le papier, les voitures électriques sont donc confrontées à un problème de taille alors que les réglementations deviennent de plus en plus strictes.
Des résultats concrets
Cependant, il y a un élément surprenant. Les recherches d'Emission Analytics montrent maintenant que les pneus plus larges obtiennent en moyenne de meilleurs résultats. En particulier en termes de vitesse et d'adhérence, ils font beaucoup mieux que leurs petits frères. Le seul domaine dans lequel ils obtiennent de moins bons résultats est celui de la pollution sonore. Celle-ci est légèrement plus élevée pour les grands pneus.
Ces bons résultats ont un prix élevé. Littéralement, car ces pneus plus larges sont, en moyenne, beaucoup plus chers. Mais qu'en est-il de la toxicité? Les meilleures performances se traduisent-elles également par une réduction des dommages causés à l'homme et à la nature?
Là encore, nous sommes surpris: ces pneus plus larges sont tout simplement moins toxiques que les variantes plus petites. Sur l'échelle normalisée d'Emission Analytics, ils font 4,3% de mieux en termes de toxicité potentielle. Ce bon résultat est principalement dû à l'utilisation moindre de concentrations aromatiques (-9,5%). La composition différente des pneus plus larges fait donc une différence cruciale. Globalement, en moyenne, la toxicité diminue à mesure que la taille de la jante augmente.
Bien entendu, il existe également des nuances. Ainsi, il existe des variations importantes entre les différentes marques et même entre les modèles d'un même fabricant. Il existe donc de nombreuses exceptions à la règle énoncée précédemment. Il apparaît également clairement que certains fabricants font beaucoup mieux que d'autres.
Analyse américaine
Les Américains ont effectué leurs propres analyses dans ce domaine, avec plus ou moins les mêmes résultats. On retrouve ici la même corrélation avec les pneus plus larges: les pneus destinés à des charges plus lourdes sont plus larges et plus hauts, avec des jantes plus grandes. Ici aussi, nous constatons le résultat final désormais attendu: ces pneus plus larges sont moins toxiques que leurs homologues plus petits. Là encore, cela est dû à l'utilisation fortement réduite d'aromatiques - encore plus qu'en Europe - bien que l'on utilise davantage d'alcanes.
Les pneus de plus grande taille sont moins toxiques, mais beaucoup plus chers
Une observation peut-être surprenante de la comparaison entre l'Amérique et l'Europe: les pneus américains ont tendance à être moins toxiques. Cela peut s'expliquer par des priorités différentes. En Amérique, les pneus sont développés et vendus principalement dans l'optique d'une longue durée de vie, plutôt que d'une faible résistance au roulement ou de bonnes performances dans les virages. Il en résulte des formules chimiques plus simples et moins toxiques. La question est maintenant de savoir quel sera l'impact du nouveau programme législatif aux États-Unis.
6PPD
Enfin, la recherche d'Emission Analytics examine l'impact du 6PPD. Cette substance est omniprésente: elle a été détectée dans tous les pneus testés. La concentration modale était d'environ 700 ng par mg d'échantillon. Cependant, la distribution des fréquences est très large. Certaines bandes contiennent très peu de 6PPD, tandis que d'autres en contiennent plus de 2 000 ng. Environ 10% des bandes contiennent de l'IPPD comme substitut partiel. Pour l'instant, cependant, l'IPPD semble être aussi toxique que la 6PPD.
Conclusions de l'étude
L'étude discutée compte donc quelques conclusions surprenantes. Bien que les pneus de plus grande taille soient en théorie plus polluants, on constate dans la pratique qu'ils sont conçus différemment, de sorte qu'ils sont en fait moins nocifs pour l'homme et l'environnement. Toutefois, le prix à payer est élevé, précisément en raison de ce processus de fabrication différent. Pour les BEV, il n'y a donc pas de problème immédiat en termes d'émissions des pneus, mais le prix de revient global reste élevé en partie à cause de cela.
Les émissions des pneumatiques sont complexes et extrêmement pertinentes, plus qu'on ne le pensait au départ. Elles concernent également tous les véhicules, et pas seulement les BEV. La composition chimique des pneus varie énormément d'une marque à l'autre et d'un modèle à l'autre, de sorte que nous devons être prudents avec les valeurs moyennes. Surtout, la combinaison spécifique du véhicule et du pneu est cruciale: un véhicule bien noté avec un pneu polluant aura toujours de mauvais résultats.
Emission Analytics s'est déjà engagée à évaluer les pneus et leurs émissions. À cette fin, elle a mis en place un programme dans lequel les pneus sont évalués selon sept dimensions. La masse joue un rôle majeur, mais trois critères de performance et trois facteurs de pollution sont également pris en compte. Plus la note finale est petite, mieux c'est. De cette manière, les pneus, leur pollution et leurs performances peuvent être comparés rapidement et facilement. L'organisation espère ainsi fournir aux organismes de réglementation des données empiriques pour encourager une approche holistique.
Concrètement, vous pouvez contacter Emission Analytics pour vérifier les performances de pneus spécifiques, mais aussi pour tester d'autres modèles et discuter des nouveaux résultats en matière de recherche et de législation. Chez CarFix, nous continuerons à vous informer régulièrement sur ces questions.
