Évolution des teneurs en particules de pneus selon l’éloignement à la route

Tire wear particle content of surface soils with distance from the road

L. LANDEBRIT, B. MURESAN PASLARU, L. POIRIER, J. GASPERI

Les sols en bord de route sont les matrices environnementales les plus exposées à la pollution aux particules d’usure de pneumatiques et de la route (TRWP). Afin d’évaluer l’ampleur et l’étendue de l’imprégnation des bords de routes en TRWP, leurs teneurs ont été mesurées sur deux transects jusqu’à une distance de 200 m dans les sols superficiels jouxtant un axe routier majeur de l’ouest de la France. Les résultats ont mis en évidence une contamination importante des premiers mètres à partir de la route, de l’ordre de 4 000 mg/kg poids sec (PS). Une décroissance selon une fonction puissance des teneurs est par ailleurs observée avec l’éloignement jusqu’à 20 m. Cette évolution met en évidence les différents modes de transferts de ces particules de pneus : i.e. les eaux de ruissellement et le dépôt atmosphérique, et démontre l’existence d’un fond d’imprégnation en TRWP dans les sols éloignés de la route de plus de quelques dizaines de mètres. Ce fond d’imprégnation est en moyenne de 321 ± 104 mg de TRWP/kg de sol (n = 15). La part de caoutchouc naturel (NR) dans les TRWP des sols analysés est proche de 1/5e et traduirait la contribution des émissions de poids lourds : i.e. 12 % du trafic local à raison de 80 % de NR dans leurs pneumatiques. De plus, les stocks de particules de pneus calculés à partir des deux transects de sol indiquent une accumulation de l’ordre de 11 t/km, soulignant une menace potentielle pour les organismes locaux et les cultures. Cette étude fournit des connaissances rares sur la dispersion et l’accumulation des TRWP dans les sols proches de routes à forte circulation, tout en démontrant l’importance d’évaluer l’imprégnation diffuse (à l’échelle régionale) par les mécanismes de transport hydriques et atmosphériques.

Roadside soils are the environmental matrices most exposed to tire and road wear particles (TRWP) pollution. In order to assess the degree and extent of roadside impregnation, TRWP contents were measured on two transects up to a distance of 200 m in the surface soils adjacent to a major road in western France. The measurements revealed significant contamination in the first few meters from the roadside, of the order of 4,000 mg/kg dry weight (DW). Furthermore, a power-law decrease in content with distance is observed until reaching a plateau beyond 20 m from the roadside. This evolution highlights the different transfer pathway of these tire particles: i.e. runoff and atmospheric deposition. It also demonstrates the existence of a TRWP background in receiving soils distant from the roadside by more than a few tens of meters. This impregnation background averages 321 ± 104 mg of TRWP/kg of soil (n = 15). The proportion of natural rubber (NR) in the TRWP of the samples is equal to 1/5th, which reflects the TRWP emitted by heavy trucks: i.e. 12% of the local road traffic with NR contents of their tires close to 80% by mass. In addition, the measurement of tire particle stocks in these two soil transects indicates an accumulation of the order of 11 t/km, highlighting a potential threat to organisms and cultures. Overall, this study provides a rare insight into the dispersion and accumulation of TRWP near heavily trafficked roads, while stressing the importance of evaluating diffuse regional impregnation by large-scale airborne or runoff TRWP transport mechanisms.

Programme de recherche présenté aux Journées Doctorales en Hydrologie Urbaine (JDHU) 2024.

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Évolution des teneurs en particules de pneus selon l’éloignement à la route — Site d’échantillonnage des sols. Les points bleus représentent les points de prélèvement à chaque distance de la N137 dans le sens des vents dominants. Point 0 m : 47°18’5” N, 1°37’43” O. Point 200 m : 47°18’10” N, 1°37’38” O. Les points verts représentent les points de prélèvement à chaque distance de la N137 contre les vents dominants. Point 0 m : 47°18’04” N, 1°37’43” O. Point 200 m : 47°17’59” N, 1°37’49” O. (source : GoogleEarth). En bas à gauche : rose des vents à Nantes-Atlantique du 03/07/2023 au 12/01/2024 représentant majoritairement des vents en provenance du Sud-Ouest (Météo-France).

La pollution plastique est désormais largement reconnue et constitue un défi incontournable pour nos sociétés modernes. De nombreuses études se penchent sur l’ubiquité des microplastiques (MP) dans les différents compartiments environnementaux. Cependant, seul un nombre limité d’études prend en considération les particules issues de l’usure des pneumatiques et de la route, appelées « tire and road wear particles » (TRWP en anglais). Ces TRWP contribuent à la pollution plastique aux échelles locales comme globales [WAGNER et al., 2018]. Les particules de pneu sont identifiées comme l’une des principales sources de microplastiques, avec des émissions comprises entre 0,8 et 1,0 kg/an/habitant [BIESSE, 2022]. En 2019, la production mondiale de caoutchouc, qu’il soit naturel ou synthétique, a atteint 28 millions de tonnes [MATTONAI et al., 2022]. En 2017, les pneumatiques automobiles représentaient 57 % de l’utilisation du caoutchouc synthétique [BOUCHER et FRIOT, 2017]. Les TRWP sont générées lors du roulage des véhicules, lorsque le pneu entre en contact avec la route en raison des forces de friction à l’interface. Divers facteurs tels que la vitesse, la masse des véhicules, l’intensité et la fréquence des accélérations et des freinages influent sur ces forces, aboutissant ainsi à des dynamiques d’émission de TRWP très variables. La texture de la surface de la route est également un paramètre majeur jouant sur l’usure des pneus [KREIDER et al., 2010].

Les polluants du trafic routier sont multiples et intègrent à la fois des espèces et des composés chimiques présents dans l’infrastructure (par exemple du bitume) et dans les émissions des véhicules qui y circulent. Ce dernier groupe rassemble les polluants primaires et secondaires de l’échappement et du hors échappement. Les polluants émis à l’échappement sont notamment des métaux présents dans le carburant (Zn, Cr, Cd, Cu, Ni, Se, As, etc.), des produits de combustion (NOx, CO, SOx, COV, HAP, composés aromatiques, aliphatiques, particules primaires et secondaires, etc.) ou des terres rares des catalyseurs (platinoïdes). Ceux du hors échappement proviennent, entre autres, des freins (Cu, Pb, Sb, Zn, Fe, As, Cr, Cd, COV, HAP, etc.) ou du contact pneu-chaussée (Zn, Ba, S, additifs antioxydants et antiozonants, benzothiazoles, sous-produits de vulcanisation, huiles aromatiques, formaldéhydes, polymères styrène-butadiène, etc.). De manière générale, les polluants émis par le trafic routier tendent à se disperser dans les différents compartiments environnementaux : l’atmosphère, les sols, les hydrosystèmes pour atteindre éventuellement celui du vivant. L’imprégnation par les TRWP serait par conséquent d’autant plus importante que le compartiment récepteur est proche de la route. Quelques études suggèrent que les sols de bord de route constituent un réceptacle majeur d’une partie des émissions du trafic routier [BAENSCH-BALTRUSCHAT et al., 2021], mais ne permettent pas de préciser finement la répartition spatiale de cette pollution, selon l’éloignement à la route.

Cette étude vise à investiguer les teneurs en TRWP dans les sols adjacents à une route jusqu’à 200 m de son bord. L’objectif principal est d’évaluer l’influence d’une source locale de TRWP, la route et son trafic, via les eaux de ruissellement et l’orientation du vent, sur l’imprégnation superficielle du sol. Son originalité réside dans l’analyse des premiers mètres de la route et jusqu’au fond diffus déterminé à plus grande distance de celleci. Cette recherche représente donc une première étape indispensable à l’analyse et l’estimation des aires d’impact de la pollution aux TRWP à plus grande échelle. Les données obtenues ont par ailleurs été comparées avec les teneurs proposées par la littérature. Finalement, les stocks de particules de pneus ont été calculés le long de la route afin de cerner au mieux l’imprégnation de ces sols selon le trafic routier.

Mots clés : Élastomères, Imprégnation des sols, Particules d’usure des pneus, Spectrométrie de masse