La surveillance de la qualité de l’airLa qualité de l'air se réfère à l'état de l'air que nous respirons et à sa composition en termes de polluants présents dans l'atmosphère. Elle est considér...
En savoir plus dans les tunnels consiste à mesurer en continu les gaz, les particules, la visibilité et les conditions de flux d’air afin de protéger les usagers et les travailleurs et de contrôler la ventilation. Alors que dans les tunnels routiers, la surveillance se concentre surtout sur les gaz liés au trafic et les particules, dans les tunnels ferroviaires et le métro, ce sont les particules générées par le freinage, l’usure roue-rail et la remise en suspension qui prennent davantage de poids.

Dans les tunnels routiers, des paramètres comme le monoxyde de carbone (CO), le monoxyde d’azote (NO), le dioxyde d’azote (NO₂), les oxydes d’azote (NO_x) et les particules en suspension (PM) permettent de détecter les accumulations de pollution liées au trafic, tandis que les données en temps réel aident à déclencher la ventilation, gérer les épisodes de congestion et évaluer l’impact environnemental aux têtes de tunnel et dans les zones proches.

La qualité de l’air n’est plus un contrôle ponctuel : elle est devenue une donnée opérationnelle qui conditionne la ventilation, la sécurité et la consommation énergétique du tunnel. Cela tient au fait qu’un tunnel ne se comporte pas comme un espace ouvert. C’est un environnement semi-fermé où la ventilation naturelle est limitée, voire inexistante, où les émissions du trafic sont continues tant que les véhicules circulent, et où une congestion ou un incident peuvent faire grimper les concentrations de polluants en quelques minutes, bien plus vite que ce qu’un système de ventilation manuel pourrait anticiper. C’est pourquoi une mesure ponctuelle ne suffit plus. Seules des données en continu permettent de détecter ce type de hausse à temps et d’agir avant qu’elle ne compromette la sécurité.

Tout au long de cet article, nous verrons pourquoi le comportement de la pollution à l’intérieur d’un tunnel diffère de celui d’un espace ouvert, quels polluants comptent réellement pour la surveillance de la qualité de l’air dans les tunnels routiers (du rôle historique du CO à l’importance croissante du NO₂ et des particules), et quels paramètres il convient de mesurer au-delà de la concentration de gaz, comme la visibilité ou la vitesse de l’air. Nous verrons également comment se conçoit un réseau de capteurs de qualité de l’air pour tunnels et comment ces données s’intègrent aux systèmes SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) pour automatiser le contrôle de la ventilation des tunnels, quelles normes et quels standards techniques encadrent ces mesures, et pourquoi la surveillance ne devrait pas s’arrêter à l’entrée du tunnel, mais s’étendre à ses têtes et à son environnement extérieur pour comprendre l’impact réel sur les communautés voisines.

On juge un tunnel à ce que l’on ne voit pas : l’air que respirent, chaque jour, ceux qui le traversent.

Pourquoi la surveillance de la qualité de l’air dans les tunnels est nécessaire

Un tunnel est, avant tout, un cadre d’exposition environnementale différent de tout autre tronçon de route, de ligne ferroviaire ou de réseau de métro. À l’intérieur, la pollution ne se disperse pas aussi facilement qu’à l’air libre. Elle dépend de la longueur et de la géométrie du tunnel, de ses pentes, de l’intensité et du sens de la circulation, de la proportion de véhicules lourds qui y circulent, et du fait qu’il dispose d’une ventilation naturelle, mécanique, ou d’une combinaison des deux.

La météorologie extérieure joue également un rôle, bien qu’indirect. La pression atmosphérique et le vent, tout comme la température aux têtes de tunnel, peuvent favoriser ou freiner l’entrée naturelle d’air frais, ce qui oblige les systèmes de ventilation mécanique à compenser ces variations.

Surveiller ces paramètres en continu répond à trois objectifs étroitement liés entre eux : la santé, la sécurité et le fonctionnement correct du tunnel. La qualité de l’air est un facteur essentiel de son fonctionnement, car elle :

• Détermine l’exposition de ceux qui le traversent ou y travaillent.
• Conditionne la visibilité et la capacité de réaction face à un incident.
• Détermine quand et combien il faut ventiler pour maintenir le tunnel opérationnel sans consommer plus d’énergie que nécessaire.

Le PIARC (l’Association mondiale de la route) établit précisément que le système de ventilation d’un tunnel doit garantir une qualité de l’air adéquate, aussi bien pendant l’exploitation normale de l’ouvrage que pendant les travaux de maintenance. Il doit en outre permettre de gérer correctement la fumée en cas d’incendie. Ces trois scénarios (trafic habituel, maintenance et incendie) exigent des réponses opérationnelles distinctes, et aucun ne peut être conçu isolément. Les choix effectués pour configurer la ventilation en exploitation normale d’un tunnel affectent la capacité de réaction disponible en cas d’urgence.

En circulation normale, les véhicules roulent à une vitesse qui génère leur propre flux d’air (effet piston), lequel aide à repousser les polluants vers les têtes de sortie.

Qualité de l’air en circulation normale et en cas de congestion

Le comportement des polluants dans l’air d’un tunnel change radicalement selon que l’on analyse une circulation fluide face à un bouchon à l’intérieur du tunnel. En circulation normale, les véhicules roulent à une vitesse qui génère leur propre flux d’air (effet piston), lequel aide à repousser les polluants vers les têtes de sortie.

En cas de congestion, cet effet disparaît presque totalement, car davantage de véhicules circulent simultanément, restent plus longtemps dans le tunnel, se déplacent à des vitesses bien plus faibles et génèrent moins de flux d’air propre, précisément au moment où davantage d’émissions s’accumulent dans le même espace. Le résultat est une combinaison d’air défavorable dans laquelle la production de polluants augmente tandis que leur capacité de dispersion diminue, ce qui peut faire grimper les concentrations de CO, de NO₂ ou de particules en quelques minutes.

Des études menées dans des tunnels routiers en Chine ont attribué 26 à 40 % de la masse de PM₁₀ à l’échappement, 1 à 3 % à l’usure des freins et 7 à 9 % à l’usure des pneus. Chen, X., et al. (2014).

Risques d’exposition pour les usagers des tunnels et le personnel de maintenance

Toute exposition environnementale à l’intérieur d’un tunnel n’a pas les mêmes caractéristiques ; c’est pourquoi il ne convient pas d’appliquer automatiquement les mêmes limites à tous les profils de personnes présentes dans un tunnel. Alors qu’un conducteur ou un passager n’est exposé que pendant le temps nécessaire au véhicule pour traverser le tunnel, généralement quelques minutes même en cas de congestion modérée, un agent de maintenance, en revanche, peut rester des heures à l’intérieur du tunnel, souvent avec la circulation en cours ou une ventilation configurée différemment de l’habitude.

Une étude portant sur différents groupes professionnels a montré que les ouvriers du BTP travaillant dans les tunnels routiers de Stockholm présentaient l’exposition la plus élevée au NO₂ et aux particules, tous groupes confondus. Leur exposition était dix fois supérieure pour le NO₂ et vingt fois supérieure pour le carbone élémentaire (indicateur d’échappement diesel) que celle des travailleurs en extérieur. M. Lewné (2007).

La différence de durée de présence entre les profils de personnes à l’intérieur d’un tunnel implique que les critères de qualité de l’air applicables aux expositions brèves ne peuvent pas être extrapolés aux expositions prolongées, et que la surveillance de la qualité de l’air doit distinguer ces deux scénarios plutôt que de fournir une valeur générique unique.

Les véhicules à moteur thermique génèrent un mélange de gaz et de particules dont le comportement à l’intérieur d’un tunnel dépend de la source qui les produit et du temps qu’ils passent dans un espace à ventilation limitée.

Principaux polluants atmosphériques dans les tunnels routiers

Alors que dans les tunnels ferroviaires et le métro, les principaux polluants atmosphériques sont les particules générées par le freinage, l’usure roue-rail et la remise en suspension, dans les tunnels routiers, ce sont les véhicules à moteur thermique qui génèrent un mélange de gaz et de particules ; leur comportement à l’intérieur d’un tunnel dépend de la source qui les produit et du temps qu’ils passent dans un espace à ventilation limitée. Le PIARC identifie le monoxyde de carbone (CO), les particules et les oxydes d’azote (NO_x, la somme du NO et du NO₂) comme les polluants de référence issus des véhicules à moteur thermique dans les tunnels routiers, précisément parce qu’ils reflètent le mieux à la fois le risque sanitaire et le besoin de ventilation.

Monoxyde de carbone (CO)

Le CO est généré par une combustion incomplète, et la mesure du CO dans les tunnels a longtemps été l’approche prédominante pour dimensionner et contrôler la ventilation. Sa toxicité est aiguë, car il réduit la capacité du sang à transporter l’oxygène. C’est la raison pour laquelle les manuels de référence fixent des limites qui varient selon la situation de trafic, du flux libre à la congestion exceptionnelle ou à la fermeture du tunnel. Bien que les émissions de CO par véhicule aient diminué avec l’évolution des réglementations, ce paramètre reste essentiel au contrôle, surtout dans les scénarios de trafic à l’arrêt, où son accumulation est plus rapide.

Oxydes d’azote (NO, NO₂ et NO_x)

Le NO et le NO₂ se forment lors de la combustion, mais leur origine relative a changé ces dernières décennies. Les systèmes de post-traitement des gaz d’échappement des véhicules diesel, comme les catalyseurs d’oxydation, les filtres à particules et les systèmes de réduction catalytique sélective (SCR), tendent à augmenter nettement la part de NO₂ émise directement, au point que dans de nombreux tunnels européens, le NO₂ peut représenter entre 20 % et 30 % du NO_x total, selon la proportion de véhicules diesel équipés de ces technologies et le temps de résidence du NO_x dans l’air du tunnel. Cette évolution explique pourquoi le NO₂ a gagné en importance par rapport au CO comme paramètre de référence dans les systèmes de ventilation les plus récents, et pourquoi la mesure du NO₂ dans les tunnels doit suivre sa présence de manière directe (et non plus seulement l’estimer à partir du NO_x total), pour un contrôle plus précis.

Particules (PM_2,5 et PM₁₀) et particules ultrafines

La surveillance des particules dans les tunnels montre que les particules en suspension présentes ne proviennent pas uniquement du pot d’échappement des véhicules à combustion. Comme dans le cas des réseaux de métro et des tunnels ferroviaires, s’y ajoutent le freinage, l’usure roue-rail et la remise en suspension des poussières ; ces sources de particules sont en réalité aussi importantes que la combustion elle-même. À cela s’ajoute une autre origine qu’il convient de ne pas négliger : la construction, tant celle du tunnel lui-même que les travaux de maintenance ultérieurs (réfection des parois et des plafonds, amélioration des voies, etc.), qui génèrent également leur propre charge de particules.

Les émissions non liées à l’échappement (freins, pneus, surface de la chaussée et remise en suspension) dépassent déjà les émissions d’échappement dans les pays où les filtres à particules diesel sont obligatoires depuis des années.

CO₂, O₂ et autres paramètres complémentaires

Le CO₂ et l’O₂ ne doivent pas être assimilés aux polluants toxiques précédents. Présents aux concentrations habituelles d’un tunnel routier, ils ne représentent pas le même risque aigu que le CO ou le NO₂. Leur rôle est de fournir un contexte aux autres mesures, non de signaler à eux seuls un danger.

Le CO₂ peut servir d’indicateur indirect d’accumulation de gaz de combustion dans les zones à faible renouvellement d’air, tandis que l’O₂ devient particulièrement pertinent lors des travaux de maintenance et dans certaines conditions d’espace confiné, où une baisse du taux d’oxygène peut représenter un risque réel pour les travailleurs.

Les particules en suspension présentes dans un tunnel ne proviennent pas uniquement du pot d’échappement. À l’usure des freins et des pneus, et à la remise en suspension des poussières déposées sur la chaussée par le passage continu des véhicules, s’ajoute la construction, tant celle du tunnel lui-même que les travaux de maintenance ultérieurs, qui génèrent également leur propre charge de particules.

Surveillance de la qualité de l’air dans les tunnels : capteurs, ventilation et sécurité

La surveillance de la qualité de l’air dans les tunnels consiste à mesurer en continu les gaz, les particules, la visibilité et les conditions de flux d’air afin de protéger les usagers et les travailleurs et de contrôler la ventilation. Alors que dans les tunnels routiers, la surveillance se concentre surtout sur les gaz liés au trafic et les particules, dans les tunnels ferroviaires et le métro, ce sont les particules générées par le freinage, l’usure roue-rail et la remise en suspension qui prennent davantage de poids.

Dans les tunnels routiers, des paramètres comme le monoxyde de carbone (CO), le monoxyde d’azote (NO), le dioxyde d’azote (NO₂), les oxydes d’azote (NO_x) et les particules en suspension (PM) permettent de détecter les accumulations de pollution liées au trafic, tandis que les données en temps réel aident à déclencher la ventilation, gérer les épisodes de congestion et évaluer l’impact environnemental aux têtes de tunnel et dans les zones proches.

La qualité de l’air n’est plus un contrôle ponctuel : elle est devenue une donnée opérationnelle qui conditionne la ventilation, la sécurité et la consommation énergétique du tunnel. Cela tient au fait qu’un tunnel ne se comporte pas comme un espace ouvert. C’est un environnement semi-fermé où la ventilation naturelle est limitée, voire inexistante, où les émissions du trafic sont continues tant que les véhicules circulent, et où une congestion ou un incident peuvent faire grimper les concentrations de polluants en quelques minutes, bien plus vite que ce qu’un système de ventilation manuel pourrait anticiper. C’est pourquoi une mesure ponctuelle ne suffit plus. Seules des données en continu permettent de détecter ce type de hausse à temps et d’agir avant qu’elle ne compromette la sécurité.

Tout au long de cet article, nous verrons pourquoi le comportement de la pollution à l’intérieur d’un tunnel diffère de celui d’un espace ouvert, quels polluants comptent réellement pour la surveillance de la qualité de l’air dans les tunnels routiers (du rôle historique du CO à l’importance croissante du NO₂ et des particules), et quels paramètres il convient de mesurer au-delà de la concentration de gaz, comme la visibilité ou la vitesse de l’air. Nous verrons également comment se conçoit un réseau de capteurs de qualité de l’air pour tunnels et comment ces données s’intègrent aux systèmes SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) pour automatiser le contrôle de la ventilation des tunnels, quelles normes et quels standards techniques encadrent ces mesures, et pourquoi la surveillance ne devrait pas s’arrêter à l’entrée du tunnel, mais s’étendre à ses têtes et à son environnement extérieur pour comprendre l’impact réel sur les communautés voisines.

On juge un tunnel à ce que l’on ne voit pas : l’air que respirent, chaque jour, ceux qui le traversent.

Pourquoi la surveillance de la qualité de l’air dans les tunnels est nécessaire

Un tunnel est, avant tout, un cadre d’exposition environnementale différent de tout autre tronçon de route, de ligne ferroviaire ou de réseau de métro. À l’intérieur, la pollution ne se disperse pas aussi facilement qu’à l’air libre. Elle dépend de la longueur et de la géométrie du tunnel, de ses pentes, de l’intensité et du sens de la circulation, de la proportion de véhicules lourds qui y circulent, et du fait qu’il dispose d’une ventilation naturelle, mécanique, ou d’une combinaison des deux.

La météorologie extérieure joue également un rôle, bien qu’indirect. La pression atmosphérique et le vent, tout comme la température aux têtes de tunnel, peuvent favoriser ou freiner l’entrée naturelle d’air frais, ce qui oblige les systèmes de ventilation mécanique à compenser ces variations.

Surveiller ces paramètres en continu répond à trois objectifs étroitement liés entre eux : la santé, la sécurité et le fonctionnement correct du tunnel. La qualité de l’air est un facteur essentiel de son fonctionnement, car elle :

• Détermine l’exposition de ceux qui le traversent ou y travaillent.
• Conditionne la visibilité et la capacité de réaction face à un incident.
• Détermine quand et combien il faut ventiler pour maintenir le tunnel opérationnel sans consommer plus d’énergie que nécessaire.

Le PIARC (l’Association mondiale de la route) établit précisément que le système de ventilation d’un tunnel doit garantir une qualité de l’air adéquate, aussi bien pendant l’exploitation normale de l’ouvrage que pendant les travaux de maintenance. Il doit en outre permettre de gérer correctement la fumée en cas d’incendie. Ces trois scénarios (trafic habituel, maintenance et incendie) exigent des réponses opérationnelles distinctes, et aucun ne peut être conçu isolément. Les choix effectués pour configurer la ventilation en exploitation normale d’un tunnel affectent la capacité de réaction disponible en cas d’urgence.

En circulation normale, les véhicules roulent à une vitesse qui génère leur propre flux d’air (effet piston), lequel aide à repousser les polluants vers les têtes de sortie.

Qualité de l’air en circulation normale et en cas de congestion

Le comportement des polluants dans l’air d’un tunnel change radicalement selon que l’on analyse une circulation fluide face à un bouchon à l’intérieur du tunnel. En circulation normale, les véhicules roulent à une vitesse qui génère leur propre flux d’air (effet piston), lequel aide à repousser les polluants vers les têtes de sortie.

En cas de congestion, cet effet disparaît presque totalement, car davantage de véhicules circulent simultanément, restent plus longtemps dans le tunnel, se déplacent à des vitesses bien plus faibles et génèrent moins de flux d’air propre, précisément au moment où davantage d’émissions s’accumulent dans le même espace. Le résultat est une combinaison d’air défavorable dans laquelle la production de polluants augmente tandis que leur capacité de dispersion diminue, ce qui peut faire grimper les concentrations de CO, de NO₂ ou de particules en quelques minutes.

Des études menées dans des tunnels routiers en Chine ont attribué 26 à 40 % de la masse de PM₁₀ à l’échappement, 1 à 3 % à l’usure des freins et 7 à 9 % à l’usure des pneus. Chen, X., et al. (2014).

Risques d’exposition pour les usagers des tunnels et le personnel de maintenance

Toute exposition environnementale à l’intérieur d’un tunnel n’a pas les mêmes caractéristiques ; c’est pourquoi il ne convient pas d’appliquer automatiquement les mêmes limites à tous les profils de personnes présentes dans un tunnel. Alors qu’un conducteur ou un passager n’est exposé que pendant le temps nécessaire au véhicule pour traverser le tunnel, généralement quelques minutes même en cas de congestion modérée, un agent de maintenance, en revanche, peut rester des heures à l’intérieur du tunnel, souvent avec la circulation en cours ou une ventilation configurée différemment de l’habitude.

Une étude portant sur différents groupes professionnels a montré que les ouvriers du BTP travaillant dans les tunnels routiers de Stockholm présentaient l’exposition la plus élevée au NO₂ et aux particules, tous groupes confondus. Leur exposition était dix fois supérieure pour le NO₂ et vingt fois supérieure pour le carbone élémentaire (indicateur d’échappement diesel) que celle des travailleurs en extérieur. M. Lewné (2007).

La différence de durée de présence entre les profils de personnes à l’intérieur d’un tunnel implique que les critères de qualité de l’air applicables aux expositions brèves ne peuvent pas être extrapolés aux expositions prolongées, et que la surveillance de la qualité de l’air doit distinguer ces deux scénarios plutôt que de fournir une valeur générique unique.

Les véhicules à moteur thermique génèrent un mélange de gaz et de particules dont le comportement à l’intérieur d’un tunnel dépend de la source qui les produit et du temps qu’ils passent dans un espace à ventilation limitée.

Principaux polluants atmosphériques dans les tunnels routiers

Alors que dans les tunnels ferroviaires et le métro, les principaux polluants atmosphériques sont les particules générées par le freinage, l’usure roue-rail et la remise en suspension, dans les tunnels routiers, ce sont les véhicules à moteur thermique qui génèrent un mélange de gaz et de particules ; leur comportement à l’intérieur d’un tunnel dépend de la source qui les produit et du temps qu’ils passent dans un espace à ventilation limitée. Le PIARC identifie le monoxyde de carbone (CO), les particules et les oxydes d’azote (NO_x, la somme du NO et du NO₂) comme les polluants de référence issus des véhicules à moteur thermique dans les tunnels routiers, précisément parce qu’ils reflètent le mieux à la fois le risque sanitaire et le besoin de ventilation.

Monoxyde de carbone (CO)

Le CO est généré par une combustion incomplète, et la mesure du CO dans les tunnels a longtemps été l’approche prédominante pour dimensionner et contrôler la ventilation. Sa toxicité est aiguë, car il réduit la capacité du sang à transporter l’oxygène. C’est la raison pour laquelle les manuels de référence fixent des limites qui varient selon la situation de trafic, du flux libre à la congestion exceptionnelle ou à la fermeture du tunnel. Bien que les émissions de CO par véhicule aient diminué avec l’évolution des réglementations, ce paramètre reste essentiel au contrôle, surtout dans les scénarios de trafic à l’arrêt, où son accumulation est plus rapide.

Oxydes d’azote (NO, NO₂ et NO_x)

Le NO et le NO₂ se forment lors de la combustion, mais leur origine relative a changé ces dernières décennies. Les systèmes de post-traitement des gaz d’échappement des véhicules diesel, comme les catalyseurs d’oxydation, les filtres à particules et les systèmes de réduction catalytique sélective (SCR), tendent à augmenter nettement la part de NO₂ émise directement, au point que dans de nombreux tunnels européens, le NO₂ peut représenter entre 20 % et 30 % du NO_x total, selon la proportion de véhicules diesel équipés de ces technologies et le temps de résidence du NO_x dans l’air du tunnel. Cette évolution explique pourquoi le NO₂ a gagné en importance par rapport au CO comme paramètre de référence dans les systèmes de ventilation les plus récents, et pourquoi la mesure du NO₂ dans les tunnels doit suivre sa présence de manière directe (et non plus seulement l’estimer à partir du NO_x total), pour un contrôle plus précis.

Particules (PM_2,5 et PM₁₀) et particules ultrafines

La surveillance des particules dans les tunnels montre que les particules en suspension présentes ne proviennent pas uniquement du pot d’échappement des véhicules à combustion. Comme dans le cas des réseaux de métro et des tunnels ferroviaires, s’y ajoutent le freinage, l’usure roue-rail et la remise en suspension des poussières ; ces sources de particules sont en réalité aussi importantes que la combustion elle-même. À cela s’ajoute une autre origine qu’il convient de ne pas négliger : la construction, tant celle du tunnel lui-même que les travaux de maintenance ultérieurs (réfection des parois et des plafonds, amélioration des voies, etc.), qui génèrent également leur propre charge de particules.

Les émissions non liées à l’échappement (freins, pneus, surface de la chaussée et remise en suspension) dépassent déjà les émissions d’échappement dans les pays où les filtres à particules diesel sont obligatoires depuis des années.

CO₂, O₂ et autres paramètres complémentaires

Le CO₂ et l’O₂ ne doivent pas être assimilés aux polluants toxiques précédents. Présents aux concentrations habituelles d’un tunnel routier, ils ne représentent pas le même risque aigu que le CO ou le NO₂. Leur rôle est de fournir un contexte aux autres mesures, non de signaler à eux seuls un danger.

Le CO₂ peut servir d’indicateur indirect d’accumulation de gaz de combustion dans les zones à faible renouvellement d’air, tandis que l’O₂ devient particulièrement pertinent lors des travaux de maintenance et dans certaines conditions d’espace confiné, où une baisse du taux d’oxygène peut représenter un risque réel pour les travailleurs.

Les particules en suspension présentes dans un tunnel ne proviennent pas uniquement du pot d’échappement. À l’usure des freins et des pneus, et à la remise en suspension des poussières déposées sur la chaussée par le passage continu des véhicules, s’ajoute la construction, tant celle du tunnel lui-même que les travaux de maintenance ultérieurs, qui génèrent également leur propre charge de particules.

Qualité de l’air pendant la construction et le creusement des tunnels

Pendant la phase de construction d’un tunnel, le profil de pollution est différent et, à bien des égards, plus intense. Le creusement, le forage, les tirs de mine, les mouvements de terre, le béton projeté et l’usage continu d’engins lourds génèrent poussières, particules et gaz qui peuvent s’accumuler rapidement dans un espace à ventilation limitée, généralement mécanique et forcée depuis l’extérieur par des conduits.

Poussières et particules PM₁₀ et PM_2,5

La surveillance des poussières dans les tunnels pendant la phase de chantier répond à des sources très différentes de celles du trafic routier :

• Creusement et forage au front de taille.
• Tirs de mine dans les tunnels construits selon la méthode conventionnelle.
• Transport et chargement des matériaux excavés.
• Remise en suspension générée par les engins en mouvement.
• Fonctionnement d’équipements tels que foreuses ou tunneliers.

Mesurer les PM₁₀ et les PM_2,5 pendant la construction des tunnels permet d’évaluer à la fois la charge de poussières générée à chaque phase du chantier et l’exposition réelle des travailleurs dans les zones où se déroule l’activité.

L’intérêt de cette mesure va au-delà du simple diagnostic. Une donnée continue de particules permet d’évaluer si les mesures prises, comme la ventilation forcée, l’extraction localisée au front de taille, l’arrosage des surfaces ou la nébulisation d’eau, sont réellement efficaces, ou s’il est nécessaire de les renforcer avant que l’exposition ne se prolonge.

Cette logique de surveillance des particules dans les tunnels en ouvrages souterrains fait de la poussière un paramètre de contrôle opérationnel, au même titre que les gaz une fois le tunnel en service. Dans les projets où la composition du matériau excavé le justifie, il peut être nécessaire de documenter spécifiquement la présence de silice cristalline respirable.

NO₂ et gaz issus des engins diesel

La surveillance des gaz dans les tunnels en construction est liée, presque entièrement, à l’usage d’engins diesel. Des machines telles que foreuses, chargeuses, camions de transport de matériaux et équipements auxiliaires fonctionnent en continu dans un espace confiné qu’est un tunnel. Contrairement au trafic routier d’un tunnel en exploitation, la source d’émissions y est plus concentrée dans le temps et dans l’espace, car l’ensemble des engins travaille généralement à proximité du front de taille.

Dans des espaces à renouvellement d’air limité, les concentrations de gaz dans les tunnels peuvent augmenter rapidement si la ventilation forcée ne suffit pas à la puissance diesel en fonctionnement à un moment donné.

L’exposition des travailleurs lors de la construction de tunnels avec engins diesel a enregistré des concentrations de NO₂ qui, lors de certains pics d’activité, dépassent largement les niveaux moyens d’exposition, soulignant l’importance d’un contrôle continu et pas seulement de mesures ponctuelles par poste. Gren, L. et al. (2022).

Mesurer le NO₂ en continu, dans le cadre d’une véritable surveillance des gaz dans les tunnels, aide à détecter ces situations anormales avant qu’elles ne se prolongent, et permet d’ajuster le débit de ventilation aux conditions réelles du chantier à chaque phase, plutôt qu’à une estimation fixe calculée lors de la conception initiale du projet.

Les tunnels ferroviaires et le métro sont des espaces où une part importante des particules ne provient pas des moteurs à combustion, mais du fonctionnement même du système ferroviaire.

Qualité de l’air dans le métro et les tunnels ferroviaires

La qualité de l’air dans le métro et les tunnels ferroviaires présente des caractéristiques différentes de celles des tunnels routiers. Ce sont des espaces où une part importante des particules ne provient pas des moteurs à combustion, mais du fonctionnement même du système ferroviaire. Le contact roue-rail, le freinage mécanique, l’interaction entre la caténaire et le pantographe, ainsi que la remise en suspension des poussières déposées, génèrent des particules qui peuvent s’accumuler dans les stations, sur les quais et dans les tunnels souterrains.

À cette génération interne s’ajoutent d’autres facteurs qui conditionnent la concentration de particules, comme la géométrie des stations, la profondeur du tunnel, la fréquence de passage des trains, leur vitesse, l’effet piston généré par leur mouvement et le fonctionnement de la ventilation forcée.

Les tunnels enregistrent les concentrations de PM les plus élevées de tout le système, devant les quais et l’exposition durant les trajets d’accès, tandis que les halls et les rames présentent des niveaux comparativement plus faibles, quoique toujours élevés par rapport à l’air extérieur. Liu, J. et al. (2026).

Particules générées par le freinage et l’usure ferroviaire

Le freinage mécanique est l’une des sources les plus importantes de particules dans le métro, en particulier sur les tronçons et aux horaires où le système ne peut pas exploiter pleinement le freinage régénératif et doit recourir aux plaquettes et aux disques en complément.

Ces émissions contiennent principalement du fer, ainsi que d’autres éléments associés à l’usure ferroviaire tels que le manganèse, le cuivre, le zinc, l’antimoine, le magnésium et le silicium.

Le contact et l’usure entre roue et rail constituent une autre source, égale ou plus importante que le freinage lui-même. Le frottement constant génère des particules, surtout dans les fractions de plus grande taille, du simple fait du passage continu des trains sur les voies.

Il est utile de savoir aussi quand et où elles sont générées, comment elles se redistribuent dans le tunnel et quelles opérations ferroviaires sont associées aux niveaux de PM les plus élevés.

PM_2,5, ventilation et accumulation dans les stations et les tunnels

Les particules générées dans l’environnement ferroviaire ne restent pas nécessairement près du point où elles sont produites. Le mouvement des trains génère un effet piston qui déplace l’air et redistribue les polluants le long du tunnel, tandis que la ventilation forcée, la géométrie de l’infrastructure et la distance entre les stations modifient leur dispersion.

Cette fraction est suivie, en proportion, par les particules qui restent en suspension dans l’air, tandis que la part rejetée à l’extérieur par les systèmes de ventilation est plus faible.

La ventilation n’est pas seulement un système de renouvellement de l’air. Elle conditionne aussi la répartition spatiale des particules et peut influencer directement l’exposition des passagers et des travailleurs.

Surveillance et mesures de réduction de l’exposition

La réduction des particules dans le métro passe par l’amélioration de la ventilation, le nettoyage des voies et des stations, la modification des profils de vitesse pour réduire le freinage pneumatique, ou l’intégration de systèmes de captage des particules à la source.

Au-delà de la technologie précise employée, toute stratégie de réduction dans les stations de métro et les tunnels ferroviaires nécessite des données pour vérifier son efficacité.

Un réseau de surveillance continue des PM_2,5 et PM₁₀, associé à d’autres variables environnementales, dans le cadre d’une véritable surveillance environnementale des tunnels, permet de :

• Détecter les zones à accumulation récurrente de particules.
• Relier les pics aux horaires, à la fréquence des trains ou aux freinages.
• Évaluer l’effet de la ventilation et du nettoyage.
• Comparer des stations ou tronçons aux caractéristiques différentes.
• Mesurer l’exposition des travailleurs et des passagers.
• Vérifier l’efficacité des mesures de réduction des émissions.

Mesurer la qualité de l’air dans un tunnel ne répond pas uniquement à un critère technique. Dans de nombreux pays, un cadre réglementaire fixe ce qui doit être mesuré, comment le faire et quels niveaux de sécurité doivent être garantis.

Quels paramètres faut-il mesurer pour la qualité de l’air des tunnels ?

Un système de surveillance de la qualité de l’air adapté à un tunnel, outre l’analyse des gaz et des particules présents, doit savoir comment l’air se déplace et quelle visibilité il offre, car ces deux facteurs contribuent à la fois à la sécurité routière et à l’efficacité de la ventilation.

Concentrations de gaz et de particules

Les polluants gazeux comme le CO, le NO ou le NO₂ s’expriment généralement en parties par million (ppm) ou parties par milliard (ppb), tandis que les particules (PM₁₀, PM_2,5 ou ultrafines) se mesurent en microgrammes par mètre cube (µg/m³). Cette différence d’unités n’est pas un simple détail technique. Elle reflète le fait qu’il s’agit de grandeurs physiques distinctes (concentration molaire contre concentration massique), et que les instruments capables de mesurer l’une ne conviennent pas nécessairement à l’autre.

Surveillance de la visibilité et de l’opacité

La perte de visibilité à l’intérieur d’un tunnel est directement liée à la présence de fumée et de particules dans l’air, mais mesurer la visibilité n’équivaut pas à mesurer la concentration de PM_2,5 ou de PM₁₀ à des fins environnementales.

La norme ISO 23431 :2021 précise que la visibilité dans les tunnels routiers se mesure à l’aide de transmissomètres (à une ou deux bases, installés en différents points le long du tunnel) qui déterminent le coefficient d’extinction (K, en m⁻¹), à partir duquel le résultat peut être exprimé comme portée optique météorologique ou comme opacité (%). La norme précise elle-même que ces données de visibilité ne doivent pas être exprimées comme une masse équivalente par unité de volume, précisément pour éviter la confusion qui consisterait à les traiter comme une mesure de PM.

Vitesse et direction de l’air

C’est l’un des paramètres qui distingue une surveillance complète d’un simple réseau de capteurs de gaz. La norme ISO 23431 :2021 couvre spécifiquement les méthodes de détermination de la vitesse et de la direction du flux d’air dans les tunnels routiers, en complément du CO, du NO, du NO₂ et de la visibilité, au moyen d’instruments à lecture directe. Savoir vers où se déplace l’air, et à quelle vitesse, permet d’anticiper vers quelle zone du tunnel se dirigent les polluants générés par le trafic, ce qui est essentiel aussi bien pour dimensionner la réponse de ventilation au quotidien que pour gérer l’évacuation des fumées en cas d’incendie. Il existe des solutions à un seul point de mesure et des solutions à trajet transversal (utilisant le temps de transit ultrasonique entre transducteurs situés de part et d’autre du tunnel) conçues spécifiquement pour les tunnels bidirectionnels ou à plusieurs voies, où le flux d’air n’est pas toujours uniforme sur toute la section.

Température, humidité et autres paramètres environnementaux

La température, l’humidité et la pression atmosphérique ne sont pas des polluants, mais elles fournissent un contexte indispensable pour interpréter correctement les autres données. Ces variables peuvent influer sur les performances de certains capteurs ; l’humidité, par exemple, peut affecter la réponse de certains capteurs électrochimiques de gaz. Elles conditionnent aussi le comportement de l’air aux têtes de tunnel, favorisant ou freinant la ventilation naturelle selon les conditions extérieures. Les enregistrer avec les autres paramètres permet de distinguer si une variation de la qualité de l’air répond à un changement réel des émissions ou simplement à un effet météorologique ponctuel.

Une étude menée auprès de 141 conducteurs professionnels à Londres a mesuré leur exposition en temps réel au carbone suie sur 96 heures. Elle a montré que la conduite à l’intérieur des tunnels était l’un des facteurs les plus déterminants des pics d’exposition, avec la congestion. Pendant le travail, l’exposition était 2,6 fois supérieure à celle observée hors travail, et bien que la conduite ne représente que 19 % de leur poste, cette activité représentait 36 % de leur exposition quotidienne totale. Barratt, M. et al. (2021)

Les émissions accumulées à l’intérieur du tunnel se concentrent et s’échappent vers l’extérieur par les têtes, les puits de ventilation et les cheminées d’extraction.

Comment fonctionnent les systèmes de surveillance de la qualité de l’air dans les tunnels

Un système de surveillance de la qualité de l’air dans un tunnel n’est pas un capteur isolé qui envoie des données à un écran. C’est une chaîne qui relie la mesure physique à une décision opérationnelle par le biais de capteurs répartis, d’une transmission continue des données, d’un système central qui les interprète, et d’une réponse (généralement sur la ventilation) déclenchée à partir de ces données.

Capteurs de qualité de l’air et réseaux de surveillance des tunnels

Concevoir un réseau de capteurs de qualité de l’air pour tunnels ne se limite pas à installer un unique capteur en supposant qu’il représente ce qui se passe sur toute la longueur du tunnel. La disposition des points de mesure dépend de la longueur du tunnel, de sa géométrie, du nombre d’entrées et de sorties, des pentes, de l’existence de bretelles, de l’intensité du trafic et de la conception même du système de ventilation.

La norme ISO 23431 ne fixe d’ailleurs pas de nombre universel d’instruments par tunnel, précisément parce que ce nombre dépend de ces caractéristiques et des exigences réglementaires propres à chaque projet. En règle générale, les capteurs sont placés à des points stratégiques, comme près des têtes d’entrée et de sortie, sur les tronçons intermédiaires et à proximité des sorties de ventilation, qui sont les zones où se concentrent les schémas de pollution les plus pertinents pour déclencher une réponse adéquate et à temps.

Surveillance continue des gaz dans les tunnels et alertes en temps réel

La véritable valeur de ces systèmes de surveillance des gaz dans les tunnels réside dans la continuité de la donnée, et non dans des mesures ponctuelles isolées. Le schéma de base repose sur les éléments suivants :

• Le capteur capte la concentration de gaz ou de particules.
• La donnée est transmise à une plateforme centrale.
• La plateforme la compare à un seuil prédéfini.
• Si le seuil prédéfini est dépassé, une action ou une alerte est déclenchée.

Ce cycle permet de réagir à des situations telles qu’une hausse soudaine du NO₂, un pic de CO pendant une congestion, une perte de visibilité due à une accumulation de fumée, voire une panne du système de ventilation lui-même empêchant la dispersion normale des polluants. Plus l’intervalle entre la mesure et la réponse est court, plus la marge d’exposition pour les personnes présentes dans le tunnel à ce moment-là est réduite.

Intégration avec le SCADA et les systèmes de gestion des tunnels

Les données de qualité de l’air restent rarement cantonnées à un système isolé. Leur fonction principale est d’alimenter la plateforme centrale qui gère le tunnel. Dans un système SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), les automates locaux (PLC) reçoivent les lectures des capteurs en temps réel et, selon une logique préprogrammée, déclenchent directement des actions telles que l’augmentation de la vitesse des ventilateurs ou l’ouverture des trappes d’extraction.

Le SCADA offre quant à lui la vision d’ensemble en centralisant les données de tous les points de mesure. Il présente les données sur une interface pour les opérateurs, ce qui permet un contrôle manuel si nécessaire, enregistre l’historique des événements et génère des alertes qui parviennent aux équipes de maintenance ou d’urgence. Cette architecture PLC et SCADA est ce qui permet à la réponse face à une urgence, comme un incendie, d’être immédiate et de ne pas dépendre d’un opérateur humain interprétant les données à temps.

Pour y parvenir, les systèmes de surveillance de la qualité de l’air, tels que ceux bâtis autour des unités Kunak AIR Pro, s’intègrent naturellement à ce schéma. Ils mesurent simultanément jusqu’à cinq gaz (dont CO, NO, NO₂, SO₂ ou H₂S) ainsi que les particules en suspension. Ils intègrent également une sortie Modbus RTU RS485, ce qui permet d’intégrer directement leurs lectures dans des systèmes SCADA existants sans dépendre nécessairement d’une connexion internet pour la transmission locale de la donnée. Cette capacité de communication locale est pertinente dans le cadre d’un tunnel, où la couverture réseau mobile peut être limitée, voire inexistante, dans les tronçons souterrains.

Les capteurs de qualité de l’air d’un tunnel se situent habituellement près des têtes d’entrée et de sortie.

Surveillance de la ventilation des tunnels et contrôle de la qualité de l’air

Un système de surveillance de la ventilation des tunnels bien conçu poursuit deux objectifs principaux : le contrôle de l’exploitation courante, en apportant de l’air frais à un rythme à la fois confortable pour les usagers du tunnel et économiquement efficace ; et, dans des circonstances exceptionnelles ou d’urgence, répondre rapidement et de façon fiable aux pannes, accidents ou incendies. Dans les deux cas, la surveillance continue des gaz, des particules et du flux d’air, plus qu’un exercice de sécurité passive, agit comme un levier de gestion qui ne dépend ni d’estimations, ni d’une supervision manuelle constante.

Comment les capteurs de qualité de l’air appuient le contrôle de la ventilation des tunnels

La logique du contrôle de la ventilation des tunnels paraît simple, même si sa mise en œuvre ne l’est pas. Lorsque la concentration de polluants augmente, le système détecte ce changement grâce à ses capteurs, la ventilation répond en ajustant son intensité, et la concentration revient à des niveaux sûrs. Mais réduire cette logique à un simple allumage et extinction des ventilateurs simplifierait à l’excès le fonctionnement des systèmes de ventilation modernes en tunnel.

En pratique, les systèmes de contrôle comparent en continu les valeurs mesurées de CO, de NO_x ou de particules à différents seuils ou états, et ajustent progressivement le nombre de ventilateurs actifs ou leur vitesse selon l’état dans lequel se trouve chaque polluant, plutôt que de réagir uniquement lorsqu’une limite est dépassée. Lorsque plusieurs polluants sont surveillés simultanément, le système prend généralement comme référence celui qui s’écarte le plus de son niveau cible à un moment donné, de sorte que la stratégie de ventilation répond toujours à la variable la plus critique, et non à une moyenne susceptible de masquer un problème ponctuel.

Efficacité de la ventilation, consommation énergétique et coûts d’exploitation

Ventiler un tunnel a un coût qui va bien au-delà de la facture électrique. Un débit d’air excessif entraîne une consommation énergétique plus élevée, une usure accrue des ventilateurs, un besoin de maintenance plus important et, par conséquent, un coût d’exploitation plus élevé sans que la sécurité s’améliore de façon proportionnelle.

Un débit insuffisant, à l’inverse, permet aux polluants de s’accumuler et compromet à la fois la sécurité et la conformité réglementaire.

Une mesure fiable et continue de la qualité de l’air cesse d’être une simple question de conformité réglementaire pour devenir la variable qui permet d’ajuster la ventilation aux conditions réelles du tunnel à chaque instant, plutôt que d’opérer avec des marges de sécurité excessives qui se traduisent directement par une consommation plus élevée et une usure accrue des équipements.

Concevoir un réseau de surveillance ne consiste pas à décider combien de capteurs acheter, mais à définir ce qu’il faut mesurer, où, et avec quelles garanties de fiabilité dans le temps.

Normes et réglementations pour la surveillance de la qualité de l’air dans les tunnels routiers

Mesurer la qualité de l’air dans un tunnel ne relève pas uniquement d’un critère technique. Sur une grande partie du territoire européen existe un cadre réglementaire qui fixe ce qui doit être mesuré, comment le faire et quels niveaux de sécurité doivent être garantis. Connaître ces références est indispensable, tant pour concevoir un système de surveillance conforme aux exigences que pour interpréter correctement ce que couvre chaque norme et ce qui reste hors de son champ d’application.

La norme ISO 23431 :2021 pour la mesure de la qualité de l’air dans les tunnels routiers

La norme ISO 23431 :2021, Measurement of road tunnel air quality, établit des méthodes spécifiques pour déterminer la vitesse et la direction de l’air, les concentrations de CO, de NO et de NO₂, ainsi que la visibilité dans les tunnels routiers, à l’aide d’instruments à lecture directe.

La directive européenne 2004/54/CE relative à la sécurité des tunnels routiers

La directive européenne 2004/54/CE constitue le cadre européen qui fixe les exigences minimales de sécurité pour les tunnels de plus de 500 mètres du réseau transeuropéen de routes. Concrètement, son volet consacré à la ventilation établit que la conception, la construction et l’exploitation du tunnel doivent tenir compte du contrôle des polluants, aussi bien pendant le trafic normal et aux heures de pointe que lorsque les véhicules sont immobilisés à la suite d’incidents ou d’accidents. Elle fixe en outre l’obligation d’installer une ventilation mécanique dans les tunnels de plus de 1 000 mètres présentant un volume de trafic supérieur à 2 000 véhicules par voie.

Recommandations du PIARC pour la ventilation et la qualité de l’air des tunnels

L’Association mondiale de la route (PIARC) constitue la référence technique internationale la plus établie en matière d’émissions, de ventilation, de concentrations admissibles et de visibilité dans les tunnels.
Contrairement à l’ISO 23431 ou à la directive 2004/54/CE, le PIARC n’impose pas une limite unique d’application obligatoire ; il publie plutôt des valeurs de conception et d’exploitation qui servent de référence technique à l’échelle mondiale (par exemple, différents seuils de CO selon que le scénario de trafic est fluide, congestionné ou à l’arrêt complet), et chaque pays ou administration les adapte ensuite à sa propre réglementation.

C’est pourquoi, en pratique, la limite de NO₂ appliquée dans un tunnel européen peut ne pas coïncider exactement avec celle d’un tunnel australien ou turc, et la durée sur laquelle cette concentration est moyennée n’est pas nécessairement la même. Cette variabilité n’ôte rien à l’autorité des recommandations du PIARC ; elle reflète simplement que des facteurs comme la longueur du tunnel, le volume de trafic, ou le fait que l’exposition concerne des conducteurs de passage ou du personnel de maintenance, modifient ce qui est considéré comme un niveau sûr dans chaque cas.

Le tunnel Eurasia, à Istanbul, intègre six groupes de capteurs répartis sur chaque niveau du tunnel, en plus de stations de surveillance extérieure situées près de ses deux cheminées de ventilation.

La qualité de l’air à l’intérieur et à l’extérieur des tunnels routiers

La surveillance d’un tunnel ne devrait pas s’arrêter à ses têtes d’accès. Les émissions générées à l’intérieur ne disparaissent pas une fois rejetées ; elles se dispersent dans l’environnement proche, et comprendre cet impact extérieur est ce qui distingue une approche de surveillance complète d’une approche limitée au seul CO, NO₂, à la visibilité et aux ventilateurs.

Pollution de l’air aux têtes de tunnel et aux sorties de ventilation

Les émissions accumulées à l’intérieur du tunnel se concentrent et s’échappent vers l’extérieur par les têtes, les puits de ventilation et les cheminées d’extraction. Les concentrations de polluants aux têtes et aux sorties de ventilation sont également pertinentes, car elles diminuent rapidement depuis le point d’émission vers l’environnement selon des mécanismes tels que la vitesse et la direction du vent ou la topographie environnante.

Tous les projets de tunnels routiers n’ont pas besoin de mesurer la même chose.

Surveillance environnementale autour des sorties de ventilation des tunnels

Des projets réels combinent déjà les deux approches. Le tunnel Eurasia, à Istanbul, intègre six groupes de capteurs répartis sur chaque niveau du tunnel, en plus de stations de surveillance extérieure situées près de ses deux cheminées de ventilation, qui enregistrent en continu le CO, le NO₂, les PM₁₀ et les PM_2,5.

Une étude portant sur ses deux premières années d’exploitation, comparant des données d’un an avant et de deux ans après l’ouverture du tunnel, a conclu que les concentrations horaires moyennes de CO avaient baissé de 16 % à 30 % dans les stations proches des cheminées de ventilation, celles de PM₁₀ de 44 % à 46 %, et celles de PM_2,5 de 12 % à 24 %. Le NO₂, en revanche, a augmenté de 9 % à 24 %, tout en restant, dans tous les cas, en dessous de la norme horaire applicable.

Croiser les données de tunnel, de trafic et de météorologie

Les données obtenues par les réseaux de surveillance sur la pollution doivent être croisées avec celles du trafic et de la météorologie pour mieux interpréter l’origine et la dispersion des épisodes de pollution. Sans ce croisement de variables, un pic de pollution ponctuel pourrait être attribué à tort au trafic alors qu’il résulte en réalité de conditions atmosphériques défavorables, ou inversement.

Les polluants de référence dans les tunnels routiers sont le monoxyde de carbone (CO), les oxydes d’azote (NO et NO₂) et les particules (PM₁₀, PM_2,5 et ultrafines).

Comment concevoir un réseau de surveillance de la qualité de l’air pour les tunnels

Concevoir un réseau de surveillance de la qualité de l’air ne consiste pas à décider du nombre de capteurs à acheter, mais à définir ce qu’il faut mesurer, où, et avec quelles garanties de fiabilité dans le temps.

Ces trois décisions (sélection, emplacement et maintenance) déterminent si le système remplit réellement sa fonction ou s’il se contente de produire des données sans utilité opérationnelle.

Choisir les capteurs de qualité de l’air pour tunnels selon l’objectif de surveillance

Tous les projets de tunnels routiers n’ont pas besoin des mêmes capteurs de qualité de l’air pour tunnels. Un système orienté vers la sécurité routière privilégiera le CO, l’opacité et la vitesse de l’air ; un système centré sur l’exposition professionnelle devra distinguer les scénarios de maintenance ; et un système avec surveillance environnementale extérieure exigera des capteurs de NO₂ et de PM_2,5 aux sorties de ventilation.

Le comportement des polluants dans l’air d’un tunnel change radicalement selon que l’on analyse une circulation fluide face à un bouchon à l’intérieur du tunnel.

Où installer les capteurs de qualité de l’air à l’intérieur d’un tunnel

L’emplacement, bien que défini par l’ingénieur responsable de la conception de la ventilation, suit des schémas établis en fixant des points de contrôle près de l’entrée et de la sortie du tunnel, généralement à au moins 100 mètres à l’intérieur pour éviter les interférences du trafic extérieur, ainsi qu’une série de points intermédiaires régulièrement espacés, à raison en général de 200 à 400 mètres selon la réglementation locale.

Dans les tunnels longs à trafic dense, certains projets réduisent cet espacement jusqu’à 170 à 200 mètres afin de détecter plus précisément d’éventuelles poches de concentration de CO. La hauteur de montage compte également. Les têtes de capteurs sont généralement installées autour de 3,5 mètres, suffisamment haut pour éviter les projections et les gaz d’échappement directs, mais accessibles pour la maintenance à l’aide d’une échelle standard.

Qualité des données, étalonnage et maintenance des capteurs

Un capteur qui déclenche automatiquement la ventilation ne peut pas être évalué uniquement sur son coût d’achat. C’est là qu’intervient le concept de surveillance near-reference, des systèmes qui offrent une précision traçable sans la complexité ni le coût d’une station officielle complète. Les capteurs électrochimiques de gaz (NO₂, O₃, CO) et les compteurs optiques de particules nécessitent des vérifications périodiques d’étalonnage, en comparant leurs lectures à des étalons certifiés, car leur précision se dégrade avec le temps sous l’effet de la dérive électronique, de l’humidité ou de la contamination du capteur lui-même.

Un système bien entretenu doit garantir une dérive maximale bornée entre les contrôles et une disponibilité constante de la donnée, car toute interruption dans la série temporelle constitue, en pratique, un angle mort pour la sécurité du tunnel pendant cette période.

La surveillance d’un tunnel ne devrait pas s’arrêter à ses têtes d’accès. Les émissions générées à l’intérieur ne disparaissent pas une fois rejetées ; elles se dispersent dans l’environnement proche.

Surveillance environnementale des tunnels avec les capteurs Kunak

Disposer d’un réseau de capteurs à mesure continue de multiples paramètres environnementaux, d’une intégration SCADA pour le diagnostic des données, d’une intégration directe avec les systèmes de contrôle existants et d’un étalonnage périodique à distance : voilà les exigences auxquelles tout système de surveillance environnementale des tunnels doit répondre pour s’adapter à un environnement aussi exigeant qu’un tunnel.

Surveillance multi-polluants pour les gaz et les particules

Kunak AIR Pro est une station multiparamétrique à capteurs, capable de mesurer simultanément jusqu’à cinq gaz (dont CO, NO, NO₂, SO₂ ou H₂S) ainsi que les particules PM₁, PM_2,5 et PM₁₀, en plus de la température, de l’humidité et de la pression atmosphérique. Son système de cartouches interchangeables de type Plug & Play permet d’adapter la configuration de gaz aux polluants prioritaires de chaque tunnel sans remplacer l’appareil entier, et permet également de remplacer les cartouches elles-mêmes, ce qui réduit au minimum les périodes sans collecte de données et les travaux associés.

Données en temps réel, alertes et intégration avec les systèmes de gestion des tunnels

L’étalonnage à distance des valeurs de zéro et de span facilite la maintenance périodique sans nécessiter de déplacer l’appareil du point de mesure. Côté communications, il intègre une sortie Modbus RS485 RTU ainsi qu’une connectivité multibande 2G/3G/4G ou Ethernet, ce qui permet à la fois l’intégration directe dans un système SCADA existant et l’envoi des données vers une plateforme cloud pour la visualisation en temps réel et la gestion des alarmes.

Les données obtenues par les réseaux de surveillance sur la pollution doivent être croisées avec celles du trafic et de la météorologie pour mieux interpréter l’origine et la dispersion des épisodes de pollution.

Foire aux questions sur la surveillance de la qualité de l’air dans les tunnels

Quels polluants faut-il surveiller dans les tunnels routiers ?

Les polluants de référence dans les tunnels routiers sont le monoxyde de carbone (CO), les oxydes d’azote (NO et NO₂) et les particules (PM₁₀, PM_2,5 et ultrafines), selon l’Association mondiale de la route (PIARC). À ces polluants atmosphériques s’ajoutent des paramètres complémentaires comme le CO₂ et l’O₂, pertinents surtout lors des travaux de maintenance et dans les espaces confinés. La combinaison exacte dépend du trafic, de la longueur du tunnel et des exigences réglementaires applicables à chaque projet.

Pourquoi surveille-t-on le CO et le NO₂ dans les tunnels ?

Le CO et le NO₂ sont les polluants toxiques les plus directement associés à la combustion des véhicules à l’intérieur d’un espace semi-fermé. Le CO a longtemps été le paramètre dominant pour contrôler la ventilation, tandis que le NO₂ a gagné en importance avec l’évolution des technologies de post-traitement diesel. Tous deux servent d’indicateurs directs pour déclencher et réguler la ventilation en temps réel.

Comment les capteurs de qualité de l’air contrôlent-ils la ventilation des tunnels ?

Les capteurs mesurent en continu la concentration de polluants et transmettent cette donnée à un système central, généralement un SCADA. Lorsqu’un seuil prédéfini est dépassé, le système active ou ajuste automatiquement la vitesse des ventilateurs. Cette réponse n’est pas un simple interrupteur marche-arrêt. Les systèmes modernes graduent l’intensité de la ventilation selon le polluant le plus proche de sa limite à un instant donné.

Quelles normes s’appliquent à la surveillance de la qualité de l’air dans les tunnels ?

La norme de référence est l’ISO 23431 :2021, qui établit des méthodes pour mesurer la vitesse et la direction de l’air, le CO, le NO, le NO₂ et la visibilité dans les tunnels routiers. Au niveau européen, la directive 2004/54/CE fixe en outre les exigences minimales de sécurité et de ventilation pour les tunnels du réseau transeuropéen de routes de plus de 500 mètres, complétées par les recommandations techniques du PIARC.

Où faut-il installer les capteurs de qualité de l’air dans un tunnel ?

Les capteurs se situent habituellement près des têtes d’entrée et de sortie, à des points intermédiaires espacés de 200 à 400 mètres, et à proximité des sorties de ventilation. La disposition exacte dépend de la longueur du tunnel, de sa géométrie, de l’intensité du trafic et de la conception du système de ventilation, la norme ISO 23431 ne fixant pas de nombre universel d’instruments par tunnel.

Les capteurs de qualité de l’air d’un tunnel mesurent en continu la concentration de polluants et transmettent cette donnée à un système central, généralement un SCADA.

Des données de qualité de l’air en temps réel pour des tunnels plus sûrs et plus efficaces

On juge un tunnel à ce que l’on ne voit pas : l’air que respirent, chaque jour, ceux qui le traversent, sans savoir si cette exposition dure trois minutes ou toute une journée de travail. Pendant des décennies, cette incertitude a été gérée à coups d’inspections ponctuelles et de marges de sécurité larges. Aujourd’hui, il n’est plus nécessaire d’opérer à l’aveugle.

Lorsque la concentration de CO, de NO₂ et de particules, le flux d’air et la visibilité sont mesurés en continu, la qualité de l’air cesse d’être une case cochée lors d’un contrôle périodique et devient une variable opérationnelle à part entière du tunnel, aussi vivante que le trafic ou la météo. Les gestionnaires peuvent ajuster la ventilation à ce qui se passe réellement à l’intérieur de l’ouvrage, et non à ce qui avait été estimé lors de la conception ; détecter une anomalie avant qu’elle ne se transforme en risque ; et réduire la consommation énergétique sans sacrifier la sécurité.

C’est là le véritable changement : cesser de se demander si la dernière mesure était sûre, et savoir en permanence ce qui se passe dans l’air du tunnel. C’est là que la surveillance continue, appuyée sur des technologies avancées comme Kunak AIR Pro, cesse d’être un simple instrument pour devenir l’allié qui anticipe le problème, transformant une donnée en décision avant que le risque ne se manifeste.

Références scientifiques et techniques

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