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8 avril 2014
Combustion de biomasse
Evaluation de la qualité de l’air
Transports

La modélisation atmosphérique en questions !

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A l'occasion de la sortie des rapports "Calage des modèles d’aérologie sur le sillon alpin" et "Étude de la stratification de l’atmosphère du PPA de l’Arve et du sillon alpin" Harry Dupont, chef de projet Modélisation chez Air Rhône-Alpes, nous explique l'importance du travail de « virtualisation » des phénomènes atmosphériques : la modélisation.

Qu'est-ce que la modélisation ? 

La modélisation est la mise en œuvre d’équations physiques pour récréer de manière numérique les phénomènes complexes qui nous entourent. C’est un outil qui permet de  de prévoir, anticiper et analyser de façon objective.

Pourquoi faire de la modélisation chez Air Rhône-Alpes ?

Dans le cadre de la pollution atmosphérique, l’enjeu est de taille puisque le nombre de phénomènes physiques est très important. Pour s’en rendre compte, il faut s'imaginer la vie des molécules émises par le pot d’échappement de sa voiture ou de son appareil de chauffage au bois…

Vont-elles se déposer sur la route tout de suite ? Vont-elles se disperser dans l’atmosphère et se transformer chimiquement ? Vont-elles se déposer au sol lorsqu’il pleut ? Le soleil va-t-il interagir et transformer cette molécule ?  Ou bien encore tous ces phénomènes vont-ils se produire en même temps ? 

Pour la surveillance de la qualité de l’air, les apports de la modélisation sont précieux et variés :

  • Prévoir des pics de pollution 
  • Estimer l’efficacité des mesures vis-à-vis de la qualité de l'air : impact des nouvelles technologies de dépollution, d’infrastructures routières, test des scénarii en termes d'urbanisme et de transports.
  • Estimer l’exposition de la population vis-à-vis de la réglementation.
  • Etudier la variation des polluants dans l’espace et dans le temps pour mieux comprendre les phénomènes de formation, de destruction, d’accumulation et de transports des polluants.

Concrètement comment ça marche ? 

Si l’on voulait être précis, il faudrait suivre chacune des molécules tout en connaissant leur environnement à chaque instant. Pour s'en approcher, nous découpons l’espace de façon virtuelle, sous forme de boites régulières que l’on appelle maillage ou grille de calcul. Chacune de ces boites résume l’état des molécules à l’intérieur. Afin de déplacer, déposer et transporter ces molécules, un ensemble d’équations physiques est ensuite appliqué et traduit dans un langage informatique.

On vient alors de créer un modèle ! 

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Et techniquement ?

La somme des informations et des opérations est d’autant plus importante que la précision souhaitée est grande ! Les données d’entrées (émissions, données météorologiques, topographie) sont souvent volumineuses pour atteindre la précision décrite ci-dessus, et leur manipulation ne ressemble en rien à l’ergonomie d’un jeu vidéo !  

Voilà pourquoi on utilise des calculateurs et même des supers calculateurs avec plusieurs processeurs. Le nombre de mailles de la grille de calcul dépend des moyens informatiques disponibles, de la précision des résultats souhaités, de la résolution des données d’entrées et des phénomènes que l’on veut prendre en compte.

Quelles sont les spécificités du travail de modélisation chez Air Rhône-Alpes ?

La région idéale - ou plutôt la moins complexe  - pour un modèle serait :

  • Sans relief
  • Avec un seul type de sol
  • Sous l’influence de conditions météorologiques constantes 
  • Avec un seul type d’émission de polluant qui ne réagit pas chimiquement et ne se dépose pas. 

La région Rhône Rhône-Alpes comme beaucoup d’autres ne répond en rien à cette simplicité ! Elle se singularise par son relief, par la diversité de ses industries, de par son réseau routier ou encore sa diversité en terme d’occupation des sols (arbres, culture etc.).

La confrontation des résultats des modèles avec les mesures d'air, dont seul  l'observatoire dispose grâce à son réseau de station de mesure, est donc absolument nécessaire pour analyser, critiquer et mieux appréhender cette diversité.

L’analyse des mesures permet aussi de prendre en compte l'activité humaine : en termes de circulation ou de chauffage au bois par exemple. La mesure permet de confronter le réel et le virtuel, afin de fournir des cartes les plus proches de la réalité. 

Avec les études « Calage des modèles d’aérologie sur le sillon alpin » et « Étude de la stratification de l’atmosphère du PPA de l’Arve et du sillon alpin », Air Rhône-Alpes tente d’observer précisément l’atmosphère dans la vallée Vallée de l’Arve, pourquoi et quelles sont ses spécificités ?

La vallée de l’Arve est une vallée Alpine très encaissée. D’un point de vue météorologique, on observe de manière fréquente des inversions de températures assez basses en altitude. 

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Ces inversions interviennent lorsque le bas de la vallée est plus froid que le haut ou encore lorsque vient s’installer en hauteur une masse d’air plus chaude et stable. C'est comme un couvercle que l’on viendrait poser au-dessus de la vallée. 

Ajoutée aux émissions hivernales liées aux activités humaines telles que le chauffage au bois, la concentration moyenne des particules de 10µm de diamètre (PM10) mesurée dans la vallée dépasse régulièrement le seuil réglementaire. En 2012, la station de Passy mesurait plus de 40 dépassements de la moyenne journalière réglementaire de 50µg/m3 en PM10

L’étude vise à comprendre ce mécanisme d’inversion de température et sa corrélation avec les pics de PM10 observés. Mais l’enjeu est aussi d’ouvrir des pistes d’amélioration dans l’utilisation des modèles météorologiques utilisés chez Air Rhône-Alpes (WRF et AROME). Cette étude s’est accompagnée d’une mise en place d’instruments supplémentaires (capteur de températures ou encore l’acquisition d’un LIDAR doppler) dans la vallée afin de confronter ces deux modèles avec les observations. 

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