cartographie de la pollution atmosphérique en milieu urbain à l'aide ...

Chapitre 3 : Méthodes actuelles de surveillance et de cartographie
3.2. Cartographie de la qualité de l’air par modélisation numérique
La modélisation numérique est un outil de compréhension, d’analyse et dans certains cas de prévision.
Les modèles numériques, dites « d’atmosphère et d’océan », ont d’abord été créés pour simuler les
régimes de vent et de courant à l’échelle du globe. Pour cela, ils utilisent les équations de la
mécanique des fluides et calculent ainsi avec une résolution de quelques centaines de kilomètres,
l’évolution de paramètres tels que le vent, la température, l’humidité, l’eau nuageuse ou les
précipitations.
Il existe un grand nombre de modèles numériques de transports et transformations d’éléments dans
l’atmosphère. Ces modèles se distinguent suivant les échelles spatiales et temporelles prises en compte
mais aussi suivant les équations de transport utilisées. Le PREDIT (programme national de recherche
et d'innovation dans les transports terrestres) propose depuis mai 2000 sur son site Web un inventaire
et description de ces modèles existants (http://www.predit.prd.fr/02-Predit/Imt/). Cet inventaire
fonctionne sur la base du volontariat des équipes de modélisateurs. Actuellement, il regroupe
aujourd’hui 36 modèles provenant des entreprises ou équipes de recherche françaises ou belges. Mais
il ne peut prétendre répertorier tous les modèles existants, beaucoup d’autres modèles d’origines
diverses existent.
L’augmentation des ressources en temps de calcul rend possible un couplage de modèles pour ne
constituer qu’un seul modèle intégré de notre environnement physique. Dans le domaine de la qualité
de l’air, il devient possible de modéliser l’évolution physico-chimique des polluants, leur émission,
leur transport, leur diffusion, leur dépôt et transformation chimique (Giambanis et al. 1998, Leuzzi et
al. 1998, Sallès et al. 1996). Divers modèles sont aujourd’hui couramment utilisés par les spécialistes
de la qualité de l’air (Maneux 2001). Ils permettent d’accéder à une estimation des concentrations des
polluants atmosphériques dans l’espace et dans le temps. Une description détaillée de tous ces modèles
peut être trouvée dans le rapport du European Topic Center on Air Quality, ‘Ambient Air Quality’
(Moussiopoulos et al. 1996).
Il est possible de les classifier suivant l’échelle spatiale utilisée pour modéliser l’environnement :
• à l’échelle locale, les modèles tiennent en compte la topographie locale et des obstacles. Ils
permettent de suivre, à fine résolution spatiale, l’évolution d’une situation de pollution. La
zone d’étude est limitée à celle d’un tronçon de rue ou d’un quartier.
• à l’échelle urbaine, les modèles se distinguent suivant la résolution spatiale de travail, les
paramètres d’entrées utilisés, l’initialisation du modèle, les conditions aux frontières, les
techniques numériques utilisées. La qualité des résultats de chacun des modèles dépend de la
qualité des paramètres d’entrées.
• à l’échelle régionale, les domaines d’étude s’étendent sur une centaine de kilomètres
horizontalement et sur des périodes d’une durée de quelques jours. La résolution du maillage
est de l’ordre du kilomètre.
Un modèle de pollution atmosphérique est constitué d’outils développés séparément :
• un module pour simuler des écoulements de l’air dans la couche limite atmosphérique en trois
dimensions. Il prend en compte le relief, les caractéristiques du sol, le forçage par des
conditions météorologiques au bord du domaine et des termes sources de polluants pour leur
dispersion passive ;
• un module chimique gérant l’évolution d’un nombre limité représentatif de polluants
primaires. Les réactions chimiques dans la couche limite atmosphérique font intervenir un
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