MetAir - LPAS - EPFL
MetAir - LPAS - EPFL
MetAir - LPAS - EPFL
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Campagne 1999<br />
1<br />
Projet Modélisation<br />
Campagne de mesures intensives 1999 sur la<br />
région grenobloise<br />
Ensemble des résultats et Analyse des<br />
Périodes d'Observations Intensives (POI)<br />
O. Couach, I. Balin, R. Jimenez, P. Quaglia, V. Simeonov, G. Larchevêque, B. Lazzarotto,<br />
J. Kubler, V. Sathya, A. Martilli, M. Junier, Y.-A. Roulet, F. Kirchner,<br />
A. Clappier, B. Calpini & H. Van den Bergh<br />
Laboratoire de Pollution de l'Air<br />
Ecole polytechnique fédérale de lausanne<br />
CH-1015 lausanne, Suisse<br />
(+ +41) 21 693 27 26, fax : (+ +41) 21 693 36 26<br />
olivier.couach@epfl.ch
Campagne 1999<br />
2<br />
Projet Modélisation<br />
1. INTRODUCTION........................................................................................................................3<br />
2. INFLUENCE DU RELIEF SUR LA MÉTÉOROLOGIE...................................................................4<br />
2.1. LES VENTS THERMIQUES ..........................................................................................................4<br />
2.2. L'INFLUENCE DYNAMIQUE DU RELIEF ..........................................................................................5<br />
3. CHOIX DES SITES DE MESURES ..............................................................................................6<br />
3.1. MATÉRIEL DE MESURES POUR LA CAMPAGNE 1999.......................................................................6<br />
3.2. COMMENT CHOISIR L'EMPLACEMENT DES SITES DE MESURES ? .......................................................6<br />
3.3. CARACTÉRISTIQUES GÉOGRAPHIQUES......................................................................................10<br />
4. DESCRIPTION DES APPAREILS DE MESURE ET DE LEURS RÉSULTATS ............................11<br />
4.1. ANALYSEURS PONCTUELS ......................................................................................................11<br />
4.1.1. Présentation des mesures effectuées à Saint-Barthélémy du 14 juillet au 15 août 1999 avec<br />
la station mobile <strong>EPFL</strong> ...........................................................................................................13<br />
4.1.2. Présentation des mesures effectuées à Vif du 14 juillet au 15 août 1999..........................15<br />
4.1.3. Mesures BTX et aldéhydes à Vif au cours de la POI n°1.................................................17<br />
4.2. LE DOAS............................................................................................................................18<br />
4.2.1. Principe de fonctionnement ...........................................................................................18<br />
4.2.2 Résultats de mesures du DOAS basé à Vif (<strong>EPFL</strong>)..........................................................19<br />
4.3. LE PROFILEUR DE VENT..........................................................................................................24<br />
4.3.1. Principe de fonctionnement ...........................................................................................24<br />
4.3.2. Résultats du profileur de vent ........................................................................................25<br />
4.4. LE LIDAR...........................................................................................................................29<br />
4.4.1. Principe de fonctionnement ...........................................................................................29<br />
4.4.2. Résultats du LIDAR de l'<strong>EPFL</strong>.......................................................................................30<br />
4.4.3. Résultats du LIDAR de COPARLY au cours de la POI de juillet .......................................35<br />
4.5. MESURES AVION ..................................................................................................................41<br />
4.5.1. Temps de vols sur Grenoble au cours l'été 1999 ............................................................41<br />
4.5.2. Qualité de données ......................................................................................................41<br />
4.5.3 Légende des figures ......................................................................................................41<br />
5. ANALYSES DES POI ...............................................................................................................58<br />
5.1. PREMIÈRE POI DU 24 AU 27 JUILLET .......................................................................................59<br />
5.1.1. Le samedi 24 juillet.......................................................................................................61<br />
5.1.2. Le dimanche 25 juillet ...................................................................................................62<br />
5.1.3. Le lundi 26 juillet ..........................................................................................................63<br />
5.1.4. Le mardi 27 juillet .........................................................................................................65<br />
5.2. DEUXIÈME POI DU 1 AU 3 AOÛT..............................................................................................69<br />
5.2.1. Le lundi 2 août .............................................................................................................71<br />
5.2.2. Le mardi 3 août ............................................................................................................72<br />
5.3. STRUCTURE VERTICALE DE COUCHES.......................................................................................75<br />
6. CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES .......................................................................................76<br />
7. RÉFÉRENCES .........................................................................................................................79<br />
ANNEXES ...................................................................................................................................80<br />
A DIRECTOIRE « GRAND_DOMAINE »..............................................................................................80<br />
B DIRECTOIRE « PETIT_DOMAINE »................................................................................................86
Campagne 1999<br />
3<br />
Projet Modélisation<br />
1. Introduction<br />
La ville de Grenoble se trouve au carrefour de trois vallées entourées de montagnes s'élevant jusqu'à<br />
plus de 3000 mètres d'altitude. Cette situation géographique particulière empêche une bonne<br />
dispersion des polluants et durant la période estivale, on constate des épisodes de forte pollution<br />
photochimique. Pour mieux comprendre la formation du nuage photochimique et ainsi améliorer la<br />
situation pour les 400'000 habitants de l'agglomération, l'ASOPARG a engagé un projet de<br />
collaboration avec l'<strong>EPFL</strong> pour la mise en place d'un modèle de qualité de l'air. Cette modélisation se<br />
base sur une approche déterministe, dans le but d'évaluer l'efficacité des réductions des émissions<br />
envisagées par les pouvoirs publics et d'en estimer l'impact sur la qualité de l'air.<br />
La phase initiale de ce projet a consisté à réaliser une campagne de mesure du 2 juillet jusqu’au 13<br />
août 1998. Les mesures recueillies ont permis de construire une base de mesures ponctuelles<br />
chimiques et météorologiques dans le Y grenoblois au sol, et d'estimer les informations manquantes<br />
en matière de mesures pour le domaine de simulation. Deux épisodes de forte pollution<br />
photochimique ont été enregistrés du 17 au 20 juillet et du 8 au 12 août 1998, avec pour ce dernier<br />
des concentrations horaires d'ozone supérieures à 200 µg/m 3 dans le Sud de l'agglomération.<br />
La seconde phase a permis de mettre en place les calculs météorologiques sur les domaines de<br />
calcul choisis au cours des 2 périodes de forte pollution photochimique enregistrées au cours de la<br />
campagne de mesure. Les problèmes rencontrés pour initialiser ces calculs ont montré la forte<br />
stratification de l'atmosphère dans le bassin grenoblois et la complexité de simuler correctement les<br />
bascules d'un courant de Nord à un courant de Sud (amenant généralement la fin de l'épisode<br />
photochimique). Ces simulations météorologiques nous ont amenés à opter pour des appareils de<br />
mesures adaptés à l'étude afin de construire une base de données solide au sol et en altitude.<br />
La troisième phase s'est déroulée au cours de l'été 1999 entre le 15 juillet et le 15 août avec<br />
l'organisation de la campagne de mesure intensive. Son objectif a été de créer la base de mesures<br />
nécessaire pour initialiser le modèle, de tester et de valider ses performances sur une région<br />
complexe comme Grenoble. Cette phase est capitale pour le projet car elle apporte des informations<br />
tridimensionnelles sur la météorologie et la pollution photochimique.<br />
Dans ce rapport, nous rappelons tout d’abord l’importance du relief sur les effets dynamiques, nous<br />
justifions le choix des emplacements des sites de mesures, puis l’ensemble des techniques de<br />
mesures utilisées ainsi que leurs principaux résultats. Enfin, une analyse fine des deux Périodes<br />
d’Observations Intensives (POI) est réalisée, en corrélant l’ensemble des mesures météorologiques et<br />
chimiques dans le Y grenoblois.
Campagne 1999<br />
4<br />
Projet Modélisation<br />
2. Influence du relief sur la météorologie<br />
Au niveau des circulations de masses d’air à échelle moyenne, les reliefs influencent grandement la<br />
dynamique des vents dans les vallées. Ils agissent sur les vents par deux types de forçage :<br />
• thermique<br />
• dynamique<br />
2.1. Les vents thermiques<br />
Lorsque dans une vallée, le vent synoptique 1 est faible, le réchauffement et le refroidissement du sol<br />
le long des pentes donnent naissance à des régimes de vents locaux appelés vents thermiques. Ces<br />
vents sont de deux types : vent de pente et vent de vallée.<br />
Pendant la nuit, l’air qui s’est refroidi au contact du sol devient plus lourd que l’air ambiant et s’écoule<br />
le long des pentes sous l’effet de gravité : c’est le vent catabatique. Ces vents catabatiques vont<br />
remplir la vallée d’air froid jusqu’à ce que les températures entre l’air et le sol s’équilibrent. Une<br />
stratification stable se met ainsi en place, limitant les échanges verticaux.<br />
Pendant la journée, le sol réchauffe l’atmosphère par redistribution de l’énergie solaire qu’il reçoit. L’air<br />
chauffé au contact du sol s’élève par flottabilité le long des pentes : c’est le vent anabatique. Le<br />
couplage entre ces mouvements et le réchauffement de l’air sont les deux mécanismes responsables<br />
de la destruction de l’inversion de vallée. Ces mouvements transverses à la vallée sont appelés vents<br />
de pentes par opposition aux vents de vallée qui suivent l’axe de celle-ci.<br />
Figure 2.1. Evolution des brises de pentes au cours du cycle diurne<br />
Ces vents de vallée ont pour origine le gradient de pression horizontal créé par les vents de pentes.<br />
En effet, le vent anabatique crée un appel d’air qui va induire un vent qui remonte la vallée, alors que<br />
les vents catabatiques auront l’effet inverse. Souvent appelés brise de montagne la nuit, ils se mettent<br />
en place entre le sol et 400 mètres d’altitude avec des intensités variant de 1 à 8 m/s.<br />
1 Vent qui souffle à haute altitude (5000 à 7000 mètres)
Campagne 1999<br />
5<br />
Projet Modélisation<br />
Figure 2.2. Vents de vallée le jour et la nuit<br />
2.2. L'influence dynamique du relief<br />
L’autre influence principale sur ces circulations d’air méso-échelle est la topographie de la région.<br />
Cette influence, purement dynamique, est désignée sous le nom de circulations forcées<br />
mécaniquement. Le relief va jouer un rôle d’obstacle pour le vent synoptique. Si ce vent est orienté<br />
dans le même sens que la vallée, il est canalisé et accéléré aux endroits où celle-ci se resserre.<br />
Par contre, si le vent et la vallée ne sont pas orientés de la même manière, alors la vallée est<br />
« protégée », et le vent synoptique n’y pénètre pas. Dans le cas d’un relief complexe, avec plusieurs<br />
vallées se rejoignant et non rectilignes, la prévision du vent devient plus délicate. Ainsi, par effet de<br />
canalisation, celui-ci peut « remonter » des vallées qui n’ont pas le même sens que le vent synoptique<br />
comme c’est le cas pour la vallée de Voreppe sur Grenoble.<br />
Les différents phénomènes évoqués ci-dessus pour les vents thermiques et synoptiques, peuvent<br />
évidemment se combiner en s’ajoutant ou en entrant en compétition. Pour un relief aussi complexe<br />
que le Y grenoblois, il va falloir prendre en compte les forçages du relief sur la dynamique de<br />
l’atmosphère avec suffisamment de précision, car ce sont eux qui vont principalement gouverner la<br />
circulation des masses d’air.
Campagne 1999<br />
6<br />
Projet Modélisation<br />
3. Choix des sites de mesures<br />
La pollution photochimique étant un phénomène tridimensionnel, il convient de compléter les mesures<br />
ponctuelles au sol par un véritable sondage de l’atmosphère effectué par des appareils de mesures<br />
sophistiqués. La pré-campagne de mesure de l'été 1998 a montré une forte stratification de la couche<br />
d'air lors des épisodes de pollution photochimique estivaux. Au cours de la campagne de mesure<br />
intensive 1999, il a été déployé un DOAS, 2 LIDAR et 2 profileurs de vents (principes de mesures<br />
décrits dans le chapitre suivant ). Trois jours de mesures aéroportées ont été réalisés lors des pics de<br />
pollution photochimique.<br />
Lors de la campagne 1999, des mesures en continu ont été faites du 15 juillet au 15 août avec les<br />
analyseurs ponctuels mobiles, le DOAS et le profileur de vent. De plus des mesures intensives ont été<br />
réalisées du 24 au 27 juillet et du 2 au 3 août au cours de deux POI (Périodes d'Observation<br />
Intensives) avec les mesures complémentaires des LIDAR, de l'avion et certaines analyses<br />
chimiques.<br />
3.1. Matériel de mesures pour la campagne 1999<br />
Pour toute la campagne, les instruments de mesures suivants ont été installés et leur maintenance et<br />
calibration ont été faites par les personnes de l'<strong>EPFL</strong> et par les techniciens ASCOPARG:<br />
• 4 cabines de mesures météorologiques (vent, température) et chimiques (O 3 et NOx) de<br />
l’ASCOPARG,<br />
• 1 station mobile de l’<strong>EPFL</strong> mesure de vent, température, humidité, radiation solaire, O 3 , NOx,<br />
SO 2 , CO et poussières,<br />
• Le profileur de vent micro-ondes DEGREWIND de la société DEGREANE, qui permet<br />
également de mesurer la vitesse et la direction du vent depuis le sol jusqu'à 3 km d'altitude,<br />
avec un point tous les 150 m environ,<br />
• Le DOAS de l’<strong>EPFL</strong> qui permet de mesurer simultanément la concentration moyenne sur 1<br />
km de plusieurs polluants en utilisant un puissant faisceau lumineux.<br />
Pour les périodes de mesures intensives, tous les moyens de mesure sont utilisés au maximum de<br />
leurs capacités et des mesures tridimensionnelles ont été réalisées avec:<br />
• Le LIDAR de l’<strong>EPFL</strong>, appareil permettant de mesurer par laser les concentrations d'ozone<br />
depuis le sol jusqu'à 3 km d'altitude avec une mesure tous les 150 mètres,<br />
• Le LIDAR de la ville de LYON équipé d’un profileur de vent Sodar REMTEC,<br />
• Le moto planeur de la société METAIR,<br />
• Mesures de COV par prélèvement à l'aide de canister (hydrocarbure) et de cartouches<br />
imprégnées de DNPH (carbonyles).<br />
3.2. Comment choisir l'emplacement des sites de mesures?<br />
Les sites de mesures ont été choisis par rapport aux critères suivants:<br />
• Disposition des stations fixes du réseau ASCOPARG mesurant l'ozone et la météorologie<br />
• Topographie du Y grenoblois<br />
• Base de données de la pré campagne de mesure 1998<br />
• Caractéristiques de la mesure réalisée (ponctuel, profil horizontal, profil vertical)<br />
Les analyseurs ponctuels ont été positionnés sur les mêmes sites que la campagne 1998, et les deux<br />
supplémentaires ont été positionnés au Versoud et à Saint-Nizier afin d'obtenir une information sur<br />
l'ozone en altitude proche de Grenoble et en dehors du panache de la ville. La carte ci-dessous met<br />
en évidence l'importance des moyens mis en place dans le Sud de l'agglomération, car il s'agit de la<br />
zone où les concentrations les plus élevées en ozone sont habituellement enregistrées. La mesure<br />
couplée entre le LIDAR et le profileur de vent est importante car elle apporte une information sur le<br />
flux vertical d'ozone.
Campagne 1999<br />
7<br />
Projet Modélisation<br />
Ces informations sont toutes très importantes car elles vont permettre de mieux comprendre les<br />
processus de formation des pics d'ozone sur le sud de Grenoble et permettre de modéliser finement<br />
les processus chimique et météorologique mis en jeux dans cette région à la topographie marquée.<br />
Carte 3.2.1. Emplacement des sites de mesures sur l'agglomération grenobloise
Campagne 1999<br />
8<br />
Projet Modélisation<br />
• Site de Voreppe<br />
Le site de Voreppe a accueilli le LIDAR de la<br />
ville de Lyon au cours de la première POI entre<br />
le 26 et le 27 juillet. Des profils verticaux de<br />
concentrations d'ozone et de vent (radar<br />
Remtec situé sur le camion) ont été réalisés<br />
durant 58 heures. Des mesures de<br />
température, d'humidité et de pression au sol<br />
ont aussi été effectuées. Cette mesure a été<br />
complétée par une mesure au sol de l'ozone et<br />
des oxydes d'azote effectuée dans une cabine<br />
ASCOPARG qui est restée sur ce site tout au<br />
long de la campagne 1999.<br />
• Site de Saint-Barthélémy<br />
Au cours de la campagne 1998, la station de<br />
Saint-Barthélémy a enregistré les<br />
concentrations horaires d'ozone les plus<br />
élevées (jusqu'à 120 ppb). Elle s'est avérée<br />
être un bon indicateur de la pollution<br />
photochimique grenobloise. Située à environ<br />
15 km du centre urbain, à l'entrée du parc<br />
régional du Vercors, c'est une station de type<br />
rural. La station mobile de l'<strong>EPFL</strong>, positionnée<br />
sur ce site au milieu d'un champ pour ne pas<br />
être influencée par les phénomènes locaux<br />
comme un bosquet d'arbre ou une route a<br />
effectué des mesures ponctuelles d'ozone, de<br />
dioxyde d'azote, de dioxyde de souffre, de<br />
monoxyde de carbone et des poussières<br />
(PM10) et des mesures météorologiques (vent,<br />
humidité, température et flux solaire).<br />
• Site de Vif<br />
La photo illustre de gauche à droite le système<br />
DOAS avec son faisceau visible horizontal, la<br />
remorque d'acquisition du profileur de vent<br />
Degreane, la remorque LIDAR de l'<strong>EPFL</strong> et<br />
dans le fond, la cabine contenant les appareils<br />
de mesures ponctuelles d'ozone, des oxydes<br />
d'azote, de pression et de la température ainsi<br />
qu'un mât météo permettant la mesure du vent<br />
à 5 mètres. L'analyse journalière de l'ensemble<br />
de ces données observées dans le sud de<br />
l'agglomération en relation avec l'ingénieur<br />
ASCOPARG et Metair, plus un bulletin spécial<br />
de Météo-France a permis de déclencher les<br />
POI.<br />
• Site de la Terrasse<br />
Photo 3.2.1. Camion LIDAR Coparly<br />
Photo 3.2.2. Situation de la station de<br />
St-Barthélémy dans le parc régional du vercors<br />
Photo 3.2.3. Appareils sophistiqués (DOAS,<br />
LIDAR, profileur) de mesures dans la cours de<br />
l'école Champollion de Vif<br />
Le site de la Terrasse se situe à 20,5 km du centre de Grenoble. Il a été choisi afin d'avoir plus<br />
d'informations sur le flux d'ozone dans la vallée du Gresivaudan. C'est une station de type rural qui ne<br />
va pas voir le panache de la ville sauf sous vent du sud comme cela a été le cas lors de l'épisode de<br />
pollution photochimique entre le 18 et le 20 juillet 1998. Les maxima ont toujours été atteints au
Campagne 1999<br />
9<br />
Projet Modélisation<br />
sud de l'agglomération mais, le 20 juillet, le vent du sud a soufflé violemment et balayé le panache<br />
photochimique sur la commune de la Terrasse.<br />
• Site de Saint-Nizier<br />
Ce site a été choisi afin d'observer l'évolution<br />
de l'ozone en altitude proche de Grenoble. Il<br />
se trouve à 5,9 km à vol d'oiseau du centre de<br />
Grenoble à l'altitude de 1030 mètres alors que<br />
la cuvette grenobloise se situe à environ 200<br />
mètres. Les mesures du Casset, situé après le<br />
col du Lautaret, sont la seule information<br />
régulière sur l'ozone en altitude. Ce site de<br />
mesure a donc été choisi afin de compléter la<br />
mesure réalisée à Saint-Barthélémy et de<br />
corréler ses résultats avec la mesure ozone<br />
verticale des 2 LIDAR engagés dans cette<br />
campagne.<br />
Photo 3.2.4. Mât météorologique de la station<br />
de Saint-Nizier et vue sur la ville de Grenoble<br />
et la chaîne de Belledonne.<br />
• Site du Versoud<br />
Le site du Versoud a été le camp de base du<br />
moto planeur de Metair. Un analyseur<br />
ponctuel a été placé à côté de l'aéroport et du<br />
DOAS de l'INERIS. Ce dernier n'ayant pas<br />
fonctionné, seules les données de l'analyseur<br />
ponctuel sont disponibles. Afin d'être<br />
opérationnel une fois la POI déclenchée, il<br />
fallait compter 24 heures avant le décollage de<br />
l'avion et ses premières mesures. Chaque jour<br />
de vol a été constitué par un vol le matin<br />
(atmosphère mal mélangée) et un vol dans<br />
l'après-midi (atmosphère bien mélangée). Un<br />
vol type est représenté sur la carte ci-dessous,<br />
et montre la trajectoire horizontale de l'avion<br />
qui réalise ensuite un profil vertical dans<br />
chaque vallée de Grenoble ainsi que des<br />
profils horizontaux à différents niveaux<br />
d'altitude afin d'avoir une image de la<br />
composition de la couche limite planétaire.<br />
Photo 3.2.5. Avion Metair sur l'aéroport du<br />
Versoud avec le pilote et l'opérateur<br />
Carte 3.2.2. Trajectoire typique de vol du moto planeur Metair au cours des 3 jours de vols<br />
sur Grenoble et ses environs
Campagne 1999<br />
10<br />
Projet Modélisation<br />
3.3. Caractéristiques géographiques<br />
Dans le cadre de cette étude, le choix des sites de mesures pour les stations mobiles s'est fait<br />
indépendamment des critères de choix des sites de surveillance classique du réseau (densité de<br />
population, la proximité des sources de pollution, la topographie et la climatologie du site). Le but de<br />
l'étude étant d'amener à une meilleure compréhension de la pollution photochimique, les sites de<br />
mesures sont de type rural et sont répartis dans les 3 vallées du Y grenoblois à différentes altitudes.<br />
Cet effort de mesures a été renforcé dans le sud de l'agglomération car c'est là que les plus fortes<br />
concentrations d'ozone sont enregistrées.<br />
La colonne type donne une information sur le site suivant les 4 catégories suivantes qui sont sites de<br />
proximité, sites de fond, sites de forte fréquentation et sites ruraux.<br />
• Sites de mesures mobiles<br />
Nom du lieu Type Latitude (°) Longitude (°) Altitude (m)<br />
St-Barthélémy rural 5.630 45.000 620<br />
Vif fond semi-urbain 5.678 45.058 302<br />
St-Nizier rural montagne 5.647 45.189 1030<br />
Le Versoud rural 5.851 45.219 216<br />
La Terrasse rural 5.930 45.320 240<br />
Voreppe rural 5.640 45.270 192<br />
• Sites de mesures fixes<br />
Nom du lieu Type Latitude (°) Longitude (°) Altitude (m)<br />
Champ-sur-Drac poximité industrie 5.730 45.080 267<br />
Villeneuve fond urbain 5.736 45.161 219<br />
Fontaine fond urbain 5.688 45.192 210<br />
Le Versoud rural 5.851 45.219 216<br />
Charavines rural 5.519 45.428 491
Campagne 1999<br />
11<br />
Projet Modélisation<br />
4. Description des appareils de mesure et de leurs résultats<br />
4.1. Analyseurs ponctuels<br />
L'ensemble des mesures ponctuelles associe une mesure chimique (ozone et dioxyde d'azote) et une<br />
mesure météorologique (vent et température). Cet effort a été fait car l'expérience acquise au cours<br />
des autres campagnes de mesures a montré que la mesure de O3 au sol est très difficilement<br />
exploitable sans une mesure météorologique tel que le vent et la température.<br />
Dans ce chapitre, nous ne décrirons pas les détails techniques des analyseurs ponctuels car ce travail<br />
a été réalisé d'une manière approfondie dans le rapport de campagne 1998 2 . Nous rappelons<br />
simplement les différentes techniques de mesures des instruments chimiques et météorologiques<br />
dont les résultats sont présentés ci -après.<br />
Mesures chimiques<br />
O 3<br />
NO x<br />
SO 2<br />
CO<br />
PM10<br />
BTX<br />
COV<br />
Principe de mesure<br />
Absorption UV<br />
Chimiluminescence<br />
Fluorescence UV<br />
Absorption IR<br />
Différence d'absorption lumineuse<br />
Prélèvement par échantillonneur passif<br />
Prélèvement par canister et cartouches<br />
L'ensemble des mesures de vent a été réalisé à plus de 5 mètres de haut.<br />
Mesures météorologiques<br />
Vent<br />
Humidité<br />
Température<br />
Radiation solaire<br />
Principe de mesure<br />
Girouette + anémomètre<br />
Hygromètre<br />
Filament Platine<br />
Pyranomètre<br />
Les tableaux suivants présentent les mesures exactes réalisées sur les 6 stations mobiles de<br />
mesures ponctuelles. Ci-dessous celles réalisées avec la station mobile de l'<strong>EPFL</strong> située au sud de<br />
Grenoble à la limite du parc national du Vercors dans le village de Saint-Barthélémy.<br />
Saint-Barthélémy<br />
Station mobile <strong>EPFL</strong><br />
Composants Temps d’intégration Résolution des appareils Marque des<br />
appareils<br />
O 3 15 min 1 ppb Dasibi 1008 AH<br />
SO 2 15 min 1 ppb Dasibi 4108<br />
CO 15 min 100 ppb Dasibi 3008<br />
NO 15 min 1 ppb Dasibi 2108<br />
NO x 15 min 1 ppb Dasibi 2108<br />
Poussières 15 min 0.002 mg/m 3 Dasibi 7001<br />
Direction du vent 15 min 1° Thies Clima<br />
Vitesse du vent 15 min 0,2 % Thies Clima<br />
Température 15 min 0,3° Thies Clima<br />
Humidité 15 min 3 % Thies Clima<br />
Radiation solaire 15 min 3 % PH Schenk<br />
L'ensemble des autres appareils a été mis en place dans des cabines climatisées. Seul une différence<br />
de type d'analyseur d'ozone est à noter entre le site de Vif et les autres sites mobiles de Voreppe, du<br />
Versoud, de la Terrasse et de Saint-Nizier.<br />
2 Campagne de mesure 1998 de la pollution de l'air sur la région grenobloise - Rapport disponible à<br />
l'ASCOPARG et à l'<strong>EPFL</strong>
Campagne 1999<br />
12<br />
Projet Modélisation<br />
Vif - Ecole Champollion Cabine ASCOPARG<br />
Composants Temps d’intégration Résolution des appareils Marque des<br />
appareils<br />
O 3 15 min 1 ppb Dasibi 1008 AH<br />
(appareil <strong>EPFL</strong>)<br />
NOx 15 min 1 ppb AC31M (LCD)<br />
Environnement<br />
SA<br />
Direction du vent 15 min 1° YOUNG 5103V<br />
Vitesse du vent 15 min 0,2 % YOUNG 5103V<br />
Température 15 min 0,3° sonde PT100 3<br />
fils JUMO<br />
REGULATION<br />
Pression 0,1 hPA VAISALA<br />
sensor system<br />
Voreppe - Le Versoud<br />
Saint-Nizier - La Terrasse<br />
Cabine ASCOPARG<br />
Composants Temps d’intégration Résolution des appareils Marque des<br />
appareils<br />
O 3 15 min 1 ppb O341M (LCD)<br />
Environnement<br />
SA<br />
NOx 15 min 1 ppb AC31M (LCD)<br />
Environnement<br />
SA<br />
Direction du vent 15 min 1° YOUNG 5103V<br />
Vitesse du vent 15 min 0,2 % YOUNG 5103V<br />
Température 15 min 0,3° sonde PT100 3<br />
fils JUMO<br />
REGULATION<br />
Thies Clima
Campagne 1999<br />
13<br />
Projet Modélisation<br />
4.1.1. Présentation des mesures effectuées à Saint-Barthélémy du 14 juillet au 15 août 1999<br />
avec la station mobile <strong>EPFL</strong><br />
120.00<br />
Ozone à St Barthélémy du 14 juillet au 15 août 99<br />
100.00<br />
8 0 . 0 0<br />
O3 [ppb]<br />
6 0 . 0 0<br />
4 0 . 0 0<br />
2 0 . 0 0<br />
0.00<br />
14-juil 19-juil 24-juil 29-juil 3-août 8 - a o û t 13-août<br />
35.00<br />
30.00<br />
NO & NO2 à St Barthélémy du 14 juillet au 15 août 99<br />
N O<br />
N O 2<br />
25.00<br />
NO & NO2 [ppb]<br />
20.00<br />
15.00<br />
10.00<br />
5.00<br />
0.00<br />
14-juil 19-juil 24-juil 29-juil 3-août 8-août 13-août<br />
100.00<br />
Poussières à St Barthélémy du 14 juillet au 15 août 99<br />
90.00<br />
80.00<br />
Poussières [microg/m3]<br />
70.00<br />
60.00<br />
50.00<br />
40.00<br />
30.00<br />
20.00<br />
10.00<br />
0.00<br />
14-juil 19-juil 24-juil 29-juil 3-août 8-août 13-août<br />
6.00<br />
5.00<br />
CO et SO2 à St Barthélémy du 14 juillet au 15 août 99<br />
S O 2<br />
C O<br />
1.40<br />
1.20<br />
4.00<br />
1.00<br />
SO2 [ppb]<br />
3.00<br />
0.80<br />
0.60<br />
CO [ppm]<br />
2.00<br />
0.40<br />
1.00<br />
0.20<br />
0.00<br />
0.00<br />
14-juil 19-juil 24-juil 29-juil 3-août 8-août 12-août
Campagne 1999<br />
14<br />
Projet Modélisation<br />
Radiation solaire à St Barthélémy du 14 juillet au 15 août 99<br />
1000<br />
800<br />
Radiatin solaire [W/m2]<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
14/7/99 0:00 19/7/99 0:00 24/7/99 0:00 29/7/99 0:00 3/8/99 0:00 8/8/99 0:00 13/8/99 0:00<br />
305<br />
Température et humidité à St Barthélémy du 14 juillet au 15 août 99<br />
120<br />
300<br />
100<br />
80<br />
Température [K]<br />
295<br />
290<br />
60<br />
40<br />
285<br />
Temp<br />
Humid<br />
20<br />
280<br />
14/7/99 0:00 19/7/99 0:00 24/7/99 0:00 29/7/99 0:00 3/8/99 0:00 8/8/99 0:00 13/8/99 0:00<br />
0<br />
350<br />
Direction et vitesse du vent à St Barthélémy du 14 juillet au 15 août 99<br />
WDir<br />
WVel<br />
8<br />
300<br />
7<br />
250<br />
6<br />
Direction du vent [°]<br />
200<br />
150<br />
100<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
Vitesse du vent [m/s]<br />
50<br />
1<br />
0<br />
14-juil 19-juil 24-juil 29-juil 3-août 8-août 12-août<br />
0
Campagne 1999<br />
15<br />
Projet Modélisation<br />
4.1.2. Présentation des mesures effectuées à Vif du 14 juillet au 15 août 1999<br />
100.00<br />
Ozone à Vif du 14 juillet au 13 août 1999<br />
80.00<br />
60.00<br />
O3 [ppb]<br />
40.00<br />
20.00<br />
0.00<br />
14/07/99 00:00 19/07/99 00:00 24/07/99 00:00 29/07/99 00:00 03/08/99 00:00 08/08/99 00:00 13/08/99 00:00<br />
30.00<br />
25.00<br />
NO & NO2 à Vif du 14 juillet au 13 août 1999<br />
NO<br />
NO2<br />
20.00<br />
NO & NO2 [ppb]<br />
15.00<br />
10.00<br />
5.00<br />
0.00<br />
14/07/99 00:00 19/07/99 00:00 24/07/99 00:00 29/07/99 00:00 03/08/99 00:00 08/08/99 00:00 13/08/99 00:00
Campagne 1999<br />
16<br />
Projet Modélisation<br />
40<br />
Température à Vif du 14 juillet au 13 août 1999<br />
35<br />
Température [°C]<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
14/07/99 00:00 19/07/99 00:00 24/07/99 00:00 29/07/99 00:00 03/08/99 00:00 08/08/99 00:00 13/08/99 00:00<br />
360<br />
320<br />
Direction et vitesse du vent à Vif du 14 juillet au 13 août 1999<br />
W Dir<br />
W Vel<br />
14<br />
12<br />
Dirction du vent [°]<br />
280<br />
240<br />
200<br />
160<br />
120<br />
80<br />
40<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
Vitesse du vent [m/s]<br />
0<br />
0<br />
14/07/99 00:00 19/07/99 00:00 24/07/99 00:00 29/07/99 00:00 03/08/99 00:00 08/08/99 00:00 13/08/99 00:00<br />
990<br />
Pression à Vif du 14 juillet au 13 août 1999<br />
985<br />
Pression [mbar]<br />
980<br />
975<br />
970<br />
965<br />
14/07/99 00:00 19/07/99 00:00 24/07/99 00:00 29/07/99 00:00 03/08/99 00:00 08/08/99 00:00 13/08/99 00:00
Campagne 1999<br />
17<br />
Projet Modélisation<br />
4.1.3. Mesures BTX et aldéhydes à Vif au cours de la POI n°1<br />
Les mesures BTEX et aldéhydes ont été réalisées sur le site de Vif par le personnel <strong>EPFL</strong> au cours<br />
du 26 et du 27 juillet 1999. Ces 2 jours de mesures correspondent au déclenchement de la première<br />
POI de cette campagne où des niveaux de concentrations horaires d'ozones supérieurs à 90 ppb ont<br />
été enregistrés. Ces capteurs ont été positionnés dans la cabine de l'ASCOPARG situé dans la cour<br />
de l'école Champollion. Les mesures BTX ont été réalisées par tubes passifs et canisters. Les<br />
mesures aldéhydes (HCHO, acétone, etc.) ont été réalisées par cartouche DNPH. Ces échantillons<br />
ont alors été analysés au laboratoire de l'Ecole des Mines de Douai.<br />
Date et heure<br />
du prélèvement<br />
le 26/07/1999<br />
à 18h20<br />
durée : 6h<br />
le 27/07/1998<br />
à 00h50<br />
durée : 6h<br />
le 27/07/1999<br />
à 07h30<br />
durée : 6h<br />
le 27/07/1999<br />
à 14h00<br />
durée : 6h<br />
le 27/07/1999<br />
à 20h30<br />
durée : 6h<br />
le 28/07/1999<br />
à 02h00<br />
durée : 6h<br />
Identification du canister ECO 38001 ECO 38003 ECO 38006 ECO 38005 ECO 38004 ECO 38002<br />
COMPOSE<br />
TENEUR<br />
(ppb)<br />
TENEUR<br />
(ppb)<br />
TENEUR<br />
(ppb)<br />
TENEUR<br />
(ppb)<br />
TENEUR<br />
(ppb)<br />
TENEUR<br />
(ppb)<br />
Ethylène 0.86 1.32 1.83 1.57 0.79 0.98<br />
Benzène 0.28 0.35 0.42 0.41 0.25 0.23<br />
Toluène 0.92 0.85 0.79 1.15 1.05 0.79<br />
Méta + para-xylène 0.14 0.36 0.36 0.25 0.24 0.30<br />
Ortho-xylène 0.07 0.15 0.13 0.11 0.10 0.12<br />
Date du prélèvement<br />
le 26/07/1999<br />
à 18h10<br />
durée : 6h10min<br />
le 27/07/1998<br />
à 00h50<br />
durée : 6h<br />
le 27/07/1999<br />
à 06h15<br />
durée : 6h<br />
le 27/07/1999<br />
à 12h20<br />
durée : 6h<br />
le 27/07/1999<br />
à 18h25<br />
durée : 6h<br />
COMPOSE<br />
TENEUR TENEUR TENEUR TENEUR TENEUR TENEUR<br />
(µg/m 3 ) (µg/m 3 ) (µg/m 3 ) (µg/m 3 ) (µg/m 3 ) (µg/m 3 )<br />
Formaldéhyde 6.2 1.69 2.75 5.0 8.2 -<br />
Acétaldéhyde 2.10 2.01 1.72 2.38 2.73 -<br />
Acétone 6.7 7.3 6.9 7.4 8.1 -<br />
L'ensemble de ces mesures a été réalisé sur le site de Vif afin de pouvoir être comparé aux résultats<br />
DOAS. Ces comparaisons sont présentées dans la partie 5.1 de ce rapport.
Campagne 1999<br />
18<br />
Projet Modélisation<br />
4.2. Le DOAS<br />
Le DOAS, système relativement récent, permet de mesurer simultanément la concentration de<br />
nombreux gaz dans l’atmosphère (NO, NO 2 , O 3 , SO 2 , HCHO, HONO, OH, NO 3 , CIO, CCIO et BrO).<br />
La mesure DOAS donne la concentration moyenne de ces gaz sur un trajet horizontal de quelques<br />
centaines de mètres à 1 kilomètre. Il est donc peu sensible aux sources ponctuelles et<br />
particulièrement bien adapté pour la comparaison avec les résultats de modèle numérique où on<br />
utilise des grilles de l'ordre du kilomètre.<br />
4.2.1. Principe de fonctionnement<br />
Photo 4.2. Le DOAS dans la cour de l’école de Vif<br />
Un faisceau de lumière se propageant dans l'air, est atténué par les différents gaz qui le compose, par<br />
absorbtion, selon la loi de Lambert :<br />
I<br />
λ<br />
= I 0<br />
exp( −ε<br />
L)<br />
λ<br />
λ<br />
avec<br />
I<br />
λ<br />
intensité du rayonnement détecté<br />
I intensité du rayonnement émis<br />
λ0<br />
ε coefficient d’extinction (m -1 ) dépendant du gaz considéré et proportionnel à sa<br />
λ<br />
concentration (ε λ =σ λ .c)<br />
L longueur du chemin parcouru (m)<br />
Comme chaque gaz a un spectre d’absorption qui lui est propre et qui constitue sa «signature »<br />
spectrale, lorsqu'une certaine longueur d’onde est absorbée il est possible d'en déduire la présence<br />
d’un certain gaz ainsi que sa concentration (après étalonnage).<br />
Le principe du DOAS est d’émettre dans l’atmosphère un faisceau de large bande spectrale (allant<br />
des UV aux IR), de capter ce rayonnement après un parcours de 100 à 1000 mètres, et enfin, d’en<br />
déduire la concentration de chaque gaz à partir de la différence entre les intensités spectrales émises<br />
et reçues.<br />
Pour calculer ces concentrations on procède ainsi:<br />
• Dans un premier temps on établit le spectre d’absorption de chaque gaz pour une longueur et une<br />
concentration de référence.<br />
• Puis, on considère que le spectre différentiel résulte d’une combinaison linéaire des spectres des<br />
différents gaz contenus dans l’atmosphère.<br />
•<br />
avec<br />
N<br />
DA mesuré = ∑ Cst * Ci<br />
* DAref<br />
, i<br />
i=<br />
1<br />
DA<br />
mesuré<br />
spectre différentiel mesuré
Campagne 1999<br />
19<br />
Projet Modélisation<br />
C<br />
i<br />
concentration du gaz<br />
DA<br />
ref , i<br />
spectre différentiel du gaz i dans les conditions d’étalonnage<br />
Cst Constante dépendant entre autre des conditions d’étalonnage (concentration et<br />
longueur de référence)et d’expérimentation (chemin parcouru par les rayons)<br />
• De là, il suffit de trouver la distribution de concentrations de chaque gaz qui permet de minimiser<br />
l’écart entre le spectre mesuré et celui calculé par combinaison linéaire.<br />
PSU /<br />
SHUTTERS<br />
LIGHT EMITTER<br />
LIGHT<br />
SOURCE<br />
LIGHT RECEIVER<br />
(TELESCOPE)<br />
OPTICAL<br />
FIBER<br />
RETRO-<br />
REFLECTOR<br />
STEPPER<br />
MOTOR<br />
OMA /<br />
SCANNER-PMT<br />
DIFFRACTION<br />
GRATING<br />
COMPUTER<br />
COLLIMATING<br />
MIRROR<br />
FOCUSING<br />
MIRROR<br />
SPECTROGRAPH<br />
Figure 4.2.1. Diagramme schématique d'un DOAS monostatique.<br />
4.2.2 Résultats de mesures du DOAS basé à Vif (<strong>EPFL</strong>)<br />
Description de l’appareil utilisé<br />
L’appareil utilisé au cours de la campagne de Grenoble est un système DOAS disponible<br />
commercialement (DOAS 2000®, Thermo Environnemental Instruments Inc.) et actuellement en train<br />
d’être optimisé à l’<strong>EPFL</strong>. Il est constitué d’un télescope coaxial Cassegrain f/8, 8‘’ dans lequel une<br />
lumière émise par une lampe à Xénon haute pression 150 Watt est collectée et dirigée à travers<br />
l’atmosphère jusqu’à un rétro-réflecteur à 7 coins cubes. Le faisceau de lumière réfléchi, collecté dans<br />
le même télescope, est focalisé sur une fibre optique pour être alors transmis sur un spectromètre<br />
Czerny-Turner f/3.9, 0.2 mètres de focale, équipé d’un raiseau à 600 traits/mm. La lumière dispersée<br />
par le réseau est linéairement scannée à 30 Hz par un système électromécanique à fente oscillante et<br />
détectée par un tube photo-multiplicateur placé derrière le scanner. La position du scanner est<br />
recalculée en temps réel et controlée par un système d'interférométrie optique. Un logiciel travaillant<br />
sous Windows® est utilisé pour piloter le système, et faire l’acquisition et le traitement des données.
Campagne 1999<br />
20<br />
Projet Modélisation<br />
Site et période de mesures<br />
Le système DOAS de l’<strong>EPFL</strong> a été placé dans la cour de l’école primaire de Vif, située à 15 km au<br />
sud de Grenoble. Le rétro-réflecteur du DOAS a été placé à 5,50 mètres au-dessus du sol sur un<br />
pylône électrique en béton. La séparation physique entre l’émetteur/récepteur et le rétro-réflecteur<br />
était de 484 m. La longueur du chemin optique totale était donc de 968 m. Le faisceau de lumière a<br />
une altitude moyenne de 3,50 mètres et passe au-dessus d’un champ de mais et d’une petite route.<br />
Au niveau du site principal dans la cours de l’école, le télescope de DOAS (émetteur/récepteur), le<br />
spectromètre et la lampe à Xénon se trouvaient dans une boite contrôlée en température et<br />
maintenue à 23 °C. Cet appareil a fonctionné de manière continue du 15 juillet au 16 août 1999. Plus<br />
de 14 000 spectres en plein air à 5 longueurs d’ondes différentes ont été enregistrés au cours de<br />
cette période. Chaque enregistrement de spectre couvre une fenêtre de 36 nm (c’est-à-dire 16 nm à<br />
droite et à gauche de la longueur d’onde centrale). Ces longueurs d’onde centrales ont été<br />
sélectionnées pour optimiser le rapport signal/bruit par rapport au composé mesuré (voir table1).<br />
Concernant les temps de résolution, le temps d’acquisition a été fixé à 2 minutes durant la première<br />
partie de la campagne (15-22 juillet 1999) et étendu à 3 minutes pour la seconde partie de la période<br />
(22 juillet–16 août 1999).<br />
Longeur d'onde centrale Composés Limite de détection Composés interférents<br />
[nm]<br />
cibles (LDL - estimée) [ppb]<br />
262<br />
BTEX 1.2-8.5<br />
O 2<br />
(compound<br />
dependent)<br />
O 3 3.3<br />
283 O3 1.9 SO 2<br />
315<br />
SO 2 0.4<br />
O 3 , NO 2<br />
HCHO 2.4<br />
345 HCHO 3.4 NO 2 , HONO<br />
430 NO 2 0.5 None<br />
Contrôle de qualité<br />
Tableau 4.2.2. Echelle de spectre et composés mesurés par le DOAS à Vif<br />
Chaque jour le DOAS a été réaligné de façon manuelle. La perte d’alignement par jour a été environ<br />
de 1-2 % ce qui est acceptable pour une installation provisoire. La recalibration du spectromètre a été<br />
faite automatiquement toutes les 8 heures par une lampe à mercure. L’acquisition des données a été<br />
réalisée par un processus de calage par déplacement en fréquence. L’ensemble des algorithmes<br />
réalisant ces opérations ont été dévelopés à l’<strong>EPFL</strong>.<br />
10<br />
Light Intensity [au]<br />
1<br />
0.1<br />
0.01<br />
Date<br />
262 nm 283 nm 315 nm 345 nm 430 nm<br />
Figure 4.2.2.1. Intensité lumineuse maximum aux 5 longueurs d'ondes enregistrées en continu du 15<br />
juillet au 16 août 1999. Il est à noter que l'intensité à 262 nm (UV) est d'un ordre de magnitude plus<br />
bas que celle à 430 nm (visible).
Campagne 1999<br />
21<br />
Projet Modélisation<br />
120%<br />
Relative Light Intensity [-]<br />
100%<br />
80%<br />
60%<br />
40%<br />
20%<br />
-0.93% / day<br />
-1.14% / day<br />
0%<br />
Date<br />
262 nm 430 nm Linear (430 nm) Linear (262 nm)<br />
Figure 4.2.2.2. Intensité lumineuse relative aux 2 longueurs d'ondes suivantes (centrées à 262 et<br />
430 nm) du 15 juillet au 16 août 1999; la perte d'alignement par jour est d'environs de 1 à 2 %<br />
Résultats DOAS à Vif<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
O3 [ppb]<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
7/15 7/17 7/19 7/21 7/23 7/25 7/27 7/29 7/31 8/2 8/4 8/6 8/8 8/10 8/12 8/14 8/16<br />
Date<br />
O3 (283 nm)<br />
Figure 4.2.2.3. Concentrations d'ozone mesurées à partir du spectre centré à 283 nm<br />
du 15 juillet au 16 août 1999
Campagne 1999<br />
22<br />
Projet Modélisation<br />
50<br />
45<br />
40<br />
35<br />
NO2 [ppb]<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
7/15 7/17 7/19 7/21 7/23 7/25 7/27 7/29 7/31 8/2 8/4 8/6 8/8 8/10 8/12 8/14 8/16<br />
Date<br />
NO2 (430 nm)<br />
Figure 4.2.2.4. Concentrations de dioxyde d'azote mesurées à partir du spectre centré à 430 nm du<br />
15 juillet au 16 août 1999<br />
14<br />
12<br />
SO2, HCHO [ppb]<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
7/15 7/17 7/19 7/21 7/23 7/25 7/27 7/29 7/31 8/2 8/4 8/6 8/8 8/10 8/12 8/14 8/16<br />
Date<br />
SO2 (315 nm)<br />
HCHO (315 nm)<br />
Figure 4.2.2.5. Concentration de dioxyde de soufre et de formaldéhyde (HCHO) mesurées<br />
à partir du spectre centré à 315 nm du 15 juillet au 16 août 1999
Campagne 1999<br />
23<br />
Projet Modélisation<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
O3 [ppb]<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
7/15 7/17 7/19 7/21 7/23 7/25 7/27 7/29 7/31 8/2 8/4 8/6 8/8 8/10 8/12 8/14 8/16<br />
Date<br />
O3 (262 nm)<br />
O3 (283 nm)<br />
Figure 4.2.2.7. Concentrations d'ozone retrouvées à partir du spectre centré à 262 et 283 nm du 15<br />
juillet au 16 août 1999; on peut noter une différence pour les hautes concentrations qui est due<br />
l'inexactitude du spectre de référence de l'oxygène à 262 nm.<br />
HCHO [ppb]<br />
9.00<br />
8.00<br />
7.00<br />
6.00<br />
5.00<br />
4.00<br />
3.00<br />
2.00<br />
1.00<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
O3 [ppb]<br />
0.00<br />
0<br />
15/7 17/7 19/7 21/7 23/7 25/7 27/7 29/7 31/7 2/8 4/8 6/8 8/8 10/8 12/8 14/8 16/8<br />
Date<br />
HCHO (315 nm)<br />
O3 (283 nm)<br />
Figure 4.2.2.8. Concentrations d'ozone retrouvées à partir du spectre 283 nm et concentrations de<br />
formaldéhyde (HCHO) retrouvées à partir du spectre à 315 nm, du 15 juillet au 16 août 1999<br />
La concentration de formaldéhyde a été déterminée à partir des spectres de 315 nm car à 283 nm le<br />
résultat est moins fiable à cause de l’interférence avec le dioxyde d'azote. Le graphe ci-dessus<br />
montre que l’évolution des concentrations de formaldéhyde suit bien celle de l’ozone, ce qui prouve<br />
que le formaldéhyde à Vif est d'origine photochimique.
Campagne 1999<br />
24<br />
Projet Modélisation<br />
4.3. Le profileur de vent<br />
Ce système, fréquemment utilisé en météorologie, mesure le profil de vent à sa verticale.<br />
4.3.1. Principe de fonctionnement<br />
Le profileur de vent décrit ici est un RADAR Doppler pulsé. Il émet des ondes électromagnétiques de<br />
forte puissance dont la longueur d'onde λ 0 est fixée. Ces ondes sont rétro diffusées par les variations<br />
d’indice de réfraction, dues à la vapeur d’eau et à la turbulence. Enfin, une antenne reçoit et amplifie<br />
ces ondes rétro diffusées (λ z ).<br />
On peut alors, par un traitement du signal<br />
approprié, connaître la vitesse du vent dans la<br />
direction du rayon émis pour chaque altitude<br />
jusqu’à une distance dépendant de la<br />
puissance du RADAR et de la clarté de<br />
l’atmosphère. En effet la distance du point<br />
considéré (altitude z) à la source est calculée<br />
en mesurant le temps d’un aller-retour des<br />
ondes. La vitesse est déduite du changement<br />
de longueur d’onde dû à la réflexion sur un<br />
« obstacle » en mouvement (λ z >λ 0 si la<br />
particule s’éloigne et inversement). Ainsi pour<br />
mesurer la vitesse et la direction du vent, il<br />
convient de mettre en place ce système dans<br />
trois directions différentes.<br />
Photo 4.3.1. Profileur de vent<br />
Description du système<br />
Le profileur de vent comporte trois sous-systèmes :<br />
• un sous-système antenne qui inclut trois panneaux d’antennes, un amplificateur de<br />
puissance, un module d’émission-réception UHF/FI et un module d’interconnexion et de<br />
protection,<br />
• un sous-système d’acquisition incluant un module d’alimentation, un module d’émissionréception<br />
FI/vidéo, un calculateur d’acquisition et un ondulateur,<br />
• un sous-système de traitement qui comporte un calculateur de traitement.<br />
OFFICE METEO<br />
PCT<br />
SOUS-SYSTEME<br />
TRAITEMENT<br />
Modem<br />
Antenne 1<br />
Antenne 2<br />
amplificateur de<br />
puissance<br />
PCA<br />
ligne<br />
spécialisée<br />
Modem<br />
Antenne 3<br />
Antenne 14<br />
UHF et protections<br />
module acquisition<br />
Antenne 15<br />
SOUS-SYSTEME<br />
ANTENNE<br />
SOUS-SYSTEME<br />
ACQUISITION<br />
ANTENNE<br />
Figure 4.3.1. Système du pofileur de vent
Campagne 1999<br />
25<br />
Projet Modélisation<br />
Performances<br />
Cet appareil fournit des profils de vents (vitesse et direction) jusqu’à une altitude d’environ 3000<br />
mètres avec une incertitude de 1 m/s sur la vitesse et de 10° sur la direction. La fréquence<br />
d’acquisition est de 1 point toutes les 6 minutes.<br />
4.3.2. Résultats du profileur de vent<br />
Les conditions météorologiques et l’évolution de la couche de mélange jouent un rôle essentiel sur le<br />
comportement des polluants atmosphériques. Les organismes de surveillance de la qualité de l’air<br />
doivent être informés en temps réel de l’évolution de ces paramètres pour la prévention et la gestion<br />
des pics de pollution. C’est pourquoi il a été décidé d’utiliser un radar profileur de vent DEGREANE<br />
PCL 1300, pour la mesure du vent en altitude et l’estimation de la hauteur de la couche du mélange,<br />
lors de la campagne de mesure de l’ASCOPARG du 15 juillet au 15 août 1999.<br />
Le radar profileur de vent DEGREANE PCL 1300<br />
C’est un radar Doppler extrêmement sensible qui émet des ondes électromagnétiques verticalement<br />
et dans deux directions, orthogonales entre elles, à 17° de la verticale. Les variations d’indice de<br />
réfraction de l’air causées par les turbulences atmosphériques provoquent une rétro diffusion des<br />
ondes électromagnétiques. Le décalage Doppler en fréquence du signal reçu est proportionnel à la<br />
vitesse radiale du vent. La mesure effectuée dans les 3 directions définie complètement le vecteur<br />
vent à une altitude donnée.<br />
Ce radar permet :<br />
• une mesure continue et en temps réel du vent,<br />
• une surveillance en temps réel de la hauteur de couche de mélange,<br />
• une estimation en temps réel de la turbulence (σ w ),<br />
• une mesure en temps réel de la température lorsqu’il est associé à son système RASS (Radio<br />
Acoustic Sounding System).<br />
Principales caractéristiques :<br />
RADAR en version fixe ou mobile<br />
Fréquence :<br />
900-1400 MHz<br />
Hauteur minimum :<br />
75 m<br />
Hauteur maximum : de 2500 m à 8000m*<br />
Puissance crête émise :<br />
de 300 à 3500 W<br />
Précision sur la vitesse :<br />
1 m/s<br />
Précision sur la direction : < 10°<br />
Fonctionne 24H/24 automatiquement<br />
Fonctionne sous tout type de climat<br />
Pas de perturbations électromagnétiques<br />
* en fonction de la puissance de l’émetteur et des conditions climatiques<br />
La campagne de mesure et ses résultats<br />
Le radar utilisé pour cette campagne était un radar mobile, avec un émetteur de 3,5 kW et sa<br />
fréquence de travail était de 1238 MHz. La hauteur de mesure avait été limitée volontairement à 3000<br />
mètres car l’intérêt était porté sur la zone limitée par la couche de mélange dont la hauteur est<br />
généralement inférieure à 2500 mètres.
Campagne 1999<br />
26<br />
Projet Modélisation<br />
Figure 4.3.2.1. Mesure de la vitesse horizontale en m/s au cours la première POI fin juillet<br />
Figure 4.3.2.2. Mesure de la vitesse horizontale en m/s au cours la deuxième POI début août
Campagne 1999<br />
27<br />
Projet Modélisation<br />
Le développement de la couche limite, lors de ces deux périodes, peut être clairement identifié par un<br />
choix approprié de l’information affichée par la couleur, comme la valeur minimale ou médiane de<br />
l’écart type de la composante radiale de la vitesse du vent.<br />
Sur ces graphes la couche limite se développe jusqu'à environs 900/1400 m d’altitude. Pour plus de<br />
précision et à titre d’exemple nous présentons le développement de couche limite de la journée du 3<br />
août.<br />
Pendant cette journée du 3 août la couche limite se développe à partir de 8h30 du matin et atteint<br />
son point culminant entre 12 et 14h00 avec une altitude de 1000 ou 1500 m et s’arrête vers 15h00 ou<br />
17h00.<br />
Il y a 2 zones d’ambiguïté :<br />
• la fin de la période de développement : 15h00 ou 17h00<br />
• la hauteur du maximum de la couche de mélange : 1000 ou 1500 m<br />
Pour lever ces ambiguïtés il faut utiliser des informations complémentaires telles que :<br />
• la médiane du rapport signal à bruit (réflectivité)<br />
• la médiane de la largeur spectrale<br />
L’information de la réflectivité montre que la couche limite 3 s’est développée jusqu’à une hauteur<br />
d’environ 1200 m vers 13h40 mais ne lève pas l’ambiguïté quant à la durée.<br />
Figure 4.3.2.3. Mesure de la réflectivité le 3 août 1999<br />
3 La couche limite présente une évolution journalière marquée. Son épaisseur maximale (2000 à 3000 m) est<br />
atteinte l'après-midi lorsque le sol s'est réchauffé et que l'atmosphère est bien mélangée; la nuit son épaisseur est<br />
seulement de quelques centaines de mètres car il n'y a plus de turbulence.
Campagne 1999<br />
28<br />
Projet Modélisation<br />
L’information de la largeur spectrale confirme le point précédent et lève le dernier point car il montre<br />
bien qu’il n’y a pas de phénomène de turbulence entre 16h00 et 17h00, il s’arrête vers14h30.<br />
Donc la couche limite s’est développée ce jour-là entre 8h30 et 14h30, jusqu’à une hauteur de 1200m<br />
vers 13h40.<br />
Un phénomène intéressant est à noter ce même jour : une rotation de vent est clairement visible si la<br />
force du vent est utilisée comme information couleur. Il y a un changement de direction à 180° du vent<br />
entre 8h30 et 20h00 à une altitude variant de 900m à 1500m.<br />
Pour conclure, il y a eu une disponibilité du radar profileur de vent DEGREANE PCL1300 à 90% du<br />
temps, principalement dû à des pannes de secteur et à des inondations sur le site de mesure.<br />
La précision sur les données est d’environ 1 m/s pour la force du vent et de 10° pour la direction. Pour<br />
la couche limite plusieurs paramètres permettent de la détecter et d’estimer sa hauteur avec une<br />
précision de l’ordre de 10 à 20%.<br />
Les mesures effectuées par le radar permettant une description de la couche limite et de phénomènes<br />
météorologiques en dessous de celle-ci et donne aux experts de la qualité de l’air des informations<br />
importantes pour la prévision et la compréhension de l'évolution des polluants primaires et<br />
secondaires.
Campagne 1999<br />
29<br />
Projet Modélisation<br />
4.4. Le LIDAR<br />
4.4.1. Principe de fonctionnement<br />
Lorsque l’on émet un pulse de lumière monochromatique dans l’atmosphère, celui-ci va être rétro<br />
diffusé d’une part par les particules en suspension, et d’autre part par les différentes molécules<br />
contenue dans l’air.<br />
Cette fraction de lumière rétro diffusée est captée et amplifiée par un télescope et un<br />
photomultiplicateur. La puissance de signal est décrite par l’équation LIDAR :<br />
R<br />
−2<br />
⎛ ⎞<br />
P( R)<br />
= CR β ( R)<br />
exp⎜<br />
⎟<br />
− 2∫α(<br />
r)<br />
dr<br />
⎝ 0 ⎠<br />
avec P (R)<br />
puissance reçue de la distance R<br />
C Constante expérimentale<br />
β (R) Coefficient de rétro diffusion à la distance R<br />
α (r) Coefficient d’extinction<br />
Cette équation contient deux inconnues (α et β). Une seule mesure expérimentale ne permet pas<br />
d’établir une solution unique. Il faut alors introduire une relation supplémentaire empirique entre α et<br />
β. Ce système fournit des informations intéressantes sur la stratification de l’atmosphère mais ne<br />
permet pas de mesurer les concentrations des différents gaz. Il convient donc d'utiliser un autre<br />
procédé.<br />
Principe du DIAL (Differential Absorption LIDAR)<br />
Le principe de ce LIDAR consiste à prendre des mesures pour deux longueurs d’onde différentes :<br />
une première λ on est choisie dans la bande d’absorption du gaz étudié, et une deuxième λ off en dehors<br />
de cette zone. Si ces longueurs d’onde sont suffisamment proches, la différence entre les deux<br />
spectres obtenus est due uniquement à l’absorption par le gaz étudié dont on peut alors déduire la<br />
concentration à chaque altitude :<br />
N(<br />
R)<br />
=<br />
2( σ ( λ<br />
on<br />
1<br />
) −σ<br />
( λ<br />
off<br />
))<br />
d<br />
dr<br />
⎛ P(<br />
R,<br />
λ<br />
ln<br />
⎜<br />
⎝ P(<br />
R,<br />
λ<br />
avec N (R)<br />
étant la concentration du gaz étudié exprimée en molécule/cm 3<br />
section efficace de rétro diffusion<br />
σ<br />
Technologie Dial<br />
Le système Dial utilisé se décompose en deux parties : émission et réception traitement du signal.<br />
1. Emission :<br />
• Deux sources Laser émettent un rayonnement UV d’une longueur d’onde de 266nm<br />
• Ces faisceaux sont convertis en 2 rayons de longueur d’onde 289nm et 299nm par des<br />
cellules Raman respectivement remplies par D 2 et H 2<br />
• Par un système de prismes et de miroirs il est alors possible de créer deux paires de longueur<br />
d’onde (266-289nm et289-299nm). La paire utilisée lors des mesures dépend des conditions<br />
atmosphériques.<br />
2. Réception :<br />
Deux télescopes sont utilisés: un «petit» (focale de 60 cm) pour les mesures de 50 à 600 mètres et un<br />
«grand» (focale de 460 cm) pour les mesures jusqu’à 3000 mètres.<br />
Les signaux captés sont ensuite amplifiés et traités.<br />
off<br />
on<br />
) ⎞<br />
⎟<br />
) ⎠
Campagne 1999<br />
30<br />
Projet Modélisation<br />
Photodetector<br />
and filter unit<br />
Photodetector and<br />
filter unit<br />
"Short range"<br />
receiving telescope<br />
D2 cell<br />
"Long range"<br />
receiving<br />
telescope<br />
H2 cell<br />
289 nm<br />
(ON)<br />
299 nm<br />
(OFF)<br />
266 nm<br />
pump<br />
Nd: YAG laser<br />
Nd: YAG laser<br />
Figure 4.4.2. Schéma de la technique DIAL<br />
Performances<br />
Le LIDAR de l’<strong>EPFL</strong> permet de mesurer la concentration d’ozone jusqu’à une altitude d’environ 2000<br />
mètres. L’incertitude sur ces mesures est de l’ordre de 10% mais elle peut cependant être plus<br />
importante à très haute altitude ainsi que très près du sol.<br />
4.4.2. Résultats du LIDAR de l'<strong>EPFL</strong><br />
Installation du LIDAR<br />
Le LIDAR de l'<strong>EPFL</strong> était installé à Vif (Fig.1) sur le même site que le DOAS de l’<strong>EPFL</strong>, le profileur de<br />
vent DEGREANE et une cabine mobile ASCOPARG (météo, Ozone et NOx ).<br />
Fig. 4.4.2.1 : A gauche, vue générale du site de Vif, avec au premier plan le profileur de vent, le<br />
camion LIDAR est au second plan. A droite, vue de l'intérieur du camion LIDAR.
Campagne 1999<br />
31<br />
Projet Modélisation<br />
Périodes de mesure<br />
Le LIDAR <strong>EPFL</strong> a fonctionné en configuration ozone DIAL. Les mesures effectuées durant la<br />
campagne sont présentées dans le tableau et la figure ci-dessous.<br />
DATE<br />
Diagramme des Mesures LIDAR-<strong>EPFL</strong><br />
Nom du 1er<br />
ficher<br />
Heure<br />
locale<br />
Nom du<br />
dernier<br />
fichier<br />
Heure<br />
locale<br />
No. de<br />
fichiers à<br />
6.5min<br />
Temps<br />
Mesure<br />
[h]<br />
1 08.07.99 T9970817.261 17:26 T9970819.264 19:26 14 1.5<br />
2 11.07.99 T9971113.460 13:46 T9971113.592 13:59 3 0.3<br />
3 12.07.99 T9971216.495 16:49 T9971217.300 17:30 7 0.8<br />
4 15/7/1999 T9971510.423 10:42 T9971516.335 16:33 40 4.3<br />
5 16/7/1999 T9971610.141 10:14 T9971621.424 21:42 95 10.3<br />
6 17/7/1999 T9971710.504 10:50 T9971723.401 23:40 106 11.5<br />
7 18/7/1999 T9971909.273 09:27 T9971916.304 16:30 71 7.7<br />
8 19/7/1999 T9971809.513 09:42 P9951519.405 19:40 61 6.6<br />
9 21/7/1999 T9972112.111 12:11 T9972118.161 18:16 54 5.9<br />
10 23/7/1999 T9972310.234 10:23 T9972314.590 14:59 40 4.3<br />
11 24/7/1999 T9972412.150 12:15 T9972423.570 23:57 94 10.2<br />
12 25/7/1999 T9972500.034 00:03 T9972423.542 23:54 198 21.5<br />
13 26/7/1999 T9972500.034 00:01 T9972523.564 23:56 203 22.0<br />
14 27/7/1999 T9972700.032 00:03 T9972722.544 22:16 194 21.0<br />
15 02.08.99 T9980210.455 10:45 T9980223.561 23:56 97 10.5<br />
16 03.08.99 T9980300.030 00:03 T9980304.580 23:58 140 15.2<br />
17 04.08.99 T9980400.052 00:05 T9980423.563 04:58 39 4.2<br />
18 05.08.99 T9980510.265 10:26 T9980511.265 11:26 10 1.1<br />
19 06.08.99 T9980614.194 14:19 T9980616.140 16:14 11 1.2<br />
20 09.08.99 T9980911.442 11:44 T9980917.384 17:38 49 5.3<br />
Tableau 4.4.2 : Diagramme des mesures LIDAR-<strong>EPFL</strong>, Vif - Grenoble, Juillet - Août, 1999<br />
* [1er POI en vert, 2ème POI en jaune et en bleu mesures complémentaires]<br />
Cet histogramme présente le fonctionnement du système LIDAR en heures de mesure.<br />
Vert: POI1<br />
Jaune : POI2<br />
Bleu : Autres<br />
Temps Mesure [h]<br />
25.0<br />
20.0<br />
15.0<br />
10.0<br />
5.0<br />
0.0<br />
Diagramme des Mesures LIDAR-<strong>EPFL</strong><br />
08/07/99<br />
11/07/99<br />
12/07/99<br />
15/7/99<br />
16/7/99<br />
17/7/99<br />
18/7/99<br />
19/7/99<br />
21/7/99<br />
23/7/99<br />
24/7/99<br />
25/7/99<br />
26/7/99<br />
27/7/99<br />
02/08/99<br />
03/08/99<br />
04/08/99<br />
05/08/99<br />
06/08/99<br />
09/08/99<br />
Figure 4.4.2.2 Histogramme des mesures LIDAR réalisées en heures mesure<br />
Le LIDAR a été utilisé "en continu", les conditions météorologiques le permettant, durant les deux<br />
POI, mais des mesures supplémentaires ont été effectuées tout au long de la campagne de mesure<br />
(représentées en bleu dans le tableau 4.4.2 et sur la figure 4.4.2.1).
Campagne 1999<br />
32<br />
Projet Modélisation<br />
Configuration de mesure<br />
Les signaux de rétro diffusion atmosphérique à 289nm et 299nm sont enregistrés avec une résolution<br />
temporelle de 6.5 minutes. La détection est faite en utilisant deux télescopes : 20cm de diamètre pour<br />
des altitudes allant de 250m à 1500m et 60cm de diamètre entre 1000m et 5000m. Les conversions<br />
rapides (20Mhz) analogue/digitale des signaux permettent une résolution en hauteur de 7.5 m. Les<br />
mesures LIDAR durant les deux périodes d’observations intensives ont été effectuées de manière<br />
continue 24 h sur 24 h avec l’aide et la surveillance des opérateurs du groupe de l’<strong>EPFL</strong>, le système<br />
n’étant pas automatique.<br />
Le traitement des données LIDAR est réalisé avec des routines développées sous LabView et<br />
MatLab. Ainsi des profils verticaux d’ozone de 6.5 mn ou des moyennes de 30 mn peuvent être<br />
calculés entre 250 m et 5000 m (Fig. 4.4.2.2). Pendant les périodes d'observation intensive, des<br />
représentations en 2 dimensions de l'évolution de l'ozone sont possibles.<br />
En utilisant uniquement le signal rétrodiffusé à 299 nm, hors de l'absorption par l'ozone, il est possible<br />
d'avoir une information sur la quantité d'aérosols présents dans l'atmosphère, et de suivre ainsi<br />
l'évolution de la hauteur de la couche de mélange atmosphérique, comme présenté sur la figure<br />
4.4.2.4.<br />
Mesures pendant la première période d'observation intensive (POI), du 24 au 27 juillet<br />
Les mesures LIDAR ont commencé le 24 juillet à 12h15 (temps 0 sur le graphique ci-dessous) et ont<br />
pris fin après 80h de mesure en continu excepté trois brèves interruptions. L’évolution de l’ozone à la<br />
verticale de Vif a pu être observée jusqu'à 4000m d’altitude (les altitudes sur le graphique sont audessus<br />
du niveau de la mer). L’accumulation de l’ozone dans la troposphère tout au long de cette<br />
période d'observation caractérisée par une météo stable de type anticyclonique est clairement visible,<br />
avec un cycle journalier de destruction au niveau du sol sans doute lié aux émissions locales.<br />
L’arrivée de nuages puis la pluie et de l’orage (qui induisent des artefacts entre 3500 et 4500 m<br />
d'altitude entre 70 et 80 h) ont limité la continuation des mesures au-delà de la période officielle de la<br />
POI n°1.<br />
Figure 4.4.2.2. Les mesures d’ozone par LIDAR durant le 1er POI (24.07 au 27.07.1999, Vif)
Campagne 1999<br />
33<br />
Projet Modélisation<br />
Sur cette figure, sont représentés un profil d'ozone avec une estimation des barres d'erreur, le profil<br />
de rétro diffusion à 299 nm qui lui correspond, et la valeur d'ozone mesurée par le DOAS au sol. Les<br />
barres d'erreur sont maximales autour de 1000 m d'altitude puis diminuent, ce qui correspond à la<br />
transition entre le profil obtenu par le petit télescope et le grand télescope. Les barres d'erreur<br />
obtenues avec le gros télescope augmentent alors de nouveau avec l'altitude. Le profil de rétro<br />
diffusion illustre la quantité d'aérosols présents dans l'atmosphère, avec des gradients très marqués<br />
qui correspondent au sommet de la couche de mélange qu'on peut estimer dans ce cas aux alentours<br />
de 2000 m.<br />
Profil vertical d'ozone et coefficient de<br />
rétrodiffusion moléculaire; Vif, le 26.07.99 à<br />
minuit<br />
5000<br />
4500<br />
4000<br />
3500<br />
Ozone Lidar<br />
[ppb][<br />
ASL [m]<br />
3000<br />
2500<br />
2000<br />
DOAS Ozone<br />
[ppb]<br />
Coefficient de<br />
Rétrodiffusion<br />
[u.a.]<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
0 50 100 150 200<br />
O3 [ppb]<br />
Figure 4.4.2.3. Profil vertical d’ozone à Vif et le coefficient de rétro diffusion moléculaire.<br />
L’estimation de la couche de mélange a été faite sur la base de l’analyse du coefficient de rétro<br />
diffusion atmosphérique à 299nm. L’estimation de la hauteur est basée sur l’analyse de première<br />
dérivée du signal à 299nm. La position du maximum de la première dérivée étant considérée comme<br />
représentatif pour l’estimation de la hauteur de la couche de mélange. L’erreur d’estimation est<br />
variable en moyenne entre 25m et 100m en suivant en effet la définition naturelle de la dynamique de<br />
la couche de mélange. L’évolution de la couche dans la première IOP est représentée dans la figure<br />
4.4.2.4 superposée avec les mesures de concentration d’ozone au sol par DOAS. Globalement la<br />
hauteur de la couche suit la dynamique de la production photochimique de l’ozone donnée par les<br />
mesures DOAS.
Campagne 1999<br />
34<br />
Projet Modélisation<br />
100<br />
Estimation de la hauteur de la Couche de Mélange<br />
[par rétrodiffusion du faisceau LIDAR à 299 nm] et O3 DOAS<br />
Vif-Grenoble Juillet 1999<br />
4000<br />
90<br />
O3 DOAS@283nm [ppb]<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
O3 DOAS Vif 300m<br />
PBL 6.5min [m]<br />
3500<br />
3000<br />
2500<br />
2000<br />
1500<br />
CLP ASL [m]<br />
0<br />
18:00<br />
23.07<br />
00:00<br />
24.07<br />
06:00<br />
24.07<br />
12:00<br />
24.07<br />
18:00<br />
24.07<br />
00:00<br />
25.07<br />
06:00<br />
25.07<br />
12:00<br />
25.07<br />
18:00<br />
25.07<br />
00:00<br />
26.07<br />
06:00<br />
26.07<br />
Local Time<br />
12:00<br />
26.07<br />
18:00<br />
26.07<br />
00:00<br />
27.07<br />
06:00<br />
27.07<br />
12:00<br />
27.07<br />
18:00<br />
27.07<br />
00:00<br />
28.07<br />
1000<br />
06:00<br />
28.07<br />
Figure 4.4.2.4. L’estimation par LIDAR de l’évolution de la hauteur de la couche de mélange et<br />
comparaison avec les concentrations d'ozone mesurées au sol par le système DOAS<br />
Mesures pendant la deuxième période d'observations intensives<br />
Figure 4.4.2.5. Evolution de la concentration d'ozone pendant la deuxième<br />
période d'observations intensives, en fonction de l'altitude<br />
Les mesures LIDAR ont commencé le lundi 2 août vers 10h30, une première brève interruption a été<br />
nécessaire suite à une panne technique (entre 1 et 4 h). La nuit de lundi à mardi a été marquée par<br />
d'importants épisodes orageux qui ont contraint à l'interruption des mesures (entre 14 et 22 h sur le<br />
graphique). Des nuages de moyenne altitude ont ensuite crée quelques perturbations (vers 30h, 37 et<br />
41 h). Les mesures ont alors été arrêtées à cause de la pluie.
Campagne 1999<br />
35<br />
Projet Modélisation<br />
En raison de la discontinuité de ces mesures, nous n'avons pas fait d'analyse de la variation de la<br />
hauteur de la couche de mélange.<br />
Les mesures par LIDAR ont permis un suivi de la formation photochimique de l'ozone durant les<br />
périodes d'observation intensive, ainsi qu'un suivi de la dynamique en utilisant les particules en<br />
suspension comme traceur. Une estimation de la qualité des mesures, via les barres d'erreur et la<br />
confrontation avec la concentration mesurée au sol par DOAS a été donnée.<br />
4.4.3. Résultats du LIDAR de COPARLY au cours de la POI de juillet<br />
COPARLY a fait l’acquisition d’un laboratoire mobile et autonome constituée d’une station<br />
météorologique, d’un LIDAR (Light Detection And Ranging) et d’un SODAR (Sound Detection And<br />
Ranging). Ce camion mobile permet d’effectuer<br />
des cartographies tridimensionnelles des<br />
principaux polluants (tels que l’ozone, le dioxyde<br />
de soufre, le dioxyde d’azote, le benzène, le<br />
toluène et les aérosols) et apporte parallèlement<br />
une information essentielle sur les champs de<br />
vents horizontaux et verticaux de la zone d’étude.<br />
La mesure spatialisée des polluants permet,<br />
contrairement à des points de mesure fixes, de<br />
construire directement une image globale et<br />
dynamique de l’atmosphère et d’appréhender les<br />
processus physico-chimiques et microclimatiques<br />
de la canopée urbaine.<br />
Description du LIDAR/Sodar Metro<br />
Ce laboratoire mobile, est entièrement contrôlé par informatique, au moyen d’un poste de commande<br />
installé dans le véhicule (PC sous Windows98), utilisant un logiciel fondé sur une instrumentation<br />
virtuelle (LabVIEW). Ce système permet une prise de contrôle à distance via une connexion Internet,<br />
Ethernet, RTC ou encore GSM. Par ailleurs, un système GPS ainsi qu’un compas enregistrent en<br />
permanence le géo-positionnement du laboratoire mobile afin de permettre le géo-référencement de<br />
toutes les mesures et leur utilisation aisée en exploitation avec un SIG. Enfin, un groupe électrogène<br />
tracté, d’une puissance de 18KVA, permet d’une part d’alimenter le laboratoire mobile, mais<br />
également le cas échéant une station complémentaire de capteurs fixes.<br />
Spécifications de la station météorologique<br />
• Mesures effectuées : température, pression, humidité relative, rayonnement global, luminosité,<br />
vitesse et direction du vent à 5m.<br />
• Gestion : contrôle assisté par informatique. Un logiciel permet de récupérer les données sur le<br />
poste central.<br />
• Format des données : fichier de type ASCII, pouvant être très simplement traité avec un tableur<br />
standard.<br />
Spécifications LIDAR<br />
Polluants mesurés et sensibilité :<br />
Polluant l ON<br />
l OFF<br />
Ds (*) Energie Sensibilité<br />
VDI-DIN (**)<br />
Sensibilité<br />
INERIS (***)<br />
Portée<br />
moyenne<br />
Portée<br />
maxi<br />
SO2 286.9 286.3 3.83 5 mJ 8 µg.m -3 7 µg.m -3 2.5 km 4 km<br />
O3 282.4 286.3 9.92 5 mJ 2 µg.m -3 8 µg.m -3 2 km 4 km<br />
NO2 398.3 397.2 1.15 25 mJ 18 µg.m -3 25 µg.m -3 3 km 5 km<br />
Toluène 266.9 266.1 10.97 7 mJ 10 µg.m -3 1.5 km 4 km<br />
Benzène 259.2 257.9 16.55 7 mJ 10 µg.m -3 1.5 km 4 km<br />
Aérosols 397.5 397.5 0 25 mJ 0.05 Km -1 2 km 5 km
Campagne 1999<br />
36<br />
Projet Modélisation<br />
(*) : exprimée en 10 -18 .cm 2<br />
(**) : la sensibilité exprime la limite de détection, conformément à la norme VDI DIN 4210 (intégration<br />
spatiale sur 1000 mètres et intégration temporelle sur 15 minutes ).<br />
(***) : Déterminées lors des évaluations LIDAR, suivant la norme X20-300 appliquée aux instruments<br />
à long trajet optiques.<br />
• Résolution spatiale optimale : 7,5 m<br />
• Point opératoire de début de mesure : 250 m<br />
• Résolution temporelle : limitée par la précision désirée sur la mesure et par la limite de détection<br />
(plus le temps de mesure est long, plus la limite de détection est faible). A titre d’indication, une<br />
mesure dans une direction nécessite 2 à 3 minutes ; soit, pour un profil angulaire de 180°, une<br />
quarantaine de minutes lorsqu’il se décompose en 20 directions (coupe angulaire Est-Zénith-<br />
Ouest).<br />
• Directions de tir : 340° en azimut (couverture angulaire horizontale) et 180° en élévation<br />
(couverture angulaire verticale) : toutes les directions situées au-dessus de l’horizon sont<br />
couvertes. Cette gestion angulaire est entièrement pilotée par informatique.<br />
• Etude optimale : Profil angulaire d’ozone sur 180° en 60 min (1 profil angulaire par heure) sur une<br />
période intensive d’environ 3 jours.<br />
• Format des données : une cartographie LIDAR se présente sous la forme d’une matrice ASCII,<br />
compatible avec les principaux utilisateurs de données LIDAR. Chaque mesure est complétée par<br />
sa précision (également sous la forme d’une matrice ASCII). Il est donc possible de traiter ensuite<br />
les résultats en utilisant un tableur standard.<br />
Spécifications Sodar<br />
• Portée courante : 1000 m d’altitude (en situation optimale, i.e. lorsque le bruit de fond est de 40<br />
dB et le site très dégagé). Habituellement, les mesures sont obtenues jusqu’à des altitudes<br />
variant entre 700 m (le jour) et 1000 m (la nuit).<br />
• Résolution spatiale : 50 m<br />
• Résolution temporelle : limitée par la précision désirée sur la mesure et par la limite de détection<br />
(plus le temps de mesure est long, plus la limite de détection est faible). Pour indication, une<br />
mesure intégrée sur 15 minutes permet d’accéder à une altitude moyenne de l’ordre de 800 m.<br />
• Direction de tir : la mesure effectuée est un profil vertical (Zénith), à l’aplomb du SODAR.<br />
• Etude optimale : Profil vertical intégré sur 60 mn. Il n’existe aucune limite temporelle et son<br />
fonctionnement ne nécessite aucun moyen humain. Des mesures peuvent donc être faites durant<br />
plusieurs jours, voire quelques semaines.<br />
• Format des données : Le SODAR, construit par la société REMTECH SA, fournit des données<br />
ayant un format semblable à celui de EDF ou encore à celui de Météo France. Un module<br />
d’export a été développé en interne, afin d’obtenir des résultats sous la forme de fichiers textes de<br />
type ASCII, utilisables avec un tableur standard.
Campagne 1999<br />
37<br />
Projet Modélisation<br />
Résultats caractéristiques Sodar de la campagne grenobloise<br />
28/07/99 00:00<br />
27/07/99 12:00<br />
330<br />
0<br />
200 mètres d'altitude<br />
28/07/99 00:00<br />
30<br />
27/07/99 12:00<br />
330<br />
0<br />
30<br />
400 mètres d'altitude<br />
27/07/99 00:00<br />
27/07/99 00:00<br />
26/07/99 12:00<br />
26/07/99 00:00<br />
300<br />
60<br />
26/07/99 12:00<br />
26/07/99 00:00<br />
300<br />
60<br />
25/07/99 12:00<br />
25/07/99 12:00<br />
25/07/99 00:00<br />
25/07/99 00:00<br />
24/07/99 12:00<br />
24/07/99 12:00<br />
24/07/99 00:00<br />
270<br />
90<br />
24/07/99 00:00<br />
270<br />
90<br />
24/07/99 12:00<br />
24/07/99 12:00<br />
25/07/99 00:00<br />
25/07/99 00:00<br />
25/07/99 12:00<br />
25/07/99 12:00<br />
26/07/99 00:00<br />
26/07/99 12:00<br />
240<br />
120<br />
26/07/99 00:00<br />
26/07/99 12:00<br />
240<br />
120<br />
27/07/99 00:00<br />
27/07/99 00:00<br />
27/07/99 12:00<br />
28/07/99 00:00<br />
28/07/99 00:00<br />
27/07/99 12:00<br />
210<br />
330<br />
0<br />
180<br />
150<br />
30<br />
27/07/99 12:00<br />
28/07/99 00:00<br />
28/07/99 00:00<br />
27/07/99 12:00<br />
210<br />
330<br />
0<br />
180<br />
150<br />
30<br />
27/07/99 00:00<br />
27/07/99 00:00<br />
26/07/99 12:00<br />
26/07/99 00:00<br />
300<br />
60<br />
26/07/99 12:00<br />
26/07/99 00:00<br />
300<br />
60<br />
25/07/99 12:00<br />
25/07/99 12:00<br />
25/07/99 00:00<br />
25/07/99 00:00<br />
24/07/99 12:00<br />
24/07/99 12:00<br />
24/07/99 00:00<br />
270<br />
90<br />
24/07/99 00:00<br />
270<br />
90<br />
24/07/99 12:00<br />
24/07/99 12:00<br />
25/07/99 00:00<br />
25/07/99 00:00<br />
25/07/99 12:00<br />
25/07/99 12:00<br />
26/07/99 00:00<br />
26/07/99 12:00<br />
240<br />
120<br />
26/07/99 00:00<br />
26/07/99 12:00<br />
240<br />
120<br />
27/07/99 00:00<br />
27/07/99 00:00<br />
27/07/99 12:00<br />
28/07/99 00:00<br />
210<br />
180<br />
150<br />
600 mètres d'altitude<br />
27/07/99 12:00<br />
210<br />
28/07/99 00:00 800 mètres d'altitude<br />
180<br />
150<br />
Figure 4.4.3.1. Graphique polaire exprimant l’évolution de la direction du vent<br />
durant la campagne à Grenoble, pour différentes altitudes (200m, 400m, 600m et 800m)<br />
Le SODAR était installé sur le laboratoire mobile. Il a effectué des mesures horaires durant la<br />
première POI (24-27 Juillet 1999). Des profils de vent entre 50m et 1000m d’altitude on été obtenus<br />
(la direction du vent ainsi que ses vitesses verticale et horizontale). Les résultats ci-dessus montre<br />
une réelle homogénéité des profils de vent avec l’altitude. On notera néanmoins que la topographie<br />
locale et notamment le sommet des montagnes bordant la vallée, se trouvait à une altitude<br />
différentielle supérieure à 1000m. En effet il s'agissait du lieu dit « Le Chevalon de Voreppe » se<br />
trouvant à une altitude d’environ 200 m. Les sommets du Vercors et de la Chartreuse se trouvent à<br />
des altitudes de l’ordre de 2000 m. Ainsi la portée du SODAR permettait d’obtenir des profils de vents<br />
uniquement dans la vallée et non pas au-dessus. Il est donc cohérent d’obtenir des profils de vent qui<br />
suivent très exactement l’axe de la vallée. Peu de données sont présentes à 1000m d’altitude en<br />
raison d’un bruit parasite créé par les montagnes environnantes (détériorant le rapport signal/bruit et<br />
donc la portée maximale du système).
Campagne 1999<br />
Résultats météorologiques caractéristiques<br />
38<br />
Projet Modélisation<br />
Temperature en °C<br />
32 Temperature: LIDAR COPARLY, Voreppe<br />
30<br />
28<br />
26<br />
24<br />
22<br />
20<br />
18<br />
16<br />
14<br />
12<br />
10<br />
24/07/99 18:00 25/07/99 06:00 25/07/99 18:00 26/07/99 06:00 26/07/99 18:00 27/07/99 06:00<br />
Humidité relative en %<br />
100 Humidité relative: LIDAR COPARLY, Voreppe<br />
95<br />
90<br />
85<br />
80<br />
75<br />
70<br />
65<br />
60<br />
55<br />
50<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
24/07/99 18:00 25/07/99 06:00 25/07/99 18:00 26/07/99 06:00 26/07/99 18:00 27/07/99 06:00<br />
994.0<br />
993.5<br />
Pression: LIDAR COPARLY, Voreppe<br />
1000<br />
Rayonnement Global: LIDAR COPARLY, Voreppe<br />
900<br />
Pression en mb<br />
993.0<br />
992.5<br />
992.0<br />
991.5<br />
991.0<br />
990.5<br />
990.0<br />
989.5<br />
989.0<br />
988.5<br />
Rayonnement Global en W/qm<br />
800<br />
700<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
988.0<br />
24/07/99 18:00 25/07/99 06:00 25/07/99 18:00 26/07/99 06:00 26/07/99 18:00 27/07/99 06:00<br />
Campagne de Mesure de Grenoble: 25, 26, 27 Juillet 1999<br />
-100<br />
24/07/99 18:00 25/07/99 06:00 25/07/99 18:00 26/07/99 06:00 26/07/99 18:00 27/07/99 06:00<br />
Campagne de Mesure de Grenoble: 25, 26, 27 Juillet 1999<br />
Figure 4.4.3.2. Evolution temporelle des principales données météorologiques<br />
(Température, Humidité relative, Pression et Rayonnement global)<br />
Les données météorologiques ci-dessus montrent une bonne stabilité de l’ensoleillement durant la<br />
campagne de mesure, ainsi que des températures favorables à la création d’ozone (28° à 30°C la<br />
journée). En revanche une légère dégradation de la pression avec une tendance dépressionnaire était<br />
présente. La station météorologique ne fournissait pas de donnée de vent, afin de ne pas perturber<br />
les mesures SODAR (le mât météorologique et plus particulièrement le mouvement de la girouette,<br />
engendre une bruit parasite sur la mesure SODAR, réduisant alors fortement sa portée).<br />
Résultats LIDAR<br />
Le laboratoire mobile de COPARLY se trouvait situé au lieu dit « Le Chevalon de Voreppe », géoréférencé<br />
par les coordonnées suivantes :<br />
Longitude Nord : 5° 38' 28'' Latitude Est : 45° 16' 15''<br />
Des profils angulaires LIDAR ont été fait durant 3 jours, dans l’axe de la vallée (339°-159°) bordé par<br />
le Vercors et la Chartreuse. Un profil du type de celui montré en exemple ci-dessous, était effectué<br />
toutes les 20 minutes. Les profils LIDAR étant faits dans l’axe de la vallée, les abscisses<br />
correspondent aux distances horizontales vis à vis de la position du LIDAR (les distances positives<br />
correspondant à des mesures effectuées en direction de Grenoble). L’axe des ordonnées correspond<br />
à l’altitude de mesure. Ainsi dans cet exemple de profil LIDAR effectué le 27 Juillet 1999 entre 6h17 et<br />
6h36 TU, on observe une couche de faible concentration en ozone (30 µg/m3) en dessous de 300m<br />
d’altitude, ainsi qu’un « réservoir d’ozone » la surmontant (110 µg/m3). Cette couche de faible<br />
concentration en ozone se retrouve généralement tous les matins, lorsque le trafic augmente (du NO<br />
est alors généré en forte concentration, qui se transforme en NO 2 en détruisant une molécule<br />
d’ozone), et lorsque les phénomènes convectifs diurnes ne se sont pas encore mis en place. Le<br />
brassage est alors inexistant et on se trouve dans une situation où l’ozone est détruit localement par<br />
les émissions dues au trafic automobile. Généralement, après 8h TU, cette couche urbaine disparaît,<br />
lorsque le sol se réchauffe, générant alors un brassage vertical qui uniformise la concentration en<br />
ozone.
Campagne 1999<br />
39<br />
Projet Modélisation<br />
Figure 4.4.3.3. Profil angulaire d’ozone dans la direction 339-159° et effectué le 26/07/99 à 06h20 TU<br />
La figure 4.4.3.4 montre l’évolution temporelle du profil vertical d’ozone, durant la première POI (du 24<br />
Juillet 1999 18h TU au 27 Juillet 1999 6h TU ). Chaque profil vertical correspond à la moyenne<br />
horizontale d’un profil angulaire (339°-159°). On observe à nouveau une couche urbaine de<br />
destruction d’ozone tous les matins qui disparaît plus ou moins tardivement dans la matinée, en<br />
fonction principalement de la mise en place des phénomènes convectifs diurnes. Il semble néanmoins<br />
difficile de trouver une relation directe entre la destruction de la couche et les données<br />
météorologiques. En effet on observe par exemple une destruction beaucoup plus tardive et brutale le<br />
26 juillet que le 25 juillet. Or l’évolution des données météorologiques semble identique pour ces deux<br />
journées. Il pourrait être judicieux de comparer également les heures de formation et de destruction<br />
de ces couches diurnes, avec le trafic automobile.<br />
.<br />
Figure 4.4.3.4. Profil vertical d’ozone du 24 au 27 juillet 1999, en heure TU
Campagne 1999<br />
40<br />
Projet Modélisation<br />
Enfin, il est également possible d’extraire des mesures LIDAR à différentes altitudes, afin d’observer<br />
plus précisément l’évolution temporelle de la concentration. Sur la figure 4.4.3.5, on visualise<br />
l’évolution temporelle de la concentration en ozone à 20m, à 300m et enfin à 1000m d’altitude.<br />
O3 Concentration (µg/m3)<br />
180<br />
170<br />
160<br />
150<br />
140<br />
130<br />
120<br />
110<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
20m : Données LIDAR (interpolées)<br />
200m : Données LIDAR (extraites)<br />
1000m : Données LIDAR (extraites)<br />
10<br />
0<br />
24/07/99 18:00 25/07/99 06:00 25/07/99 18:00 26/07/99 06:00<br />
Date (TU)<br />
Figure 4.4.3.5. Evolution temporelle de données LIDAR extraites à 20m, 200m et 1000m d’altitude
Campagne 1999<br />
41<br />
Projet Modélisation<br />
4.5. Mesures Avion<br />
4.5.1. Temps de vols sur Grenoble au cours l'été 1999<br />
vol<br />
no./nom<br />
départ<br />
h UTC<br />
atterrissage<br />
h UTC<br />
xmin<br />
deg long<br />
xmax<br />
deg long<br />
ymin<br />
deg lat<br />
ymax<br />
deg lat<br />
zmax<br />
m<br />
durée<br />
heures<br />
f990726a 07:31:14 10:15:42 5.599 5.958 45.048 45.333 3226 2.74<br />
f990726b 12:18:48 16:29:52 5.607 6.026 44.939 45.360 3325 4.18<br />
f990727a 07:47:04 10:29:35 5.608 6.012 45.053 45.360 3389 2.71<br />
f990727b 12:26:00 16:14:12 5.600 6.029 45.046 45.357 3236 3.80<br />
f990803a 07:38:24 10:26:02 5.608 6.022 45.052 45.361 3242 2.79<br />
f990803b 12:29:00 16:47:53 5.602 6.042 44.951 45.360 3391 4.31<br />
total 20.53<br />
4.5.2. Qualité de données<br />
• Les données de la position et de l'altitude sont fournies avec une résolution de temps de 0,2<br />
Hertz, et 3 Hertz resp. Tous les paramètres mesurés peuvent donc être localisés spatialement, et<br />
le vent peut être calculé. Une vue de l'ensemble des vols se trouve sur les schémas 1 et 2.<br />
• Les données d'ozone sont bien calibrées et l'ensemble de ces mesures est utilisable. Cependant<br />
il est nécessaire de les filtrer pour les obtenir avec une résolution de 8 secondes. Une résolution<br />
plus élevée (jusqu'à 1 hertz) peut être réalisée en combinant les données de O x (O 3 +NO 2 ) avec<br />
celle de l'O 3 .<br />
• Les concentrations de NO 2 et NO x , mesurées par l'instrument NO x TO y 4 , sont de bonne qualité.<br />
Des calibrages quotidiens ayant été effectués, seul des "comptages" sont donnés. Une<br />
"traduction" très brute au ppb divise les comptages par 2 ou 3. Les autres composés azotés<br />
mesurés (NOy, NOy-HNO 3 , PAN, O x ) sont de qualité inconnue, parce que les calibrages n'ont pas<br />
encore été traités. De la précédente campagne, nous savons, que les NOy ont une "mémoire"<br />
augmentée (qui pourrait être soustraite probablement ). Les O x (somme d'O 3 et de NO 2 ) semblent<br />
plausible (ceci peut être vérifié plus tard avec O 3 et NO 2 explicités) et aidait à augmenter la<br />
résolution et la redondance de la mesure en ozone.<br />
• Le compteur d'aérosol a très bien fonctionné sauf durant le vol du 27 juillet au matin.<br />
• Les données des COV sont de bonne qualité et les chromatogrammes bruts ont été validés.<br />
4.5.3 Légende des figures<br />
1) Les tracés des vols sont présentés sur une carte. Les données sont ramenées à une moyenne à<br />
la minute. Pour les altitudes supérieures à 2000 m, la trajectoire de vol a été un triangle pour<br />
donner une image au-dessus de Grenoble. Pour les altitudes inférieures, la vallées survolée est<br />
précisée (Vif, Voreppe ou Crolles).<br />
2) Une vue verticale selon l'axe sud/nord des trajets de vol (moyenné sur 1 mn). Sur ces graphiques,<br />
les altitudes des traversées horizontales sont précisées, ainsi que la position des sondages<br />
verticaux au-dessus de 3000 m.<br />
3) Une série chronologique complète (fréquence 1 Hertz) est donnée pour l'altitude, l'ozone, le<br />
dioxyde d'azote, la température et le point de condensation. Les mesures font ressortir la<br />
variabilité élevée des concentrations suivant l'altitude et la trajectoire de vol. Cependant, elles<br />
prouvent également que les données doivent être filtrées avant d'être utilisées. Autour de 08:00<br />
4 NOXTOY: A miniaturised new Instrument for reactive nitrogen oxides in the atmosphere<br />
J. Dommen, A.S.H. Prévôt, B. Neininger (<strong>MetAir</strong> AG), A. Volz-Thomas, N. Clark
Campagne 1999<br />
42<br />
Projet Modélisation<br />
UTC, le signal de l'ozone montre un bruit excessif. D'autre part, les variations avant 10:00 UTC<br />
sont plausibles, puisque l'ozone est parfaitement bien anti-corrélé avec le NO2 (voir schéma 4).<br />
Un renvoi au graphe de la position montre que ce bruit s'est produit pendant un vol près de Vif.<br />
Cet exemple souligne l'importance du filtrage qui doit être fait soigneusement..<br />
4) Zoom sur le temps de la deuxième séquence marquée sur le schéma 3.<br />
5) Séries chronologiques de l'altitude, de l'O 3 , du NO 2 et de la température (moyennés sur 1 mn)<br />
l'après-midi du 26 juillet.<br />
6) Matin du 27 juillet.<br />
7) Après-midi du 27 juillet.<br />
8) Matin du 3 août.<br />
9) Après-midi du 3 août.<br />
10) Profils verticaux des concentrations d'ozone (moyennés sur 1 mn), courbe représentée par des<br />
mesures du vol total (pas simplement le profil vertical près de Crolles). Ils montrent les<br />
homogénéités ou inhomogénéités à différentes altitudes. Le 3 août au matin, la couche réservoir<br />
a atteint à 3000 m des concentrations d'O 3 de 70 ppb. Au cours de l'après-midi, un brutal<br />
changement des masses d'air s'est produit. Ce changement est aussi visible dans les profils du<br />
rapport de vapeur d'eau, et dans nos notes de terrain.<br />
11) Profils verticaux des concentrations en NO 2 . Les concentrations les plus élevées sont près de la<br />
surface (proximité des sources). Le transport sur de longue distance est négligeable et on voit<br />
qu'il ne se stocke pas dans des couches réservoirs. Entre le matin et l'après-midi, la variation de<br />
la hauteur de mélange est bien visible.<br />
12) Profils verticaux des aérosols (particules de taille supérieure à 0,3 µm). En les comparant avec<br />
les schémas 11 et 13, il semble bien se corréler à la mesure de l'humidité. Depuis septembre<br />
1999, les particules de taille supérieure à 10 nm sont également mesurées.<br />
13) Profils verticaux du rapport de mélange de la vapeur d'eau (humidité). Le 26 juillet et le 3 août,<br />
l'air au-dessus de la couche mélangée était très sec. Le 3 août, l'assèchement de la masse d'air<br />
au-dessus de 2000 m est bien visible.<br />
14) Les profils de vitesse de vent montrent que le premier jour de l'observation était le plus faible.<br />
Cependant, pendant l'après-midi, la vitesse de vent a augmenté sous l'influence des vents<br />
thermiques ascendants. Le 27 juillet, un vent fort du sud sud-ouest a soufflé en altitude (voir<br />
schéma 15).<br />
15) Profils des directions de vent. Les basses vitesses de vent du 26 juillet se reflètent par la grande<br />
variabilité des directions de vent dans les trois vallées.<br />
16) Exemple d'une carte de champ de vent (moyennée sur 1 mn - les données sont disponibles avec<br />
une fréquence de 3 hertz).<br />
17) Résultat de mesure de COV (in-situ-GC) : deux substances (toluène et benzène), sur environ 30<br />
substances mesurées, sont traitées pour le 27 juillet. En accord avec le rapport de concentrations<br />
NO x /O 3 près de Vif pour les 26 et 27 juillet (les schémas 3, 4 et 6), les substances benzène et<br />
toluène ont atteint leur maximum à cet endroit. Le rapport élevé tol/bz autour de 3 (voir la courbe<br />
noire) montre qu'à cet endroit la pollution en COV est intense tout au long de la journée. Dans les<br />
autres endroits, la dilution au cours de l'après-midi ramène ce rapport autour de 1,5.
Campagne 1999<br />
43<br />
Projet Modélisation<br />
Flight levels during GRENOBLE-99<br />
<strong>MetAir</strong><br />
4000<br />
F990726A<br />
4000<br />
F990726B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
45 45.1 45.2 45.3 45.4<br />
latitude [deg]<br />
0<br />
45 45.1 45.2 45.3 45.4<br />
latitude [deg]<br />
4000<br />
F990727A<br />
4000<br />
F990727B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
45 45.1 45.2 45.3 45.4<br />
latitude [deg]<br />
0<br />
45 45.1 45.2 45.3 45.4<br />
latitude [deg]<br />
4000<br />
F990803A<br />
4000<br />
F990803B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
45 45.1 45.2 45.3 45.4<br />
latitude [deg]<br />
0<br />
45 45.1 45.2 45.3 45.4<br />
latitude [deg]
Campagne 1999<br />
GRENOBLE-99 time series of F990726A<br />
44<br />
Projet Modélisation<br />
<strong>MetAir</strong><br />
4000<br />
altitude [mMSL]<br />
3000<br />
2000<br />
1000<br />
100<br />
0<br />
07:00 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30<br />
80<br />
noise or signal?<br />
O 3 [ppb]<br />
60<br />
40<br />
noise<br />
20<br />
signal (see zoom)<br />
07:00 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30<br />
30<br />
NO 2 [counts]<br />
20<br />
10<br />
0<br />
07:00 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30<br />
30<br />
30<br />
temp [°C]<br />
20<br />
10<br />
0<br />
20<br />
10<br />
0<br />
dewp [°C]<br />
-10<br />
-10<br />
07:00 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30<br />
time [hh:mm UTC]
Campagne 1999<br />
GRENOBLE-99 zoom of F990726A<br />
(anti-correlating O 3 /NO 2 )<br />
45<br />
Projet Modélisation<br />
<strong>MetAir</strong><br />
4000<br />
altitude [mMSL]<br />
3000<br />
2000<br />
1000<br />
zoom near Vif<br />
100<br />
0<br />
07:00 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30<br />
80<br />
O 3 [ppb]<br />
60<br />
40<br />
20<br />
09:40 09:50 10:00<br />
80<br />
NO 2 [counts]<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
09:40 09:50 10:00<br />
30<br />
30<br />
temp [°C]<br />
20<br />
10<br />
0<br />
20<br />
10<br />
0<br />
dewp [°C]<br />
-10<br />
-10<br />
07:00 07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30<br />
time [hh:mm UTC]
Campagne 1999<br />
GRENOBLE-99 time series of F990726B<br />
46<br />
Projet Modélisation<br />
<strong>MetAir</strong><br />
4000<br />
altitude [mMSL]<br />
3000<br />
2000<br />
1000<br />
100<br />
0<br />
12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00<br />
80<br />
O 3<br />
[ppb]<br />
60<br />
40<br />
20<br />
12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00<br />
30<br />
NO 2<br />
[counts]<br />
20<br />
10<br />
0<br />
12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00<br />
30<br />
30<br />
temp [°C]<br />
20<br />
10<br />
0<br />
20<br />
10<br />
0<br />
dewp [°C]<br />
-10<br />
-10<br />
12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00<br />
time [hh:mm UTC]
Campagne 1999<br />
GRENOBLE-99 time series of F990727A<br />
47<br />
Projet Modélisation<br />
<strong>MetAir</strong><br />
4000<br />
altitude [mMSL]<br />
3000<br />
2000<br />
1000<br />
100<br />
0<br />
07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30 11:00<br />
80<br />
O 3<br />
[ppb]<br />
60<br />
40<br />
20<br />
07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30 11:00<br />
30<br />
NO 2<br />
[counts]<br />
20<br />
10<br />
0<br />
07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30 11:00<br />
30<br />
30<br />
temp [°C]<br />
20<br />
10<br />
0<br />
20<br />
10<br />
0<br />
dewp [°C]<br />
-10<br />
-10<br />
07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30 11:00<br />
time [hh:mm UTC]
Campagne 1999<br />
GRENOBLE-99 time series of F990727B<br />
48<br />
Projet Modélisation<br />
<strong>MetAir</strong><br />
4000<br />
altitude [mMSL]<br />
3000<br />
2000<br />
1000<br />
100<br />
0<br />
12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30<br />
80<br />
O 3<br />
[ppb]<br />
60<br />
40<br />
20<br />
12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30<br />
30<br />
NO 2<br />
[counts]<br />
20<br />
10<br />
0<br />
12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30<br />
30<br />
30<br />
temp [°C]<br />
20<br />
10<br />
0<br />
20<br />
10<br />
0<br />
dewp [°C]<br />
-10<br />
-10<br />
12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30<br />
time [hh:mm UTC]
Campagne 1999<br />
GRENOBLE-99 time series of F990803A<br />
49<br />
Projet Modélisation<br />
<strong>MetAir</strong><br />
4000<br />
altitude [mMSL]<br />
3000<br />
2000<br />
1000<br />
100<br />
0<br />
07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30<br />
80<br />
O 3<br />
[ppb]<br />
60<br />
40<br />
20<br />
07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30<br />
30<br />
NO 2<br />
[counts]<br />
20<br />
10<br />
0<br />
07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30<br />
30<br />
30<br />
temp [°C]<br />
20<br />
10<br />
0<br />
20<br />
10<br />
0<br />
dewp [°C]<br />
-10<br />
-10<br />
07:30 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30<br />
time [hh:mm UTC]
Campagne 1999<br />
GRENOBLE-99 time series of F990803B<br />
50<br />
Projet Modélisation<br />
<strong>MetAir</strong><br />
4000<br />
altitude [mMSL]<br />
3000<br />
2000<br />
1000<br />
100<br />
0<br />
12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00<br />
80<br />
O 3<br />
[ppb]<br />
60<br />
40<br />
20<br />
12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00<br />
30<br />
NO 2<br />
[counts]<br />
20<br />
10<br />
0<br />
12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00<br />
30<br />
30<br />
temp [°C]<br />
20<br />
10<br />
0<br />
20<br />
10<br />
0<br />
dewp [°C]<br />
-10<br />
-10<br />
12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00<br />
time [hh:mm UTC]
Campagne 1999<br />
51<br />
Projet Modélisation<br />
Ozone profiles GRENOBLE-99<br />
<strong>MetAir</strong><br />
4000<br />
F990726A<br />
4000<br />
F990726B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
20 40 60 80 100<br />
0<br />
20 40 60 80 100<br />
O 3<br />
[ppb]<br />
O 3<br />
[ppb]<br />
4000<br />
F990727A<br />
4000<br />
F990727B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
20 40 60 80 100<br />
O 3<br />
[ppb]<br />
0<br />
20 40 60 80 100<br />
O 3<br />
[ppb]<br />
4000<br />
F990803A<br />
4000<br />
F990803B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
20 40 60 80 100<br />
O 3<br />
[ppb]<br />
0<br />
20 40 60 80 100<br />
O 3<br />
[ppb]
Campagne 1999<br />
52<br />
Projet Modélisation<br />
NOx profiles GRENOBLE-99<br />
<strong>MetAir</strong><br />
4000<br />
F990726A<br />
4000<br />
F990726B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
0 10 20 30 40 50<br />
NO x<br />
[counts - not yet calibrated]<br />
0<br />
0 10 20 30 40 50<br />
NO x<br />
[counts - not yet calibrated]<br />
4000<br />
F990727A<br />
4000<br />
F990727B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
0 10 20 30 40 50<br />
NO x<br />
[counts - not yet calibrated]<br />
0<br />
0 10 20 30 40 50<br />
NO x<br />
[counts - not yet calibrated]<br />
4000<br />
F990803A<br />
4000<br />
F990803B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
0 10 20 30 40 50<br />
NO x<br />
[counts - not yet calibrated]<br />
0<br />
0 10 20 30 40 50<br />
NO x<br />
[counts - not yet calibrated]
Campagne 1999<br />
aerosols (0.3 µm) GRENOBLE-99<br />
53<br />
Projet Modélisation<br />
<strong>MetAir</strong><br />
4000<br />
F990726A<br />
4000<br />
F990726B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
0 40 80 120<br />
aerosols >0.3 µm [n/cm 3 ]<br />
0<br />
0 40 80 120<br />
aerosols >0.3 µm [n/cm 3 ]<br />
4000<br />
F990727A<br />
4000<br />
F990727B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
0 40 80 120<br />
aerosols >0.3 µm [n/cm 3 ]<br />
0<br />
0 40 80 120<br />
aerosols >0.3 µm [n/cm 3 ]<br />
4000<br />
F990803A<br />
4000<br />
F990803B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
0 40 80 120<br />
aerosols >0.3 µm [n/cm 3 ]<br />
0<br />
0 40 80 120<br />
aerosols >0.3 µm [n/cm 3 ]
Campagne 1999<br />
54<br />
Projet Modélisation<br />
water vapour mixing ratio GRENOBLE-99<br />
<strong>MetAir</strong><br />
4000<br />
F990726A<br />
4000<br />
F990726B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
0 4 8 12<br />
water vapour MixRat [g/kg]<br />
0<br />
0 4 8 12<br />
water vapour MixRat [g/kg]<br />
4000<br />
F990727A<br />
4000<br />
F990727B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
0 4 8 12<br />
water vapour MixRat [g/kg]<br />
0<br />
0 4 8 12<br />
water vapour MixRat [g/kg]<br />
4000<br />
F990803A<br />
4000<br />
F990803B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
0 4 8 12<br />
water vapour MixRat [g/kg]<br />
0<br />
0 4 8 12<br />
water vapour MixRat [g/kg]
Campagne 1999<br />
55<br />
Projet Modélisation<br />
wind speed profiles GRENOBLE-99<br />
<strong>MetAir</strong><br />
4000<br />
F990726A<br />
4000<br />
F990726B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
0 2 4 6 8 10<br />
0<br />
0 2 4 6 8 10<br />
wind speed [m/s]<br />
wind speed [m/s]<br />
4000<br />
F990727A<br />
4000<br />
F990727B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
0 2 4 6 8 10<br />
0<br />
0 2 4 6 8 10<br />
wind speed [m/s]<br />
wind speed [m/s]<br />
4000<br />
F990803A<br />
4000<br />
F990803B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
0 2 4 6 8 10<br />
wind speed [m/s]<br />
0<br />
0 2 4 6 8 10<br />
wind speed [m/s]
Campagne 1999<br />
56<br />
Projet Modélisation<br />
wind direction profiles GRENOBLE-99<br />
<strong>MetAir</strong><br />
4000<br />
F990726A<br />
4000<br />
F990726B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
0<br />
0 90 180 270 360<br />
wind dir. [deg]<br />
0<br />
0 90 180 270 360<br />
wind dir. [deg]<br />
4000<br />
F990727A<br />
4000<br />
F990727B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
0 90 180 270 360<br />
wind dir. [deg]<br />
0<br />
0 90 180 270 360<br />
wind dir. [deg]<br />
4000<br />
F990803A<br />
4000<br />
F990803B<br />
3000<br />
3000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
altitude [mMSL]<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
0 90 180 270 360<br />
wind dir. [deg]<br />
0<br />
0 90 180 270 360<br />
wind dir. [deg]
Campagne 1999<br />
57<br />
Projet Modélisation<br />
<strong>MetAir</strong><br />
Wind field between 1500 and 2500 mMSL<br />
45.4<br />
F990727B<br />
45.35<br />
45.3<br />
latitude North [deg]<br />
45.25<br />
45.2<br />
45.15<br />
45.1<br />
45.05<br />
45<br />
5.5 5.55 5.6 5.65 5.7 5.75 5.8 5.85 5.9 5.95 6<br />
longitude East [deg]
Campagne 1999<br />
58<br />
Projet Modélisation<br />
5. Analyses des POI<br />
Sur cette période de mesures, 2 épisodes ont eu un caractère particulièrement intense. Le graphe qui<br />
suit, montre l'évolution des concentrations en ozone sur les sites de Vif, Saint-Barthélémy et Saint-<br />
Nizier et les 2 POI. Les forts niveaux enregistrés au cours de celle-ci montrent que le choix de ces<br />
périodes a été bon, en particulier pour la première POI où on voit une montée en ozone typique d'une<br />
situation de haute pression et d'un temps stable. Au cours de cette POI n°1, il y a eu un gros effort de<br />
mesure tout particulièrement avec 2 mesures LIDAR et des mesures de COV par canisters et<br />
échantillonneurs passifs dans le sud de l'agglomération.<br />
100<br />
90<br />
POI1<br />
POI2<br />
limite horaire à<br />
ne pas<br />
dépasser<br />
80<br />
70<br />
Ozone en ppb<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
14/07/99 19/07/99 24/07/99 29/07/99 03/08/99 08/08/99 13/08/99<br />
O3 (ppb) vif O3 (ppb) St Barthelemy O3 (ppb) saint-nizier<br />
Figure 5.1. Concentration d'ozone sur l'ensemble de la campagne de mesure et identification des POI<br />
Au cours de ce mois de mesures intensives, la météorologie a été favorable à la formation d'ozone au<br />
cours des quinze premiers jours, puis elle a été assez perturbée et instable dans la deuxième<br />
quinzaine.<br />
Le 15 juillet, l'anticyclone des Açores est sur la France et amène du soleil et des températures de plus<br />
en plus chaudes, le 18 juillet un courant de sud-ouest arrive et le 20 juillet, c'est un flux d'ouest peu<br />
rapide et perturbé qui met fin au premier pic d'ozone enregistré durant cette campagne. Il n'y a pas eu<br />
de phase intensive de mesure durant cette période car il nous a semblé plus prometteur d'attendre<br />
des périodes avec des concentrations plus fortes en ozone, vu les résultats de la pré-campagne de<br />
mesure 1998. Néanmoins le LIDAR <strong>EPFL</strong> a fonctionné au cours de cette première période stable, et<br />
propice au développement de la pollution photochimique.<br />
Le 21 juillet, c'est le retour de l'anticyclone des Açores avec un flux de nord assez fort. Du 22 au 27<br />
juillet, l'anticyclone protège la région entre 2 dépressions dans un courant de nord qui faiblit, et donc<br />
qui laisse place à des températures plus chaudes et une deuxième période de pollution<br />
photochimique. C'est le déclenchement de la première POI pour le 26 et 27 juillet. Le 28 juillet une<br />
dépression entraînant des masses d'air instable arrive sur les Alpes et met fin à la première POI.<br />
Le 29 et le 30 juillet, c'est une situation d'été ni dépressionnaire ni anticyclonique avec de l'air chaud<br />
et humide. Le 1 er août, une zone dépressionnaire sans vent avec de l'air chaud s'installe, les niveaux<br />
d'ozone augmentent à nouveau. Le 2 août c'est le grand soleil, et le déclenchement de la deuxième<br />
POI. Le 3, il fait toujours beau et un flux de sud-ouest arrive avec une hausse des températures en<br />
altitude. Le 4, c'est flux de sud-ouest chaud et instable qui provoque la fin de la seconde POI.
Campagne 1999<br />
59<br />
Projet Modélisation<br />
A partir du 5 août, une dépression sur le proche Atlantique dirige un courant chaud et humide sur<br />
l'ensemble de la région donnant un temps instable. Ce régime se maintient jusqu'au 12 août, et laisse<br />
place à l'arrivée d'un courant océanique perturbé, devenant plus frais et humide le 13 août.<br />
5.1. Première POI du 24 au 27 juillet<br />
Entre le 24 et le 27 juillet 1999, les niveaux d’ozone ont régulièrement augmenté jusqu’au 27 juillet en<br />
fin d’après-midi où ils ont dépassé le seuil de 90 ppb pour 1 heure dans le sud de l’agglomération. Ce<br />
seuil correspond au niveau à partir duquel un plan d’actions pour la diminution de la teneur en ozone<br />
doit être mis en place.<br />
Le graphe ci-dessous montre l’évolution des concentrations d’ozone dans les 3 vallées du Y<br />
grenoblois avec respectivement la station de la Terrasse dans la vallée du Grésivaudan au nord-est,<br />
la station du Chevalon de Voreppe dans la cluse de Voreppe au nord-ouest en direction de la vallée<br />
du Rhône, les stations de Vif et Saint-Barthélémy au sud et la station d’altitude de Saint-Nizier. La<br />
caractéristique de chacune de ces stations de mesures est qu’elles se situent à plusieurs kilomètres<br />
du centre ville.<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
Ozone en ppb<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
24-juil-99 24-juil-99 25-juil-99 25-juil-99 26-juil-99 26-juil-99 27-juil-99 27-juil-99 28-juil-99<br />
heure locale<br />
O3 (ppb) vif O3 (ppb) St Barthelemy O3 (ppb) voreppe O3 (ppb) terrasse O3 (ppb) saint-nizier<br />
Figure 5.1.1. Concentrations d'ozone du 24 au 28 juillet 1999<br />
Les stations de la Terrasse et de Voreppe montrent un comportement similaire avec une<br />
augmentation journalière des concentrations en ozone et une forte baisse la nuit à la différence de la<br />
station de Vif située dans le sud de Grenoble et dans le même type de site.<br />
Les stations de Saint-Barthélémy et de Saint-Nizier ont un comportement similaire avec un niveau<br />
d’ozone qui reste fort la nuit entre 20 ppb au début de l’épisode et 45 ppb à la fin car elles se situent<br />
en altitude. En effet il est important de noter qu’il n’y a pas de baisse de l’ozone à ces altitudes, car la<br />
nuit il n’y a pas de NO x (bloqué dans la couche de mélange qui est faible) et donc il n’y a pas de<br />
titration de l’ozone par l'oxyde d'azote. Les maxima de ces 2 stations sont les mêmes pour le 24 juillet,<br />
puis leur différence s’accentue jusqu’à un écart de 20 ppb le 27 juillet en faveur de la station de Saint-<br />
Barthélémy. Cette différence est due au fait que cette station se situe dans l’axe des vents thermiques<br />
dominant qui soufflent du nord vers le sud. Ils poussent donc le panache d’ozone sur Saint-<br />
Barthélémy qui se trouve à la distance théorique idéale (environ 15 km) pour enregistrer le maximum<br />
du panache en ozone produit par la cité.<br />
Au niveau du vent, le régime de nord faiblit progressivement entre le 24 et le 26 juillet tandis qu'un<br />
régime de vent de vallée s'installe progressivement dans le bassin grenoblois. L’augmentation en
Campagne 1999<br />
60<br />
Projet Modélisation<br />
ozone traduit bien ce changement de régime de vent. Il montre que le panache de la ville enregistré à<br />
Saint-Barthélémy a augmenté régulièrement pour atteindre son maximum le 27 juillet en fin d’aprèsmidi<br />
avec une concentration d’ozone de 100 ppb.<br />
1000<br />
302<br />
900<br />
300<br />
800<br />
298<br />
700<br />
296<br />
Radiation solaire w/m2<br />
600<br />
500<br />
400<br />
294<br />
292<br />
290<br />
Température en kelvin<br />
300<br />
288<br />
200<br />
286<br />
100<br />
284<br />
0<br />
282<br />
24-juil-99 24-juil-99 25-juil-99 25-juil-99 26-juil-99 26-juil-99 27-juil-99 27-juil-99 28-juil-99<br />
heur locale<br />
Irrad W/m2<br />
Temp K<br />
Figure 5.1.2. Variation de la radiation solaire et de la température<br />
à Saint-Barthélémy entre le 24 et le 28 juillet 1999<br />
Le graphe de la température et de la radiation solaire montre que cette période a été très ensoleillée.<br />
Paradoxalement c’est le 27 juillet, jour où le maximum d’ozone a été enregistré au sol au sud de<br />
Grenoble que la radiation solaire a été la plus faible.<br />
Ce maximum arrive aussi au moment où il y a une bascule en altitude d’un régime faible de Nord à un<br />
régime de Sud-est. Les courbes du graphe ci-dessous montrent les mesures de vent réalisées par<br />
ballon sonde à l’aéroport de Lyon Satolas. On voit nettement la bascule à un vent du sud-est en<br />
altitude entre le 24 et le 27 juillet.<br />
Comparaison Profil Lyon 24 et 27 juillet 1999 à 12:00 UTC<br />
10000<br />
9000<br />
8000<br />
7000<br />
ASL [m]<br />
6000<br />
5000<br />
4000<br />
3000<br />
2000<br />
1000<br />
0<br />
-30 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360<br />
direction et vitesse du vent<br />
direction 27.04.99 vitess 27.04.99 vitesse 24.07.99 direction 24.07.99<br />
Figure 5.1.3. Profil de vent enregistré à Lyon Satolas par ballon-sonde<br />
le 24 et le 27 juillet 1999
Campagne 1999<br />
61<br />
Projet Modélisation<br />
Dans la suite de l'analyse de cette POI, les mesures de profils verticaux de concentrations d’ozone,<br />
les mesures du profileur de vent et les mesures avions nous permettent de suivre l’évolution en 3<br />
dimensions de l’ozone. A partir de ces mesures verticales, on calcule un graphe de flux d'ozone. Ce<br />
flux d’ozone est calculé pour chaque minimum et maximum d'ozone journalier enregistré sur le site de<br />
Vif.<br />
Le flux d'ozone à la verticale de Vif est calculé à partir de la mesure LIDAR ozone et de la mesure<br />
horizontale de vent réalisée par le profileur de vent à la verticale de Vif.<br />
La représentation de ce flux permet de visualiser le transport horizontal de l'ozone dans les différentes<br />
couches de l'atmosphère par rapport au niveau de référence (altitude de Vif 310 mètres) jusqu'aux<br />
alentours de 3000 mètres. Pour calculer ce flux, on prend la mesure ozone LIDAR moyennée sur 30<br />
mn et centrée sur la mesure de vent, soit pour le flux suivant du 24 juillet 1999 7h45 +/- 15 mn.<br />
Pour calculer ce flux, on prend la mesure ozone LIDAR moyennée sur 30 mn et centrée sur la mesure<br />
de vent. Le flux suivant du 24 juillet 1999 a été calculé par rapport à 17h45 +/- 15 mn. Dans la suite de<br />
l'analyse de cette POI, un graphe de flux d'ozone est présenté pour chaque minimum et maximum<br />
d'ozone journalier enregistré sur le site de Vif. Le flux d'ozone à la verticale de Vif a été calculé à partir<br />
de la mesure LIDAR ozone et de la mesure horizontale de vent réalisée par le profileur.<br />
5.1.1. Le samedi 24 juillet<br />
Le 24 juillet, les maxima d’ozone en altitude ont été enregistrés à 17h45 heure locale. C’est le premier<br />
jour où l’on observe une augmentation des températures.<br />
4000<br />
3500<br />
Mesures LIDAR Ozone<br />
le 24.07.1999 à 17h45<br />
Vif- France<br />
O3 DOAS<br />
O3 LIDAR<br />
3000<br />
2500<br />
ASL [m]<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
0 20 40 60 80 100<br />
O3 [ppb]<br />
Figure 5.1.1.1. Flux d'ozone et profil vertical LIDAR à Vif le 24 juillet 1999 à 17h45<br />
Le graphe du flux horizontal de l’ozone suivant la verticale fait ressortir clairement 3 régimes.<br />
• Le premier se situe entre 200 et 1700 mètres. Il met en évidence le transport horizontal de l’ozone<br />
par les vents thermiques de la vallée, légèrement soutenu par le régime de nord. Ce flux permet<br />
d'estimer la hauteur de mélange qui est de l’ordre de 2000 mètres.<br />
• Le deuxième se trouve entre 2000 et 2500 mètres. Ce flux est faible, car les vitesses de vent sont<br />
faibles. Cette couche est la couche de cisaillement due aux grandes falaises du Vercors s’élevant<br />
jusqu’à 2500 mètres. Elle provoque un découplage entre la vallée et la partie de la couche limite<br />
planétaire située au-dessus des montagnes.<br />
• Le troisième niveau, entre 2500 et 3000 mètres, décrit la situation synoptique en traduisant<br />
l’atténuation du régime de nord en accord avec le flux de vent enregistré par le radio sondage de<br />
Lyon Satolas. La concentration d’ozone mesurée est entre 45 et 50 ppb. C'est la concentration<br />
d'ozone de fond de la troposphère libre.
Campagne 1999<br />
62<br />
Projet Modélisation<br />
Le profil LIDAR de Vif montre une forte concentration d’ozone en fin de journée entre 200 et 1500<br />
mètres. Cette couche représente la couche de mélange d’une hauteur de 1500 mètres et bien<br />
mélangé du fait de la turbulence. Il est intéressant de noter que la concentration d’ozone enregistrée à<br />
500 mètres est de 70 ppb alors que l’on mesure 55 ppb au sol.<br />
5.1.2. Le dimanche 25 juillet<br />
Le 25 juillet, le régime de nord faiblit en altitude et une situation de haute pression s’installe. Les<br />
températures sont en hausse et l’ensoleillement est total (cf. fig. 5.1.2.1).<br />
Le graphe du flux d’ozone à 5h45 montre qu’il est faible venant du sud-ouest proche du sol, puis du<br />
sud jusqu’à l’altitude de 2400 mètres. Le vent thermique au sol est dominant c’est-à-dire qu’il souffle<br />
des montagnes au sud de Vif vers la cité. Au-dessus de 2500 mètres, le flux d’ozone vient du nord car<br />
le régime synoptique est toujours au nord comme le confirme les mesures du radio sondage de Lyon.<br />
Dans cette situation, le régime de sud au sud de Grenoble est prédominant et d’origine thermique.<br />
Les profils verticaux LIDAR d’ozone réalisés à Vif et Voreppe montrent un bon accord dans la<br />
première couche située entre 0 et 1000 mètres. Ces résultats montrent la destruction de l’ozone au sol<br />
par titration des NOx jusqu’à la hauteur de la couche résiduelle vers 800 mètres. Au-dessus de cette<br />
couche, la valeur est constante à Vif et voisine de 50-55 ppb ce qui représente des valeurs normales<br />
peu chargées en ozone. Sur Voreppe, les concentrations diminuent avec l'altitude.<br />
Mesures LIDAR Ozone<br />
le 25.07.1999 à 5h45<br />
4000<br />
3500<br />
O3 Lidar Coparly, Voreppe,<br />
O3 Lidar <strong>EPFL</strong>, Vif<br />
O3 DOAS à Vif<br />
3000<br />
2500<br />
ASL [m]<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
0 25 50 75 100<br />
O3 [ppb]<br />
Figure 5.1.2.1. Flux d'ozone et profil vertical LIDAR à Vif et à Voreppe le 25 juillet 1999 à 5h45<br />
Le 25 juillet à 18h15, le profil de Voreppe montre un maximum d’ozone entre le sol et 1500 mètres. Le<br />
profil de Vif quant à lui est linéaire et ne voit pas arriver ce maximum d’ozone, car c’est le panache de<br />
la ville qui est poussé et dispersé dans la couche de mélange au sud de la ville.<br />
Le graphe du flux d’ozone à Vif met en évidence ces 2 couches. La première, située entre 200 et 1250<br />
mètres, est due au régime thermique de la vallée. La deuxième entre 2000 et 3000 mètres montre un<br />
flus d'ozone opposé. Elle semble être due au cisaillement engendré par le massif du Vercors car à<br />
cette heure le vent synoptique mesuré par le radiosondage de Satolas est de nord, nord-est. Il est à<br />
noter que l'échelle radiale des graphes de flux d'ozone varie, et que le flux le 25 juillet à 18h15 est<br />
bien supérieur à celui mesuré le 24 juillet.
Campagne 1999<br />
63<br />
Projet Modélisation<br />
4000<br />
3500<br />
Mesures LIDAR Ozone<br />
25.07.1999 à 18h15<br />
O3 Lidar Coparly, Voreppe<br />
O3 Lidar <strong>EPFL</strong>, Vif<br />
O3 DOAS, Vif<br />
3000<br />
2500<br />
ASL [m]<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
0 25 50 75 100<br />
O3 [ppb]<br />
Figure 5.1.2.3. Flux d'ozone et profil vertical LIDAR à Vif et à Voreppe le 25 juillet 1999 à 18h15<br />
5.1.3. Le lundi 26 juillet<br />
Le 26 juillet, les conditions météorologiques sont toujours anticycloniques. Les températures<br />
augmentent progressivement pour atteindre les 30°C, et le temps devient lourd en fin de journée.<br />
Mesures LIDAR Ozone<br />
le 26.07.1999 à 7h15<br />
4000<br />
3500<br />
O3 Lidar Coparly,<br />
Voreppe<br />
O3 Lidar <strong>EPFL</strong>, Vif<br />
O3 DOAS, Vif<br />
3000<br />
2500<br />
ASL [m]<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
0 25 50 75 100<br />
O3 [ppb]<br />
Figure 5.1.3.1. Flux d'ozone et profil vertical LIDAR à Vif et à Voreppe le 26 juillet 1999 à 7h15<br />
A 7h15, le profil réalisé à Vif montre une destruction de l’ozone jusqu’à 1500 mètres, hauteur de la<br />
couche de mélange (cf. fig.4.4.2.4) mesurée. Cette destruction de l’ozone est principalement due à la<br />
déposition sèche qui est importante en zone montagneuse ainsi qu’à la titration par les NO x . Ce<br />
graphe met en évidence la formation d’une couche d’ozone de réserve 5 au bout de 2 jours de temps<br />
bien ensoleillé et calme au sud de Grenoble. Le maximum d’ozone dans cette couche est de 75 ppb.<br />
5 ozone préservée pendant la nuit dans la couche réservoir (environs 500-1500 m au-dessus du sol)
Campagne 1999<br />
64<br />
Projet Modélisation<br />
Le profil de Voreppe montre bien qu’il y a une destruction totale de l’ozone proche du sol. Sa mesure<br />
s’arrêtant à 1000 mètres, il est difficile d’en tirer une information sur la couche réservoir dans le nord<br />
de Grenoble à ce moment. Le graphe du flux met en évidence le flux matinal d’ozone poussé par les<br />
brises de pente en direction de la ville.<br />
Dans l’après-midi, les concentrations d’ozone au sol avoisinent les 85 ppb dans le sud de<br />
l’agglomération. A 18h15, le profil vertical de Vif est bien homogène jusqu’à 2500 mètres (mesure de<br />
la hauteur de mélange). Il met en avant le flux d’ozone en provenance de la ville bien mélangée entre<br />
le sol et 2500 mètres avec des concentrations allant jusqu’à 80 ppb à 1000 mètres. Le graphe du flux<br />
d’ozone confirme ce résultat en montrant nettement le passage d'un flux venant du nord, nord-est à<br />
Vif dans une couche comprise entre 0 et 2000 mètres. Entre 2500 et 3000 mètres, on a un flux de<br />
sud, car le vent en altitude a basculé au sud, sud-ouest depuis le milieu de journée d’après les<br />
mesures du radiosondage de Satolas de 12h00, heure UTC.<br />
3500<br />
3000<br />
Mesures LIDAR Ozone<br />
le 26.07.1999 à 18h15<br />
O3 Lidar Coparly,<br />
Voreppe<br />
O3 Lidar <strong>EPFL</strong><br />
O3 DOAS, Vif<br />
2500<br />
2000<br />
ASL [m]<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
0 25 50 75 100<br />
O3 [ppb]<br />
Figure 5.1.3.2. Flux d'ozone et profil vertical LIDAR à Vif et à Voreppe le 26 juillet 1999 à 18h15<br />
Les 2 profils verticaux ci-dessous enregistrés à 10h15 et 11h45 comparent la mesure ozone réalisée<br />
par l’avion et la mesure LIDAR au-dessus de l’école Champollion à Vif, et ils montrent un accord<br />
satisfaisant entre ces 2 procédés de mesure.<br />
4000<br />
O3<br />
Avion Metair et Lidar <strong>EPFL</strong> à Vif<br />
26.07.99 à 10h15<br />
4000<br />
O3<br />
Avion Metair et Lidar <strong>EPFL</strong> à Vif<br />
26.07.99 à 11h45<br />
3500<br />
3500<br />
3000<br />
3000<br />
2500<br />
2500<br />
ASL [m]<br />
2000<br />
ASL [m]<br />
2000<br />
1500<br />
1500<br />
1000<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
O3 Lidar<br />
<strong>EPFL</strong> à Vif<br />
O3 Avion<br />
Metair à Vif<br />
O3 DOAS à<br />
0 20 40 60 80 100 120 140<br />
O3 [ppb]<br />
Vif<br />
500<br />
0<br />
O3 Lidar<br />
<strong>EPFL</strong> à Vif<br />
Avion Metair<br />
à Vif<br />
O3 DOAS à<br />
Vif<br />
0 20 40 60 80 100 120 140<br />
O3 [ppb]<br />
Figure 5.1.7. Comparaison du profil vertical d'O 3 mesuré par le LIDAR<br />
avec une mesure avion à la verticale de Vif au cours de la matinée du 26 juillet 1999
Campagne 1999<br />
65<br />
Projet Modélisation<br />
Des profils verticaux simultanés en ozone ont été obtenus pour les 3 vallées de Grenoble, à partir des<br />
mesures des LIDAR situés à Vif et Voreppe, et de l’avion dans la vallée de Crolles. La destruction de<br />
l’ozone proche du sol est encore visible le matin avec une concentration résiduelle proche de 60 ppb à<br />
2500 mètres. Au cours de l’après-midi, la valeur au sol augmente et montre que c’est dans la vallée<br />
de Vif qui se trouve sous le vent par rapport à la ville où l'on atteint les plus fortes concentrations alors<br />
que la vallée du Grésivaudan et la Cluse de Voreppe présentent des concentrations similaires.<br />
O3 Profiles<br />
Avion à Crolles- Lidar <strong>EPFL</strong> à Vif- Lidar Coparly à Voreppe<br />
26.07.99 à 9h30 -10h<br />
O3 Profiles<br />
Lidar Coparly à Voreppe-Avion Metair à Crolles-Lidar <strong>EPFL</strong> à Vif<br />
26.07.99 à 14h-14h30<br />
ASL [m]<br />
4000<br />
3500<br />
3000<br />
2500<br />
2000<br />
O3 Lidar<br />
<strong>EPFL</strong> à Vif<br />
O3 Avion<br />
Metair à<br />
Crolles<br />
O3 Lidar<br />
Coparly à<br />
Voreppe<br />
O3 DOAS à<br />
Vif<br />
ASL [m]<br />
4000<br />
3500<br />
3000<br />
2500<br />
2000<br />
O3 Lidar<br />
<strong>EPFL</strong> à Vif<br />
O3 Avion<br />
Metair à<br />
Crolles<br />
O3 Lidar<br />
Coparly à<br />
Voreppe<br />
O3 DOAS à<br />
Vif<br />
1500<br />
1500<br />
1000<br />
1000<br />
500<br />
500<br />
0<br />
0 20 40 60 80 100<br />
O3 [ppb]<br />
0<br />
0 20 40 60 80 100<br />
O3 [ppb]<br />
Figure 5.1.3.3. Comparaison des trois profils verticaux (2 LIDAR et 1 avion) de concentrations<br />
d'ozone réalisés dans les 3 vallées entre 9h30-10h et 14h-14h30 le 26 juillet 1999<br />
Le pic observé à 3500 mètres pourrait éventuellement être la signature du transport d’ozone à grande<br />
échelle.<br />
5.1.4. Le mardi 27 juillet<br />
Le 27 juillet, le ciel est bien dégagé en matinée puis il se voile en milieu de journée (cf. fig. 5.1.2) par<br />
un flux de sud. Les températures sont élevées et dépassent les 30 °C.<br />
Le LIDAR placé dans la vallée de Voreppe est en panne. C’est pourquoi seul le profil réalisé à Vif est<br />
présenté sur les graphes suivants.<br />
3500<br />
3000<br />
Mesures LIDAR Ozone<br />
le 26.07.1999 à 7h15<br />
Vif-France<br />
O3 Lidar <strong>EPFL</strong>, Vif<br />
O3 DOAS<br />
2500<br />
2000<br />
ASL [m]<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
0 25 50 75 100<br />
O3 [ppb]<br />
Figure 5.1.4.1. Flux d'ozone et profil vertical LIDAR à Vif le 27 juillet 1999 à 7h15
Campagne 1999<br />
66<br />
Projet Modélisation<br />
A 7h15, le graphe de flux montre un transport d’ozone faible dû au vent catabatique soufflant en<br />
direction de Grenoble et ayant une vitesse faible (0.5 à 1 m/s). Plus l’altitude est élevée, plus ce flux<br />
augmente car le vent à 3000 mètres est de secteur sud et souffle à une vitesse de 10 m/s.<br />
Sur le profil vertical, la destruction de l’ozone proche du sol est bien visible et met en évidence la<br />
couche réservoir qui atteint une valeur maximum de 80 ppb dans une couche située à 1500 mètres.<br />
Le maximum d’ozone au sol de cette POI est enregistré entre 15h00 et 15h15 à la station mobile de<br />
Saint-Barthélémy avec une concentration de 98.5 ppb. A ce moment le régime thermique local proche<br />
du sol a pris le dessus sur le régime d’altitude. Ce résultat est montré par le graphe de gauche de la<br />
figure 5.1.11, où on voit clairement se dessiner les 2 régimes. Ce régime thermique local de nord se<br />
développe dans une couche de 600 mètres d’épaisseur à 14 h heure locale. Le radiosondage de Lyon<br />
Satolas ne voit pas du tout cet effet dans la vallée du Rhône où le régime de vent de sud est en place.<br />
Le profil vertical de la direction du vent du radiosondage met parfaitement en évidence la couche<br />
limite d'Eckman entre 2000 mètres et le sol. Sur Vif, par contre, le profil vertical du profileur de vent<br />
montre que cette couche limite d'Eckman se développe en dessous de 3000 mètres, résultat de<br />
l'influence des falaises du Vercors située juste au-dessus de Vif et pointant jusqu'à 2000 mètres. Entre<br />
le sol et 1250 mètres, le régime thermique local au site de Grenoble se développe avec une zone de<br />
recouvrement située entre 1250 et 2000 mètres.<br />
Comparaison RS Lyon et profileur de vent Vif le 27 juillet 1999 à 12 UTC<br />
8000<br />
7000<br />
6000<br />
5000<br />
4000<br />
3500<br />
3000<br />
2500<br />
O3 Avion<br />
à Crolles<br />
O3 Lidar<br />
<strong>EPFL</strong> à<br />
Vif<br />
O3 DOAS<br />
à Vif<br />
O3 Profiles:<br />
Avion à Crolles- Lidar <strong>EPFL</strong> à Vif<br />
le 27.07.99 à 14h25-14h55<br />
ASL [m]<br />
4000<br />
ASL [m]<br />
2000<br />
3000<br />
1500<br />
2000<br />
1000<br />
1000<br />
0<br />
0 50 100 150 200 250 300<br />
500<br />
direction du vent en °<br />
Profileur Vif RS Lyon<br />
0<br />
0 20 40 60 80 100 120 140<br />
O3 [ppb]<br />
Figure 5.1.4.2. Profils des directions de vent enregistrés à Vif et à Lyon à 14 h. Profil vertical LIDAR à<br />
Vif et avion à Voreppe le 27 juillet 1999 à 14h55<br />
Dans ce cas, les montagnes font écran au régime de sud d’altitude. La combinaison de l’augmentation<br />
des températures et d'une couche réservoir remplie par plusieurs jours de temps anticyclonique font<br />
augmenter les concentrations d’ozone jusqu'à des valeurs proche de 100 ppb au sud de la ville.<br />
Le graphe de droite montre que le maximum d’ozone est enregistré vers 700 mètres entre 14h25 et<br />
14h55 avec une concentration de plus de 100 ppb. Ce résultat est cohérent avec la mesure ponctuelle<br />
de Saint-Barthélémy qui a enregistré une concentration d’ozone de 98.5 ppb à 620 mètres d’altitude.<br />
A 17h45, le graphe de flux fait ressortir le régime thermique local (vent de nord entre 150 et 1400<br />
mètres) et le régime synoptique du sud. Le régime thermique est plus fort à 17h45 qu’à 14h55 avec<br />
une couche de cisaillement à1500 mètres. Le profil vertical montre un profil vertical assez homogène<br />
jusqu’à 1500 mètres avec un maximum d’ozone autour de 90 ppb.
Campagne 1999<br />
67<br />
Projet Modélisation<br />
Mesures LIDAR Ozone<br />
le 27.07.1999 à 17h45<br />
Vif-France<br />
4000<br />
3500<br />
O3 Lidar <strong>EPFL</strong>, Vif<br />
O3 DOAS<br />
3000<br />
2500<br />
ASL [m]<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
0 25 50 75 100<br />
O3 [ppb]<br />
Figure 5.1.4.3. Flux d'ozone et profil vertical LIDAR à Vif le 27 juillet 1999 à 17h45<br />
La comparaison de profils verticaux LIDAR et<br />
avion à Vif se corrèlent bien et valide cette<br />
mesure verticale. Ces profils verticaux d’ozone<br />
sont homogènes jusqu’à 3000 mètres car<br />
l’atmosphère à cette heure de la journée est<br />
bien mélangée par la turbulence. Les<br />
concentrations mesurées sont supérieures à<br />
80 ppb dans cette couche et traduisent<br />
l’intensité maximum de nuage photochimique<br />
au sud de la ville au cours de cette POI.<br />
4000<br />
3500<br />
3000<br />
2500<br />
O3<br />
Avion Metair et Lidar <strong>EPFL</strong> à Vif<br />
27.07.99 à 16h40 à17h15<br />
Figure 5.1.4.4. Comparaison des 2 profils<br />
verticaux (1 LIDAR et 1 avion) de<br />
concentrations d'ozone réalisés dans les<br />
vallées de Crolles et de Vif entre 14h25-14h45<br />
et 16h40-17h15 le 27 juillet 1999 sur Vif.<br />
ASL [m]<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
O3 Avion<br />
Metair<br />
500<br />
O3 Lidar<br />
<strong>EPFL</strong><br />
O3 DOAS à<br />
Vif<br />
0<br />
0 20 40 60 80 100 120 140<br />
O3 [ppb]<br />
Le 28 juillet, l’arrivée d’un temps maussade accompagnée d’une baisse des températures fait chuter<br />
les niveaux d’ozone à des concentrations de 70 ppb. Le vent tourne au nord-ouest en altitude.
Campagne 1999<br />
68<br />
Projet Modélisation<br />
Au cours de cette POI, des mesures de COV 6 ont été réalisées par capteurs ponctuels (canisters et<br />
tubes) à Vif.<br />
La figure 5.1.15 montre que les mesures de formaldéhyde réalisées par le système DOAS concordent<br />
bien avec celle réalisées par canister le 26 et 27 juillet. Le formaldéhyde résulte de l’oxydation des<br />
COV dans le processus photochimique de formation de l’ozone. C’est donc un bon traceur de la<br />
pollution photochimique. Cette courbe montre que l'évolution temporelle de la concentration de<br />
formaldéhyde suit celle de l’ozone. Les concentrations de formaldéhyde mesurées sont donc d'origine<br />
photochimique dans le sud de Grenoble.<br />
HCHO [ppb]<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
O3 [ppb]<br />
0<br />
0<br />
7/24 7/25 7/26 7/27 7/28<br />
Date<br />
HCHO (315 nm)<br />
O3 (283 nm)<br />
Figure 5.1.4.5. Comparaison entre l'ozone et le formaldéhyde mesuré par DOAS à Vif.<br />
Sur la figure ci-dessous, la mesure du dioxyde de soufre fait ressortir des pics journaliers autour de 4<br />
à 5 ppb. Généralement les mesures de dioxyde de soufre sont dans la limite de détection des<br />
appareils, c’est-à-dire de quelques ppb. Ces pics de dioxyde de soufre pourraient donc être d'origine<br />
industrielle.<br />
8<br />
7<br />
6<br />
SO2, HCHO [ppb]<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
7/24 7/25 7/26 7/27 7/28 7/29<br />
Date<br />
SO2 (315 nm) DNPH HCHO (315 nm)<br />
Figure 5.1.4.6. Comparaison de la concentration de formaldéhyde mesuré par DOAS<br />
et capteur passif (DNPH) à Vif, ainsi que la mesure de dioxyde de soufre.<br />
6 Composés organiques volatils
Campagne 1999<br />
69<br />
Projet Modélisation<br />
5.2. Deuxième POI du 1 au 3 août<br />
La deuxième POI a commencé le 1 er août. Des mesures LIDAR ont été effectuées le 2 et le 3 août à<br />
Vif et l’avion a réalisé 2 vols le mardi 3 août.<br />
Le graphe ci-dessous montre l’évolution des concentrations en ozone dans les 3 vallées du Y-<br />
grenoblois. Ce graphe montre une évolution plus chaotique des courbes d’ozone par rapport à la<br />
première POI. En effet dans la nuit du 1 er août, suite à une situation de temps estivale avec de l’air<br />
chaud, les stations de Saint-Barthélémy et Saint-Nizier enregistrent des niveaux de concentrations<br />
d’ozone de fond élevés compris entre 50 et 60 ppb. Sous un temps ensoleillé, chaud et sans vent les<br />
niveaux d’ozone montent progressivement au cours de la journée du 1 er août. Le 2 août, c’est la<br />
poursuite d’un temps chaud et ensoleillé avec le développement des régimes thermiques en vallée. La<br />
production photochimique commence et les concentrations d’ozone montent jusque vers 90 ppb dans<br />
le sud de Grenoble vers 17 heures.<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
Ozone en ppb<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
01-août-99 01-août-99 02-août-99 02-août-99 03-août-99 03-août-99 04-août-99 04-août-99 05-août-99<br />
heure locale<br />
O3 (ppb) vif O3 (ppb) St Barthelemy O3 (ppb) terrasse O3 (ppb) saint-nizier<br />
Figure 5.2.1. Profils des concentrations d'ozone du 1 au 4 août 1999<br />
dans les 3 vallées du Y-grenoblois<br />
Le lundi 2 août en début de matinée, la plus forte baisse de l’ozone est due au fait que le trafic routier<br />
est beaucoup plus dense à 8 heures du matin que pour un week-end. Cet effet est particulièrement<br />
visible pour les stations de Vif et de Saint-Barthélémy. Les stations rurales d’altitude enregistrent une<br />
augmentation de la couche réservoir d’ozone, qui passe de 40 ppb à 55 ppb entre la nuit du 1 er août et<br />
du 2 août.<br />
Le 3 août, la couche réservoir atteint son maximum avec une concentration de 65 ppb, et la formation<br />
d’ozone au sol commence à être générée. Cependant en début d’après-midi, l’ensemble des mesures<br />
au sol montre un arrêt brutal de la production d’ozone avec l’arrivée d’un fort vent géostrophique de<br />
sud à partir de 15 heures.<br />
Le mercredi 4 août, avec l'arrivée d'un régime de sud-ouest instable, les niveaux d’ozone restent<br />
stables.<br />
On constate une différence horaire de l'apparition des maxima d'ozone sur cette période. Le 1 er et le<br />
2, les maxima arrivent aux alentours de 17h00, alors que le 3 août le maximum est mesuré à 14h30.<br />
La figure 5.2.2. montre que les journées du 1 er , du 2 et du 3 août ont bénéficié d'un fort ensoleillement<br />
avec un flux solaire supérieur à 900 Watt/m 2 . L'évolution du profil de température traduit ce fort<br />
ensoleillement en début d'épisode, puis l'arrivée d'un temps instable et lourd à partir du mercredi 4<br />
août. Il n'y a pas de diminution de la radiation solaire, pouvant expliquer la décroissance prématurée<br />
de l'ozone le 3 août.
Campagne 1999<br />
70<br />
Projet Modélisation<br />
1000.0<br />
302<br />
Radiation solaire W/m2<br />
900.0<br />
800.0<br />
700.0<br />
600.0<br />
500.0<br />
400.0<br />
300.0<br />
200.0<br />
100.0<br />
300<br />
298<br />
296<br />
294<br />
292<br />
290<br />
288<br />
Température en kelvin<br />
0.0<br />
286<br />
01/08/99 01/08/99 02/08/99 02/08/99 03/08/99 03/08/99 04/08/99 04/08/99 05/08/99<br />
Radiation solaire W/m2<br />
Température en K<br />
Figure 5.2.2. Flux solaire et température enregistrés à Saint-Barthélémy du 1 er au 4 août 1999<br />
Au cours de cette POI, il n'y a pas eu de mesure de COV par analyseur ponctuel. La mesure de<br />
formaldéhyde a été réalisée avec le DOAS et validée au cours de la POI1. Le graphe ci-dessous<br />
compare l'évolution du profil d'ozone et de formaldéhyde pour lequel la barre d'erreur de mesure est<br />
indiquée. Le profil de ce dernier suit bien le profil d'ozone avec un rapport 1/10, ce qui nous indique<br />
que le formaldéhyde mesuré à Vif est d'origine photochimique du moins jusqu'au 3 août. Il est<br />
intéressant de noter que durant la titration de l'ozone par l'oxyde d'azote le lundi 2 août vers 8 heures,<br />
une montée de la concentration de formaldéhyde est enregistrée. Dans ce cas, cette augmentation<br />
est due au rejet direct de formaldéhyde par les voitures en tant que polluant primaire.<br />
HCHO [ppb]<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
O3 [ppb]<br />
0<br />
0<br />
8/1 8/2 8/3 8/4 8/5<br />
Date<br />
HCHO (315 nm)<br />
O3 (283 nm)<br />
Figure 5.2.3. Comparaison entre les concentrations d'ozone et de formaldéhyde<br />
mesurées avec le DOAS à Vif<br />
Le 3 août en début d'après-midi, le formaldéhyde cesse d'augmenter en même temps que l'ozone.<br />
C'est la fin de l'épisode photochimique. Son niveau reste élevé au cours de la nuit ainsi que dans la<br />
journée du mercredi 4 août où la titration de l'ozone par l'oxyde d'azote est bien visible le matin. Au<br />
cours du 4 août, des épisodes de pluie se sont succédés. Etant donné que l'ozone et le formaldéhyde<br />
ne sont pas solubles dans l'eau, il est difficile de connaître l'origine du formaldéhyde mesuré dans la<br />
journée du 4 août.
Campagne 1999<br />
71<br />
Projet Modélisation<br />
5.2.1. Le lundi 2 août<br />
Le profil LIDAR réalisé à Vif le 2 août à 11 heures, met en évidence la destruction de l'ozone proche<br />
du sol. Les concentrations mesurées au-dessus de 1000 mètres indiquent la présence de la couche<br />
d'ozone de réserve déjà chargée avec des concentrations proches de 80 ppb à 2500 mètres.<br />
A 17 heures, les maxima d'ozone sont enregistrés au-dessus de Vif, avec des concentrations proches<br />
de 100 ppb à l'altitude de 500 mètres. Il est intéressant de noter que la station de Saint-Barthélémy ne<br />
mesure pas ce maximum d'ozone. Un second pic est enregistré vers 1500 mètres. Globalement ce<br />
profil vertical est bien régulier car la couche limite est bien mélangée en fin de journée. Ce profil<br />
montre encore que la colonne d'air, située entre 500 et 2000 mètres, s'est chargée de 10 à 20 ppb<br />
d'ozone au cours de l'après-midi.<br />
4000<br />
O3 Profile<br />
Lidar <strong>EPFL</strong> à Vif<br />
le 2.08.99 à 11h00<br />
4000<br />
O3 Profile<br />
Lidar <strong>EPFL</strong> à Vif<br />
le 2.08.99 à 17h00<br />
3500<br />
3500<br />
3000<br />
3000<br />
2500<br />
2500<br />
ASL [m]<br />
2000<br />
ASL [m]<br />
2000<br />
1500<br />
1500<br />
1000<br />
O3 Lidar<br />
<strong>EPFL</strong> à<br />
Vif<br />
1000<br />
O3 Lidar<br />
à Vif<br />
500<br />
O3 DOAS<br />
à Vif<br />
500<br />
O3 DOAS<br />
à Vif<br />
0<br />
0 20 40 60 80 100 120 140<br />
O3 [ppb]<br />
0<br />
0 20 40 60 80 100 120 140<br />
O3 [ppb]<br />
Figure 5.2.1.1. Profils verticaux LIDAR à Vif le 2 août 1999 à11h00 et 17h00<br />
A la différence du 1 er août où le régime de vent d'altitude était au nord, il est en train de basculer<br />
progressivement à un régime d'ouest, sud-ouest (cf. fig. 5.2.5).<br />
Figure 5.2.1.2. Profils verticaux direction de vent à Vif le 2 août 1999 entre 10 et 11h,et 17h et 17h45
Campagne 1999<br />
72<br />
Projet Modélisation<br />
5.2.2. Le mardi 3 août<br />
Le 3 août entre 9h35 et 10h, la comparaison des profils verticaux d'ozone réalisés avec le LIDAR à Vif<br />
et avec l'avion à Crolles enregistre une charge identique d'ozone, à la différence de la POI de juillet ou<br />
le sud de l'agglomération était toujours plus chargé. La destruction de l'ozone proche du sol est<br />
encore bien visible; elle est à cette heure-ci un peu plus importante à Crolles. Ces profils mettent en<br />
évidence des concentrations d'ozone plus fortes au-dessus de 1000 mètres. C'est la couche réservoir<br />
avec des concentrations d'ozone de 70 ppb qui s'étend jusqu'à une altitude de 3000 mètres. Il est à<br />
noter qu'elle se répartit avec homogénéité sur le bassin grenoblois, ce qui confirme qu'on se trouve<br />
dans une situation chargée en ozone à l'échelle régionale.<br />
A 10h25, la comparaison du profil LIDAR avec la mesure avion à 2300 mètres au-dessus de Vif<br />
montre un excellent accord. Ce profil montre que la couche limite planétaire est en train de se<br />
mélanger suite au réchauffement du sol qui génère de la turbulence. Proche du sol, la production<br />
photochimique d'ozone est en train de commencer.<br />
4000<br />
O3 Profiles:<br />
Avion à Crolles- Lidar <strong>EPFL</strong> à Vif<br />
le 3.08.99 à 9h35-10h00<br />
4000<br />
O3 Profiles:<br />
Avion et Lidar <strong>EPFL</strong> à Vif<br />
le 3.08.99 à 10h25<br />
3500<br />
3500<br />
3000<br />
3000<br />
2500<br />
2500<br />
ASL [m]<br />
2000<br />
ASL [m]<br />
2000<br />
1500<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
O3 Avion<br />
à Crolles<br />
O3 Lidar<br />
<strong>EPFL</strong> à<br />
Vif<br />
O3 DOAS<br />
à Vif<br />
1000<br />
500<br />
O3 Lidar<br />
<strong>EPFL</strong> à<br />
Vif<br />
O3 Avion<br />
METAIR à<br />
Vif<br />
O3 DOAS<br />
à Vif<br />
0<br />
0 20 40 60 80 100 120 140<br />
0<br />
0 20 40 60 80 100 120 140<br />
O3 [ppb]<br />
O3 [ppb]<br />
Figure 5.2.2.1. Comparaison des 2 profils verticaux (1 LIDAR et 1 avion) de concentrations d'ozone<br />
réalisés dans les vallées de Crolles et de Vif entre 9h35-10h00, le 3 août 1999; Profil vertical<br />
LIDAR à Vif le 3 août 1999 à 18h<br />
En fin de matinée (fig.5.2.2.1. graphe de gauche), le profil LIDAR est régulier alors que le profil avion<br />
montre des différences entre le sol et 1000 mètres. L'avion décrivant une spirale et traversant des<br />
masses d'air, les concentrations d'ozone sont différentes entre les parcelles d'air du milieu de la vallée<br />
et celles proches des pentes. Au-dessus de 1000 mètres, les mesures LIDAR et avion sont bien<br />
corrélées. Il est à noter que les concentrations d'ozone au-dessus de 1000 mètres ont diminué par<br />
rapport à celles enregistrées entre 9h35 et 10h00.<br />
A 14h30, les profils d'ozone sont constants et reflètent une atmosphère bien mélangée. A Crolles, les<br />
concentrations proches du sol sont légèrement supérieures à celle de Vif et elles atteignent les 80<br />
ppb. La concentration d'ozone diminue avec l'altitude. Ce résultat peut être dû au fait qu'un régime de<br />
fort vent du sud se met en place progressivement au-dessus de 1500 mètres et avec des vitesses de<br />
l'ordre de 5 m/s à 3000 mètres (cf. fig. 5.2.9).
Campagne 1999<br />
73<br />
Projet Modélisation<br />
4000<br />
O3 Profiles:<br />
Avion et Lidar <strong>EPFL</strong> à Vif<br />
le 3.08.99 à 11h42-12h15<br />
4000<br />
O3 Profiles<br />
Avion à Crolles- Lidar <strong>EPFL</strong> à Vif<br />
le 3.08.99 à 14h30<br />
3500<br />
3500<br />
3000<br />
3000<br />
2500<br />
2500<br />
ASL [m]<br />
2000<br />
ASL [m]<br />
2000<br />
1500<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
0 20 40 60 80 100 120 140<br />
O3 [ppb]<br />
O3 Lidar<br />
<strong>EPFL</strong> à<br />
Vif<br />
O3 Avion<br />
METAIR à<br />
Vif<br />
O3 DOAS<br />
à Vif<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
0 20 40 60 80 100 120 140<br />
O3 [ppb]<br />
O3 Avion<br />
at Crolles<br />
O3 Lidar<br />
<strong>EPFL</strong> à<br />
Vif<br />
O3 DOAS<br />
à Vif<br />
Figure 5.2.2.2. Comparaison des 2 profils verticaux (1 LIDAR et 1 avion) de concentrations d'ozone<br />
réalisés dans les vallées de Crolles et de Vif entre 11h43-12h15, le 3 août 1999. Comparaison des 2<br />
profils verticaux (1 LIDAR et 1 avion) de concentrations d'ozone réalisés dans les vallées de Crolles et<br />
de Vif à 14h30, le 3 août 1999<br />
A 17h00, la charge d’ozone au sol est de 60 ppb. Elle a diminué de 20 ppb en 3 heures. Cette baisse<br />
en plein après-midi est difficile à expliquer alors que tout laissait envisager que le maximum serait<br />
atteint à 17h00 comme le 1 er et le 2 août. Cette baisse au niveau du sol est accompagnée d’une<br />
baisse marquée de la concentration d’ozone de la couche réservoir jusqu’à 60 ppb. La distribution<br />
spatiale de l’ozone est homogène en altitude entre 500 et 1000 mètres.<br />
4000<br />
O3 Profiles<br />
Avion et Lidar <strong>EPFL</strong> à Vif<br />
le 3.08.99 à 17h05-18h20<br />
3500<br />
3000<br />
2500<br />
ASL [m]<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
O3 Lidar<br />
<strong>EPFL</strong> à<br />
Vif<br />
O3 Avion<br />
Metair à<br />
Vif<br />
O3 DOAS<br />
à Vif<br />
0<br />
0 20 40 60 80 100 120 140<br />
O3 [ppb]<br />
Figure 5.2.2.3. Comparaison des 2 profils verticaux (1 LIDAR et 1 avion)<br />
dans les vallées de Crolles et de Vif entre 17h05-18h20 le 3 août 1999
Campagne 1999<br />
74<br />
Projet Modélisation<br />
Le vent enregistré à Vif est d’origine thermique et souffle de la ville. La mesure du profileur de vent (cf.<br />
fig. 5.2.2.4) montre que ce régime thermique se développe jusqu’à l’altitude de 1500 mètres, où il y a<br />
une couche de cisaillement. Au-dessus le vent est de secteur sud, et il est important de noter que les<br />
mesures du radio sondage de 12h00 de l’aéroport de Lyon Satolas donne un profil de vent de secteur<br />
sud jusqu’au sol.<br />
Figure 5.2.2.4. Profils verticaux de la vitesse et de la direction du vent à Vif le 3 août 1999 à 10h00<br />
En fin de journée, les mesures LIDAR sont arrêtées pour cause de pluie et les mesures avions<br />
terminées. La mesure de vent à Vif met bien en évidence l’arrivée du vent du sud à partir de 00h30 le<br />
4 août, pénétrant jusqu’au sol avec des vitesses élevées atteignant les 15 m/s. Le 4 août au matin, ce<br />
régime de sud est établi sur le bassin grenoblois avec un ciel couvert, et c’est la fin de la seconde<br />
POI. Malgré ces fortes vitesses de vent, les niveaux de fond restent stables et élevés avec des<br />
concentrations d’ozone au sol de 60 ppb pour les stations rurales.<br />
Figure 5.2.2.5. Profils verticaux de la mesure du vent entre 11h00 et 12h00 à Vif le 4 août 1999
Campagne 1999<br />
75<br />
Projet Modélisation<br />
5.3. Structure verticale de couches<br />
L'analyse de ces 2 POI fait ressortir une structure verticale particulière entre le jour et la nuit sur<br />
Grenoble. Elle se compose de plusieurs couches.<br />
1. La première subit l'influence du fond de vallée. Dans le cas d'un régime de vent synoptique faible<br />
favorable à la formation du nuage photochimique, elle est soumise au régime thermique journalier.<br />
Sa hauteur varie entre le sol et 1700 à 2500 mètres le jour, et entre le sol et 1200 à 1500 mètres<br />
la nuit. Le jour, le vent thermique dominant vient du nord et il pousse le panache de la ville vers le<br />
sud. La nuit c'est un vent de pente qui soufle du sud vers la ville. Les concentrations d'ozones<br />
horaires mesurées dans cette couche sont les plus élevées et elles peuvent dépasser les 100<br />
ppb. Les concentrations maximales ne sont pas forcément enregistrées proche du sol.<br />
2. La deuxième est inluencée par les sommets des massifs. Elle se situe entre les altitudes des<br />
sommets du Vercors et le début de la troposphère libre en journée et pénètre plus dans la cuvette<br />
grenobloise au cours de la nuit. Tout au long de la première POI, le vent y était orienté au secteur<br />
sud.<br />
3. La troisième est directement liée au régime synoptique et en accord avec les mesures réalisées à<br />
la même altitude par le radio sondage de Lyon Satolas. Les niveaux d'ozone sont voisins de 60 à<br />
70 ppb.<br />
3000 m<br />
3<br />
2<br />
2500 - 1700 m<br />
1<br />
Vercors<br />
Chartreuse<br />
3<br />
2500 m<br />
2<br />
1200 - 1500 m<br />
1<br />
Vercors<br />
Chartreuse<br />
Figure 5.3.1. Stratification verticale de l'atmosphère de jour et diurne
Campagne 1999<br />
76<br />
Projet Modélisation<br />
6. Conclusions et Perspectives<br />
La campagne de mesure 1999 a bénéficié de conditions météorologiques moins propices à la<br />
formation de smog photochimique estival que la campagne 1998. En effet, les résultats de mesure de<br />
l'été 1999 font ressortir une seule journée avec des dépassements de la limite horaire européenne,<br />
fixée à 90 ppb pour l'ozone. Au cours de cette campagne, deux POI ont été réalisées.<br />
La première POI s'est déroulé entre le 24 et le 27 juillet. Elle a bénéficié de l'efficacité de l'ensemble<br />
des moyens de mesure disponibles sur le site. Des conditions météorologiques anticycloniques très<br />
stables ont engendré des concentrations d'ozone supérieures à 90 ppb dans le sud de Grenoble. De<br />
part l'ensemble des mesures disponibles sur cette période et de ses conditions météorologiques<br />
idéales, elle représente le cas de base pour la partie de modélisation.<br />
La deuxième POI s'est déroulée entre le 1 er et le 3 août au cours d'une situation météorologique<br />
moins stable ayant généré des niveaux de concentrations horaires d'ozone inférieurs à 90 ppb. En<br />
comparaison avec le mois d'août 1998, il est intéressant de noter qu'une situation météorologique<br />
similaire, mais de plus longue durée, avait conduit à des pics horaires d'ozone de 110 ppb.<br />
Cette campagne de mesure représente un gros effort de toutes les équipes qui y ont participée. Au<br />
niveau français, c'est à l'heure actuelle une des plus importantes réalisés à l'échelle d'une<br />
agglomération et dans un site avec une topographie marquée. Les résultats de mesures<br />
tridimensionnels montrent clairement l'importance des mécanismes de mélange sur la cuvette<br />
grenobloise, puisqu'ils pilotent le transport et la dispersion des polluants. De plus, l'ensemble de ces<br />
mesures au sol et à la verticale a confirmé que les mouvements atmosphériques au niveau de la<br />
couche limite planétaire sur la ville de Grenoble sont peu sensible au régime synoptique, tout<br />
particulièrement au cours des périodes critiques de pollution. C'est généralement lorsqu'il n'y a plus de<br />
dissociation entre le régime local et synoptique, que l'épisode photochimique se termine.<br />
Ces mesures ont permis de quantifier les apports extérieurs en ozone qui représentent 40 à 50 % des<br />
concentrations d'ozone enregistrées lors des pics de pollution. L'ensemble de l'agglomération, quant à<br />
elle, génère un apport local en ozone compris entre 50 et 60 % pour le même type de situation. Sur<br />
les apports extérieurs seule une diminution de 50 % des émissions des COV, des NOx et du CO sur<br />
l'Europe peut les faire baisser sur le long terme.<br />
Les résultats de cette campagne de mesure sont très importants pour la partie modélisation ultérieure.<br />
En effet ce sont eux qui définissent la période du cas de base à modéliser pour la ville de Grenoble.<br />
Cette période est la première POI. L'ensemble des données au sol et à la verticale obtenues apporte<br />
les informations nécessaires pour initialiser et fixer les paramètres d'entrée du modèle; ensuite elles<br />
vont servir à valider le cas de base au sol et à la verticale par comparaison des simulations et des<br />
mesures. A ce niveau du projet, les mesures DOAS, LIDAR et avion s'avèrent donc des données<br />
d'observations nécessaires pour construire l'outil numérique adapté à Grenoble.<br />
Le modèle utilisé est un modèle photochimique eulérien non hydrostatique. La technique du nesting<br />
est employée, ce qui implique le calcul sur une grande grille qui contient la petite grille centrée sur<br />
Grenoble. Avant de pouvoir entreprendre les calculs sur ces domaines, il faut préparer les paramètres<br />
et les données à entrer, qui sont déterminants pour la vraisemblance des résultats.<br />
Sur la grande grille, le calcul météorologique est initialisé à partir des résultats horaires du modèle<br />
météorologique de l'ISM 7 qui a une résolution de 14 kilomètres. Le calcul chimique, quant à lui, est fait<br />
à partir du cadastre d'émission horaire EMEP 8 avec le module RACM 9 .<br />
7 Institut Suisse de Météorologie<br />
8 Cadastre d'émissions européen<br />
9 Reactiv Atmospheric Chemical Mechanism
Campagne 1999<br />
77<br />
Projet Modélisation<br />
Nord<br />
Figure 6.1. Coupe horizontale des concentrations d'ozone et coupe verticale de la turbulence,<br />
le 26 juillet à 18h00 et 22h00 heure locale.<br />
Les résultats obtenus sur le grand domaine pour le 26 juillet 1999 sont présentés sur les figures<br />
suivantes. Sur la figure 6.1, on voit clairement le panache d'ozone engendré par la ville de Lyon qui<br />
atteint son maximum à 18h00, avant de descendre vers le sud où il est toujours visible à 22h00. La<br />
coupe verticale représente la turbulence. Elle est importante à 18h00 ce qui prouve que l'atmosphère<br />
est bien mélangée alors qu'à 22h00, la turbulence est presque nulle.<br />
Figure 6.2. Coupe horizontale du champ de vent, coupe verticale de l'humidité relative et nuage<br />
d'ozone en rouge ayant des concentrations supérieures à 70 ppb,<br />
le 26 juillet à 18h00 et 22h00 heure locale.<br />
La figure 6.2. montre pour les mêmes heures que la figure 6.1, l'évolution verticale de l'humidité<br />
relative et l'évolution horizontale des champs de vents. L'humidité est plus faible près du sol à 18 h00
Campagne 1999<br />
78<br />
Projet Modélisation<br />
qu'à 22h00. Le vent quant à lui est faible de secteur nord dans la région de Lyon et pousse la poche<br />
d'ozone vers le sud. Le volume en rouge représente les concentrations d'ozone supérieures à 70 ppb.<br />
On voit que ce volume d'ozone se situe dans la couche limite planétaire et qu'il se déplace dans la<br />
vallée du Rhône. Ces visualisations sont réalisées à partir des données de sortie du modèle qui sont<br />
en format netCDF 10 et avec le logiciel Vis5d disponible gratuitement sur le web et développé par<br />
l'EPA 11 . L'ASCOPARG va disposer de l'ensemble de ces outils de visualisation à la fin du projet.Le<br />
cadastre d'émissions horaires sur Grenoble est à présent terminé et mis à jour, la prochaine étape est<br />
le calcul de la chimie sur le petit domaine, suivi de la validation du cas de base de juillet 1999.<br />
L'outil numérique adapté à Grenoble va ainsi permettre d'évaluer les effets d'une réduction des taux<br />
d'émissions des précurseurs (NOx et COV) sur les concentrations d'ozone. Il va constituer un outil<br />
efficace pour comparer l'efficacité des stratégies théoriques d'abattements des précurseurs sur la<br />
qualité de l'air en ozone, notamment à l'occasion des pics de pollution.<br />
10 Network Common Data Format<br />
11 Environement Protection Agency (United States)
Campagne 1999<br />
79<br />
Projet Modélisation<br />
7. Références<br />
Couach O., Mounier G. et al. Analyse spatiale de la qualité de l'air á méso-échelle á l'aide d'un modèle<br />
eulérien photochimique. Application à la région Rhônes-Alpes par multi-nesting; 9th International<br />
Scientific Symposium Avignon France, June 2000<br />
Jiménez, R. and al. Investigation of the emission of monocyclic aromatic hydrocarbons from a<br />
wastewater treatment plant at Lausanne (Switzerland) by differential optical absorption<br />
spectroscopy (DOAS). Accepted for publication in the Proceedings of the 93 rd Annual<br />
Conference & Exhibition, Air & Waste Management Association (A&WMA), Salt Lake City, June<br />
18-22, 2000<br />
Jimenez R. , Larsen B., Favaro G., Martilli A., Kita D. , Van den Bergh H. and Calpini B. Measurement<br />
of formaldehyde (HCHO) by DOAS: Intercomparison to DNPH measurements and interpretation<br />
from Eulerian model calculations, accepted to AWMA's (Air & Waste Management Association)<br />
93rd Annual Meeting and Exhibition, Salt Lake City, Utah, June 18-22, 2000<br />
Quaglia P., Couach O., Balin J., Simeonov V., Lazzarotto B., Kirchner F., Martilli A., Clappier A. and<br />
Calpini B. Measurement campaign and numerical modeling in the complex topography of the<br />
Grenoble area, France, during summer 99. Eurotrac Symposium 2000, Garmish-Partenkirchen,<br />
27-31 mars 2000<br />
Couach O., and al. Eulerian modelling of photochemical pollutants over a complex topography urban<br />
and rural region, Grenoble case study; 8th International Symposium Transport and Air Pollutin<br />
Cost 319 Final Conference Grazer congress, June 1999<br />
Perego S., MetPhoMod – a numerical mesoscale model for simulation of regional photosmog in<br />
complex terrain: model description and application during Pollumet 1993 (Switzerland). Meteorol.<br />
Atmos. Phys. 70, 43-69, 1999<br />
Calpini B. Air pollution: measuring techniques and impact on our environment Eur. J. of An. Chem.<br />
(Analusis), 27, n° 4, EDP Sciences, Wiley - VCH, pp. 293-301, 1999<br />
Quaglia P. , Larchevêque G. , Jimenez R. , Lazzarotto B. , Simeonov V. , Ancellet G. , van den Bergh<br />
H. , and Calpini B. Planetary Boundary Layer ozone fluxes from combined airborne, ground<br />
based LIDARs and Wind profilers measurements. Eur. J. of An. Chem. (Analusis), 27, n° 4, EDP<br />
Sciences, Wiley - VCH, pp.305-310, 1999<br />
Ruffieux D. Use of a Wind Profiler in Planetary Boundary Layer Experiment, Eur. J. of An. Chem.<br />
(Analusis), 27, n° 4, EDP Sciences, Wiley – VCH, pp310-312, 1999<br />
Simeonov V., Lazzarotto B., Larchevêque G., Quaglia P., and Calpini B. UV ozone DIAL based on<br />
Raman cell filled with two Raman active gases Proceeding of Envirosense 99 , Munich /<br />
Germany. SPIE series, 1999<br />
Couach O., Besson C., Kuebler J., Martilli A., Perego S., Clappier A., Larchevèque G., Calpini B. and<br />
van den Bergh H. Campagne de mesure 1998 de la pollution de l'air sur la région grenobloise,<br />
Réseau de mesure de la aulité de l'air ASCOPARG Novembre 1998<br />
Stockwell W. R., Kirchner F., Kuhn M., Seefeld S., A new mechanism for regional atmospheric<br />
chemistry modelling. J. Geophys. Res., 102(D22), 25847-25879, 1997<br />
Office Fédéral de l'Environnement des Forêts et du Paysage Suisse L’ozone troposphérique, Cahier<br />
de l’environnement 277, 1996<br />
Teissier C. Campagne estivale de mesure de l'ozone dans l'agglomération grenobloise, Rapport de<br />
stage ASCOPARG, Octobre 1995<br />
Anquetin S., Chollet J.P., Guilbeaud C. Transport et évolution de la pollution sur l'agglomération<br />
grenobloise, Cachan, Pollution atmosphérique à l'échelle locale et régionale, Décembre 1993
Campagne 1999<br />
80<br />
Projet Modélisation<br />
Annexes<br />
Cette annexe se compose d’un CD rom dont le contenu est expliqué dans la partie qui suit. Ce CD<br />
rom contient l’ensemble des mesures réalisées au cours de ce mois de mesures, ainsi que les<br />
données d’input nécessaires pour mettre en place les calculs météorologiques sur les domaines de<br />
modélisation choisie par le <strong>LPAS</strong> pour cette étude. La structure principale du CD rom se compose de<br />
2 directoires, qui sont les suivantes:<br />
• grand_domaine<br />
• petit_domaine<br />
A Directoire « grand_domaine »<br />
Il contient cinq sous-répertoires regroupant l’ensemble des mesures relatives au grand domaine, et un<br />
fichier Readme contenant les explications relatives à chacune de ces données.<br />
• chimie_meteo<br />
• meteo<br />
• ism_model<br />
• radio_sondage<br />
• topoland<br />
Pour chacun de ces répertoires, la structure est précisée. La taille des fichiers qu'il contient ainsi que<br />
le fichier Readme sont listés.<br />
1. chimie_meteo<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
1008 Oct 2 15:37 Readme<br />
118576 Oct 2 14:59 casset_1507_150899.dat<br />
fichier Readme<br />
*********************************************<br />
* Mesures ponctuelles pour la grande grille *<br />
*********************************************<br />
Il n'y a que trés peu de mesures de fond pour l'ozone sur la grande grille.<br />
Une seule mesure l'ozone. C'est la station du Casset qui est une station de montagne.<br />
Elle a donc un niveau d'ozone qui reste assez élevé et linéaire. En effet les concentrations<br />
enregitrés sur la campagne 1999 ne decendent pas en dessous de 25 ppb.<br />
Les carctéristique géographiques de cette station sont les suivantes. Ses coordonnées sont<br />
données en lat/long et dans le système de projection orthonormé lambert 2 étendu.<br />
Site Lat./Long. Alt. (mètres)<br />
-------------------------------------------------------------------------------<br />
Casset (Lautaret) 6.4695 44.9941 1755<br />
Lambert2étendu (m.)<br />
----------------------------<br />
Casset (Lautaret) 925834.0707 2007835.9955 1755
Campagne 1999<br />
81<br />
Projet Modélisation<br />
2. meteo<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 695 Oct 2 11:16 Readme<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 3276762 Sep 25 17:07 meteo99.dat<br />
fichier Readme<br />
****************************************<br />
* Données météo pour la grande grille *<br />
****************************************<br />
Le fichier meteo99.dat contient les données météorolgiques<br />
de 48 stations (latitude, longitude, altitude) sur le grand domaine<br />
de simulation entre le 15 juillet et le 15 août 1999 en heure UTC.<br />
Les paramètres sont les suivants:<br />
HH ( HEURE UTC )<br />
FF ( en M/S )<br />
DD (en degré)<br />
HUMI ( EN % )<br />
TEMPE ( EN DEGRES CELSIUS ET 1/10 )<br />
RAYONNEMENT GLOBAL A L'HORIZONTALE ( EN JOULES CM2 )<br />
---------------------------------------<br />
NUMPOST ;STATION ; LAT. ; LON. ; ALTI ; YYYYMMDDHH ; FF ; DD ; HUMI ; TEMPE ; RG;<br />
---------------------------------------
Campagne 1999<br />
82<br />
Projet Modélisation<br />
3. ism_model<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 5837416 Oct 4 14:28 99071600_DGR.tar.gz<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 5898475 Oct 4 14:28 99071700_DGR.tar.gz<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 5941009 Oct 4 14:28 99071800_DGR.tar.gz<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 5889469 Oct 4 14:29 99071900_DGR.tar.gz<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 5813165 Oct 4 14:29 99072000_DGR.tar.gz<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 5822162 Oct 4 14:29 99072200_DGR.tar.gz<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 5794768 Oct 4 14:29 99072300_DGR.tar.gz<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 5783866 Oct 4 14:29 99072400_DGR.tar.gz<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 5777734 Oct 4 14:30 99072500_DGR.tar.gz<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 5868295 Oct 4 14:30 99072600_DGR.tar.gz<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 5957419 Oct 4 14:30 99072700_DGR.tar.gz<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 5934182 Oct 4 14:30 99073100_DGR.tar.gz<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 5884911 Oct 4 14:30 99080100_DGR.tar.gz<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 5893457 Oct 4 14:30 99080200_DGR.tar.gz<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 5890113 Oct 4 14:31 99080300_DGR.tar.gz<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 1311 Oct 4 14:40 Readme<br />
fichier Readme<br />
************************************************************<br />
* Données ISM pour initialisation grande grille de calcul *<br />
************************************************************<br />
Les données ISM sont calculées heure par heure et ont été extraites sur le domaine ci-dessus<br />
incluant notre grand domaine pour les POI 1999.<br />
NW-Edge<br />
NE-edge<br />
[54,71] [82,71]<br />
(46.94N, 02.24E) ----------------------- (47.21N, 07.28E)<br />
| |<br />
| |<br />
(43.46N, 02.80E) ----------------------- (43.72N, 07.48E)<br />
[54,43] [82,43]<br />
SW-edge<br />
SE-edge<br />
Dans ces fichiers, les champs sont les suivants:<br />
- en atmosphère libre<br />
fi,u,v,t,qd,qw,omega sur les surfaces du modèle et<br />
surfaces de p de 200 à 900 hPa pour tous les 50 hPa,<br />
- paramètre au sol: ps,t2m,u10m,v10m,alb, thsb, sosb et clct<br />
- paramètres externes (à l'échéance +0h): fib,rla,phi,bla.<br />
Les fichiers de données sont tar gzipped.<br />
Pour voir ce qu'il contient:<br />
gunzip -c nom_fichier.tar.gz | tar tvf -<br />
Pour décompresser les données:<br />
gunzip -c nom_fichier.tar.gz | tar xvf -
Campagne 1999<br />
83<br />
Projet Modélisation<br />
4. radio_sondage<br />
Lyon<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
fichier Readme<br />
57592 Oct 2 12:14 RSaug01_04.dat<br />
69580 Oct 2 12:14 RSjul16_20.dat<br />
65367 Oct 2 12:14 RSjul24_28.dat<br />
2831 Oct 2 12:18 Readme<br />
*****************************************************************<br />
* Données météo des radio sondages de Satolas pour les POI 1999 *<br />
*****************************************************************<br />
Radio sondages de Satolas réalisés 2 fois par jour à 0 h et à 12 h heure UTC.<br />
L'altitude de l'aéroport est 236 m.<br />
Format des fichiers de radio sondages<br />
-------------------------------------<br />
12 car : station : LYON-SATOLAS<br />
1 car : separateur ';'<br />
12 car : Date (AAAAMMJJHHMI)<br />
1 car : separateur ';'<br />
F6.0 : Altitude (metres)<br />
1 car : separateur ';'<br />
F6.1 : Pression (1/10eme hPa)<br />
1 car : separateur ';'<br />
F5.1 : Temperature seche (degres Celsius)<br />
1 car : separateur ';'<br />
F5.1 : T. du point de rosee (degres Celsius)<br />
1 car : separateur ';'<br />
F4.0 : Humidite (%)<br />
1 car : separateur ';'<br />
F4.0 : Rapport de melange (dixiemes de g/kg)<br />
1 car : separateur ';'<br />
F5.0 : Direction de provenance du vent (degres)<br />
1 car : separateur ';'<br />
F5.0 : Vitesse du vent (m/s)<br />
1 car : separateur ';'<br />
I2 : Tropopause (si 1)<br />
1 car : separateur ';'<br />
I2 : Point significatif (si 1)<br />
1 car : separateur ';'<br />
----------------------------------------<br />
NOTA :<br />
------<br />
Les niveaux de mesure sont :<br />
- Les niveaux standards de pression (1000, 950, 900, 850, etc, (hPa))<br />
- Les altitudes principales (500 m, 1000 m, 1500 m, etc.)<br />
- Les niveaux caracteristiques (altitude)<br />
- Les pressions et altitudes sont les pressions et les altitudes vraies.<br />
----------------------------------------
Campagne 1999<br />
84<br />
Projet Modélisation<br />
Payerne<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 1273 Oct 2 14:16 Readme<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 156555 Oct 2 12:25 f19980715.12<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 156951 Oct 2 12:25 f19980717.12<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 151407 Oct 2 12:25 f19980720.12<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 175167 Oct 2 12:25 f19980805.12<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 121113 Oct 2 12:25 f19980807.12<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 142596 Oct 2 12:25 f19980810.12<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 137844 Oct 2 12:25 f19990716.12<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 160812 Oct 2 12:25 f19990719.12<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 155070 Oct 2 12:25 f19990721.12<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 151506 Oct 2 12:25 f19990723.12<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 216252 Oct 2 12:25 f19990726.12<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 173979 Oct 2 12:25 f19990728.12<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 156654 Oct 2 12:25 f19990730.12<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 149823 Oct 2 12:25 f19990802.12<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 178929 Oct 2 12:25 f19990804.12<br />
fichier Readme<br />
*********************************************************<br />
* Radiosondages de Payerne pour les POI 1999 *<br />
*********************************************************<br />
L'altitude de la station de Payerne est 491 m.<br />
Les 4 premières lignes spécifient l'année et d'autres commentaires.<br />
Les mesures commencent à l'altitude de 481 m qui est l'altitude de Payerne.<br />
Le format des données est le suivant:<br />
-------------------<br />
date | hh | code | id | sec | alt | wd | ws | press | temp | hr | dpt | O3 | O3 corrigée |<br />
date<br />
hh<br />
code<br />
id<br />
sec<br />
wd<br />
ws<br />
press<br />
temp<br />
hr<br />
dpt<br />
O3<br />
O3<br />
année mois jour<br />
heure du sondage<br />
code de la station<br />
pas d'importance<br />
temps écoulé depuis hh en seconde des mesures météo et chimiques<br />
est la direction du vent<br />
est la vitesse du vent en m/s<br />
est la pression (/100 pour avoir de mbar)<br />
est la température absolue (/100 pour avoir des °C)<br />
est l'humidité relative (/100 pour avoir un % d'humidité)<br />
est le poin de rosée<br />
est la mesure brut d'O3 sans correction réalisé par la sonde Brewer-Mast<br />
corrigée est la mesure corrigée d'O3 et son unité est en nbar*100 donc il<br />
faut la diviser par 100 pour obtenir des ppb<br />
--------------------<br />
Les sondages mesurant les concentrations d'ozone ne sont pas réalisés 2 fois par jour mais<br />
environs tous les 3 jours à 12 h.
Campagne 1999<br />
85<br />
Projet Modélisation<br />
5. topoland<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
fichier Readme<br />
2695 Oct 4 15:45 Readme<br />
10239 Oct 4 14:49 land_6.asc<br />
12280 Oct 4 14:49 topo_6.asc<br />
**************************************************************<br />
* Données de topographie et de landuse pour le grand domaine *<br />
**************************************************************<br />
Ces données proviennent des serveurs mondiaux et ont une résolution du km<br />
pour la topographie et le landuse. Les URL sont les suivantes<br />
http://www1.gsi-mc.go.jp/gtopo30/gtopo30.html<br />
http://edcdaac.usgs.gov/glcc/glcc.html<br />
#topographie<br />
#landuse<br />
Taille du domaine<br />
---------------------<br />
Il faut alors traiter ces données avec Arcinfo et les ré échantilloner,<br />
dans ce cas avec des mailles de 6 km pour un domaine de<br />
216 par 228 km.<br />
LANDUSE<br />
--------------<br />
Pour l'occupation des sols, on a récupéré les données dans les classes USGS qui prennent en<br />
conpte 21 catégories de sol (voir http://edcdaac.usgs.gov/glcc/glcc.html).<br />
Paramètres de sol associés à chacune de ces classes<br />
GROUNDCLASSES<br />
Z0 Albedo Ground_Heat_Capacity Ground_Diffusivity<br />
Rel_Humidity Evaporation_Resistance Leaf_Area_Index Shielding_Factor;<br />
1 1. 0.35 0.9e6 2.3e-6 0.5 4.e-3 0. 0.;<br />
2 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 4. 0.8;<br />
3 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 1. 1.5e-3 4. 0.8;<br />
4 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 4. 0.8;<br />
5 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 4. 0.8;<br />
6 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 4. 0.8;<br />
7 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 4. 0.8;<br />
8 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 4. 0.8;<br />
9 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 4. 0.8;<br />
10 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 4. 0.8;<br />
11 4. 0.2 1.e6 0.53e-6 0.8 1.5e-3 4. 0.8;<br />
12 4. 0.2 1.e6 0.53e-6 0.8 1.5e-3 4. 0.8;<br />
13 4. 0.2 1.e6 0.53e-6 0.8 1.5e-3 4. 0.8;<br />
14 4. 0.2 1.e6 0.53e-6 0.8 1.5e-3 4. 0.8;<br />
15 4. 0.2 1.e6 0.53e-6 0.8 1.5e-3 4. 0.8;<br />
16 0.0015 0.2 4.186e6 1.e-3 1. 1.e-5 0. 0.;<br />
17 0.08 0.2 4.186e6 1.e-6 1. 1.e-5 3. 0.8;<br />
18 3. 0.2 4.186e6 1.e-6 1. 1.e-5 4. 0.8;<br />
19 0.05 0.2 1.e6 4.e-6 0.6 3.e-3 0. 0.;<br />
20 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 3. 0.8;<br />
21 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 3. 0.8;<br />
22 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 3. 0.8;<br />
23 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 3. 0.8;<br />
24 0.001 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 0. 0.;
Campagne 1999<br />
86<br />
Projet Modélisation<br />
B Directoire « petit_domaine »<br />
Il se compose de huit sous-répertoires avec toutes les mesures réalisées sur le petit domaine et à<br />
chaque fois un fichier Readme contenant les explications relatives aux données.<br />
• station_fixe<br />
• station_mobile<br />
• epfl_lidar<br />
• epfl_doas<br />
• degreane_profileur_vent<br />
• coparly_lidar<br />
• metair_avion<br />
• topoland<br />
Pour chacun de ces répertoires, la structure est précisée. La taille des fichiers qu'il contient ainsi que<br />
le fichier Readme sont listés.<br />
1. station_fixe<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 1596 Oct 4 14:24 Readme<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 156587 Aug 21 15:35 champ_sur_drac.dat<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 158133 Aug 21 15:34 champagnier.dat<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 186120 Aug 21 15:34 charavines.dat<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 117789 Aug 21 15:35 fontaine.dat<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 215829 Aug 21 15:35 iga.dat<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 147550 Aug 21 15:34 peuil_de_claix.dat<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 112179 Aug 21 15:34 pont_de_claix.dat<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 96560 Aug 21 15:35 versoud.dat<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 131658 Aug 21 15:35 villeneuve.dat<br />
fichier Readme<br />
****************************************************<br />
* Données Chimiques et Météorologiques pour la petite grille *<br />
****************************************************<br />
Sur la ville de Grenoble et ses environs, il y a 9 stations qui mesurent les<br />
paramètres météorologiques dont 6 mesures aussi l'O3 et les NOx.<br />
A chacune de ces stations correspond un fichier dat avec les données<br />
météorologiques et chimiques avec un temps d'acquisition de 15 mn.<br />
Caractéristiques géographiques<br />
Sites fixes 1999 Long./Lat. Alt. (mètres)<br />
------------------------<br />
Champ sur Drac 5.730 45.080 267<br />
Champagnier 5.726 45.108 363<br />
Charavines 5.519 45.428 491<br />
Fontaines 5.688 45.192 210<br />
Peuil de Claix 5.647 45.124 935<br />
Pont de Claix 5.700 45.120 237<br />
Versoud 5.851 45.219 216<br />
Villeneuve 5.736 45.161 219<br />
IGA (Porte de Bastille) 5.723 45.196 300
Campagne 1999<br />
87<br />
Projet Modélisation<br />
Sites fixes 1999 Lambert2_etendu (m.) Alt. (mètres)<br />
------------------------<br />
Champ sur Drac 867151.7767 2014585.0352 267<br />
Champagnier 866702.8440 2017681.2447 363<br />
Charavines 848981.1323 2052542.8942 491<br />
Fontaines 863316.0241 2026882.4415 210<br />
Peuil de Claix 860414.2326 2019193.3922 935<br />
Pont de Claix 864600.7903 2018926.1393 237<br />
Versoud 875982.6987 2030440.2068 216<br />
Villeneuve 867234.6784 2023601.5192 219<br />
IGA (Porte de Bastille) 866045.6130 2027444.5520 300<br />
2. station_mobile<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
1686 Oct 2 15:53 Readme<br />
280822 Oct 2 15:54 st_barthelemy.dat<br />
156053 Oct 2 15:54 st_nizier.dat<br />
136866 Oct 2 15:54 terrasse.dat<br />
96560 Oct 2 15:54 versoud.dat<br />
192960 Oct 2 15:54 vif.dat<br />
121149 Oct 2 15:54 voreppe.dat<br />
fichier Readme<br />
***************************************************************<br />
* Données Chimiques et Météorologiques pour la grande grille *<br />
***************************************************************<br />
Pour la campagne 1999, 6 stations mobiles de mesures chimiques (O3 et NOx) et<br />
météorologiques (vent, température) ont été mises en place. L'acquisition a été faite<br />
toutes les 15 mn en heure UTC.<br />
A chacunes de ces stations correspond un fichier dat comprenant l'ensemble des<br />
mesures météorologiques et chimiques.<br />
Leurs caractéristiques géographiques sont les suivantes.<br />
Sites mobiles 1999 Long./Lat. Alt. (mètres)<br />
------------------------<br />
Voreppe 5.64 45.27 192<br />
La Terrasse 5.93 45.32 240<br />
Vif 5.678 45.058 302<br />
Saint-Barthélémy 5.63 45.00 620<br />
Saint-Nizier 5.647 45.189 1030<br />
Versoud 5.851 45.219 216<br />
Sites mobiles 1999 Lambert2_etendu (m.) Alt. (mètres)<br />
------------------------<br />
Voreppe 859181.9996 2035385.8273 192<br />
La Terrasse 881670.3072 2041936.3049 240<br />
Vif 863163.6270 2011966.1471 302<br />
Saint-Barthélémy 859654.7808 2005364.3866 620<br />
Saint-Nizier 860110.0473 2026412.7288 1030<br />
Versoud 875982.6987 2030440.2068 216<br />
Casset(Lautaret) 925834.0707 2007835.9955 1755
Campagne 1999<br />
88<br />
Projet Modélisation<br />
3. epfl_lidar<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
fichier Readme<br />
860 Oct 10 16:03 Readme<br />
96256 Oct 5 19:44 data_lidar_POI1.xls<br />
46080 Oct 5 19:44 data_lidar_POI2.xls<br />
41472 Oct 5 19:44 hcm_poi1.xls<br />
44544 Oct 5 19:44 o3_poi1_poi2.xls<br />
********************************<br />
* Données LIDAR <strong>EPFL</strong> - Vif 1999 *<br />
********************************<br />
Le répertoire LIDAR <strong>EPFL</strong> contient<br />
- fichiers format xcel<br />
data_lidar_POI1.xls<br />
data_lidar_POI2.xls<br />
contenant les données Ozone LIDAR (en ppb) traitées sous forme<br />
de matrice [temps/altitude] pour les deux POI avec une<br />
résolution temporarire de 30 min.<br />
Obs: première ligne est l'O3 mesuré par DOAS (5m sol sur 1km de trajet optique),<br />
SR indique les mesures LIDAR "short-range" et LR le "long-range".<br />
- fichier format xcel<br />
hcm_poi1.xls<br />
avec l'estimation de la hauteur de la couche<br />
de mélange (HCM) à partir du coefficient de rétrodiffusion à 299 nm sur 6.5 min<br />
avec un pas de temps de 30 min.<br />
- fichier word<br />
o3_poi1_poi2.doc<br />
4. epfl_doas<br />
contenant les représentations 2D de l'Ozone des deux POI.<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
167601 Oct 12 10:19 DOAS_Vif_1999.csv<br />
575488 Oct 12 10:19 DOAS_Vif_1999.xls<br />
554 Oct 12 14:38 Readme<br />
fichier Readme<br />
*********************************<br />
* Données DOAS <strong>EPFL</strong> - Vif 1999 *<br />
*********************************<br />
Le répertoire DOAS <strong>EPFL</strong> contient un fichier format xcel DOAS_Vif_1999.xls<br />
contenant une description générale des caractéristiques de mesures (trajet optique<br />
de la mesure, hauteur, etc.) ainsi que sur le temps d'acquisition et l'erreur de mesure<br />
pour chaque polluant mesuré par le DOAS<br />
une feuille xcel avec les concentrations d'O3, de SO2, de HCHO, de NO2<br />
avec un temps d'acquisition de 15 mn sur l'ensemble de la campagne
Campagne 1999<br />
89<br />
Projet Modélisation<br />
5. coparly_lidar<br />
drwxr-xr-x 7 ocouach dgr_pa<br />
drwxr-xr-x 2 ocouach dgr_pa<br />
drwxr-xr-x 2 ocouach dgr_pa<br />
6. metair_avion<br />
512 Oct 5 11:42 lidar/<br />
512 Oct 5 11:42 meteo/<br />
1024 Oct 5 11:42 sodar/<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa 1399437 Oct 2 15:21 <strong>MetAir</strong>990726.ZIP<br />
7. degreane_profileur_vent<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
drwxr-xr-x 36 ocouach dgr_pa<br />
448 Oct 11 11:23 Readme<br />
1024 Oct 11 10:19 data_asc/<br />
fichier Readme<br />
*************************************************<br />
* Données Profileur de Vent DEGREANE - Vif 1999 *<br />
*************************************************<br />
Ce répertoire contient l'ensemble des données validées du profileur<br />
de vent en ascii stockées dans<br />
---> data_asc<br />
avec une résolution de 15 mn et jusqu'à une altitude maximum<br />
aux alentours de 300 m AGL.<br />
L'ensemble des données pour chaque jour est stocké dans un répertoire du type<br />
---> type 1999mjj.TRT
Campagne 1999<br />
90<br />
Projet Modélisation<br />
8. topoland<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
-rw-r--r-- 1 ocouach dgr_pa<br />
fichier Readme<br />
2692 Oct 4 15:47 Readme<br />
3387 Oct 4 15:39 land_2km.asc<br />
6148 Oct 4 15:40 topo_2km.asc<br />
**************************************************************<br />
* Données de topographie et de landuse pour le petit domaine *<br />
**************************************************************<br />
Ces données proviennent des serveurs mondiaux et on une réslotion du km,<br />
pour la topographie et le landuse. Les URL sont les suvantes<br />
http://www1.gsi-mc.go.jp/gtopo30/gtopo30.html<br />
http://edcdaac.usgs.gov/glcc/glcc.html<br />
#topographie<br />
#landuse<br />
Taille du domaine<br />
---------------------<br />
Il faut alors traiter ces données avec Arcinfo et les ré échantilloner,<br />
dans ce cas avec des mailles de 2 km pour un domaine de 72 par 78 km.<br />
LANDUSE<br />
--------------<br />
Pour l'occupation des sols, on a récupéré les données dans les classes USGS qui prennent en<br />
conpte 21 catégories de sol (voir http://edcdaac.usgs.gov/glcc/glcc.html).<br />
Paramètres de sol associés à chacune de ces classes<br />
GROUNDCLASSES<br />
Z0 Albedo Ground_Heat_Capacity Ground_Diffusivity<br />
Rel_Humidity Evaporation_Resistance Leaf_Area_Index Shielding_Factor;<br />
1 1. 0.35 0.9e6 2.3e-6 0.5 4.e-3 0. 0.;<br />
2 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 4. 0.8;<br />
3 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 1. 1.5e-3 4. 0.8;<br />
4 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 4. 0.8;<br />
5 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 4. 0.8;<br />
6 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 4. 0.8;<br />
7 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 4. 0.8;<br />
8 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 4. 0.8;<br />
9 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 4. 0.8;<br />
10 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 4. 0.8;<br />
11 4. 0.2 1.e6 0.53e-6 0.8 1.5e-3 4. 0.8;<br />
12 4. 0.2 1.e6 0.53e-6 0.8 1.5e-3 4. 0.8;<br />
13 4. 0.2 1.e6 0.53e-6 0.8 1.5e-3 4. 0.8;<br />
14 4. 0.2 1.e6 0.53e-6 0.8 1.5e-3 4. 0.8;<br />
15 4. 0.2 1.e6 0.53e-6 0.8 1.5e-3 4. 0.8;<br />
16 0.0015 0.2 4.186e6 1.e-3 1. 1.e-5 0. 0.;<br />
17 0.08 0.2 4.186e6 1.e-6 1. 1.e-5 3. 0.8;<br />
18 3. 0.2 4.186e6 1.e-6 1. 1.e-5 4. 0.8;<br />
19 0.05 0.2 1.e6 4.e-6 0.6 3.e-3 0. 0.;<br />
20 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 3. 0.8;<br />
21 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 3. 0.8;<br />
22 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 3. 0.8;<br />
23 0.08 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 3. 0.8;<br />
24 0.001 0.2 1.e6 0.53e-6 0.7 2.e-3 0. 0.;