- Modèle de chimie-transport CHIMERE
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CHIMERE (en francais chimère) est un modèle de chimie-transport. C'est un code informatique qui réunit un ensemble d'équations représentant le transport et la chimie d'espèces chimiques et qui permet de quantifier l'évolution d'un panache de polluants en fonction du temps sur différents domaines (de l'urbain au continental). À partir de données de météorologie et de flux d'émissions, CHIMERE permet de calculer des champs tridimensionnels de concentrations de polluants dans l'atmosphère. De par les données d'entrée utilisées, le nombre d'équations à résoudre et la physico-chimie qui y est représentée, CHIMERE est un modèle méso-échelle c'est-à-dire simulant la troposphère (de la surface à 20hPa, 10km d'altitude) pour une résolution horizontale de 1 à 100km et sur des domaines d'étude allant de la ville au continent.
Organigramme general d'un modele de chimie transport
Sommaire
Les polluants simulés
Les polluants sont des molécules de gaz ou des particules (ici celles présentes dans l'atmosphère) qui sont considérées comme en surabondance dans l'atmosphère terrestre. À partir de certaines concentrations, leur teneur dans l'atmosphère peut être toxique pour la végétation et la santé. Des seuils sont définis pour différents polluants, qui font l'objet d'une surveillance horaire et pour l'atmosphère en surface. CHIMERE simule une centaine d'espèces chimiques gazeuses et aérosols y compris ceux surveillés au quotidien: l'ozone O3, les oxydes d'azote NO et NO2, les particules PM (pour particulate matter), le monoxyde de carbone CO et le dioxyde de soufre SO2.
Les applications possibles
Un modèle numérique peut être utilisé pour différentes applications: (i) analyser des épisodes de pollution passés, en comparant finement mesures disponibles et résultats du modèle: cela permet, à la fois de mieux comprendre la mécanique d'un épisode particulier mais aussi de mettre en avant les faiblesses et donc d'orienter les pistes de développements futurs. (ii) faire des scénarios: notamment en simulant une première fois une période puis en la “rejouant” en modifiant les émissions par exemple. Cela permet de quantifier le gain que pourrait avoir une baisse réelle ou, au contraire, d'estimer les dommages, à l'avance, d'une augmentation continue et future. (iii) réaliser des prévisions de qualité de l'air: typiquement deux à trois jours à l'avance et sur une région donnée (le travail réalisé par les agences de surveillance de la qualité de l'air dans le cadre de la loi sur l'air de 1996 en France).
Principe du modèle
Le modèle CHIMERE est constitué de trois grands modules: une phase de préparation des données (pré-processing) indispensables à une simulation, le modèle de calcul des concentrations atmosphériques en lui-même et une phase d'exploitation des résultats (post-processing). Ce principe est vrai pour tous les outils numériques de ce type (voir figure).
- Pre-processing:
Le module de pré-processing contient des sous-modules très différents: la préparation des champs météorologiques (interpolation spatiale et temporelle sur la grille cible de CHIMERE), le calcul de flux turbulents (diagnostiqués à partir des données météorologiques), le calcul des flux d'émissions surfaciques (anthropiques, biogéniques et naturels), la lecture des données aux interfaces (types de sols, types de surface et conditions aux limites chimiques).
- Le modele CHIMERE
Le modèle CHIMERE: après lecture de toutes les données d'entrée, le système d'équations différentielles raides incluant toutes les réactions chimiques (avec des espèces ayant de quelques micro-secondes à plusieurs jours de durée de vie) est intégré en temps et en espace. En meme temps, le transport (advection et convection), les émissions (une source) et les dépots secs et humides (des puits) sont traités sous forme de flux qui vont augmenter ou diminuer les concentrations des polluants espèces par espèces, maille par maille et minute par minute.
- Le traitement des résultats:
Le post-processing permet d'exploiter les résultats. Les champs de concentrations en des milliers de points et heure par heure représentent souvent trop d'informations pour en tirer directement des enseignements. Cette étape permet de faire des calculs de scores (par comparaison avec des stations de surface, on cherche à quantifier la précision des calculs par rapport à la réalité), des cartes synthétiques (les maxima d'ozone ou de particules sur une journée par exemple).
La recherche actuelle avec le modèle
Le modèle CHIMERE est en développement continuel et une nouvelle version du code est mise à disposition des utilisateurs une fois par an. Si la modélisation régionale des espèces gazeuses est relativement maitrisée, il reste encore de grandes incertitudes sur la modélisation des aérosols. Les aérosols ont des origines différentes (anthropiques et urbains, ou des aérosols de combustion de feux, ou des aérosols minéraux) et des temps de vie différents, rendant complexe leur modélisation fine. Les recherches actuelles se tournent vers les impacts sur la santé, cela incluant la conception de modèles d'exposition de la population aux différents polluants mais aussi a à la prise en compte de nouvelles particules à suivre comme les pollens, très allergisants.
Développement et mise à disposition du modèle
Le modèle est développé par des chercheurs de l'Institut P.S.Laplace CNRS et de l'INERIS. Le code est développé sous licence de logiciel libre GNU GPL et est disponible sur un site web, http://www.lmd.polytechnique.fr/chimere.
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