Modélisation
Les phénomènes qui interviennent dans l’évolution de la qualité de l’air sont :
- complexes : les vents plus ou moins fort déplacent et modifient les masses d’air, l’atmosphère est un réacteur des espèces chimiques avec la production de polluants secondaires à partir des polluants primaires , la réactivité chimique porte sur des espèces transportées et mélangées par les vents
- fortement non linéaires : les mécanismes de mélange turbulent et de réaction chimique interdisent tout raisonnement de proportionnalité
- tri dimensionnels : déplacement d’air et réactivité des espèces constitutives de l’air se font dans les trois directions de l’espace en particulier dans la direction verticale. Même si les impacts sont surtout considérés au niveau du sol, le modèle doit prendre en compte des évolutions dans tout le volume.
- dépendants du sol : relief, frottement, capacité d’échange du rayonnement thermique et de l’humidité, thermique, cadastres d’émission des polluants
C'est au modèle numérique qu'il incombe de retranscrire malgré tout l'ensemble de ces phénomènes…
Une modélisation pour des échelles d’espace et de temps
Une des difficultés de la modélisation de l’atmosphère est le caractère ouvert du domaine de calcul. Si le sol est une limite naturelle du domaine, les autres limites ont un caractère arbitraire : plafond horizontale en altitude, plans verticaux sur les côtés. Il faut prendre en compte le fait que les mouvements des masses d’air débordent largement les limites du territoire considéré par POVA. L’enjeu est ici de modéliser avec une bonne précision les phénomènes dans les vallées, ce qui guide le choix :
- des échelles d’espace et leurs imbrications : la représentation détaillée sera raffinée à 300 m (ou 1000 m en Maurienne) sur un domaine de quelques dizaines de kilomètres. Les mouvements de l’atmosphère à plus grande échelle seront calculés avec un raffinement moindre (6 km et plus).
- des échelles de temps : la dynamique atmosphérique dans les vallées dépend très fortement du chauffage par le rayonnement solaire et de son interaction avec des vents dominants d’altitude qui eux-mêmes évoluent en cours de journée, l’évolution doit donc être calculée avec une résolution inférieure au ¼ d’heure. Les conditions météorologiques ne se reproduisant jamais de manière identique d’une journée à l’autre, ce sont des épisodes de plusieurs jours consécutifs qui sont modélisés.
L’utilité de la modélisation pour le programme POVA
- le territoire montagneux avec son relief très marqué, l’hétérogénéité de son couvert de sol rend difficile toute extrapolation des mesures au-delà de la localisation d’une station. Le modèle permet de reconstituer les valeurs des concentrations en tout point et à tout instant (à la résolution de la grille de calcul près). Il joue donc un rôle d’interpolateur spatial entre des stations par nécessité très peu nombreuses.
- le modèle reposant sur les lois de physique et de chimie, une confrontation satisfaisante entre résultats du modèle et mesures montre que ces lois sont bien vérifiées, ce qui contribue à expliquer les phénomènes observés
- des scénarios peuvent être étudiés grâce au modèle et servir d’outil quantitatif d’estimations indispensables aux décideurs : réduction d’émission, impact de changement de réglementation, ..
Les difficultés particulières à la mise en œuvre de la modélisation dans POVA
- le relief très marqué impose une résolution spatiale fine (300m en horizontal pour Chamonix)
- les imbrications de domaine doivent permettre d’évaluer des écoulements à une échelle régionale très supérieure à la taille de la vallée de manière en intégrer l’effet des vallées voisines
- le cadastre d’émission est spécifique à de territoires peu urbanisés avec d’importantes contributions biogéniques
- les solutions retenues pour la modélisation doivent pouvoir être transférées dans les services d’Air APS ce qui impose portabilité et indépendance vis-à-vis du matériel informatique utilisé, du super calculateur au PC.
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