Calcul du taux de dissipation par la méthode des 4/5

Cette méthode étant la plus robuste en situation d’isotropie, nous l’utiliserons pour donner un ordre de grandeur du taux de dissipation pour le type de série observé le plus isotropique, à savoir, celui présentant une pente nulle suivie d’une pente en−2/3.

Nous avons donc choisi, pour la suite, de travailler avec des données respectant au mieux cette condition. La série utilisée ci-dessous semble idéale dans la mesure où ses écarts-types en u et en v sont pratiquement égaux :σu= 9, 1.10−3_etσv= 9, 3.10−3 avec une vitesse moyenne projetée sur l’axe de l’écoulement égale à 0, 44 m.s−1_{. Ses} rapports S_v( f )/S_u( f ) et S_w( f )/S_u( f ) ont été représentés à la figure 3.15. Ils montrent de nombreux points autour de la droite en 4/3 ce qui témoigne du caractère isotrope

de cette série. Une fois l’isotropie vérifiée, la méthode de calcul consiste à tracer à

FIGURE3.15: Vérification de l’isotropie par la méthode des 4/3 pour la série dont nous

allons calculer le taux de dissipation.

l’aide des fonctions de structure obtenues, l’évolution du taux de dissipation en fonction du temps. Ces fonctions, calculées à l’ordre trois et à différents degrés de simplifica-tion,sont présentées à l’annexe B. Elles nous donnent les résultats suivants : Les courbes représentatives du taux de dissipation (figure 3.16 b) sont relativement proches et nous révèlent, pour des temps caractéristiques compris entre 0,25 et 1 seconde environ, un plateau centré autour de la valeur 7.10−5_m2.s−3_{. La valeur de référence utilisée est celle} qui associe u, v et w (courbe noire n’utilisant aucune simplification et donc plus fiable). Cet ordre de grandeur est peu élevé, mais pas choquant vu la faible intensité du vent pour ce type de série. Le signe positif d’ε calculé ici avec nos conventions confirme que le transfert d’énergie a bien lieu des grandes vers les petites échelles.

FIGURE 3.16: a) Estimation des fonctions de structure d’ordre 3 et b) des taux de

dissipation d’énergie cinétique turbulente associés.

3.12.1.3 Conclusion

Cette section a permis de voir que l’allure des spectres d’énergie vérifie la théorie de Kolmogorov. Plusieurs types de spectre, dont l’un respectait davantage la condition d’isotropie, ont été retrouvés. Sur la base du respect de cette condition, nous avons pu, à l’aide des fonctions de structure calculées à l’ordre 3, obtenir une estimation du taux de dissipation. Ces valeurs, plutôt faibles, semblent en accord avec l’intensité du vent observée. L’analyse spectrale a également permis de remonter à la taille des tourbillons apparaissant près du sol en période stable dans la CLN. Les faibles taux de dissipation et tailles de tourbillons retrouvés indiquent un faible mélange et un faible transport turbulent à ces périodes.

3.13 Conclusion du chapitre

Ce chapitre a mis en évidence l’existence du trou spectral, pour les données à 5,6 m d’altitude, et donc les petites échelles du mouvement qui contribuent à l’Energie Cinétique Turbulente (ECT). La prise en compte de cette turbulence a nécessité la détermination d’une durée de moyenne, nous avons choisi 13 minutes. Avec cette durée, les flux de quantité de mouvement et de chaleur ont pu être calculés. L’analyse a révélé qu’il était possible de distinguer trois sous régimes au sein du régime stable : faiblement, modérément et fortement stable. Ces zones ont été définies par des critères expérimen-taux puis comparées aux critères universels, ces derniers sont en général légèrement supérieurs à ceux retrouvés à Arnouville. Concernant l’analyse spectrale, nous avons pu constater que quelle que soit la stabilité, la forme des spectres reste cohérente avec celles obtenues par Drobinski et al. (2003) dans des études précédentes. Ces spectres, nous ont permis de quantifier les flux utiles à la modélisation d’écoulements turbulents en milieu tropical. Pour ces situations de stabilité, les couches trouvées sont de type, Eddy Surface Layer et Shear Surface Layer avec une épaisseur de l’ordre de la vingtaine de mètres. La taille des tourbillons rencontrés est de l’ordre du dixième de mètre et inférieure à la dizaine de mètre. Le taux de dissipation, trouvé via les fonctions de structure, ne dépasse pas les 10−5_m2.s−3_{. Ce sont les forces de frottement et de flottabilité qui} agissent sur l’écoulement et qui modifient la structure des tourbillons ; ils deviennent moins énergétiques et plus petits d’où une diminution de la capacité à disperser et une augmentation de la concentration des polluants présents sur le site. Il faut cependant noter, la faible variation du flux de chaleur sensible en fonction des régimes de stabilité. Un intérêt particulier sera porté ultérieurement à cette piste sous forme de publication.

Identication de composés

volatils en zone de mangrove

4.1 Introduction

Dans ce milieu naturel à la fois marin, végétal et très riche en matière organique (MO) qu’est la mangrove, un phénomène d’émission de Composés Organiques Volatils Biogéniques (COVB) est couramment observé et peut constituer une préoccupation environnementale. En effet ces composés peuvent être à l’origine de nuisances pour les populations avoisinantes, allant de la simple gêne olfactive (puisque certains d’entre eux se caractérisent par des odeurs nauséabondes détectables par le nez humain même à de faibles concentrations) jusqu’à un risque direct pour leur santé. Les COV sont en effet nombreux à présenter une toxicité ; certains sont irritants, sensibilisants, cancé-rogènes, . . . Troussier and Locoge (2004). Les mécanismes de génération des COVB, dans ces environnements, sont souvent reliés à la dégradation de MO et à des cycles de transformations biogéochimiques encore mal connus. À notre connaissance, peu d’études sur les émissions de COVB atmosphériques dans les zones humides tropicales et en particulier en mangrove ont été menées ; il est donc difficile de prédire avec précision quels composés sont émis et à quels taux. De plus lorsque les conditions météorologiques évoquées dans les chapitres 2 et 3, se manifestent sur la zone d’étude, il apparaît dans la Couche Limite Atmosphérique Nocturne, à de faibles altitudes, des

zones de faible accumulation de ces composés.

L’objectif de ce chapitre est d’identifier les composés présents dans ces zones d’accumu-lation. Pour cela, nous avons élaboré et validé une méthode d’analyse chimique fondée sur la chromatographie couplée à la spectrométrie de masse pour le dosage de Composés Organiques Volatils (COV) naturels provenant de l’écosystème végétal côtier. L’étude de la dispersion de composés chimiques émis, notamment odorants, a été réalisée en fonction des conditions micro-météorologiques, présentées dans les chapitres précé-dents et amenant à des situations d’élévation de la concentration des polluants sur le site.

Ce chapitre présente donc la partie, des travaux réalisés durant la thèse, relative à la chimie des polluants atmosphériques. Il sera traité en quatre sections :

– Rappels sur les COVB,

– Mise en place de la méthode chromatographique analytique en utilisant un Détec-teur à Ionisation de Flamme (FID) et des COV étalons,

– Prélèvement des COV en milieu naturel,

– Résultats : analyse chromatographique des composés prélevés avec détection spec-trométrique.

Les objectifs à atteindre au terme de ces quatre étapes sont : compléter et améliorer les bases de connaissances existantes du cycle des COVB dans les zones de mangrove, en commençant par identifier les gaz organiques émis dans ces zones ; obtenir une meilleure compréhension de leur processus de dispersion en contribuant à l’établisse-ment de liens entre les conditions météorologiques et ceux-çi. Cette contribution servira ultérieurement à alimenter les modèles de dispersion spécifiques ou liés (directement ou indirectement) aux écosystèmes étudiés.

4.2 Contexte : les Composés Organiques Volatils dans