Composition chimique des PM 1

Les principales fractions des PM1 (sulfate, BC, OM, ammonium, nitrate) ont été mesurées

avec la plate-forme Massalya, et sont comparées aux résultats de simulations. Étant donné les conditions de vents non propices à l’observation des panaches durant la campagne d’hiver, uni- quement les résultats de la campagne d’été sont présentés dans cette partie. Les comparaisons pour la campagne d’hiver sont données en annexe. La Figure 5.21 présente les résultats pour la modélisation du sulfate.

La concentration de fond moyenne de sulfate est de 0,5 µg.m−3. Les deux modèles sous- estiment la concentration de fond, avec un biais négatif de 0,2 µg.m−3 en moyenne. Les pics de sulfate observés ne sont pas représentés par le modèle eulérien. Le modèle PinG présente de bonnes performances pour représenter la concentration observée en sulfate, y compris pour les pics. Les pics modélisés présentent une importante contribution de la raffinerie. Les pics des périodes 1 et 3 sont légèrement sous-estimés par le modèle, le pic de la période 2 est en revanche surestimé. Aucune contribution de la raffinerie n’est modélisée pour les pics de la période 5. Cette période est caractérisée par des directions de vents de sud, ces pics ne sont donc pas attribuables à la raffinerie.

Les concentrations d’ammonium et de nitrate, modélisées par les modèles PinG et eulérien, sont comparées aux mesures de l’AMS en Figure 5.22. La concentration en ammonium est lar-

Section 5.3 – Évaluation par comparaison aux mesures de la plate-forme Massalya 116

Figure 5.21 – Résultats des simulations PinG et eulérienne pour la modélisation du sulfate, en comparaison aux mesures de l’AMS (µg.m−3).

Figure 5.22 – Résultats des simulations PinG et eulérienne pour la modélisation des nitrates (droite) et de l’ammonium (gauche), en comparaisons aux mesures de l’AMS (µg.m−3).

gement surestimée par les deux modèles, en particulier par le modèle eulérien. Dans le modèle eulérien, le sulfate émis par la raffinerie impacte une zone plus étendue que dans le modèle PinG. Ces impacts plus importants conduisent à de plus fortes formations de sulfate d’ammonium

Section 5.3 – Évaluation par comparaison aux mesures de la plate-forme Massalya 117 dans le modèle eulérien. La contribution modélisée par le modèle PinG correspond aux pics de concentrations observés. Le modèle présente une bonne performance pour la représentation des pics d’ammonium, avec une forte proportion imputable aux émissions de la raffinerie. La suresti- mation d’ammonium est notable sur toute la période de mesures, et peut être attribuable à une surestimation des émissions d’ammonium et d’ammoniac dans l’inventaire.

Pour le nitrate, la concentration observée est faible, de l’ordre de 0,1 µg.m−3. Les deux mo- dèles donnent des résultats similaires, et surestiment le pic de concentration de la période 3. La contribution de la raffinerie est pratiquement nulle sur toute la période. À cette distance (site de mesures à 400 m de la raffinerie), et du fait des concentrations faibles en NH3, on n’observe

pas de formation de nitrate d’ammonium, et les quantités de HNO3 formées dans les bouffées

restent en phase gazeuse.

Figure 5.23 – Résultats des simulations PinG et eulérienne pour la modélisation de OM (figure de gauche) et de BC (figure de droite), en comparaisons aux mesures de l’AMS (µg.m−3).

La Figure 5.23 présente les résultats de modélisation de OM et de BC, en comparaison aux mesures de l’AMS. Les deux modèles représentent OM et BC avec des corrélations horaires relativement élevées (0,55 pour OM et 0,68 pour BC), et des biais faibles (+0,1 µg.m−3 pour OM et BC). Pour OM, Les résultats des deux modèles sont similaires pour les périodes 1, 2 et 4. Le modèle PinG modélise une fraction de OM attribuable à la raffinerie pour la période 3. Cette fraction correspond à une formation de SOA biogéniques hydrophiles, formés à partir de la condensation des précurseurs présents dans le fond sur les particules aqueuses présentes dans les bouffées. Les pics des autres périodes sont sous-estimés par les modèles. Les pics de BC sont également sous-estimés par les deux modèles et la contribution modélisée est nulle. La non- représentation des pics peut être liée aux incertitudes sur la spéciation chimiques appliquée sur les émissions de PM de la raffinerie (faible fraction de BC). Les périodes de pics sont également caractérisées par des contributions des émissions du trafic (vent de nord-est), la sous-estimation de OM et de BC peut ainsi être en partie attribuable à des sous-estimations des émissions de BC et de OM dans l’inventaire.

Section 5.3 – Évaluation par comparaison aux mesures de la plate-forme Massalya 118 La composition chimique relative des PM1est étudiée sur 3 périodes :

• Composition de fond : du 7 au 8 septembre

• Composition en période de pics attribuables à la raffinerie : 8 septembre de 7h à 11h (pic 1)

• Composition en période de pics non attribuables à la raffinerie : du 10 au 11 septembre (pic 4)

Les comparaisons des compositions des PM1 modélisées par le modèle PinG, aux mesures de

l’AMS, et sur ces trois périodes, sont présentées en Figure 5.24.

Figure 5.24 – Comparaisons de la composition chimique des PM1modélisée par le modèle PinG

(figures du bas) aux mesures de l’AMS (figures du haut).

Les concentrations de fond de sulfate, OM, BC et nitrate sont bien représentées par le mo- dèle. La concentration d’ammonium est surestimée, comme montré en Figure 5.22, et le modèle génère des quantités négligeables de chlorure. Durant la période du pic 1, les pics observés sont attribuables aux émissions de la raffinerie. Ces pics sont caractérisés par des proportions plus im- portantes de sulfate, peu neutralisé au regard des quantités d’ammonium. La quantité moyenne de sulfate est sous-estimée par le modèle, la quantité maximale (74% dans la mesure) est en re- vanche légèrement surestimée (84% dans la simulation). La proportion de BC est sous-estimée,en partie du fait de la trop faible fraction de BC dans la spéciation chimique des émissions de la raffinerie. La sous-estimation des proportions moyennes de sulfate et de BC est aussi partielle- ment attribuable à un biais dans la direction du vent, comme montré en Figure 5.25. Les vents dominants de nord-est mesurés ne sont pas représentés dans la simulation WRF, diminuant la contribution de la raffinerie sur le site de mesures. La période de pics 4 est une période de vents de sud, bien représentée par la simulation WRF. Les pics observés ne sont donc pas attribuables à la raffinerie. Les quantités de nitrate plus importantes suggèrent que les PM ont subi des pro- cessus de vieillissement, pouvant indiquer une origine de ces PM de sources plus lointaines.

Les deux modèles montrent ainsi de bonnes performances pour reproduire la concentration observée, et la composition, des PM1. Le modèle eulérien sous-estime la contribution de la raffi-

Section 5.3 – Évaluation par comparaison aux mesures de la plate-forme Massalya 119

Figure 5.25 – Roses des vents mesurés (figure de gauche) et modélisés (figure de droite), pour les période de pics 1 (figure du haut) et 4 (figure du bas).

de la raffinerie à la concentration en PM1et leurs composition sont en revanche bien représentées

par le modèle PinG. Dans ce contexte, la contribution de la raffinerie à la concentration locale en PM1 modélisée est étudiée. Les contributions de la raffinerie aux concentrations en PM1 au

site de mesures et sur tout le domaine, sont présentées dans le Tableau 5.7.

Tableau 5.7 – Contribution de la raffinerie de la Mède à la concentration locale en PM1. La

contribution en % de la concentration de fond est indiquée entre parenthèses. Contributions calculées du 1 au 15 septembre 2015 (µg.m−3).

Échelle Moyenne Simu-

lation Contributionmoyenne Contributionmaximale

Massalya/STNA 3,0 0,078 (2,6%) 4,98 (63%) Domaine 2,30 0,091 (3,9%) 12,33 (82%)

La contribution moyenne correspond à la moyenne sur toute la campagne de mesures, et la contribution maximale est déterminée à partir des valeurs de concentrations horaires. La contribution de la raffinerie à la concentration locale en PM1 est faible à l’échelle du domaine

et à la station, de l’ordre de 2 à 4%. La contribution maximale est en revanche plus importante. À l’échelle du domaine, dans la maille et à l’instant où la contribution maximale est atteinte,

Section 5.3 – Évaluation par comparaison aux mesures de la plate-forme Massalya 120 la contribution correspond à 82% de la concentration en PM1 de cette maille. Au site STNA,

la contribution maximale correspond à 63% de la concentration en PM1 au même instant. La

contribution maximale à l’échelle du domaine est observée dans la maille contenant la raffinerie.