Concentration de fond

evaluer la qualit´e de l’air `a l’´echelle urbaine, il est important de bien mod´eliser les ´emissions du trafic qui sont g´en´eralement ´elev´ees pour certains polluants comme les NO<sub>x</sub>. La mod´elisation de ces ´ emis-sions peut ˆetre effectu´ee avec un mod`ele de trafic (par exemple le mod`ele DAVISUM, (Broquereau, 1999)) coupl´e `a des facteurs d’´emissions (par exemple les facteurs estim´es par le mod`ele COPERT, (Gkatzoflias et al., 2007)). Les sources ponctuelles permettent de mod´eliser les rejets provenant des industries. Ce sont les seules sources qui peuvent ˆetre plac´ees en hauteur. Les ´emissions industrielles sont g´en´eralement ´evalu´ees `a partir d’un recensement des sources. Enfin, les sources surfaciques simulent les ´emissions diffuses telles que les ´emissions du secteur r´esidentiel-tertiaire. Cette repr´ e-sentation est notamment due `a la r´esolution des bases de donn´ees relatives `a ce type d’´emissions. Celles-ci fournissent des donn´ees sous la forme d’un cadastre (grille r´eguli`ere horizontale) qui a g´en´eralement une r´esolution de l’ordre du kilom`etre.

4.5.4 Concentration de fond

SIRANE est un mod`ele `a aire limit´ee, c’est-`a-dire qu’il mod´elise la dispersion des polluants sur une zone restreinte qui ne recouvre pas l’ensemble du globe. Aussi, il ne mod´elise pas la dispersion des polluants provenant de l’ext´erieur du domaine d’´etude. Cependant, la pollution atmosph´erique `

a l’´echelle urbaine peut aussi ˆetre influenc´ee par ces polluants. Aussi, le mod`ele SIRANE prend en compte l’effet de ces polluants en int´egrant une concentration dite concentration de fond qui est fournie en donn´ee d’entr´ee. Elle est g´en´eralement d´etermin´ee `a partir de mesures de concentration ou `a l’aide d’un mod`ele de qualit´e de l’air `a plus grande ´echelle. Cette concentration de fond est actuellement suppos´ee uniforme et est simplement ajout´ee aux concentrations induites par les

4.6. CONCLUSION 59

´

emissions localis´ees dans le domaine. L’´evaluation de la concentration de fond est un sujet trait´e dans la partie III relative `a l’approche de mod´elisation multi-´echelles.

4.6 Conclusion

SIRANE est un mod`ele op´erationnel d´edi´e `a l’´etude de la qualit´e de l’air dans les environne-ments urbains. Il combine une approche de r´eseau de rues et des mod`eles gaussiens pour ´evaluer la dispersion des polluants respectivement dans la canop´ee urbaine et dans l’atmosph`ere ext´erieure. Pour d´eterminer la dispersion dans la canop´ee urbaine, le mod`ele SIRANE prend en compte trois processus de transport : le transport par convection le long de la rue induit par le vent moyen dans l’axe de la rue ; le transfert turbulent `a travers l’interface rue-atmosph`ere ext´erieure ; et le transfert par convection aux intersections des rues. Ces trois processus sont mod´elis´es avec des re-lations param´etriques. Les donn´ees d’entr´ee du mod`ele sont la g´eom´etrie urbaine, la m´et´eorologie, les ´emissions et la concentration de fond. Ce mod`ele est utilis´e au cours de ce projet de recherche pour ´etudier l’approche de mod´elisation multi-´echelles et les m´ethodes d’assimilation de donn´ees `a l’´echelle urbaine. Pour ´evaluer l’apport de ces approches, il est tout d’abord n´ecessaire de d´efinir les r´esultats de r´ef´erence auxquels se comparer. Ceci fait l’objet du chapitre suivant.

Chapitre 5

Simulations SIRANE de r´ef´erence

Lors de ce projet de recherche, les approches de mod´elisation multi-´echelles et d’assimilation de donn´ees `a l’´echelle urbaine ont ´et´e appliqu´ees sur deux cas d’´etude distincts. Pour estimer l’apport de ces deux approches, une simulation SIRANE est r´ealis´ee pour chaque cas d’´etude. Les r´esultats associ´es `a ces simulations constituent les r´esultats de r´ef´erence auxquels se comparer pour ´evaluer l’apport des approches ´etudi´ees.

L’objectif de ce chapitre est de pr´esenter les cas d’´etude (5.1), de d´ecrire la mise en œuvre du mod`ele SIRANE pour ces cas d’´etude (section 5.2), de d´efinir les crit`eres statistiques utilis´es pour ´

evaluer la qualit´e des estimations (section 5.3) et de pr´esenter les r´esultats associ´es aux simulations SIRANE de r´ef´erence (section 5.4).

5.1 Pr´esentation des cas d’´etude

L’objectif de chaque cas d’´etude est d’estimer les concentrations moyennes horaires de NO₂et de PM₁₀ sur l’agglom´eration lyonnaise. Les deux cas d’´etude portent sur l’agglom´eration lyonnaise car l’´equipe de recherche AIR (Atmosphere, Impact & Risk), au sein de laquelle le projet de recherche est men´e, et l’AASQA Atmo Auvergne-Rhˆone-Alpes (partenaire du projet de recherche) ont acquis une exp´erience importante avec le mod`ele SIRANE sur cette agglom´eration. Le mod`ele SIRANE a notamment fait l’objet d’une ´etude de validation sur cette agglom´eration (Soulhac et al., 2012). De mˆeme, Atmo Auvergne-Rhˆone-Alpes r´ealise des simulations avec le mod`ele SIRANE sur cette zone depuis 2003. Chaque cas d’´etude porte sur le NO<sub>2</sub> et les PM<sub>10</sub> car ces polluants sont r´eglement´es par les l´egislations fran¸caise et europ´eenne (directive 2008/50/CE) et surveill´es par les AASQA. De plus, les concentrations de PM<sub>10</sub> et de NO<sub>2</sub> sont relativement ´elev´ees dans les environnements urbains (Guerreiro et al., 2014;Holman et al., 2015). De mˆeme, la variabilit´e spatiale des concentra-tions associ´ees `a ces polluants est particuli`erement ´elev´ee dans les environnements urbains. Aussi, l’´evaluation des concentrations de NO<sub>2</sub> et de PM<sub>10</sub>`a l’´echelle urbaine est une probl´ematique relati-vement complexe. L’analyse des m´ethodes d’assimilation de donn´ees `a l’´echelle urbaine est r´ealis´ee sur le cas d’´etude associ´e `a l’ann´ee 2008. Cela est notamment li´e au fait que l’´equipe AIR dispose des donn´ees n´ecessaires pour r´ealiser une simulation SIRANE sur cette ann´ee. De plus, l’ann´ee 2008

62 CHAPITRE 5. SIMULATIONS SIRANE DE R ´EF ´ERENCE

Type Nom Abr´eviation ^{2008 2014}

PM₁₀ NO₂ PM₁₀ NO₂ Trafic A7 sud lyonnais A7 3 3 3 3 Berthelot BER 3 3 Garibaldi GAR 3 Grandcl´ement GC 3 3 3 3

Lyon p´eriph´erique LP 3 3 3 3

Tunnel Croix-Rousse TCR 3 3 Vaise VAI 3 Urbain Gerland GER 3 3 Lyon centre LC 3 3 3 3 Saint-Just STJ 3 3 Vaulx-en-Velin VeV 3 3 3 3

Industrie ^{Feyzin FEY} 3 3 3 3

Saint-Fons STF 3 3 3 3

Fond

Coti`ere de l’Ain COT 3 3 3 3

Genas GEN 3 3 3 3

Saint-Exup´ery STE 3 3 3 3

Ternay TER 3 3 3 3

Table 5.1 – Liste des stations fixes fournissant des mesures de concentration pour les cas d’´etude

a) 2008 b) 2014

Figure 5.1 – Position des stations fixes de mesure sur l’agglom´eration lyonnaise en 2008 (a) et en 2014 (b)