Emissions de polluants primaires

Le modèle Polair3D a été développé pour fonctionner principalement sur l’Europe. Le programme de calcul d’émission est basé sur le format EMEP (European Monitoring and Evaluation Program). Comme nous simulons l’accident de Fukushima, il n’est pas possible d’utiliser le cadastre EMEP car il ne couvre pas l’Asie. Nous avons donc utilisé le cadastre asiatique REAS (Regional Emission inventory in ASia) (Ohara et al., 2007). La base de données REAS nous donne une quantité de NOx et de COV totaux par secteur d’émission sur

une partie de l’Asie (au choix de l’utilisateur) avec une résolution de maille de 0,25° × 0,25° en tonnes.an−1_.maille−1_.

Nous avons développé dans l'équipe un programme « Reas to Polair » pour adapter cette base de données au format d’émission spatial et temporel utilisé par Polair3D et au mécanisme chimique associé. Ce paragraphe explique le fonctionnement de « Reas to Polair ».

Le format REAS représente la quantité de NOx et de COV totaux par secteur

d’émission de la base de données REAS. Le format RACM représente la quantité d’espèces rangées en familles chimiques RACM injectées dans Polair3D. « Reas to Polair » est un programme qui fonctionne en plusieurs étapes différentes (figure V-3). Tout d'abord, il faut convertir les données brutes de REAS par secteur d'émission en espèces spécifiées adaptées au mécanisme chimique utilisé dans le modèle (RACM) et il est nécessaire d’adapter la grille d’émission REAS qui a une résolution de 0,25° × 0,25° à la résolution de la grille de notre domaine Polair3D (0,1° × 0,1°).

Figure V-3 : Principe de fonctionnement du programme « Reas to Polair » Etape 1

Il faut d'abord formater la grille de 0,25° × 0,25° en format lisible par Polyphémus (grille de 0,1° × 0,1°). Pour ce faire, on découpe le domaine REAS en grilles plus fines de 0,01° × 0,01° qui vont nous permettent par la suite de sélectionner aisément les données d’émission du domaine défini pour la modélisation. Les mailles du domaine REAS forment un quadrangle. Leur surface peut être calculée par la formule suivante :

= × ∆ × ∆ Eq. V-1

où RTerre est le rayon de la terre (m), ∆longitude correspond à la différence entre les longitudes

des deux bords de la maille (radian) et ∆sin(latitude) est la différence entre les sinus des latitudes des deux bords de la maille (radian).

On peut en déduire la quantité Qi sur la maille 0,01° × 0,01 ° (tonnes.maille−1.an−1) à partir

de :

= × Eq. V-2

avec QREAS la quantité sur une maille REAS (tonnes.maille−1.an−1) et SREAS la surface d’une

Etape 2

Cette étape a pour objectif de convertir les données brutes de REAS pour les NOx en NO,

NO2 et HONO et pour les COV en familles hydrocarbonées du mécanisme RACM. Comme la

base de données REAS donne seulement une quantité de NOx totale et une quantité de COV

totale par secteur d’émission sur l’ensemble du domaine sélectionné, nous avons choisi d’utiliser la spéciation de l’EMEP par SNAP (étape 2a’) et d’utiliser l’agrégation de l’EMEP vers le mécanisme RACM (étape 2b). Cette étape se découpe donc en plusieurs sous-étapes.

La figure V-4 représente une représentation schématique des étapes nécessaires pour convertir le format « REAS » en format « RACM ».

Etape 2a

L’étape 2a consiste à convertir les secteurs d’émissions REAS en secteurs d’émissions utilisés par EMEP. Le programme EMEP utilise un classement par SNAP. Le tableau V-3

présente les différents secteurs d’émissions de la base de données REAS et le tableau V-4 les différents secteurs d’émissions EMEP.

Figure V-4 : Schéma représentatif des différentes étapes nécessaires à la conversion des données brutes de REAS en NO, NO2, HONO et en familles hydrocarbonées du mécanisme RACM.

Tableau V-3 : Secteurs d’émission REAS.

Tableau V-4 : Secteurs d’émission européens EMEP.

SNAP Catégories émettrices

S1 Combustion dans les industries de

l’énergie et de la transformation d’énergie

S2 Combustion hors industrie

S3 Combustion dans l’industrie manufacturière

S4 Procédés de production

S5 Extraction et distribution de combustibles fossiles

S6 Utilisation de solvants

S7 Transport routier

S8 Autres sources mobiles et machineries

S9 Traitement et élimination des déchets

S10 Agriculture et sylviculture

S11 Autres sources et puits (sources biogéniques)

Le tableau V-5 regroupe la conversion des secteurs REAS en secteurs EMEP lisibles par Polair3D.

Secteurs REAS Catégories émettrices

AVIATION Domestic and international aviation

POWER_PLANTS_NON-POINT Power and heat plants as non-point sources except for Japan

DOMESTIC Residential, commerce and public services, agricultural

equipment, fishing, and others. POWER_PLANTS_NON-

POINT_JPN Power and heat plants as non-point sources for Japan

EXTRACTION Extraction and handling of fossil fuels (For VOC)

POWER_PLANTS_POINT Power and heat plants as point sources

INDUSTRY Industry (emissions both from fuel combustion and industrial processes

ROAD_TRANSPORT Road transport (cars, buses, trucks, motor cycles, and other on- road vehicles)

INTNNV International navigation

SOLVENTS Solvent use (including paint use)

OTHER_TRANSPORT Domestic navigation, railway, and other off-road transports

Tableau V-5 : Conversion des secteurs REAS en secteurs EMEP.

Secteurs REAS SNAP

AVIATION S8 POWER_PLANTS_NON-POINT S1 DOMESTIC S2 POWER_PLANTS_NON-POINT_JPN S1 EXTRACTION S5 POWER_PLANTS_POINT S1 INDUSTRY S3 – S4 ROAD_TRANSPORT S7 INTNNV S8 SOLVENTS S6 OTHER_TRANSPORT S8 WASTE S9

Par exemple, la catégorie « AVIATION » a été converti en SNAP S8 qui contient les autres sources mobiles et machineries. Le secteur d’émission asiatique « INDUSTRY » a été réparti sur deux SNAP du secteur EMEP. Les NOx ont été répartis pour 90% sur la SNAP S3

et 10% sur la SNAP S4. Quant aux COV, ils ont été répartis pour 22% sur la SNAP S3 et 78 % sur la SNAP S4. Dans le système asiatique, les émissions dues à l’agriculture, sylviculture (S10) et les sources biogéniques (S11) ne sont pas référencées et donc ne figureront pas dans le modèle.

Etape 2a'

On utilise la spéciation EMEP (COV totaux → COV spécifiés) pour répartir les émissions de NOx et de COV en fonction des différents SNAP. On l’applique à nos valeurs d’émissions

au sein de chaque maille. Etape 2b

Cette étape consiste à agréger les espèces hydrocarbonées isolées de EMEP en espèces RACM. Cette agrégation est incluse dans le modèle Polair3D. On l’applique sur nos émissions asiatiques au sein de chaque maille.

III.1.2. Météorologie

Les variables météorologiques nécessaires au modèle sont pré-calculées. Les données météorologiques globales que l’on utilise pour ce prétraitement proviennent du NCEP (National Center for Environmental Prediction). Ce prétraitement est découpé en deux grandes étapes :

(i) calcul de la météorologie grâce au modèle WRF-Chem 3.4 couplé au modèle ARW (Advanced Research WRF) (Fast et al., 2006),

(ii) prétraitement Polyphémus pour adapter la grille WRF à la grille Polair3D.

Nous avons effectué les calculs météorologiques pour le domaine présenté sur la figure V- 5 et dans le tableau V-6.

Figure V-5 : Représentation en mode plan du domaine WRF (en vert) et du domaine Polyphémus choisi (en rouge).

Tableau V-6 : Domaine choisi pour les calculs WRF.

Longitude zéro (°E) 116 Nombre de mailles en x 125

∆longitude (°) 0,3 Latitude zéro (°N) 23 Nombre de mailles en y 113

∆latitude (°) 0,3