Validation extérieure des cadastres optimisés
Ce travail a principalement porté sur l’élaboration et la validation de la méthodologie d’inversion à l’échelle locale en utilisant les mesures de routine du réseau. Après les premières études réalisées en Île-de-France pendant les étés 1998 et 1999, la question de la validation extérieure des cadastres optimisés reste donc à discuter. En effet, si les émissions optimisées paraissent cohérentes et permettent de réduire l’écart entre concen- trations simulées et mesurées, elles peuvent néanmoins ne pas correspondre à une réalité physique et dépendre du modèle utilisé. L’utilisation des cadastres optimisés avec l’in- verse de CHIMERE par d’autres modèles pour simuler les mêmes épisodes de pollution est donc une étape permettant de déterminer le degré de dépendance au modèle de ces cadastres. Dans un premier temps, on peut envisager de tester les cadastres optimisés avec le même modèle mais avec des forçages différents, par exemple en remplaçant les don- nées météorologiques de l’ECMWF par des champs issus de modèles tels que RAMS ou MM5.
Quantifier l’incertitude des cadastres optimisés
Notre méthodologie d’inversion ne permet pas d’associer une incertitude aux cadastres optimisés obtenus.Le projet OPTEMI (OPTimisation des Emissions par Modélisation In- verse), dans lequel s’inscrit ce travail, prévoit des interactions entre l’inversion et des simulations Monte-Carlo. Ces dernières permettent en effet de quantifier les incertitudes des différents paramètres d’entrée du modèle.
Application aux COV
Dans les cadastres actuels, les émissions de COV comportent une grande incertitude qui porte à la fois sur la quantité totale et sur la spéciation. Compte-tenu de l’importance du
rapport COV sur NOx à l’émission dans la production d’ozone, l’optimisation indépen-
dante des émissions de COV et de NOxpourrait s’avérer très intéressante pour l’étude de
la pollution photo-oxydante.
Des mesures de concentrations et surtout de spéciation de COV effectuées en routine par les réseaux seraient donc nécessaires. Bien que les normes imposent la prise en compte en routine d’espèces de plus en plus nombreuses en même temps que les mesures de- viennent techniquement réalisables, on ne peut espérer disposer rapidement de données d’observation spécifiques aux COV assez nombreuses.
À défaut d’avoir accès à la spéciation, les mesures d’ozone devraient permettre d’inverser l’ensemble de la famille des COV. Bien qu’il ait été montré que les mesures d’ozone dis- ponibles actuellement en Île-de-France n’étaient pas assez nombreuses pour contraindre efficacement l’inversion des émissions de COV, le développement du réseau de mesure de l’ozone dans les zones périphériques pourrait, dans des délais raisonnables, apporter les informations nécessaires.
Application à d’autres régions
L’optimisation des émissions a un intérêt immédiat pour les régions qui disposent d’un réseau de mesure assez bien développé mais d’un cadastre peu précis ou non remis à jour. Cependant, même dans une région disposant, comme l’Île-de-France, d’un «bon» cadastre, l’optimisation des émissions permet de prendre en compte les jours particuliers, par exemple les grands départs en région parisienne. Les cadastres optimisés peuvent fina- lement être utilisés par les réseaux de surveillance de la qualité de l’air comme AIRPARIF, AIRFOBEP et AIRMARAIX, d’une part, dans le but d’obtenir de meilleures prévisions des pics et d’autre part, pour effectuer des simulations de scénarios d’émissions plus pré- cis.
Le coût d’une optimisation fiable correspond à celui des stations de mesure nécessaires à l’obtention d’analyses de bonne qualité. Cette dernière constitue un enjeu dont le cadre dépasse largement celui de l’inversion. C’est pourquoi le coût matériel et financier de l’optimisation des émissions n’est peut-être pas systématiquement plus élevé que celui de la mise à jour d’un cadastre par des méthodes de type «bottom-up».
La méthode d’inversion a été utilisée en Île-de-France pour des raisons de simplicité de la dynamique et de disponibilité des observations. L’objectif est de l’appliquer à des sites de plus en plus complexes. Dans un premier temps, on étudie une région possédant un réseau de mesure dense mais dont le cadastre comporte des incertitudes plus grandes que celui de l’Île-de-France, par exemple en raison d’émissions importantes de COV biogéniques. On pourrait ensuite optimiser les émissions dans une région comportant également de fortes incertitudes sur d’autres paramètres, par exemple sur les champs dynamiques.
Actuellement, la région dans laquelle on dispose du plus grand nombre d’observations est celle de Fos-Berre Marseille où a eu lieu la campagne ESCOMPTE au cours des étés 2000 et 2001. Les cadastres d’émissions optimisés pourraient être utilisés par les équipes travaillant sur les analyses des épisodes de cette campagne. Malheureusement, la dynamique y est beaucoup plus complexe qu’en Île-de-France (phénomènes de brise de mer notamment). La durée exceptionnelle de la campagne de mesure permet néanmoins de disposer d’épisodes «simples» (régime de brise bien établi par exemple) qui peuvent constituer les premiers cas d’inversion.
La photochimie dans la troposphère
Les réactions chimiques expliquant la production et la destruction de l’ozone dans la troposphère sont nombreuses. Cette annexe présente les principales étapes du cycle de l’ozone (O3) qui mettent en jeu le dioxyde d’azote (NO2), le monoxyde d’azote (NO),
deux espèces regroupées dans la famille des oxydes d’azote (NOx), le monoxyde de car-
bone (CO), les composés organiques volatils (COV), les radicaux hydroxyles (OH) et hy- dropéroxyles (HO2) au cours d’un processus rapide, l’équilibre photochimique, et d’un
processus plus lent, le cycle des radicaux.
A.1
L’équilibre photochimique
Une molécule d’ozone est formée par la combinaison d’un atome d’oxygène dans l’état fondamental (O(3p)) avec une molécule de dioxygène, un troisième corps permettant de stabiliser la réaction :
O2+ O(3p)+ M → O3+ MM = O2, N2 (A.1)
Dans la troposphère, l’atome O(3p) provient le plus souvent d’une molécule de NO2 qui
a été photodissociée par un rayonnement d’une longueur d’onde comprise entre 290 et 400 nanomètres (visible et proche ultra-violet) :
NO2+ hν → NO + O(3p) (A.2)
La molécule de NO formée peut elle aussi réagir avec une molécule d’ozone : il s’agit de la titration de l’ozone par NO qui donne :
NO + O3 → NO2+ O2 (A.3)
Les équations A.1 et A.2 d’une part et A.3 d’autre part constituent l’équilibre photochi-
mique et ne peuvent expliquer la production nette d’ozone qui conduit à des concentra-
tions supérieures à 100 ppb lors de certains épisodes de pollution.