3.1 Présentation générale du modèle CHIMERE
3.1.6 La prise en compte des émissions
Le modèle CHIMERE nécessite en entrée les émissions de 22 espèces représentatives des principaux composés gazeux et aérosols requis par son mécanisme chimique MELCHIOR.
3.1.6.1 Émissions anthropiques
Les émissions anthropiques portent sur les différents composés : PM2,5, PM10−2,5, PM>10, NOx, CO, SO2, NH3et COVNM (incluant Ethane, n-Butane, Ethène, Propène, Isoprène, o-Xylène, Formaldéhyde, Acétaldéhyde, Méthyle-Ethyle-Cétone). Pour les simulations à l’échelle européenne, les émissions anthropiques des principaux constituants gazeux proviennent de la base de données EMEP (Mylona 1999), disponible pour la période 1999-2001 (http ://www.emep.int). Les émis- sions des particules primaires sont issues quant à elles de l’inventaire européen du TNO (Nether- lands Organization for Applied Scientific Research, http ://www.air.sk/tno/cepmeip). Toutes ces données sont spatialement interpolées sur la grille du modèle.
Concernant les émissions régionales en Ile-de-France, seul l’inventaire des espèces gazeuses était initialement disponible. Réalisé par AIRPARIF pour l’année 1998 sur un domaine d’environ
58 Modélisation des aérosols de pollution avec le modèle CHIMERE
150x150 km2et avec une résolution spatiale de 3x3 km2, il souffrait de l’hétérogénéité des années de référence pour les différentes sources de données et surtout de l’absence des émissions de particules primaires.
Ainsi, pour les besoins de la modélisation des aérosols, le cadastre de particules disponible à l’échelle européenne a dû être adapté dans un premier temps à la résolution de notre domaine d’étude (Hodzic et al. 2004), car l’utilisation des émissions avec une résolution de 50 km est inappropriée pour l’étude de la pollution urbaine. Pour ce faire, les émissions de particules d’aé- rosols en Ile-de-France ont été déduites des rapports annuels de PM/NOx, calculés à l’échelle européenne pour chaque secteur SNAP (Selected Nomenclature for sources of Air Pollution, EMEP/CORINAIR 1997) à partir des inventaires de TNO et d’EMEP, puis, appliqués aux émis- sions locales de NOx de l’inventaire d’AIRPARIF. L’utilisation des NOx plutôt qu’une autre es- pèce gazeuse pour la spatialisation des émissions des PM au niveau régional, est justifiée par le fait que la majeure partie des aérosols en zone urbaine est constituée de petites particules provenant essentiellement de la combustion automobile.
Depuis janvier 2004, nous disposons d’un nouvel inventaire d’émission réalisé par AIRPARIF pour l’année de référence 2000. Ce dernier a permis de réactualiser les bases de données d’émis- sion pour les espèces gazeuses et d’inclure les émissions des particules primaires. L’inventaire s’accompagne également d’une différenciation des particules en fonction de leur granulométrie. Ainsi nous disposons des émissions des TSP (Total Suspended Particulates), des PM10(diamètre < 10µm) et des PM2,5(diamètre < 2,5µm). Toutefois, la spéciation chimique des aérosols n’est pas fournie. Les caractéristiques de ce nouveau cadastre d’émission, ainsi que l’adaptation des données brutes d’émissions au format modèle sont décrites dans la section 3.4
3.1.6.2 Émissions de COV biogéniques
Ce terme désigne les émissions des COV par la végétation, principalement par les couverts forestiers. Les principaux COV émis sont l’isoprène et le terpène (α-pinène). Dans le modèle, les émissions biogéniques sont paramétrisées par des flux du type Fi = iDγi (Günther 1997) dépendant du potentiel de l’espèceiet de la densité foliaireD (Simpson 1999). Le facteur γitient compte de la dépendance des émissions en température et en insolation. La distribution spatiale et la classification des types d’arbres sont déterminées selon la méthodologie proposée par Simpson (1999).
Les émissions anthropiques de NO par les sols liées à l’épandage des engrais sont également prises en compte. Elles sont cependant traitées selon le principe des émissions biogéniques car elles dépendent fortement de la température (Stohl et al. 1996).
3.1.6.3 Émissions de particules par les mécanismes d’érosion et de resuspension
Dans cette version du modèle, d’autres processus d’émissions de particules peuvent également être pris en compte, comme les émissions de poussières minérales par érosion locale des sols ou
3.1 Présentation générale du modèle CHIMERE 59
encore le soulèvement de particules déposées sous l’action du vent et de la turbulence. Une para- métrisation simplifiée de ces processus a été introduite récemment dans le modèle CHIMERE par Vautard et al. (2005). Ces flux d’émission sont directement dépendants des conditions météorolo- giques et sont calculés en fonction de la vitesse du vent et des paramètres du sol. Ainsi, le flux des particules (g m−2s−1) émises par érosion est donné par la relation (White 1979) :
F = α C u∗s(u2∗s− u2∗t) (3.3)
Oùu∗sest la vitesse de friction dépendante de la rugosité de surface et de la vitesse du vent,u∗test la vitesse seuil d’érosion dépendante de l’humidité du sol,α est le coefficient de « sandblasting » etC est le coefficient de surface. Notons également que 50% de la masse émise par érosion est affectée aux PM>10, 45% aux PM2,5−10et 5% aux PM2,5(Vautard et al. 2005).
Le flux de particules produites par le processus de resuspension est donnée par la relation (Vautard et al. 2005) :
F = P f (w) u1,43∗ (3.4)
Avecf (w) une fonction du contenu en eau du sol et P une constante ajustée afin de compenser la masse manquante des PM10. Notons que 1/3 de la masse émise par resuspension est attribuée aux PM2,5−10et 2/3 aux PM2,5. Cette paramétrisation simplifiée du processus de resuspension est très incertaine.
3.1.6.4 Émissions de sel marin
La version du modèle incluant les sels marins nécessite la connaissance de leurs émissions. La production de l’aérosol marin est calculée à partir de la vitesse du vent de surface selon la formulation de Monahan (1986). Ainsi, le flux de particules émises (m−2s−1µm−1) est donné par :
dFn
dr = 1, 373 U
3,41r−3 1 + 0, 057 r1,05 .101,19 exp −B2 (3.5)
AvecU la vitesse du vent à 10 mètres (ms−1),B = [0, 38 − log(r)]/0, 65 et r le rayon de la particule à 80% d’humidité relative. Cette relation est basée sur des données expérimentales et est vérifiée pour des particules inférieures à 10µm de diamètre et un vent inférieur à 15 ms−1 (Hoppel et al. 2002).