Travaux réalisés sur le thème des modèles récepteurs orientés

Le programme d’exploitation vise à établir les relations source-récepteur (liens existant entre les dépôts aux sites d’observation et les émissions aux sources) au moyen de méthodes statistiques multivariées et d’une modélisation de type récepteur-orienté.

La publication n°2 (Plaisance et al., 1997b) présente les résultats d’une application combinée de l’analyse factorielle et du modèle PSCF sur les données des précipitations 1992 et 1993 de deux sites MERA (le Donon et le Morvan). L’analyse factorielle a permis d’identifier les sources (associations de formes chimiques connues comme des traceurs) responsables des teneurs en espèces ioniques mesurées dans les précipitations (composantes acide, marine et terrigène). Le modèle PSCF, appliqué aux coordonnées issues de l’analyse factorielle, va localiser les principales zones sources à l’échelle régionale. Cette application a notamment permis de montrer que les forts dépôts acides enregistrés sur les deux sites étaient principalement liés aux émissions d’une large zone industrialisée du nord-est de l’Europe (comprenant l’Allemagne, la République Tchèque et la Pologne). Une analyse des tendances saisonnières et un bilan quantifié des apports chimiques, associés à quatre secteurs d’origine viennent compléter la première étape de ce programme d‘exploitation.

L’étude s’est poursuivie par la comparaison de trois modèles récepteurs orientés (PSCF, modèle de Seibert et modèle de Stohl) appliqués aux données d’un nombre important d’échantillons collectés à la station du Morvan de janvier 1992 à décembre 1995 (Charron et

al., 1998, publication n°3). Les applications ont concerné des traceurs d’espèces acides

(SO non marin, 2₄- NO et -₃ + 4

NH ). Les résultats des trois modèles sont comparés aux cartes européennes des émissions de SO2, NOx et NH3. Les régions sources identifiées par les trois

modèles sont globalement assez proches et en accord avec les zones connues de fortes émissions en composés précurseurs. Chaque modèle présente des atouts différents pour l’analyse des relations source-récepteur :

- le modèle PSCF est simple d’application et donne une information qualitative sur la localisation des sources avec une faible résolution,

- le modèle de Seibert permet de révéler les zones sources et de fournir des données qui sont utilisables pour examiner les relations quantitatives entre les mesures effectuées sur le site récepteur et les émissions,

- le modèle de Stohl est adapté à une recherche exhaustive des sources en raison de l’effet d’amplification des réponses du modèle.

La publication n°4 (Charron et al., 2000) présente une analyse approfondie des résultats de l’application du modèle de Seibert aux données des précipitations collectées au site du Morvan. Ces travaux ont permis d’établir des premières relations quantitatives entre les émissions aux sources et les observations au site récepteur. Les rôles que jouent, l’ammoniac et certains composés terrigènes (calcite) dans le neutralisation de l’acidité, la hauteur des émissions de SO2, l’activité photochimique (accroissement de l’oxydation de S(IV)→S(VI) durant la

période chaude) et la météorologie (flux de nord et de nord-est en période froide et flux d’ouest en période chaude) sur les relations source-récepteur sont mis en lumière et discutés dans cet article.

Publication n°2 :

Source identification and variation in the chemical composition of precipitation at two rural sites in France. Plaisance H., J.C. Galloo et R. Guillermo, The Science of the Total

Publication n°3 :

Intercomparison between three receptor-oriented models applied to acidic species in precipitation. Charron A., H. Plaisance, S. Sauvage, P. Coddeville, J.C. Galloo et R.

Publication n°4 :

A study of the source-receptor relationships influencing the acidity of precipitation collected at a rural site in France. Charron A., H. Plaisance, S. Sauvage, P. Coddeville, J.C. Galloo et R.

Chapitre III – Pollution à l’échelle locale :

Cas de l’environnement urbain

L’évaluation de la qualité de l’air en milieu urbain ne peut se baser que sur les données de pollution issues d’un parc d’analyseurs. L’information sur la pollution de l’air doit comporter une dimension spatiale pour qu’elle réponde aux attentes actuelles des décideurs en matière d’amélioration de l’environnement urbain. Pour cela, différents outils existent et doivent être considérés comme des éléments complémentaires dans toute approche d’évaluation. Citons notamment les méthodes statistiques appliquées à l’étude de la représentativité des sites, les techniques d’interpolation et de cartographie, la modélisation et les inventaires d’émissions. La portée et l’application de ces outils sont interdépendants et fortement liées à leurs états actuels de développement. Ainsi, pour rendre compte de l’état de la qualité de l’air, différentes approches peuvent être définies et mises en œuvre. Certaines privilégieront les informations fournies par la modélisation appliquée à un inventaire approfondi des émissions, alors que d’autres baseront leur analyse sur l’exploitation des données de mesures de polluants à l’aide de divers outils, notamment cartographiques. Des variables auxiliaires, comme la densité de population, les variables météorologiques, l’altitude, des informations indirectes sur les sources (ex : quantités de carburants consommées), peuvent être intégrées pour augmenter l’information dans la zone d’étude et ainsi combler les manques induits par l’application de la modélisation ou par un dispositif d’observations trop limité. Il n’existe donc pas en la matière de méthodologie unique, mais plutôt différentes voies d’application de ces outils d’évaluation qu’il est nécessaire d’adapter à chaque cas en fonction du polluant et des caractéristiques propres à l’espace urbain étudié.

Nos travaux ont été réalisés en collaboration avec l’AREMA-LM et ont traité du cas de la métropole lilloise. La méthodologie est construite en plusieurs étapes qui ont pour but d’apporter des éléments complémentaires pour décrire au mieux l’état de la qualité de l’air dans l’espace urbain étudié. Elle comprend :

- l’étude de la typologie des stations de mesures du réseau de surveillance par l’analyse statistique des données,

- le développement et l’évaluation de méthodes d’échantillonnage passif utilisées pour la cartographie des niveaux de concentration en polluants,

- la réalisation de campagnes de mesures à l’aide d’échantillonneurs passifs et l’application d’une méthode de géostatistique pour produire des cartes des niveaux de pollution,

cette même zone en 1998-1999 et en 2003 va permettre d’estimer finement la représentativité spatiale des stations du réseau de surveillance et de mettre en évidence des relations entre les mesures des tubes et celles des stations. Le poster que nous avons présenté en 2002 à la 4ème Conférence sur la Géostatistique de Barcelone (annexe 1) fait état de nos dernières avancées dans ce domaine. L’analyse des résultats fait apparaître des relations spatiales fortes entre les stations fixes du réseau de surveillance et les mesures des tubes à diffusion. L’empreinte de la pollution sur l’agglomération reste globalement inchangée, seule l’amplitude des niveaux de concentration varient d’une période à l’autre. Cette caractéristique confère aux mesures de NO2 des stations urbaines du réseau un haut degré de représentativité. Nos prochains travaux

seront axés sur l’établissement de l’ensemble des relations entre les mesures de NO2 des

stations fixes et celles des tubes correspondant aux multiples campagnes accomplies dans la métropole lilloise. L’objectif est d’aboutir à terme, à la réalisation de représentations cartographiques précises de l’état de la pollution au NO2, en se basant sur les concentrations

mesurées aux stations, complétées par des estimations issues de l’application des relations stations/tubes précédemment établies.