Modélisation de la pollution atmosphérique régionale

Ce chapitre présente ce que l’on définit comme une pollution atmosphérique, puis les principaux polluants, gaz et aérosols, ainsi que le milieu où l’on va chercher à les modéliser : la couche limite et la troposphère. Le but est de présenter les grandes lignes des processus physico-chimiques afin de mieux comprendre par la suite ce qui est modélisable ou non.

Les observations sont un point essentiel de l’analyse de tout processus physico-chimique. Elles représentent la seule réalité, la modélisation n’étant qu’une interprétation de cette réalité. Dans ce chapitre, nous décrivons les différents types de mesures météorologiques et chimiques d’intérêt pour comprendre un épisode de pollution atmosphérique. Sont discutées la faisabilité des mesures, leur précision, leur représentativité.

De nombreux processus participent à l’évolution de la composition atmosphérique à l’échelle d’une région. Une méthode pour prendre en compte l’ensemble de ces processus est de développer des outils intégrés de modélisation numérique. Ce chapitre présente tout d’abord les principes de base de la modélisation utilisée en pollution atmosphérique, en commençant par la modélisation de la météorologie.

Ce chapitre décrit toutes les émissions de polluants atmosphériques. Elles sont très variables en temps et en espace, en fonction de leur origine. Les émissions sont quasiment impossibles à mesurer : on mesure une concentration dans l’air, qui a déjà subi de la chimie, du transport, du dépôt. Il faut donc les estimer à partir d’autres informations.

Ce chapitre présente la modélisation des dépôts secs et humides dans un des puits pour les espèces chimiques modélisées. Ces deux processus sont particulièrement importants à représenter mais font l’objet de moins d’études de modélisation que les émissions ou le transport, par exemple. Les différents schémas existants sont présentés et discutés.

Les modèles de chimie-transport cherchent à représenter l'évolution spatio-temporelle de dizaines d'espèces chimiques, gaz et aérosols. Les modèles régionaux doivent prendre en compte la météorologie, les émissions comme les forçages, puis les processus liés à chaque espèce comme le transport, le mélange, le dépôt, la chimie. L'ensemble doit être intégré en prenant en compte le temps de vie des espèces chimiques.

Ce chapitre présente les différentes approches pour jauger du réalisme d’une simulation par rapport à ce que l’on cherchait à représenter. Cela inclut le calcul de scores statistiques et les représentativités différentes entre mesures et observations. Sont présentées ensuite les différentes méthodes pour évaluer la variabilité du modèle notamment avec des simulations de scénarios et des simulations d’ensemble.

Ce chapitre décrit les techniques numériques d’assimilation de données et de modélisation inverse. Ces techniques sont employées pour améliorer le résultat ou les forçages d’un modèle en hybridant le modèle avec des mesures. Puis, la prévision est présentée, utilisant de plus en plus souvent les techniques d’assimilation et d'ensemble.

Ce chapitre aborde les impacts de la pollution atmosphérique sur les deux grands thèmes justifiant de son étude : le climat et la santé. Les modèles régionaux peuvent-ils apporter une quantification de l’impact de la pollution sur le climat? Du climat sur la pollution? Sur la santé? Quels impacts sont actuellement bien modélisés, quel autres restent à quantifier et quels développements de modèles sont nécessaires?