LA POLLUTION ATMOSPHERIQUE SIMULE PAR LE MODELE WRF-Chem

Pollution d’origine anthropique

Les polluants d’origine anthropique proviennent des activités humaines que les hommes rejettent dans l’atmosphère. Ils proviennent de la combustion des énergies fossiles (charbon, pétrole et gaz naturel), et aux feux de brousse ; des industries (usines métallurgiques et sidérurgiques, incinérateurs de déchets, raffineries de pétrole, …) et des transports routiers.

Notion de parcelle d’air

On utilise couramment en météorologie de la CLA la notion (idéalisée) de parcelle d’air, définie comme un ensemble homogène de particules d’air vérifiant les propriétés suivantes : la parcelle se déplace de manière adiabatique, les échanges de chaleur n’ayant pas le temps d’avoir lieu ; la parcelle d’air à une température propre, différente de celle de son environnement ; les pressions s’équilibrent à l’interface.

WRF-Chem : modèle déterministe Eulérien

En dynamique des fluides, la description Eulérienne est une technique qui permet de caractériser un écoulement. Cette méthode consiste à déterminer les champs de vitesse d’un fluide en mouvement, dans notre cas les masses d’air atmosphériques, par rapport à un repère fixe et à un instant donné. Par extension la modélisation Eulérienne fait appel aux équations de continuité et de conservation qui caractérisent la dynamique des fluides. Ces équations sont résolues :
 Avec un pas de temps faible vis-à-vis de l’échelle de temps modélisée
 En tout point de domaine cartésien à 1, 2 ou 3 dimension définissant le domaine d’étude.
Ce type de modélisation est également développé pour des champs d’applications en lien avec cette dynamique tels que la météorologie, la climatologie et la chimie atmosphérique.

Conditions au limite (MOZBC)

Dans les modèles de chimie-transport, il est nécessaire de connaître la concentration des espèces chimiques aux limites du domaine afin de caractériser l’air entrant dans le domaine. Le terme « conditions aux limites » est alors utilisé. Ces dernières sont obtenues grâce aux résultats de modèles de chimie-transport globaux. Les conditions aux limites proviennent des résultats du modèle global MOZART-4 [21]. Dans ce modèle, la dynamique n’est pas calculée (modèle « offline ») puisque les champs météorologiques (champs de vent, température, pression, humidité,…) sont fournis par le modèle Goddard Earth Observing System Model, Version 5 (GEOS-5). Les émissions anthropiques sont basées sur un inventaire élaboré dans le cadre du projet ARCTAS (Arctic Research of the Composition of the Troposphere from Aircraft and Satellites), les émissions biogéniques sont issues du modèle MEGAN. Les résultats du modèle MOZART-4 utilisés pour déterminer les conditions aux limites du modèle WRF-Chem sont disponibles avec une résolution spatiale de 1,9° par 2,5° sur 56 niveaux verticaux et une résolution temporelle de 6 heures sur la période 2007-2012 et 6-12- 18-24 sur la période 2012-à nos jours. Une correspondance établie par Emmons et al. (2010) entre les espèces chimiques de MOZART-4 et celles de nombreux mécanismes chimiques utilisables dans WRF-Chem, permet d’utiliser directement les concentrations de 35 espèces gazeuses et de l’ensemble des composés particulaires déterminées par MOZART-4.

CONCLUSION

Madagascar est en retard au niveau des politiques sur la protection de l’environnement surtout sur la pollution de l’air. Les feux de brousse constituent uns des problèmes récurrents dans la Grande île, provoquant d’énormes dégâts, non seulement sanitaires, mais surtout environnementaux. Chaque année, des centaines d’hectares de forêts sont parties en fumée, mettant en péril la faune et la flore et font le renom de ce pays. La situation est d’autant plus inquiétante du fait que la sécheresse y afférant provoque l’absence de pluie. Les données disponibles pour l’étude sont des données satellitaires. En vue de la veille atmosphérique globale, il est important d’obtenir des stations détectant la pollution de l’air à Madagascar notamment pour la ville d’Antananarivo, c’est la ville le plus touché par ce phénomène à Madagascar. Nous avons donc utilisé le modèle WRF-Chem pour essayer d’analyser et de prévoir à Madagascar et spécialement à Antananarivo la qualité de l’air. Cet outil nous permet de voir en temps réel l’évolution des aérosols dans l’atmosphère. Constat a été fait qu’un projet de lutte contre la pollution devrait être mis en place afin de réduire les taux d’émissions des gaz polluants émis par les véhicules à moteur qui sont les principaux facteurs de la pollution de notre ville. La pollution de l’air touche la population environnante. On doit alors renforcer l’application des normes en matière de pollution industrielle Toujours au sujet de la lutte contre la pollution de l’air, des actions devront être entamées avec le ministère responsable en vue de mettre en place les mesures d’accompagnements dans les grandes villes et ensuite dans chaque région. Afin de palier la principale source de la destruction de la couche d’ozone ou la pollution atmosphérique par exemple, le reboisement s’avère nécessaire pour enrichir les forêts qui purifie l’air. Nous suggérons alors la création d’une équipe scientifique pluridisciplinaire, permettant de créer des inventaires d’émissions car rares sont les inventaires d’émissions conçues dans le monde qui peuvent être utilisé sur ce domaine afin de faire face à cette pollution.

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Table des matières

INTRODUCTION
PARTIE I: CONTEXTE GENERAL
Chapitre I : Atmosphère terrestre
I.1. Définition
I.2. Structure et constitution de l’atmosphère
I.3. Echelle de temps
Chapitre II : Pollution atmosphérique
II.1. Pollution de l’air ou pollution atmosphérique
II.2. Origines de la pollution atmosphérique
II.3. Les polluants
Chapitre III : Zone d’étude
III.1. Présentation de Madagascar
III.2. Description en général de Madagascar
III.3. Inventaire des gaz à effet de serre
III.4. Présentation d’Antananarivo
PARTIE II: METHODOLOGIE
Chapitre I : Modèle WRF-Chem
I.1. Description du système de modélisation
I.2. Caractéristiques
Chapitre II : Les données d’entrées
II.1. Les types de données
II.3. Les données d’émission de polluants
II.4. Conditions au limite (MOZBC)
II.5. Résumé des Réactions chimiques
Chapitre III : Les équations régissantes du modèle WRF-ARW/WRF-Chem
III.1. Les équations régissantes du modèle WRF-ARW/WRF-Chem
III.2. Les systèmes de projection
III.3. Les conditions initiales et conditions aux limites
III.4. Conditions aux frontières latérales
III.5. Le module WRF-Chem
PARTIE III: APPLICATION, RESULTATS, INTERPRETATION
Chapitre I : Les normes de l’OMS sur la valeur guide de la qualité de l’air
I.1. Les valeurs guides de l’OMS
I.2. Effets de la pollution sur la santé
Chapitre II : Application du modèle WRF-Chem
II.1. Langage de programmation et compilateur
II.2. Bibliothèque optionnel
II.3 Installation
II.4. Configuration
II.5. Déploiement des modules du modèle ARW
II.6. Module ARW
II.7. Déploiement du module CHIMIQUE
II.8. Prétraitement des fichiers de données MEGAN
Chapitre III : Résultats et interprétations
III.1. Résultats
III.2. Cas de Madagascar
III.3. Cas de la ville d’Antananarivo
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE