CLAPPIER Alain

Mes recherches portent principalement sur des méthodes et des outils capables d’aider à la conception de stratégies énergétiques permettant la réduction des émissions de gaz à effet de serre et l’amélioration de la qualité de l’air. Durant ces dernières années mes apports ont concerné plusieurs domaines :

- La conception de méthodes d’étude de la qualité de l’air peu onéreuses adaptées aux pays en voie de développement. Ces méthodes ont été utilisées dans plusieurs pays tels que la Colombie, le Vietnam et Cuba.

- La conception de modèles de qualité de l’air utilisant des algorithmes Sources/Récepteurs. Ce type d’algorithmes permet de calculer les effets de réductions d’émissions sur la qualité de l’air en utilisant très peu de temps de calcul. Ces recherches sont appliquées par la Direction Générale de l’environnent (DG Environnement) de l’Union Européenne (UE) sur l’Europe entière.

- Les méthodes permettant la conception de stratégies énergétiques. Ces méthodes prennent en compte à la fois les contraintes techniques et économiques et permettent d’évaluer les avantages et désavantages de l’introduction d’énergies renouvelables (solaire, éolienne ou hydroélectrique) dans le mix énergétique d’un pays ou d’une région. Ces recherches ont été menées sur Cuba et sont actuellement testées en France sur la région Grand Est.

Développement du logiciel SHERPA

 : aqm.jrc.ec.europa.eu/sherpa.aspx

Le logiciel SHERPA permet de calculer les effets de réduction d’émission de polluants sur leurs concentrations dans l’atmosphère. SHERPA se base sur le calcul de relations algébriques simples entre les émissions et les concentrations (relations Sources/Récepteurs). Grace à cette approche, des résultats qui étaient obtenus après des semaines de calculs avec un modèle de qualité de l’air « classique » peuvent être réalisés en quelques minutes. De ce fait, les modèles Sources/Récepteurs sont des éléments essentiels à la conception de stratégies de réduction des émissions de polluants car ils sont les seuls à pouvoir tester un nombre suffisamment grand de scénarios.

Le modèle SHERPA marque une avancée majeure comparé aux modèles Sources/Récepteurs existants. Il est beaucoup plus rapidement mis en œuvre et donne des informations spatiales bien plus précises.

SHERPA a été mis en œuvre sur l’Europe par la DG environnement de l’UE. L’article décrivant le modèle et présentant des résultats sur l’ensemble de l’Europe est le suivant :

• Thunis, P., B. Degraeuwe, E. Pisoni, M. Trombetti, E. Peduzzi, C.A. Belis, J. Wilson, A. Clappier and E. Vignati, 2018: PM2.5 source allocation in European cities: A SHERPA modelling study, Atmos. Environ., 187, 93-106 - https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2018.05.062.

D’autres articles décrivent plus précisément les algorithmes utilisés dans SHERPA :

• Clappier et al., 2015, Thunis et al., 2016, Pisoni et al. 2017.

Analyse des méthodes de « source apportionment »

Une partie de mes recherches porte sur l’analyse des méthodes de « source apportionment ». Ces méthodes ont pour but de retrouver l’origine de la pollution atmosphérique à partir d’observations et/ou de modèles numériques. C’est un élément indispensable à la conception de stratégies de réduction de la pollution de l’air. Plusieurs méthodes de « source apportionment » sont couramment utilisées. Elles produisent malheureusement des résultats différents pour des raisons qui n’avaient pas encore été clairement élucidées avant mon travail de recherche.

Deux guides permettant de mieux comprendre en quoi les méthodes de « source apportionment » sont différentes et recommandant dans quelles conditions les utiliser a été rédigé et mis en ligne :

• Clappier, A., P. Thunis, G. Pirovano, V. Riffault, S. Gilardoni, 2022: Source apportionment to support air quality management practices: A fitness-for-purpose guide V4.0, JRC Technical Report. https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/handle/JRC130562

Un article scientifique détaillant des aspects théoriques des méthodes de « source apportionment » et expliquant pourquoi les résultats de ces méthodes peuvent être différents a été publié :

• Clappier A., C. Belis, D. Pernigotti and P. Thunis, 2017: Source apportionment and sensitivity analysis: Two methodologies with two different purposes, Geoscientific Model Development, 10(11), 4245-4256 - https://doi.org/10.5194/gmd-10-4245-2017.

Méthodes d’étude de qualité de l’air utilisables dans les pays en voie de développement

Le calcul des émissions produites par les véhicules demande l’estimation de facteurs d’émissions (c’est-à-dire de la quantité de polluant émis par kilomètre parcouru). Les facteurs d’émissions sont traditionnellement estimés à l’aide de matériel extrêmement onéreux que seuls des pays suffisamment riches peuvent se permettre d’acquérir. Mon travail de recherche consiste depuis maintenant plusieurs années à mettre au point des méthodes alternatives moins précises mais beaucoup moins onéreuses de façon à pouvoir les utiliser dans les pays en voie de développement où la pollution est, en général, beaucoup plus importante que dans des pays plus riches.

Le dernier développement de la méthode d’estimation des facteurs d’émission a été réalisé à Cuba et a donné lieu à l’article suivant :

• Madrazo, J., and A. Clappier, 2018: Low-cost methodology to estimate vehicle emission factors, Atmos. Pollu. Reas., 9, 322-332 - https://doi.org/10.1016/j.apr.2017.10.006.

Ce travail fait suite à plusieurs autres développements réalisés en Colombie et au Vietnam et ayant été précédemment publiés :

• Belalcazar et al., 2010, Belalcazar et al., 2009.

2008-now     

Professeur en climatologie au Laboratoire Image, Ville, Environnement du CNRS et de l’université de Strasbourg.

Mes activités principales consistent à diriger des recherches dans le domaine de la conception de stratégies énergétiques ayant pour objectif de réduire les impacts sur le climat et la pollution de l’air ainsi qu’à enseigner à des étudiants de licence et de master.

• 2024-now   Directeur du Laboratoire Image, Ville, Environnement
• 2023-now   Responsable du WG44/CEN (Working group 44 European Committee for Standardization) “Ambient air – Source apportionment”.
• 2013-18      Expert en modelisation de qualité de l’air et en “integrated assessment modelling” auprès du European Joint Research Center in Ispra (Italy).
• 2014-18      Professeur invité à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Suisse
• 2008-12      Enseignant en climatologie et qualité de l’air à l’EPFL.

1998-2008 

Responsable d’un groupe de recherche spécialisé dans la modélisation de la qualité de l’air à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Mes activités principales ont consisté à donner des cours dans le domaine de la modélisation de la qualité de l’air, à superviser des travaux de thèse et à trouver des fonds pour financer des recherches sur les sujets suivants:

1. Le développement de différents modèles numérique de simulation, le modèle météorologique FVM (Finite Volume Model), le modèle de qualité de l’air (Transport and Photochemistry Mesoscale Model), le modèle de calcul des émissions EMISENS (Emission Sensitivity).
2. L’étude de la qualité de l’air dans différentes villes, Milan (Italie), Madrid (Espagne), Grenoble (France), Strasbourg (France), Los Angeles (USA), Mexico, Bogota (Colombie), Ho Chi Min (Vietnam).

1996-98         

PhD à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Suisse dans le domaine de “the improvements and applications of numerical transport algorithms in air quality models”.

1990-96        

Assistant de recherche et d’ensigenement à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) dans le domaine de la modélisation et la simulation numérique de l’atmosphère.

Les enseignements que je dispense à la faculté de géographie de l’université de Strasbourg se répartissent selon deux axes principaux :

• L’axe 1 porte sur des thèmes proches de mes recherches. Il traite des problèmes liés à la production énergétique et à ses conséquences sur le changement climatique et la pollution de l’air ainsi que sur les stratégies à mettre en œuvre. Il consiste en un cours de première année de Master s’intitulant « Air, Climat, Energie ».
• L’axe 2 porte sur les Statistiques et Mathématiques appliquées à la géographie. Il consiste en trois cours de Statistiques (en deuxième et troisième année de Licence et en première année de Master) et un cours de Mathématiques (en deuxième année de Licence).

Encadrement de thèses:

En préparation :

Guevara, M.:, Integrated assessment of energy strategies and their impact on air pollution, Thesis from université de Strasbourg. 

Terminées:

Cuéllar Álvarez, Y.,2022: Desarrollo de una nueva metodología de evaluación integrada para diseñar y seleccionar las mejores estrategias de reducción de las emisiones del transporte urbano de pasajeros, Thesis from universidad nacional de Colombia (Bogota).

Madrazo, J., 2018: Alternative Methods for Assessing Air Quality and Energy Strategies for Developing Countries: A Case Study on Cuba, Thesis from EPFL n° 9010.

Minarova, J., 2017: Extreme precipitation in low mountain ranges in central Europe: a comparative study between the Vosges and the Ore Mountains, Thesis from Strasbourg University.

Kohler, M., 2015: Assessement of building energy requirements: added value of the use of the urban climate modeling, Thesis from Strasbourg University.

Mauree, D., 2014: Development of a multi-scale meteorological system to improve urban climate modelling, Thesis from Strasbourg University.

Sajjad, S. H., 2013: Observation and modelling approaches to study urban climate: Application on Pakistan, Thesis from Strasbourg University..

Ho, Q. B., 2010: Optimal methodology to generate road traffic emissions for air quality modelling: Application to Ho Chi Minh City, Thesis from EPFL n° 4793.

Ho, M. D., 2010: Air pollution from road traffic in Ho Chi Minh City: Estimation of air pollutants emission factors and air quality modeling, Thesis from the Vietnam National University in HCMC n° 62.85.10.01.

Krpo, A., 2009:  Development and application of a numerical simulation system to evaluate the impact of anthropogenic heat fluxes on urban boundary layer climate, Thesis from EPFL n° 4428.

Rasheed, A., 2009:  Multiscale modelling of urban climat, Thesis from EPFL n° 4531.

Belalcazar, L. C., 2009:  Alternative techniques to assess road traffic emissions, Thesis from EPFL n° 4504.

Luong Van Viet, 2009: Studying the effect of urbanization on the atmospheric boundary layer, testing in Ho Chi Minh City, Thesis from the Vietnam National University in HCMC n° 62.85.15.01.

Muller, C., 2007: Improvement of an urban turbulence parameterization for meteorological operarational forecast and air quality modeling, Thesis from EPFL n° 3766.

Zarate, E., 2007: Understanding the origins and fate of air pollution in Bogota, Colombia, Thesis from EPFL n° 3768.

Roulet, Y.-A., 2004: Validation and application of an urban turbulence parameterization scheme for mesoscale atmospheric models, Thesis from EPFL n° 3032.

Junier M., 2004: Gas phase chemistry mechanisms for air quality modeling: generation and application to case studies, Thesis from EPFL n° 2936.

Martilli, A., 2001: Development of an urban turbulence parameterization for mesoscale atmospheric models, Thesis from EPFL n° 2445.      

1996-98    PhD à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL).

1988-89    Diplôme d’ingénieur spécialisé en mécanique des fluides numérique à l’Ecole Nationale Supérieure d'Hydraulique et de Mécanique (ENSHMG) et à l’Ecole Nationale Supérieure de Mathématiques Appliquées de Grenoble (ENSIMAG).

1985-88    Diplôme d’ingénieur à l’Ecole Supérieure de l'Energie et des Matériaux (ESEM) d'Orléans.

• Cuellar-Alvarez Y., M. A. Guevara‑Luna, L. C. Belalcazar-Ceron and A.Clappier 2023: Well‑to‑Wheels emission inventory for the passenger vehicles of Bogotá, Colombia, International Journal of Environmental Science and Technology, https://doi.org/10.1007/s13762-023-04805-z

• Thunis, P., A.Clappier, E. Pisoni, B. Bessagnet, J. Kuenen, M. Guevara and S. Lopez-Aparicio 2022: A multi-pollutant and multi-sectorial approach to screen the consistency of emission inventories, Geosci. Model Dev., 15(13), 5271–5286.

• Cuellar-Alvarez Y., A.Clappier, M. Osses, P. Thunis and L. C. Belalcazar-Ceron 2022: Well-to-wheel emissions and abatement strategies for passenger vehicles in two Latin-American cities, Environmental Science and Pollution Research, 29, 72074–72085.

• Thunis, P., A.Clappier, A. de Meij, E. Pisoni, B. Bessagnet and L. Tarrason 2021: Why is the city’s responsibility for its air pollution often underestimated? A focus on PM2.5, Atmos. Chem. Phys., 21, 18195–18212.

• Hussain Sajjad, S., N. Blond, T. Mohsin, K. Shakrullah and A.Clappier, 2021: Temperature variability over urban, town, and rural areas: The case of Pakistan, International Journal of Climatology, 1–20.

• Clappier, A., P. Thunis, M. Beekmann, J.-P. Putaud and A. de Meij, 2021: Impact of SOx, NOx and NH3 emission reductions on PM2.5 concentrations across Europe: Hints for future measure development, Environment International, 156, 106699.

• Thunis, P., A.Clappier, M. Beekmann, J.-P. Putaud, C. Cuvelier, J. Madrazo, and A. de Meij,  2021: Non-linear response of PM2.5 to changes in NOx and NH3 emissions in the Po basin (Italy): consequences for air quality plans, Atmos. Chem. Phys., 21, 9309–9327.

• Clappier, A. and P. Thunis 2020: A probabilistic approach to screen and improve emission inventories, Atmos.Environ., 242, 117831.

• Guevara Luna, M. A., A. Casallas, L. C. Belalcázar Cerón and A. Clappier, 2020: Implementation and evaluation of WRF simulation over a city with complex terrain using Alos-Palsar 0.4 s topography, Environmental Science and Pollution Research, 27, 37818–37838.

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• Thunis, P., A. Clappier, L. Tarrason, C. Cuvelier, A. Monteiro, E. Pisoni, J. Wesseling, C.A. Belis, G. Pirovano, S. Janssen, C. Guerreiro and E. Peduzzi, 2019: Source apportionment to support air quality planning: Strengths and weaknesses of existing approaches, Environment International, 130, 104825.

• Madrazo, J., A. Clappier, O. A. Cuesta, L. Belalcazar, E. R. Carrillo Vitale, C. Sosa Pérez, J. Bolufé Torres, Y. Gonzalez Jaime, R. W. Manso Jiménez, J. Canciano Fernández and F. Golay, 2019: Evidence of traffic-generated air pollution in Havane, Atmosferá, 32, 60-75.

• Mauree, D., N. Blond and A. Clappier 2018: Multi-scale modeling of the urban meteorology: Integration of a new canopy model in the WRF model, Urban Climate, 26, 60-75.

• Peduzzi, E., E. Pisoni, A. Clappier and P. Thunis 2018: Multi-level policies for air quality: implications of national and sub-national emission reductions on population exposure, Air Quality, Atmosphere and Health, 11, 1121–1135.

• Thunis, P., B. Degraeuwe, E. Pisoni, M. Trombetti, E. Peduzzi, C.A. Belis, J. Wilson, A. Clappier and E. Vignati, 2018: PM2.5 source allocation in European cities: A SHERPA modelling study, Atmos. Environ., 187, 93-106.

• Madrazo, J., A. Clappier, L. Belalcazar, O. Cuesta, H. Contreras and F. Golay, 2018: Screening differences between a local inventory and the Emissions Database for Global Atmospheric Research (EDGAR), Science of the Total. Environ., 631-632, 934-941.

• Minarova, J., M. Muller, A. Clappier and M. Kaspar, 2018: Comparison of extreme precipitation characteristics between the Ore Mountains and the Vosges Mountains (Europe), Theoretical and Applied Climatology, 133(3-4),1249-1268.

• Madrazo, J., and A. Clappier, 2018: Low-cost methodology to estimate vehicle emission factors, Atmos. Pollu. Reas., 9, 322-332.

• Trombetti, M., P: Thunis, B. Bessagnet, A. Clappier, F. Couvidat, M. Guevara, J. Kuenen, S. López-Aparicio and B. Degraeuwe, 2018: Spatial inter-comparison of Top-down emission inventories in European urban areas, Atmos. Environ., 173, 142-156.

• Degraeuwe, B., P. Thunis, A. Clappier, M. Weiss, W. Lefebvre, S. Janssen and S. Vranckx, 2017: Impact of passenger car NO_x emissions on urban NO₂ pollution – Scenario analysis for 8 European cities, Atmos. Environ., 171, 330-337.

• Clappier A., C. Belis, D. Pernigotti and P. Thunis, 2017: Source apportionment and sensitivity analysis: Two methodologies with two different purposes, Geoscientific Model Development, 10(11), 4245-4256.

• Minarova, J., M. Muller, A. Clappier and M. Kaspar, 2017:  Characteristics of extreme precipitation in the Vosges Mountains region (north-eastern France), Inter. J. of Climato., 37(13), 4529-4542.

• Minarova, J., M. Muller, A. Clappier, S. Haensel, A. Hoy, J. Matschullat and M. Kaspar, 2017: Duration, rarity, affected area, and weather types associated with extreme precipitation in the Ore Mountains (Erzgebirge) region, Central Europe, Inter. J. of Climato., 37(12), 4463-4477.

• Guevara, M., S. Lopez-Aparicio, C. Cuvelier, L. Tarrason, A. Clappier and P. Thunis, 2017: A benchmarking tool to screen and compare bottom-up and top-down atmospheric emission inventories, Air Qual., Atmos. Health, 10(5), 627-642.

• Clappier A., H. Fagerli and P. Thunis, 2017: Screening of the EMEP source receptor relationships: application to five European countries, Air Qual., Atmos. Health, 10(4), 497-507.

• Minarova, J., M. Muller and A. Clappier, 2017: Seasonality of mean and heavy precipitation in the area of the Vosges Mountains: dependence on the selection criterion: Seasonality of mean & heavy precipitation in the Vosges mountains area, Inter. J. of Climato., 37(5), 2654-2666.

• Thunis, P., B. Degraeuwe, E. Pisoni, F. Meleux and A. Clappier, 2017: Analyzing the efficiency of short-term air quality plans in European cities, using the CHIMERE air quality model, Air Qual. Atmos. Health., 10(2), 235-248.

• Mauree, D., N. Blond, M. Kohler and A. Clappier, 2017: On the coherence in the boundary layer: development of a canopy interface model, Frontiers in Earth Science, 4, article 109.

• Pisoni, E., A. Clappier, B. Degraeuwe and P. Thunis, 2017: Adding spatial flexibility to source-receptor relationships for air quality modeling, Environ. Mod. Soft., 90, 68-77.

• Kohler M., C. Tannier, N. Blond, R. Aguejdad, and A. Clappier, 2017: Impacts of several urban-sprawl countermeasures on building (space heating) energy demands and urban heat island intensities. A case study, Urban Climate, 19, 92-121.

• Kohler, M., N. Blond and A. Clappier, 2016. A city scale degree-day method to assess building space heating energy demands in Strasbourg Eurometropolis (France), Appl. Energy, 184, 40-54.

• Thunis, P., B. Degraeuwe, E. Pisoni, F. Ferrari and A. Clappier, 2016. On the design and assessment of regional air quality plans: The SHERPA approach, J. of Environ. Manag., 183, 952-958.

• Thunis, P., B. Degraeuwe, K. Cuvelier, M. Guevara, L. Tarrason and A. Clappier, 2016. A novel approach to screen and compare emission inventories, Air Qual. Atmos. Health., 9(4), 325-333.

• Degraeuwe, B., P. Thunis, A. Clappier, M. Weiss, W. Lefebvre, S. Janssen and S. Vranckx, 2016: Impact of passenger car NOx emissions and NO2 fractions on urban NO2 pollution – Scenario analysis for the city of Antwerp, Belgium, Atmos. Environ., 126, 218-224.

• Clappier, A., E. Pisoni and P. Thunis, 2015. A new approach to design source–receptor relationships for air quality modelling, Environ. Mod. Soft., 74, 66-74.
• Thunis, P., E. Pisoni, B. Degraeuwe, R. Kranenburg, M. Schaap and A. Clappier, 2015. Dynamic evaluation of air quality models over European regions, Atmos. Environ., 111, 185-194.

• Thunis, P., A. Clappier, E. Pisoni and B. Degraeuwe, 2015. Quantification of non-linearities as a function of time averaging in regional air quality modeling, Atmos. Environ., 103, 263-275.

• Thunis, P. and A. Clappier, 2014. Indicators to support the dynamic evaluation of air quality models, Atmos. Environ., 98, 402-409.

• Carnevale, C, G. Finzi, A. Pederzoli, E. Turrini, M. Volta, G. Guariso, R. Gianfreda, G. Maffeis, E. Pisoni, P. Thunis, L. Markl-Hummel, N. Blond, A. Clappier, V. Dujardin, C. Weber and G. Perron, 2014: Exploring trade-offs between air pollutants through an Integrated Assessment Model, Science of the Total. Environ., 481, 7-16.

• Ho, Q., B., A. Clappier and N. Blond, 2014: Fast and optimized methodology to generate road traffic emission inventories and their uncertainties, Clean-Soil,Air,Water, 42, 1344-1350.

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• Salamanca, F., A. Krpo , A. Martilli and A. Clappier, 2010: A new building energy model coupled with an urban canopy parameterization for urban climate simulations-part I. formulation, verification, and sensitivity analysis of the model, Theor. Appl. Climatol., 99, 331-344.

• Belalcazar, L., C., O. Fuhrer, M. D. Ho, E. Zarate and A. Clappier, 2009: Estimation of road traffic emission factors from a long term tracer study, Atmos. Environ., 43,5830-5837.

• Baklanov, A., P. G. Mestayer, A. Clappier, S. Zilitinkevich, S. Joffre, A. Mahura and N. W. Nielsen, 2008: Towards improving the simulation of meteorological fields in urban areas through updated/advanced surface fluxes description, Atmos. Chem. Phys., 8, 523-543.

• Zarate, E., L. C. Belalcazar, A. Clappier, V. Manzi and H. van den Bergh, 2007: Air quality modelling over Bogota city: combined techniques to estimate and evaluate emission inventories, Atmos. Environ., 41, 6302-6318.

• Tuia, D., R. Zah, M. Osses de Ecker, M. Osses, E. Zarate and A. Clappier, 2007: Evaluation of a simplified top-down model for the spatial assessment of traffic emissions in mid-sized cities: the case of Gran Concepcion, Chile, Atmos. Environ.., 41, 3658-3671.

• Ho, Q., B., A. Clappier, E. Zarate, H. Van den Bergh, O. Fuhrer, 2006: Air quality meso-scale modeling in Ho Chi Minh City: evaluation of some strategies’ efficiency to reduce pollution, Science and Technology Development, 9, 65-73.

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• Roulet, Y.-A., A. Martilli, M. W. Rotach and A. Clappier, 2005: Validation of an urban surface exchange parameterization for mesoscale models – 1D case in a street canyon, J. of App. Meteorol., 44, 1484-1498.

• Rotach, M. W., R. Vogt, C. Bernhofer, E. Batchvarova, A. Christen, A. Clappier, B. Feddersen, S. E. Gryning, H. Mayer, V. Mitev, T. R. Oke, E. Parlow, H. Richner, M. Roth, Y. A. Roulet, D. Ruffieux, D. Salmond, M. Schatzmann and J. A. Voogt, 2005: BUBBLE – an urban boundary layer project, Theor. Appl. Climatol., 81, 231-261.

• Junier, M., F. Kirchner, A.Clappier and H. van den Bergh, 2005: The chemical mechanism generation program CHEMATA, part II: Comparison of four chemical mechanisms in a three-dimensional mesoscale simulation, Atmos. Environ., 39, 1161-1171.

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