EPAC - Thèmes de recherche

Émissions de polluants

Le modèle numérique EMISENS est développé dans l’objectif d’estimer, à moindre coût, les émissions de polluants issus du trafic. La méthodologie s’appuie sur un calcul des émissions, couplé à un calcul de sensibilité des résultats aux données d’entrée. Les temps de calcul sont fortement réduits par rapport à d’autres méthodologies par une organisation du calcul par types de routes et de véhicules. Le gain de temps est mis à profit pour calculer les incertitudes dues aux paramètres d’entrée du modèle. L’utilisateur peut ainsi concentrer ses moyens financiers pour mesurer plus finement les paramètres les plus influents. Cette méthodologie permet également de garder une cohérence entre les méthodologies utilisées le plus souvent en Europe (Bottom-up et Top-down). Il a été montré que cette simulation permet de produire rapidement et à bon marché des cadastres d’émission de polluants aussi valides que d’autres méthodes tout en assurant automatiquement une cohérence des approches et un calcul d’incertitude.

D’autres études sont en cours pour optimiser les stratégies de réduction des émissions de polluants atmosphérique (projet OPERA et suite) et étudier l’impact sur les émissions de polluants de nouvelles stratégies visant à produire des énergies renouvelables et à les substituer aux énergies fossiles (Projet Oui-Biomasse).

Développement d’outils de gestion de la pollution de l’air

Les études portant sur la pollution de l’air extérieur visent soit à aider les gestionnaires de la qualité de l’air à définir des plans de la qualité de l’air optimisés en terme de coût-efficacité (projet OPERA et suite), soit à construire des outils d’évaluation des modèles de la qualité de l’air (FAIRMODE) ou des plans de la qualité de l’air (projet APPRAISAL).

En effet, il existe plusieurs stratégies possibles permettant de réduire la pollution de l’air. Chacune de ces stratégies peut être considérée en fonction de son coût et de son bénéfice environnemental. Le modèle RIAT+ permet de calculer la combinaison optimale de stratégies qui permettrait de minimiser les coûts pour atteindre un bénéfice environnemental fixé, ou de maximiser le bénéfice environnemental pour un coût fixé. Le projet FP7 APPRAISAL vise à mettre en place des outils d’évaluation des plans de la qualité de l’air et d’aide à la décision à l’échelle de l’Europe.

L’EPAC développe des modèles de chimie-transport :

  • Le modèle de prévision de la qualité de l’air CHIMERE est un modèle tridimensionnel eulérien de chimie-transport. Il est utilisé au laboratoire pour appuyer les travaux précédemment cités. Des études sont également menées dans plusieurs régions du monde pour comprendre les déterminants de la pollution de l’air (ex : Inde, Algérie). Le développement de CHIMERE vise principalement à leur rendre capable de prendre en compte l’hétérogénéité des milieux urbains.
  • Le modèle de chimie-transport global LMDz-INCA est développé pour étudier l’impact des activités humaines sur la chimie atmosphérique globale. Une attention particulière est portée à l’impact des émissions des secteurs de transport en voie de développement, i.e. le transport routier, aérien et fluvial. Il a notamment été montré que l’augmentation des émissions d’oxyde d’azote des avions contribuerait à hauteur de 30-40% à l’augmentation des pics journaliers d’ozone en 2050.

Modélisation de la qualité de l’air intérieur

Les individus passent la majeure partie de leur temps dans des bâtiments (logement, lieu de travail, école …) et y sont exposés à des polluants, à des niveaux pouvant être bien supérieurs à ceux de l’air extérieur. En effet, les bâtiments sont construits à partir de divers matériaux, et les pièces qui les composent sont aménagées selon les goûts des individus qui s’expriment par des choix de peintures, de mobiliers, d’équipements variés, émetteurs d’espèces chimiques de type COV (Composés Organiques Volatils). De même, les activités des individus dans les pièces (cuisine, usage de détergents et de parfum, tabagisme, etc), peuvent être source de polluants dans l’atmosphère du logement. Ces espèces peuvent être transformées chimiquement et produire d’autres espèces qui peuvent être nocives pour la santé des individus. La pollution de l’air intérieur, issue des différentes contributions (émission du bâti, des activités, transformation chimique) est d’autant plus forte si les bâtiments ne sont pas suffisamment aérés.

Le modèle numérique INCA-Indoor est développé dans le cadre d’un projet financé par l’ADEME et le MEDDE (projet PRIMEQUAL-MERMAID). Ce modèle intègre la modélisation des apports des espèces émises par les matériaux et mobilier composant une pièce d'un bâtiment, les apports de polluants de l’extérieur et les pertes par ventilation, la représentation des réactions chimiques entre les espèces, ainsi que leurs dépôts et leurs réactions avec les diverses surfaces. Il permet de calculer les évolutions journalières des niveaux de polluants dans un environnement intérieur, en se focalisant sur les polluants ayant un impact reconnu sur la santé (formaldéhyde, dioxyde d’azote, par exemples).

Besoins énergétiques des bâtiments et climat urbain

Les dépenses énergétiques d’un bâtiment dépendent de ses caractéristiques internes et des conditions atmosphériques externes. Celles-ci sont déterminées par la structure du quartier environnant et des phénomènes météorologiques urbains tels que l’îlot de chaleur urbain. Inversement, les dépenses énergétiques d’un bâtiment influencent ce climat urbain. Les modèles numériques FVM (Finite Volume Model) et WRF sont des modèles météorologiques développés dans l’objectif d’évaluer la demande énergétique des bâtiments à l’échelle d’une agglomération. Ils permettent de simuler la météorologie à l’échelle d’une région ou d’une grande agglomération, ainsi que l’effet des bâtiments sur les premières couches atmosphériques. Ils incluent un module d’énergie du bâtiment qui permet de calculer les flux de chaleur imposés entre l’intérieur et l’extérieur pour garder sa température intérieure constante. Ce module a été couplé à un nouveau modèle de canopée urbaine (CIM), qui a été créé de manière à mieux calculer les flux surfaciques de chaleur, de quantité de mouvement et d’humidité. CIM devrait, dans un futur proche, permettre d’améliorer le couplage de modèles méso-échelles tels que FVM ou WRF avec des modèles micro-échelles.