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Modélisation numérique

 


De la surface à une dizaine de kilomètres d'altitude, le calcul du devenir des espèces chimiques dans l'atmosphère est réalisé à l'IPSL avec deux outils numériques: CHIMERE pour des simulations aux échelles régionales et LMDz-INCA pour la modélisation globale.

 

  • CHIMERE permet de calculer des concentrations chimiques à une résolution de quelques kilomètres: on peut ainsi estimer la production d'un panache de pollution sur une grande ville, prenant en compte les sites industriels, le réseau routier et les zones résidentielles. Le calcul permet ensuite d'analyser le transport de ces fortes concentrations vers d'autres régions à quelques centaines de kilomètres.
  • LMDz-INCA permet, à l'échelle de plusieurs continents, de mieux connaître l'impact des changements de composition chimique sur le climat ou étudier le transport intercontinental de pollution. Il s'agit d'un modèle de chimie-aérosols (INCA -Interaction Chimie-Aérosols), couplé au modèle de circulation général LMDz. LMDz-INCA permet de simuler interactivement les gaz à effet de serre de longues durées de vie (CO2, CH4, N2O, O3) en calculant les émissions, le transport, les transformations photochimiques, et les dépots secs et humides des espèces chimiques et des aérosols.

 

Carte des pics d'ozone en surface calculés avec CHIMERE. L'illustration présente la simulation du 28 Juillet 2008 sur l'Europe de l'Ouest

Ces outils permettent tout d'abord de tester nos connaissances de la chimie atmosphérique en comparant les résultats à des mesures (que ce soit des mesures de réseaux de surface comme AIRPARIF , ou des mesures issues de campagnes dédiées comme ESQUIF ). A partir de ces comparaisons, des études plus théoriques sont engagées pour mieux comprendre certains processus physico-chimiques. Les outils sont alors utilisés pour estimer l'évolution de champs de concentrations chimiques sur des villes ou des régions, en couvrant totalement l'espace à étudier, même ou il n'y a pas de mesures.

 


En modifiant des paramètres de ces modèles, des études de scénarios sont réalisées pour mieux comprendre l'état de l'atmosphère: par exemple si le trafic automobile augmente sur une région, ou si les températures restent élevées longtemps. Les résultats permettent de mieux cerner les limites acceptables de la pollution et d'adapter les règlementations.

 


Enfin, les outils sont utilisés pour réaliser quotidiennement des prévisions numériques. On estime ainsi la probabilité d'un pic de pollution quelques jours à l'avance. Dans ce cadre, CHIMERE fait ainsi partie des outils de la plate forme nationale PREVAIR .


Sur des échelles de temps plus longues, la modélisation globale avec LMDz-INCA permet d'analyser en détail les causes du changement de composition atmosphérique et de comprendre voire quantifier le rôle des processus impliqués : par exemple l'augmentation des activités industrielles ou de la combustion de la biomasse, la part des processus naturels comme les émissions liées aux éclairs ou à la végétation, la variabilité naturelle du climat à l'instar des évènements El Niño.


Auteur : Laurent Menut et Sophie Szopa
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