Soutenance de thèse
Yunyi Wang
CEREA
Estimations de la qualité de l'air à des échelles locales tenant compte des émissions de polluants intérieurs et extérieurs
Résumé
De nombreuses personnes étant exposées à de fortes concentrations de polluants atmosphériques en milieu urbain, il est important d’en comprendre les sources et les processus de formation. La modélisation est un outil efficace pour cela. Cette thèse porte sur la compréhension par modélisation des processus physiques et chimiques influençant la qualité de l’air intérieur et extérieur à l’échelle locale.
Dans un premier temps, la qualité de l’air dans une rue urbaine est modélisée avec l’outil de mécanique des fluides numérique (CFD) code_saturne, couplé au module de chimie atmosphérique et de dynamique des aérosols SSH-aerosol. La rue canyon est modélisée en 2D, et l’étude porte sur une période de 12 heures. Les concentrations simulées de NO2 et de PM10 se comparent bien aux mesures expérimentales lorsque la chimie atmosphérique et la dynamique des aérosols sont prises en compte. Cependant, la concentration de carbone suie est sous-estimée, probablement en partie à cause de la sous-estimation des émissions hors échappement. Les concentrations des composés secondaires des particules sont fortement influencées par la dynamique des aérosols. Notamment, l’ammoniac émis par le trafic favorise la formation de particules inorganiques et organiques hydrophiles.
Dans un second temps, pour étudier l’impact des arbres dans la rue, des arbres sont ajoutés dans la rue canyon 2D. L’impact aérodynamique des couronnes d’arbres augmente significativement la concentration des polluants émis par le trafic. Le dépôt sec sur les surfaces des feuilles n’est important que pour les composés très solubles comme HNO3ou peu volatils. Les émissions de composés organiques volatils (COV) par les arbres influencent peu la formation des condensables, sauf en cas de vent faible. Néanmoins, la production de certains composés organiques extrêmement peu volatils par autoxidation est élevée, ce qui pourrait favoriser la formation de particules ultrafines.
Finalement, la qualité de l’air intérieur dans un stade fermé est étudiée à l’aide d’un modèle 0D (H2I). Le taux d’échange intérieur-extérieur et le facteur de filtration du modèle sont déterminés à partir des concentrations de carbone suie mesurées à l’intérieur et à l’extérieur en utilisant une transformation de Fourier. Les variations temporelles des concentrations d’O3 et de NOx en air intérieur sont correctement simulées, mais les concentrations de NO sont sur-estimées et celles d’O3 de NO2 sous-estimées. Des tests de sensibilité sont effectués afin de déterminer les paramètres physiques prégnants du modèle qui pilotent ces concentrations. L’impact des réactions de surface est limité, car le ratio entre la surface et le volume du stade est faible comparé à des environnements intérieurs plus petits. La prise en compte des COV favorise la conversion du NO en NO2 et réduit la sous-estimation du NO2. La photolyse influence aussi fortement les concentrations, avec un fort impact du vitrage.
Informations supplémentaires
La soutenance se tiendra le 30 mai 2023, de 14h à 17h, dans l’Amphithéâtre Navier, École des Ponts (6/8 Av. Blaise Pascal, 77420 Champs-sur-Marne).
Composition du jury
- Mme Isabelle Calmet, Professeure, école Centrale de Nantes, rapporteure
- M. Jean-François Léon, Chargé de recherche, Université Paul Sabatier Toulouse III, rapporteur
- M. Yongfeng Qu, Maître de conférences, Centre Borelli , examinateur
- M. Henri Wortham, Professeur, Université d’Aix-Marseille, examinateur
- Mme Karine Sartelet, Directrice de recherche, CEREA ENPC, directrice de thèse
- M. Cédric Flageul, Maître de conférences, Université de Poitiers, Co-directeur de thèse
- Mme Arièle Déffosez, Ingénieure de recherche, EDF–R&D/MFEE, invité et co-encadrante de thèse