ESCALAIR - EStimation des éChelles d'Actions pour l'amélioration de la qualité de L'AIR avec le modèle CHIMERE

Sylvain MAILLER (ECOLE POLYTECHNIQUE)

• INERIS - INSTITUT NATIONAL DE L'ENVIRONNEMENT INDUSTRIEL ET DES RISQUES
• CNRS - CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

La pollution atmosphérique fait intervenir toutes les échelles d’espace, de l'échelle globale à l'échelle de la rue. Il importe donc de disposer d’outils de modélisation permettant d'aborder ces échelles de façon cohérente. Le modèle CHIMERE, utilisé pour la prévision opérationnelle en France, couvre déjà un large ensemble d'échelles, de l'échelle d'un hémisphère à l'échelle d’un quartier, mais cette capacité "multi-échelle" peut encore être améliorée, d’une part en incluant tous les processus qui contribuent à la composition de la troposphère à l’échelle globale en en quantifiant leur impact sur la qualité de l’air à l’échelle nationale et régionale, d’autre part en mettant en place une capacité de modélisation multi-échelle de la qualité de l'air par l'utilisation d'un maillage non structuré.

Si les processus nécessaires à la modélisation hémisphérique sont déjà largement inclus dans le modèle CHIMERE, et si la capacité hémisphérique du modèle a déjà été démontrée1 pour des simulations courtes, il reste à tester l'ensemble de l'infrastructure incluant des développements récents comme les émissions d'oxydes d'azote (NOx) par les éclairs, le méthane (CH4) des zones humides et des développements importants concernant les émissions de feux de biomasse et la spéciation des poussières minérales. L’objectif est de démontrer la capacité du modèle CHIMERE à mener des simulations longues à l’échelle d’un hémisphère sans dérive, une capacité qui est habituellement au coeur des contraintes pour les modèles globaux plus que pour les modèles régionaux comme CHIMERE. Dès cette étape, le modèle sera utilisé dans le cadre du projet afin d’examiner l'effet de différentes échelles d’action (mondiale, continentale, nationale, locale) sur la qualité de l’air : À quelle échelle est-il le plus pertinent d’agir pour obtenir des améliorations concrètes de la qualité de l’air ? Une action nationale sans action européenne de même nature est-elle efficace ? Une action européenne peut-elle fonctionner sans une politique volontariste au niveau international ?

Une fois que cette capacité à fonctionner sur la durée à l’échelle d'un hémisphère aura été démontrée, et la capacité du modèle CHIMERE à réaliser efficacement des simulations à haute résolution ne faisant d’ores et déjà aucun doute, la dernière étape du projet, consistera à mettre en place un maillage non structuré dans le modèle CHIMERE pour permettre la résolution simultanée de la petite et de la grande échelle ainsi que des interactions qui les couplent. Cette innovation de rupture a pour objectif de doter les chercheurs et prévisionnistes en France et au-delà d'un modèle de qualité de l'air de nouvelle génération, ce type d'outil n'existant pas encore. Cette approche présente plusieurs avantages déterminants : d’une part, éviter l’utilisation de conditions aux limites d’autres modèles ayant une chimie et des paramétrisations différentes, d'autre part éviter les chocs et les artefacts dus à l’imbrication de domaines ayant des résolutions très différentes. 

Il s'agit ainsi de fournir aux scientifiques et aux prévisionnistes un outil de modélisation de la composition de l'atmosphère (NOx, PM, O3) cohérent sur une gamme extrêmement large d’échelles, de l’échelle d'un hémisphère entier à celle du quartier, leur permettant d’examiner l’évolution multi-échelle de la composition de l'atmosphère dans toute sa complexité.

Date de fin de projet

Novembre 2024

• Europe
• France