Plan detaille Rapport Final - Exercices corriges

2.1.2 Mesures de recherche
2.1.2.1 Mesures de taux de photolyse Dans la troposphère le seul processus important qui déclenche la
production d'ozone est la photodissociation du dioxyde d'azote. NO2 ( NO + O L'oxygène monoatomique issu de ce processus réagit avec l'oxygène
moléculaire et un troisième partenaire de réaction pour former l'ozone.
D'où la nécessité de connaître le plus précisément possible la constante
de photolyse de NO2 (J[NO2]) si l'on veut modéliser la chimie de la
troposphère. Le spectre de photolyse du NO2 s'étend sur un intervalle de longueur
d'onde de 310 à 420 nm environ. Le J[NO2], qui est donné par l'intégration
sphérique du flux actinique pondéré sur ce spectre, dépend de l'angle
zénithal au lieu d'observation et de la réflexion et de l'absorption
atmosphérique du rayonnement par entre autres les nuages et les particules.
Un des buts des mesures de J[NO2] dans le cadre d'ESQUIF est la
vérification des paramétrisations du J[NO2] (et particulièrement de
l'impact radiatif des nuages) dans les modèles photochimiques utilisés. L'instrument, qui est utilisé pour mesurer le J[NO2] est un radiomètre in-
situ construit par "METCON" (Glashotten, Allemagne; Boulder, Etats-Unis).
Il était développé dans le centre de recherche "Forschungszentrum Julich"
(Allemagne), le principe de fonctionnement est publié par Junkermann et al.
(1987) et une évaluation des résultats par Volz-Thomas et al. (1996).
L'instrument observe continuellement le flux actinique séparément sur deux
hémisphères de 4 pi dans le spectre de photolyse de NO2, qui est filtré par
une combinaison de trois filtres optiques. L'instrument est calibré avec
une erreur de moins de 5% par rapport à un actinomètre chimique de
référence du "Forschungszentrum Julich". Il ne donne pas accès directement
à la mesure du J[NO2] mais à une tension qui lui est proportionnelle. L'instrument était installé sur un mat d'environ 3 m de hauteur sur le
toit de l'Ecole Normale Supérieure au 24 Rue Lhomond, 75005 Paris. Les deux
optiques hémisphériques ont observé respectivement les flux actiniques
provenant du dessus et du dessous de l'instrument. Les valeurs observées de
la deuxième optique sont alors particulièrement influencées par la
réflexion du toit, qui est recouvert de béton au niveau de l'instrument et
devrait être représentatif pour un cadre urbain. Du a un problème d'acquisition de données, aucune mesure n'a pu être
effectuée pendant les POI de 1999. Pendant l'été 1998 des valeurs moyennes
par minute ont été enregistré continuellement du 5 au 31 août (incluant la
POI 2) et pendant l'été 2000 du 25 mai au 4 octobre (incluant les POI 11 et
12). Pour la période du 10 août au 20 septembre 2000 les données entre
11:30 et 12:30 TU environ sont influencées par des réflexions d'un toit
avoisinant.
2.1.2.2 Mesures par DOAS Le fonctionnement du SANOA (mesure D.O.A.S) est fondé sur l'observation
spectrométrique de l'atténuation de la lumière émise par un projecteur. Le
détecteur et le projecteur étaient installés sur les toits de l'Ecole
Normale rue d'Ulm à une distance de 150 m l'un de l'autre durant toute la
campagne, en réalité depuis 1998 jusqu'à 2000. Une détection correcte nécessite un flux de lumière suffisant afin
d'éviter la lumière solaire parasite. Plusieurs périodes avec perte de flux
ont fait l'objet d'interventions. Le SANOA a été utilisé pour mesurer les concentrations d'espèces
primaires : monoxyde d'azote, dioxyde de soufre, toluène, m-xylène, p-
xylène, benzène, naphtalène; et secondaires : dioxyde d'azote, ozone,
formaldéhyde et acide nitreux. Le programme d'analyse fournit pour chaque
espèce une erreur de mesure. Les données ont subi un traitement, notamment en ce qui concerne
l'offset, assez délicat à positionner. Aucune correction n'a été apportée à
HNO2, NO, SO2 et NO2. Pour NO2 et O3 nous nous sommes penches sur la
période polluée du 6 au 10 Août 1998. Nous avons ramené la valeur minimale
de O3 a 0 ppb, en abaissant sa concentration d'une valeur de 9 ppb sur
l'ensemble des données. Les 3-5 ppb minimum de NO2 peuvent être issus d'une
réaction entre le monoxyde d'azote (0-5 ppb) et l'ozone (100 ppb). Les concentrations minimum d'hydrocarbures aromatiques sont plus
difficiles a apprécier. Pour chacun d'entre eux nous avons apporté une
correction afin de ramener les concentrations minimum proches de 0 ppb en
prenant comme référence les jours d'été peu pollués. Les concentrations en
benzène ont été abaissées de 13 ppb, celles du naphtalène de 0,1 ppb.
Celles du p-xylène et du toluène ont été augmentées respectivement de 2 et
de 5 ppb. Enfin sur le m-xylène une correction de +6 ppb est apportée
jusqu'au 19 Juin et de +4 ppb dans la période suivante. Les espèces peuvent être classées en 3 catégories en fonction du rapport
entre l'erreur moyenne et la concentration moyenne: . Les constituants ayant une erreur faible par rapport a leur
concentration : NO, SO2, Toluène, O3 et NO2. . Ceux avec une erreur moyenne proche de la moitié de leur concentration
moyenne: Benzène, Naphtalène et CH2O. . Ceux dont l'erreur moyenne est supérieure ou égale à leur
concentration moyenne: m-xylène, p-xylène et HNO2, donc peu
significatifs.
2.1.2.3 Station mobile MILEAGE Dans le cadre de la campagne ESQUIF, de nombreuses mesures de composés
chimiques ont été réalisées grâce aux mesures aéroportées, donnant des
informations spatiales et temporelles, dans la couche limite, des teneurs
des composés, grâce également au réseau de mesures d'Airparif, dont la
stratégie de mesure est basée sur la prévention de la population et donc
sur la mesure de proximité. Ces jeux de données sont contraints par les
objectifs et les limites de chaque composante, à savoir : les mesures
aéroportées sont limitées en nombre et en durée, les stations de mesure du
réseau se situent essentiellement dans les agglomérations où la densité de
population est plus importante. Or, pour analyser la production d'ozone
(principal polluant indicateur de la qualité de l'air) due au passage au-
dessus de l'agglomération parisienne, il apparaît important d'avoir une
bonne connaissance des caractéristiques de la masse d'air avant qu'elle ne
soit perturbée par l'agglomération et ce, de manière continue sur chaque
période d'étude (POI). Ainsi, nous avons défini notre stratégie de mesure
comme suit : - effectuer la mesure en continue du plus grand nombre de composés
d'intérêt dans la photochimie de l'ozone (NO, NO2, O3, PAN, NMHCs), - déplacer l'instrumentation sur des sites situés en amont de
l'agglomération parisienne par rapport à la direction du vent dominant
(sites au vent, sis à environ 80 km de Paris), - les sites choisis doivent, par ailleurs, être faiblement influencés par
des précurseurs d'origine anthropiques de l'ozone (éloignement de zone de
trafic intense, d'activités industrielles, d'agglomération, ...), - les prélèvements réalisés doivent être représentatifs de la masse d'air
globale et donc les sites doivent être choisis pour leur bonne ventilation
naturelle, sans influence notable de reliefs privilégiant certains
écoulements (i.e. effets de pente). Nous avons donc défini plusieurs sites relevant de la stratégie citée et
situés sur des axes de direction du vent dont l'occurrence est grande au
cours des épisodes de forte production d'ozone dans la région Ile de
France, à savoir SE/NO, E-NE/O-SO, SW/NE par rapport à Paris.
L'instrumentation mise en place est un camion laboratoire permettant, pour
cette campagne, la mesure de l'ozone (O3), les oxydes d'azote (NOx), les
hydrocarbures non-méthaniques (NMHCs), le nitrate de péroxy-acétyle (PAN).
Cet équipement, dont les spécifications techniques sont données dans le
Tableau 2.1.1, permet de discriminer un grand nombre de composés dans une
grande plage de concentration. Son potentiel de mesure à très faible niveau
de concentration permet, en particulier, d'effectuer une caractérisation
fiable de la composition de l'atmosphère dans des zones peu polluées, i.e.
en amont des sources de polluants. Au cours de cette campagne, un problème
technique n'a pas permis la mesure de NO2. La prévision à deux jours d'un
évènement de pollution par les équipes de modélisation (§ 3.3), nous a
permis de déplacer notre instrumentation sur le site le mieux adapté à
l'échantillonnage de masses d'air en amont de Paris. Les calibrages des
différents analyseurs ont été réalisées sur le site avant chaque POI. Les
POI échantillonnées pendant l'été 1999 sont la POI6, la POI7 et la POI8,
les coordonnées des sites sont données dans le Tableau 2.1.2. A titre d'exemple, la Figure 2.1.4 montre la concentration en O3 mesurée
au cours des 3 POI. Les niveaux de concentration d'ozone n'excèdent pas 75
et 50 ppbv respectivement pour les POI 6 et 7, mais atteignent des valeurs
proches de 100 ppbv pendant la POI 8. Cette POI est donc caractérisée par
des concentrations élevées en amont de la ville qui auront certainement un
impact sur les niveaux observés sous le vent de l'agglomération et mettent
en avant l'importance de la détermination des flux de polluants aux
limites. Par ailleurs, le niveau moyen de concentration totale en
hydrocarbures mesurés (en équivalent carbone) est de 30 à 50 ppbC. Pour le
début de la POI6, les concentrations atteignent 150 ppbC, indiquant le
passage d'un panache chargé au dessus du site. Les journées suivantes et
pour les autres POI, le