DARI_description_projet_2017_ac.doc - Laboratoire ...

Demande d'Attribution de Ressources Informatiques
Description scientifique du projet
Titre du projet : Etude de la qualité de l'air dans un contexte d'évolution
des
émissions (naturelles et anthropiques) et de
changement climatique. Numéro du projet DARI : t20175017232
Responsable scientifique (nom, prénom) : FORET Gilles
Laboratoire : Université Paris Est Créteil (UPEC) - Laboratoire
Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA).
Nombre d'heures demandées (Cpu mono-processeur) sur le projet :
TGCC BULL n?uds fins Curie : 1,051,000 heures scalaires 2 Résumé Ce projet s'articule autour de travaux portant sur l'étude de la
composition de l'atmosphère et de son évolution. De façon générale, nous
nous intéressons aux processus physico chimique contrôlant les
concentrations de polluants et donc la qualité de l'air. Les espèces
ciblées sont à la fois sous forme gazeuse (ozone et ses précurseurs) et
sous forme particulaire (de différentes natures et origines). Les aspects
liés à l'impact du changement climatique sur la qualité de l'air sont
également étudiés. Les études proposées dans ce projet visent à mieux
comprendre et quantifier les processus qui déterminent les concentrations
des polluants ciblés. C'est le cas des travaux menés dans le cadre de
MISTRALS/CHARMEX qui cible le bilan des aérosols sur la Méditerranée ou de
ceux visant à mieux contraindre le bilan de l'ozone Européen. Dans le
cadre de l'ANR DRUMS, ce sont les émissions et les concentrations de
poussières désertiques en zone source qui sont étudiées. Enfin l'ANR
PoleASIA porte sur l'étude de la pollution asiatique et de ses
déterminants. Certaines applications sont de natures plus opérationnelles
puisqu'elles ont pour objectif l'amélioration des systèmes de surveillance
de la qualité de l'air à travers l'assimilation des observations
satellitaires ou la mise en place de futures politiques de contrôle des
émissions notamment dans les environnements urbains. Ainsi dans le cadre de
l'ANR VITE, on vise la mise en place d'un outil unique de modélisation de
la pollution urbaine qui intégrerait différent scénario (tenant compte de
l'urbanisation) représentant les voies de développement de la ville du
futur. Un outil de modélisation commun est utilisé dans tous ces projets :
le modèle de chimie transport régional CHIMERE. Ce modèle est un outil
national (développé par le consortium LMD/INERIS/LISA) utilisé pour des
applications de recherche mais aussi des applications opérationnelles.
3 Présentation générale Cette demande de renouvellement se positionne dans la continuité du
projet 2015. Le contexte général reste l'étude de la pollution
atmosphérique ciblée sur les bilans d'ozone et de particules, à l'échelle
régionale. Plusieurs régions sont concernées. Nous nous intéressons à des
régions (ou milieux) fortement anthropisées qui sont à la fois sources et
réceptrices de la pollution ; c'est le cas de l'Europe (et plus
spécifiquement le bassin Méditerranéen), l'Asie de L'Est (et notamment la
côte Est chinoise) mais aussi des environnements urbains de façon plus
général. Mais on s'intéresse aussi aux régions désertiques d'Afrique du
Nord qui sont fortement émettrices de poussières minérales ou aux régions
de l'Ouest asiatique dans lesquels sont également présent des déserts. En
effet, un des points clé du contrôle de la pollution est l'identification
des sources (notamment anthropiques/naturelles) pour pouvoir contrôler les
niveaux de polluants. Dans cette optique, les projets inclus dans cette
demande aborde ces aspects sous deux angles : 1) l'étude et la
compréhension des processus qui pilote les bilans de polluants ; 2) la
conception de méthodes permettant un pilotage opérationnel des politiques
de contrôle de la qualité de l'air. Si l'intérêt pour les aspects
« pollution » domine dans ce projet, les questionnements liés au changement
climatique et ses connections avec l'évolution de la composition
atmosphérique sont également présents. En effet à la fois les particules et
l'ozone peuvent jouer un rôle sur le bilan radiatif et leurs processus de
formation (émissions, transformations chimiques...) peut être impactés par
le changement climatique. Pour décliner ce projet, nous avons, cette année,
choisi une présentation par thèmes scientifiques avec une déclinaison par
projets scientifiques qui apparaît plus clairement. Ainsi, la description
plus détaillée du projet proposé suit la structuration suivante :
- Etude du bilan d'aérosols en Méditerranée (en liaison avec le
programme MISTRALS/CHARMEX)
- Etude du bilan d'ozone troposphérique en Europe.
- Etude de la pollution asiatique : ANR PolEASIA
- Etude du bilan des poussières minérales : ANR DRUMS
- Assimilation des observations pour la qualité de l'air (en liaison
avec le programme COPERNICUS Atmosphere)
- Politiques de contrôle des émissions à l'échelle de la ville : ANR
VITE !
- Impact du changement climatique sur la qualité de l'air (en liaison
avec le projet FP7/IMPACT2C).
1. Source de l'aérosol sur le bassin Méditerranéen Le projet ChArMEx (Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment) à pour
objectif d'évaluer scientifiquement l'état actuel et futur de
l'environnement atmosphérique méditerranéen. ChArMEx est l'un des projets-
frères de l'initiative multidisciplinaire régionale MISTRALS (Mediterranean
Integrated Studies aT Regional And Local Scales), visant à une meilleure
compréhension de l'avenir de la région méditerranéenne dans un contexte de
fortes pressions anthropiques et climatiques régionales. Dans ce cadre,
l'objectif de ChArMEx est i) l'étude des particules et des espèces traces
gazeuses de courte durée de vie (moins d'un mois) dans la troposphère, ii)
de leur impact sur la santé et sur le climat, ainsi que iii) l'impact du
changement climatique sur la composition chimique de l'atmosphère. Les travaux envisagés visent à une évaluation rigoureuse et, si
nécessaire, une amélioration du modèle tridimensionnel eulérien CHIMERE qui
sera utilisé pour l'analyse de l'état actuel et les études de scénarios.
Les mesures très détaillées obtenues lors des campagnes intensives et des
observations à long terme obtenues au sein du programme CHARMEX, tant sur
l'évolution des gaz que sur la formation de l'aérosol, seront mises à
profit pour évaluer et améliorer le modèle. Les observations effectuées sur
plusieurs sites dans le bassin Ouest (Corse, Lampedusa, Majorque) et dans
l'avion de recherche français (ATR-42), voire les mesures par ballon (pour
l'ozone), représentent en effet une source de données inédite sur la
région. Ces observations comprennent des mesures de concentration des gaz
traces (NOx, HONO, PAN, CO, O3) avec une très large palette de COV. La
spéciation chimique des aérosols ainsi que ses paramètres physico-chimiques
sont également mesurés. Les travaux réalisés en 2015 ont permis de
déterminer la configuration et notamment la résolution nécessaire du modèle
pour permettre de représenter correctement l'orographie le site du Cap
Corse, afin de pouvoir utiliser les données précieuses obtenues à ce site.
Les simulations seront alors effectuées en utilisant la technique des
domaines imbriqués, utilisant un domaine continental avec une résolution de
30 km, et des domaines imbriqués avec des résolutions de 10km et de 3km,
centrés sur le bassin ouest de la Méditerranée pour une durée 6 mois (l'été
de 2013 et l'été de 2014). Un point crucial dans ce projet reste l'amélioration de simulation
d'aérosols organiques dans le modèle CHIMERE. Dans ce but, différents
schémas de formation d'aérosols organiques sont en cours d'implantation
dans CHIMERE, prenant en compte l'évolution de la matière organique semi-
volatile dans l'atmosphère (fonctionnalisation versus fragmentation), et la
formation d'aérosol organique non-volatile. Bien que ces paramétrisations
soient en accord avec des expériences de chambre, l'utilisation dans des
modèles 3D, pour des durées de temps plus longues que les expériences de
chambre effectuées, donnent des résultats très différentes en terme de
formation d'aérosols organiques secondaires. Ainsi, les résultats obtenus
pour chaque schéma doivent être comparés avec les mesures effectuées
pendant la campagne ChArMEx, et des critères objectifs et quantitatifs de
correspondance élaborés (dans le sens d'une contrainte Bayésienne). Les
comparaisons des mesures météorologiques et des autres espèces chimiques
permettront de définir des "tolérances" pour les différences entre les
concentrations des aérosols organiques simulées et observées, qui ne
seraient pas à forcément imputées aux schémas d'aérosol organique
utilisés. Ces comparaisons mettront en évidence à la fois les mécanismes de
formation de l'aérosol organique dans le bassin ouest de la Méditerranée et
la configuration du modèle la plus appropriée pour la simulation de ces
aérosols. Un premier panel de configurations du modèle retenues à partir des
comparaisons avec des campagnes spécifiques de ChArMEx realisées en étés
2013 et 2014 sera ensuite utilisé pour des simulations pluri-annuelles. Ces
simulations pourront encore être comparées aux observations de deux ans
effectuées entre les étés 2012 et 2014 au Cap Corse, et aux observations,
moins détaillées, des station