Transport de la pollution atmosphérique sous influence de brise de mer dans la zone industrielle dunkerquoise

Transport of atmospheric pollutants under see-breeze events in Dunkerque industrial coastal area

• Auteur / Autrice : Charles Talbot
• Direction : Gueorgui Khomenko, Véronique Willart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre, de l'univers, et de l'espace. Terre solide et enveloppes superficielles
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Littoral
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ecosystèmes Littoraux et côtiers (Wimereux, Pas-de-Calais)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sodars

Lidar

Levés

Dunkerque (Nord ; agglomération)

France

Pollution atmosphérique

Couche limite (météorologie)

Vent de mer

Mots clés libres

Modélisation LES

Résumé

Ces travaux de thèse concernent l’étude de la brise de mer et son impact sur la pollution atmosphérique. Afin de modéliser la brise de mer, le modèle de circulation atmosphérique Méso-NH a été appliqué à la région Nord-Pas de Calais. Les simulations numériques ont tourné sur le supercalculateur de l’IDRIS et leurs résultats ont été comparés aux données issues de campagnes de mesures réalisées par le LPCA à Dunkerque, avec des instruments Lidar et Sodar, ainsi qu’aux données in situ disponibles, météorologiques (données Météo-France) et de qualité de l’air du réseau ATMO Nord-Pas de Calais. Ces résultats ont permis l’étude et l’analyse d’un cas dominant de brise de mer sur le littoral des Flandres. Les simulations numériques montrent notamment que la brise possède temporairement une zone de recirculation lorsque le courant de brise s’accélère. Le modèle de chimie-transport Méso-NHC a ensuite été appliqué afin de suivre les émissions de polluants issues notamment de la zone industrielle dunkerquoise. Le cadastre des émissions de la région Nord-Pas de Calais, spatial et temporel, a été intégré au modèle Méso-NHC, permettant son utilisation pour la simulation de scénarii plausibles de pollutions atmosphériques aux échelles régionales et locales. Les résultats montrent que la recirculation de la brise entraîne une redistribution de l’air marin et des polluants au-dessus du courant de gravité de la brise. Cette élévation en altitude, jusqu’à deux fois la hauteur du courant de gravité, entraîne un refroidissement des masses d’air. Ces conditions sont susceptibles de former des particules et des nuages acides par un processus de nucléation des particules sulfatées favorisé à la fois par la photochimie de l’ozone et par de forts taux d’humidité relative. Le système de brise de mer restreint également la circulation des polluants à de basses altitudes. Des brises de mer successives sont des conditions favorables à la stagnation des polluants à proximité des zones d’émissions côtières.

This work aims to study the impact of the sea-breeze system on the boundary layer dynamics and transport of the pollutants. In order to simulate the sea-breeze dynamics, the non hydrostatic atmospheric model Meso-NH has been applied to the Nord-Pas de Calais region. The simulations were computed at the IDRIS computational centre in Paris and the model outputs have been compared with data issued from ground based instruments lidar and sodar (LCPA laboratory , Dunkerque, France), meteorological stations and the air quality network ATMO Nord-Pas de Calais. These results allowed the analysis of a type of sea breeze having the largest occurence on the Flanders coast. The numerical simulations have shown that the sea breeze had a temporarily recirculation zone when the sea-breeze flow was accelerating. The chemistry-transport model Meso-NHC has then been applied in order to follow pollutants emitted regionally and from Dunkerque industrial area. The regional inventory of emissions has been integrated to the model with temporal coefficients applied to different categories of pollutants. These improvements allow us using the regional inventory in the numerical simulations in order to realize realistic pollutions episodes at local and regional scales. The results show that the sea-breeze circulation induces a redistribution of marine air and pollutants above the sea-breeze gravity current. The uplift, up to twice the height of the gravity current, induces a cooling of the air masses. These conditions are proneto form particules and acid clouds by a nucleation process of sulfates particles which is enhanced by both photochemistry of ozone and high relative humidity. The sea-breeze system stratifies the atmosphere and thus restrains the pollutants circulations at low altitudes. Consecutive sea-breeze days can keep the circulation of pollutants in the nearby coastal areas of emissions and favour the stagnation of the pollutants at regional scale.