Caractérisation des formations arbustives méditerranéennes pour l'amélioration de la prévision de la pollution à l'ozone

Characterization of mediterranean shrublands to improve the prediction of ozone pollution

• Auteur / Autrice : Annabelle Rivoal
• Direction : Philip Roche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie, de la terre et de l'environnement. Sciences de l'environnement. Sciences de l'environnement terrestre
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Provence. Section sciences

Mots clés

Mots clés contrôlés

Télédétection

Air -- Qualité -- Gestion

Ozone

Biomasse végétale

Cartographie

Composés organiques volatils

Provence-Alpes-Côte d'Azur (France)

France

Zones de végétation arbustive

Résumé

Les composés organiques volatils biogènes (COVb), majoritairement émis par la végétation, favorisent la pollution à l’ozone en présence d’oxydes d’azote (NOx). En région PACA, les formations arbustives méditerranéennes (ou matorrals) occupent une grande surface et sont fortement émettrices de COVb. Cependant, elles étaient mal décrites dans le modèle CHIMERE qui sert à la prédiction de la pollution à l’ozone. L’objectif de ce travail a été d’améliorer leur prise en compte en s’intéressant aux principaux paramètres de la modélisation des émissions de COVb : la répartition des espèces, leurs biomasses foliaires et leurs facteurs d’émission. D’abord, la composition floristique des matorrals a été étudiée in-situ, afin d’établir une typologie basée sur les espèces dominantes qui a servi de référence pour cartographier les matorrals par classifications supervisées d’images satellites. Ensuite, des méthodes non destructives d’estimation de la biomasse foliaire ont été mises au point afin d’obtenir les estimations ponctuelles nécessaires à la réalisation de cartes de variabilité spatiale de la biomasse foliaire des principales espèces. Par ailleurs, à partir d’une synthèse bibliographique et de mesures in-situ des émissions de COVb, il a été possible d’améliorer les facteurs d’émission des principales espèces arbustives, mais également de montrer que la saison et le type de substrat influencent les émissions de monoterpènes de Cistus monspeliensis, une espèce arbustive très répandue en région méditerranéenne. Enfin, nous avons testé l’influence de données affinées pour les matorrals, pour la prévision des émissions de COVb et de la pollution à l’ozone avec le modèle CHIMERE. Les améliorations apportées induisent une augmentation des émissions de COVb (+6 à +10%), qui se répercute sur la production d’ozone (+2 à +8%). L’utilisation d’une formation type par département semble donner des résultats similaires à ceux qui sont obtenus en prenant en compte une variation kilométrique des matorrals. La présence de NOx étant indispensable pour la production d’ozone, la variation de la concentration d’ozone est donc essentiellement observée dans la zone Berre-Aix-Marseille.

Biogenic volatile organic compounds (BVOC), mainly emitted by vegetation, contribute to ozone pollution in presence of nitrogen oxides (NOx). In the PACA region, shrublands cover large areas and are strong BVOC emitter. However, they were poorly accounted in the chemistry-transport model CHIMERE used for ozone pollution forecast. This study aims to improve their integration in CHIMERE through three main components: the spatial distribution of the main shrub species and of their foliar biomasses and updated of emission factor. First, species composition of shrubland was studied in order to derive a typology based on dominant species. This typology was used to map shrublands using supervised classifications of remote sensing data. Second, non-destructive methods for foliar biomass estimation were defined. Local estimations of foliar biomass were carried out and used to map the main species biomass spatial variability. Then, emission data available in literature were reviewed and summarized in order to improve emission factor data. Besides, measurement carried out on field showed significant season and soil effect on monoterpene emissions of Cistus monspeliensis, a widespread shrub in Mediterranean area. Finally, the effect of shrubland refinement in BVOC emissions and ozone forecast was test in CHIMERE. It appears that shrubland refinement lead to increase of BVOC emission (+6 to +10%) resulting in increased ozone production (+2 to +8%). One shrubland per administrative department seems to give similar results to those obtained using a gridded variability of shrublands at 1Km scale. COVb need to be mixed with NOx to produce ozone, therefore the variation of ozone level is mainly observed in the Berre-Aix-Marseille area.