Modélisation de la dispersion atmosphérique
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Cet article est une ébauche concernant la météorologie ou la climatologie et l’environnement.
La modélisation de la dispersion atmosphérique est une simulation de la dispersion de panaches de pollution dans un contexte et une temporalité donnée, faite à l'aide d'outils mathématiques et de logiciels informatiques et cartographiques. Les modèles cherchent à prendre en compte les conséquences directes et indirectes, dans l'espace et dans le temps des rejets (accidentels ou non) de substances (gaz, particules, aérosols, radionucléides[1]...) indésirables, dangereuses ou toxiques.
Elle sert à mieux évaluer, prévoir et prévenir les conséquences de la pollution atmosphérique sur le bâti, la santé et les écosystèmes, par exemple dans le cas de polluants émis par des sources fixes ou mobiles, ou dans le cas de risques induits par des incendies (risques d'asphyxie, d'explosions, de contamination ou de pollution secondaire du sol, de nappes ou de la mer), par des accidents, des déversements volontaires de polluants volatiles, etc.
La modélisation est aussi très utilisée pour étudier les effets de fuites de produits radiotoxiques ou les effets d'accidents nucléaires, dont en radioécologie. De même pour les risques induite par la dissémination d'organismes infectieux, etc.
La modélisation de la dispersion atmosphérique est une simulation tridimensionnelle d'écoulements atmosphériques qui dépasse donc très largement le simple cadre de la prévision météorologique. L'interprétation des résultats des calculs demande d'associer des compétences en toxicologie, écotoxicologie et chimie atmosphérique
Dans l'image ci-contre, la fumée émise sous un plafond d'inversion atmosphérique par la cheminée la plus basse risque de causer d'importants effets au sol en aval alors que celle émise plus en hauteur se disperse en altitude. La pollution ainsi piégée dans les basses-couches peut parfois même circuler dans un sens inverse à celui du vent dominant ou du vent qui prévaut dans la couche atmosphérique plus élevée. Les modèles doivent donc tenir compte des variations de comportement de l'air à toutes les hauteurs de la colonne d'air.
Principes
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Le principe de base est que, théoriquement, la dispersion atmosphérique des polluants est un phénomène qui peut être modélisé et simulé, sur la base de la théorie de la mécanique des fluides.
Les données d'entrée
Un modèle réussi doit être basé sur des données d'entrée adaptées[2]:
- Données météorologiques;
- Données de terrain (ou topographique);
- Les types de sources d'émission;
- Les types de paramétrisation des sources d'émission;
- La nature des contaminants;
- Les mécanismes d'émission.
La modélisation devient plus difficile et doit être paramétrée quand l'environnement est plus complexe de par :
- la géomorphologie (montagnes, vallées, trait de côte découpé, estuaires[3], canyons) ;
- les couleurs (dominantes ou des couleurs localement très claires ou très foncées, qui jouent un rôle en termes d'albédo) ;
- les constructions (architectonique urbaine, de zone d'activité, etc.) :
- la flore (forêts à canopée plus ou moins dense et variable selon la saison[4]), prairies ou labours, avant ou après la moisson, etc. qui modifient saisonnièrement la rugosité du paysage, son albédo et ses caractéristiques thermo-hygrométriques, notamment liées à l'évapotranspiration) ;
- des conditions météorologiques complexes (inversion atmosphérique, brume, turbulences..) ;
- une méconnaissance du polluant (en particulier concernant les nanopolluants, de nombreux polluants émergents, et les complexes de polluants pouvant agir synergiquement entre eux).
Les techniques modernes, issues des modèles existants, une fois mises en œuvre, permettent néanmoins de prévoir de plus en plus fiablement la manière dont vont se disperser les polluants dans l'atmosphère, c'est-à-dire à estimer ou à prédire la direction des vents et la concentration de polluants atmosphériques ou de toxines provenant des sources polluantes.
Modélisation inverse
Il est parfois nécessaire d'établir des rétrotrajectoires ; il faut alors sur la base des données de retombées, d'exposition, et d'archives météorologiques reconstituer par « modélisation inverse » la source d'une pollution[5],[6]).
Depuis les années 1990, ce type de modélisation a beaucoup progressé[7], profitant des améliorations de l'informatique et des modèles météorologiques, lesquels ont pu utiliser durant des décennies les ordinateurs les plus puissants.
La modélisation rétrospective des panaches de pollution aérienne (ou aquatique) n'est pas parfaite, mais progresse. Ce type de modélisation a par exemple été utilisée pour reconstituer les importantes émissions (record historique) de Xénon 133 (radioactif) apparues après le tremblement de terre de Tohoku en 2011, et avant et après le tsunami qui a suivi[8].
