Bilan de la campagne de mesures d’INTERREG III en 2003 ... · PDF file5.3. lamp de clermont-ferrand ... 7.2. homogeneisation des mesures dans un format unique ... lubw, du lha, 12

Bilan de la campagne de mesure INTERREG III et homogénéisation des données

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Bilan de la campagne de mesures d’INTERREG III en 2003, mise à disposition des données et création de fichiers

homogénéisés en vue de la comparaison avec les modèles

n° de diffusion ASPA-06072902-ID


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Introduction

L’objectif de la campagne de mesure INTERREG III était de fournir une base de données mesurées dans le but :

- d’analyser la situation observée de pollutions primaire et secondaire ; - d’en tirer des enseignements pour l’amélioration du système de modélisation ; - de valider de manière quantitative et qualitative les résultats des modèles de

pollution pendant les Périodes d’Observation Intensive (POI) de la campagne de mesure.

Une campagne de mesure de paramètres météorologiques et chimiques s’est avérée nécessaire car la simple utilisation de jeux de données existants n’aurait pas répondu au contexte local, à savoir une situation climatique de type semi-continentale avec une orographie moyennement contrastée et une distribution des émissions et des espèces chimiques (spéciation des COV issus de la végétation en particulier) très différentes de celles mises en évidence dans d’autres programmes. Toutefois les retours d'expériences de ces programmes (PIPAPO à Milan, BERLIOZ à Berlin ou ESCOMPTE à Marseille) ont été intégrés pour le choix des paramètres, les méthodes de mesure retenues et la distribution spatiale des moyens de mesure. Le présent document dresse un bilan synthétique de la campagne de mesures INTERREG III réalisée en mai et juin 2003 selon le plan de campagne (ASPA 02112102-I-D) qui décrivait les objectifs, les moyens mis en oeuvre et le déroulement prévu. Ici sont décrits l’ensemble des données obtenues, les résultats des différentes équipes impliquées dans la campagne de mesure, et la façon dont les données sont mises à la disposition des utilisateurs. Pour davantage de précisions il convient de se référer aux rapports détaillés des équipes de mesure. Les références bibliographiques sont données dans chaque parapgraphe.


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Sommaire

INTRODUCTION .............................................................................................................................. 3 1. APERÇU DE LA CAMPAGNE .......................................................................6

1.1. DISPOSITIF DE MESURE............................................................................................................. 6 1.1.1. Mesures au sol .......................................................................................................................7 1.1.2. Bases spécifiques ..................................................................................................................7 1.1.3. Mesures aéroportées : METAIR............................................................................................8 1.1.4. Bilan des mesures des équipes ...........................................................................................9

1.2. SITUATION PHOTOCHIMIQUE DURANT LA CAMPAGNE ...................................................... 10 1.3. CONDITIONS METEOROLOGIQUES DURANT LA CAMPAGNE ............................................. 11

1.3.1. Situation synoptique pour la première POI.................................................................... 11 1.3.2. Situation synoptique pour la seconde POI .................................................................... 12

2. MESURES DYNAMIQUES ET CHIMIQUES PAR LES RESEAUX FIXES .....13 2.1. RESEAU ALSACIEN : ASPA..................................................................................................... 13 2.2. RESEAU DU BADE-WURTEMBERG : LUBW .............................................................................. 14 2.3. RESEAU DES CANTONS DE BALE : LHA.................................................................................. 14 2.4. METEO-FRANCE..................................................................................................................... 15 2.5. CAMIONS DE MESURE........................................................................................................... 15 2.6. ENSEMBLE DES MESURES AU SOL : EXEMPLE DES DIRECTIONS DE VENT ............................. 16

3. MESURES SPECIFIQUES DE PARAMETRES DYNAMIQUES.....................17 3.1. PROFILS VERTICAUX DE VENT : EXEMPLE DES MESURES DEGREANE ................................... 17 3.2. PROFILS VERTICAUX DE TEMPERATURE : EXEMPLE DES MESURES EPFL ................................ 18 3.3. PROFILS DE VENT DANS LA COUCHE LIMITE DE SURFACE : MESURES DU CORIA ............... 19 3.4. COLONNES TOTALES D’OZONE : MESURES DU LOA............................................................. 20 3.5. AUTRES MESURES METEOROLOGIQUES SUR LES BASES SPECIFIQUES.................................. 21

4. MESURES SPECIFIQUES POUR L’ETUDE DE LA PHASE GAZEUSE ........22 4.1. OZONE (O3) ........................................................................................................................... 23

4.1.1. Profils verticaux d’O3 : mesures de l’INERIS sur la base Rossfeld.................................. 23 4.1.2. Profils verticaux d’O3 : avec le LIDAR de l’EPFL – base Neuhausel............................. 24 4.1.3. Intercomparaison de mesures d’ozone au sol ............................................................. 25

4.2. OXYDES D’AZOTE .................................................................................................................. 26 4.2.1. Mesures du LCSR à Rossfeld ............................................................................................. 26 4.2.2. Mesures de la BUW à Rossfeld ......................................................................................... 27 4.2.3. Intercomparaison des mesures du LCSR, du BTU et de LIG’AIR ................................. 27

4.3. NITRATES : MESURES DE LA BTU ............................................................................................. 28 4.4. COMPOSES ORGANIQUES VOLATILES (COV) ..................................................................... 29

4.4.1. Mesures du LIC à Rossfeld ................................................................................................ 29 4.4.2. Mesures du BUW à Neuhaeusel....................................................................................... 30

4.5. ALDEHYDES ET FORMALDEHYDE (HCHO)............................................................................. 32 4.5.1. Mesures du Laboratoire de Météorologique Physique (LaMP).................................. 32 4.5.2. Mesures du LCE .................................................................................................................. 33 4.5.3. Mesures du BUW................................................................................................................. 33

4.6. MESURES DE PEROXYDES ET RADICAUX PEROXYLES (H2O2, HO2, RO2, ETC.) ..................... 34


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4.6.1. Mesures de H2O2, MHP et HMHP du MPI à Neuheausel .............................................. 35 4.6.2. Mesures de radicaux HO2 et RO2 du LCSR à Rossfeld.................................................. 35 4.6.3. Mesures de H2O2 du LCE à Rossfeld ................................................................................ 37 4.6.4. Mesures de H2O2 du LaMP ............................................................................................... 37

4.7. CONSTANTES DE PHOTOLYSE (JNO2, JO1) ........................................................................... 38 4.7.1. Calcul de JNO2 par le LCSR-LISA..................................................................................... 38 4.7.2. Calcul de JNO2 par le LOA et intercomparaison......................................................... 39 4.7.3. Calcul de JNO2 par le JRC-ISPRA................................................................................... 40 4.7.4. Mesures du BTU – Base Rossfeld....................................................................................... 40

4.8. VITESSE DE PRODUCTION D’OZONE (PO3) ........................................................................... 41 4.9. PROGRAMME DE RECHERCHE CONNEXE : MESURES AU DONON ..................................... 42

5. MESURES SPECIFIQUES CONCERNANT LA PHASE PARTICULAIRE......43 5.1. MESURES DU JRC ISPRA – BASE NEUHAEUSEL PUIS ROSSFELD............................................. 44 5.2. MESURES DANS LA FRACTION ORGANIQUE DES PM2.5 PAR LE MPI................................... 46 5.3. LAMP DE CLERMONT-FERRAND ............................................................................................ 47 5.4. MESURES D’EPAISSEUR OPTIQUE DES AEROSOLS PAR LE LOA A ROSSFELD ........................ 48 5.5. MESURES D’IONS ORGANIQUES PAR LE BTU A ROSSFELD ................................................... 48 5.6. MESURES D’EXTINCTION ATMOSPHERIQUE PAR L’INERIS..................................................... 49 5.7. LABORATOIRE GESTION DES RISQUES ET ENVIRONNEMENT (GRE) ..................................... 49

6. MESURES AEROPORTEES : VOLS METAIR..............................................50 6.1. POINTS FORTS ET FAIBLES DES MESURES AEROPORTEES....................................................... 50 6.2. COMMENT ANALYSER DES MESURES AEROPORTEES ? ........................................................ 51 6.3. ETUDE DU FOND D’OZONE GRACE AUX MESURES AEROPORTEES ...................................... 52 6.4. ETUDE DES CONCENTRATIONS DE MONOXYDE DE CARBONE (CO).................................. 53

7. MISE A DISPOSITION DES MESURES ......................................................54 7.1. MISE A DISPOSITION DES DONNEES PAR FTP ....................................................................... 54 7.2. HOMOGENEISATION DES MESURES DANS UN FORMAT UNIQUE ........................................ 55

7.2.1. Bilan des données de modèle disponibles.................................................................... 56 7.2.2. Utilisation des fichiers de mesure..................................................................................... 57

CONCLUSION............................................................................................................................... 58 ANNEXE A : CREATION D’UN FICHIER NETCDF DE MESURES ...................................................... 59 ANNEXE B : CHANGEMENTS D’UNITES ........................................................................................ 59 ANNEXE C : CHAMPS DE VENT.................................................................................................... 59 ANNEXE D : HUMIDITE RELATIVE ET HUMIDITE ABSOLUE ............................................................. 59 ANNEXE E : NIVEAUX VERTICAUX POUR LE FICHIER DE CHIMIE ................................................ 60 ANNEXE F : NIVEAUX VERTICAUX POUR LE FICHIER DE METEOROLOGIE.................................. 61 ANNEXE G : FORMAT DES FICHIERS DE MESURE ......................................................................... 61


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1. Aperçu de la campagne

La campagne de mesure INTERREG III s’est déroulée du 19 mai au 16 juin 2003 dans la vallée du Rhin supérieur (voir Figure 1). Les deux semaines prédédentes avaient été dédiées à l’installation du matériel sur les sites et à l’intercomparaison des appareils des camions laboratoires. Deux périodes d’observation intensive ont été déclenchées par un groupe de veille aux alertes d’épisode d’ozone.

Figure 1 : Planning de la campagne de mesure et photos de l’intercomparaison des appareils des camions

Voir ► Plan de campagne INTERREG III : Campagne de mesures I3cμ pour l’étude diagnostique d’un épisode estival de pollution, ASPA-02112102-ID.

1.1. Dispositif de mesure

La campagne de mesures était en 3 dimensions sur la zone d’étude :

- mesures au sol, en particulier à travers les réseaux fixes de mesures existants et leurs moyens mobiles,

- mesures de profils verticaux et de paramètres spéciaux sur 3 bases spécifiques, - mesures aéroportées pendant les périodes d’observation intensive.


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1.1.1. Mesures au sol

En complément des trois réseaux fixes de mesures de l’ASPA, du LUBW, du LHA, 12 camions laboratoires ont participé à la campagne de mesure. Celle-ci a débuté avec une inter-comparaison des camions laboratoires et de leurs étalons. Les nombreux sites de mesure de la campagne sont représentés ci-dessous. L’objectif de ces mesures au sol était de relever, dans et autour des panaches urbains, les évolutions horaires de l’ozone et de ses précurseurs notamment les oxydes d’azote.

Figure 2 : Sites de mesure durant la campagne de terrain INTERREG III

1.1.2. Bases spécifiques

En plus des réseaux locaux, 17 équipes de recherche allemandes, suisses, italiennes et françaises ont travaillé sur trois bases de mesures spécifiques ayant pour but de caractériser plus précisément la masse d’air le long des trajectoires les plus probables de panaches d’ozone issus de Strasbourg et de Karlsruhe :

- la base nord était située en milieu rural à Neuhaeusel, - la base sud en milieu rural à Rossfeld, - et la troisième base sur le toit d’un immeuble au centre de Strasbourg.

Sur ces bases ont été mesurés des profils verticaux et des composés chimiques particuliers témoignant des vitesses de production d’ozone. L’ensemble des paramètres a été mesuré avec des instruments validés et/ou des prototypes. C’est pourquoi des inter-comparaisons de résultats ont été réalisées suite à la campagne.

Figure 3: Photos de la base spécifique sud à Rossfeld


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Enfin, la campagne avait pour objectif complémentaire de préparer les bases pour répondre aux problématiques de modélisation liées aux aérosols organiques secondaires, c’est pourquoi des mesures d’aérosols ont été faites.

Tableau 1 : Campagne de mesure INTERREG III : Liste des équipes participantes INTERREG III AASQA Associations agréées de surveillance de la qualité de l’air BTU Brandenburgische Technische Universität de Berlin BUW Université de Wuppertal en Allemagne CORIA Complexe de Recherche Interprofessionnel en Aérothermochimie de Rouen DEGREANE Météorologie de Toulon EPFL Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne IMK-IFU Institut de Météorologie et de Climatologie de Karlsruhe (Atmosphaerische Umweltforschung Forschungszentrum) INERIS Institut National de l’Environnement Industriel et des Risques JRC Joint Research Center Ispra en Italie, LaMP Laboratoire de Météorologie Physique de Clermont-Ferrand LCE Laboratoire Chimie et Environnement, Equipe de Physico Chimie de l'Atmosphère de Marseille LSCE Laboratoire mixte CEA-CNRS de Gif-sur-Yvette LCSR Laboratoire de Combustion et Systèmes Réactifs d’Orléans LHA Lufthygieneamt beider Basel LIC Laboratoire Inter-régional de Chimie du Grand Est LOA Laboratoire d’Optique Atmosphérique de Villeneuve d'Ascq LUBW Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg, vormals UMEG METAIR en Suisse METEO FRANCE MPI Max Planck Institut de Mainz ONERA Office National d’Etudes et de Recherches Aérospatiales,

1.1.3. Mesures aéroportées : METAIR

En plus des mesures au sol, l’avion de mesures METAIR a effectué des vols de transect et le long de la vallée pendant les deux POIs (voir partie 6). En effet, les mesures aéroportées ne sont pas influencées par les sources d’émissions locales, contrairement aux stations de mesure au sol. Même les stations les mieux placées, c’est à dire par exemple au sommet des montagnes, ne permettent pas de mesurer les concentrations dans la couche limite libre, ce que permet la mesure aéroportée. Un nouvel outil de traitement des données a été développé et utilisé par l'équipage de METAIR pour traiter les données brutes de cette campagne (synchronisation, calcul des valeurs absentes, etc.). Une partie complexe des calculs était par exemple le calcul du vent, pour lequel l'accélération de l'avion intervient.

Figure 4 : Vols de transect de METAIR le long de la vallée

pendant les deux POIs


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1.1.4. Bilan des mesures des équipes

Chimie Météorologie

Equipes / Paramètres mesurés

O3

NO

2

NO

NO

y

NO

z

SO

2

CO

H2

O2

RO

2

PA

N

HO

NO

HN

O3

CO

V

HC

HO

JNO

2

JO1

PM

Méta

ux

T

Hu

Ven

t

Rad

Base Nord Neuheausel MPI X X X EPFL X X X X X X X X X X JRC ISPRA X X X BUW X X X X X X X DEGREANE X LaMP X X X x x X Base Sud Rossfeld CNRS-LCSR X X X X X X X LCSR-LISA X X X X X X X LCE X X LIC X BTU X X X X X X X X X LOA X X X X JRC ISPRA X X X INERIS X X Base Centre Strasbourg CORIA X LSIIT X Mesures aéroportées METAIR X X X X X X X X X X X

Par ailleurs une coopération a eu lieu avec le Laboratoire de pollution de l’air et des sols (LPAS) de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) pour effectuer une étude approfondie des données de la campagne et simuler la campagne avec les modèles METPHOMOD, FVM et TAPOM.

Tableau 2 : Bilan des mesures réalisées pendant la campagne et des exploitations (rapport CLAPPIER 2005)

Vent Tem. Hum. Rad. Jno2 Jo1 O3 NO NO2 CO SO2 COV NOy NOz HNO3 PAN HCHO RO2 H2O2 PM

Bases nordDEGREANE (profils)ONERA (profils)EPFL (profils)EPFL (station)JRC_ISPRALSIITMPI_MainzUniversité Wuppertal

Base sudINERIS (profils)BTU CottbusCNRS LSCRGRELaMPLCELab. InterregionalLOALIGAIR

Base StrasbourgCORIA (profils)

Stations de mesuresStations ASPAStations mobilesStations UMEGStations LHA

Mesures aéroportéesMetAir

MéorologieParamètres mesurés

Polluants

Mesures ayant été interprètéesMesures pouvant compètées les interprètations déjà faitesMesures disponibles n'ayant pas été interprétéesMesures disponibles mais redondantesMesures n'etant pas disponibles ou pas utilisablesMesures n'ayant pas été vérifiées


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Voir ► Clappier A, Couach O, Kirchner F. 2005. Simulations des Périodes d’Observation Intensives et de différents scénarios de réduction d’émissions. LPAS (Laboratoire de Pollution Atmosphérique et Sol), EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) Rapport Final. Voir ► Couach O. 2003. Eude et modélisation de la pollution photochimique dans l’espace du Rhin Supérieur-Analyse des régimes de production d’ozone-Elaboration de scénarios de réductions des émissions ». Système commun d’évaluation et d’information sur la qualité de l’air dans l’espace du Rhin supérieur. Projet INTERREG III. (ASPA-E23.1-8A)

1.2. Situation photochimique durant la campagne

Jusqu’au 25 mai, de nombreux orages et passages nuageux ont généré d’importantes fluctuations de la radiation solaire et les maxima d’ozone n’ont pas dépassé les 160 μg/m3 (voir Figure 5). A partir du 25 mai, la radiation solaire a augmenté progressivement. Après le 30 mai, la radiation solaire s’est stabilisée et est restée élevée jusqu’au 12 juin avec dépassement du seuil de 180 μg/m3 : la période d’observation intensive 1 (POI 1) a été choisie les 3, 4 et 5 juin après stabilisation des niveaux d’ozone.

Maxima d'ozone pendant la campagneOzon-Höchstwerte während der Messkampagne

0

50

100

150

200

250

300

19/0

5/03

21/0

5/03

23/0

5/03

25/0

5/03

27/0

5/03

29/0

5/03

31/0

5/03

02/0

6/03

04/0

6/03

06/0

6/03

08/0

6/03

10/0

6/03

12/0

6/03

14/0

6/03

μg/m 3

LUBWLHAASPA

1 2

Figure 5 : Maxima d’ozone (sur l’ensemble des stations) mesurés par les stations au sol durant la campagne

Les niveaux d’ozone ont augmenté à nouveau à partir du 9 juin, et ont atteint le 12 juin les plus fortes valeurs mesurées au sol sur l’ensemble de la campagne, soit 275 μg/m3 : la période d’observation intensive 2 (POI 2) a donc été déclenchée pour les 10, 11 et 12 juin, sur probabilité d’occurrence du pic de pollution. Après le 12 juin, des orages ont fait à nouveau diminuer la radiation solaire et les concentrations d’ozone.


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1.3. Conditions météorologiques durant la campagne

Durant la campagne de mesures les conditions météorologiques étaient celles d’une première période de temps chaud dans cet été 2003 rendu célèbre depuis par la canicule. A haute altitude, les vents ont globalement soufflé du sud-ouest pendant les deux périodes d’observation intensive : la région est souvent sous l’influence de tels vents avec des périodes anti-cycloniques.

1.3.1. Situation synoptique pour la première POI

Figure 6 : Situation synoptique les 3,4 et 5 Juin à 12 :00 UTC (Rapport METAIR)


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1.3.2. Situation synoptique pour la seconde POI

Figure 7 : Situation synoptique les 10, 11 et 12 Juin à 12 :00 UTC (Rapport METAIR)


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2. Mesures dynamiques et chimiques par les réseaux fixes

Plus de 70 stations mesurent les concentrations en polluants de l’air dans la zone d’étude. Les réseaux de mesure ont, d’une part, pour mission le recensement des immissions afin de suivre la situation des polluants sur le long terme, et d’autre part surveillent en temps réel afin d’être en mesure d’alerter ou de conseiller la population le cas échéant. Les emplacements des stations de mesure sont choisis de manière à couvrir la superficie du domaine de façon représentative. Les stations sont ainsi généralement plus fréquentes dans les zones d’habitation. Les stations de mesure, dont les emplacements se trouvent volontairement à l’écart des zones urbaines dans des régions situées à une grande distance des émetteurs comme la Forêt Noire ou les Vosges, fournissent des renseignements sur la pollution de fond. L’exposition près des axes urbains fortement fréquentés ou des points névralgiques du trafic routier est surveillée par des stations de mesure dite « de proximité trafic » .

2.1. Réseau alsacien : ASPA

Tableau 3 : Bilan des mesures chimiques du réseau ASPA pendant les POIs

Chimie Météorologie

WGS84 Maille CHIMERE

Maille MM5 O

3

NO

N

O2

NO

x

SO2

CO

C

O2

PM10

PM

2.5

Var

ith

Vdi

r T

Hrel

P Ra

y Pr

ec

Code station Nom station

lon dec lat dec i j i j 3/ mgμ ppb 3/ mgμ sm /

° °C

%

Mba

r W

/m²

mm

FRAL001 STG Ouest 7,708857 48,608893 22 36 26 36 X X X X X X X FRAL004 Reichstett 7,750625 48,646365 23 37 26 37 X X X FRAL006 STG CRR 7,761077 48,663616 22 37 27 37 X X X X FRAL012 Illkirch 7,710817 48,530249 22 34 26 34 X X X X FRAL014 STG Rhin 7,797234 48,572623 24 35 27 35 X FRAL017 NE Alsace 8,158399 48,91929 30 44 33 44 X X X X X X X X FRAL026 STG Drire 7,762193 48,579727 23 35 27 35 X X FRAL027 STG Centre 7,745889 48,583302 23 35 26 35 X X X X X X X X FRAL029 STG Nord 7,781628 48,61054 23 36 27 36 X X X FRAL031 Vosges Nord 7,315161 48,856957 15 43 19 42 X X X X X X X FRAL032 Htes Vosges 7,195584 48,216624 12 25 16 25 X X X X FRAL033 Hoerdt 7,780407 48,698341 23 38 27 38 X FRAL034 Clemenceau 7,745059 48,590517 23 35 26 35 X X X X X X FRAL036 STG Sud 7,678945 48,521908 21 33 25 33 X X X X X FRAL037 STG Centre 2 7,743939 48,575517 23 35 26 35 X X FRAL038 STG Est 7,766448 48,570354 23 35 27 35 X X X X X X FRAL051 Vieux Thann 7,125802 47,806107 10 13 15 14 X X X X FRAL052 Thann 7,105592 47,810931 10 14 15 14 X X X X FRAL053 Colmar Est 7,362354 48,075263 15 21 19 21 X X X X X FRAL054 Colmar Centre 7,350706 48,074656 15 21 19 21 X X X FRAL055 Ottmarsheim 7,511932 47,786804 18 13 22 14 X X X FRAL056 Mulhouse ASPA 7,332993 47,748613 15 12 19 12 X X X X X X FRAL057 Mulhouse Nord 7,34725 47,757611 15 12 19 13 X X X X X X FRAL059 Chalampé 7,538282 47,820299 18 14 23 15 X X X X X X FRAL060 Trois Frontières 7,5683 47,595002 19 8 23 8 X X X X X X X X X FRAL061 Hombourg 7,507706 47,760016 18 12 22 13 X X FRAL064 Colmar Sud 7,33226 48,064681 15 21 19 21 X X X X X FRAL065 Mulhouse Est 7,342545 47,723855 15 11 19 12 X X X FRAL066 Mulhouse Sud 2 7,308796 47,737381 14 12 18 12 X X X X FRAL201 Vosges Moy 7,126639 48,490554 11 33 15 33 X X X X X FRAL201 Vosges Moy 1 7,126639001 48,490554 11 33 15 33 X X X X X X X FRAL201 Vosges Moy 2 7,126639002 48,490554 11 33 15 33 X X X X X FRAL201 Vosges Moy 3 7,126639003 48,490554 11 33 15 33 X X X X X FRAL201 Vosges Moy 4 7,126639004 48,490554 11 33 15 33 X X X X X X X


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2.2. Réseau du Bade-Wurtemberg : LUBW

Les mesures de la LUBW (anciennement UMEG) sont demi-horaires, elles ont donc été converties en valeurs horaires dans le cadre de l’homogéneisation des mesures. Les mesures étant le plus souvent en humidité relative, on utilise les mesures de température et de température de rosée de l’UMEG pour calculer l’humidité relative aux stations de l’UMEG.

Tableau 4 : Bilan des mesures chimiques du réseau LUBW pendant les POIs ED50 (° ’ ’’) MM5 CHIMERE Chimie Météo

Code station Station

long lat i j i j O3

NO

N

O2

SO2

CO

PM

10

NM

VO

C

Var

ith

Vdi

r T

punk

t T

Ray

Prec

DEBW076 Baden-Baden 8 13 14 48 46 27 35 40 31 40 X X X X X X X X X X X

DEBW004 Eggenstein 8 24 17 49 5 0 38 49 35 49 X X X X X X X X X X X

DEBW084 Freiburg-Mitte 7 51 13 47 59 57 28 19 24 19 X X X X X X X X X X X X X

DEBW037 Freudenstadt 8 24 48 48 28 24 38 32 35 32 X X X X X X X X X X X

DEBW009 Heidelberg 8 40 40 49 25 14 42 58 40 58 X X X X X X X X X X X X

DEBW001 Karlsruhe-Mitte 8 25 8 49 0 42 38 47 35 47 X X X X X X X

DEBW081 Karlsruhe-Nordwest 8 21 23 49 1 47 37 47 34 47 X X X X X X X X X X X X X

DEBW002 Karlsruhe-West 8 21 17 49 0 36 37 46 34 47 X X X X X X X X X X X X X

DEBW031 Schwarzwald-Sud 7 45 55 47 48 34 27 14 23 13 X X X X X X X X X X X X

DEBW022 Kehl-Hafen 7 48 11 48 34 40 27 35 24 35 X X X X X X X X X X X X X

DEBW021 Kehl-Sud 7 49 40 48 33 47 28 35 24 34 X X X X X X X X X X X X X

DEBW006 Mannheim-Mitte 8 28 45 49 28 37 39 59 36 60 X X X X X X X X X X X X X

DEBW005 Mannheim-Nord 8 28 1 49 32 42 39 61 36 62 X X X X X X X X X X X X X

DEBW007 Mannheim-Sud 8 31 35 49 26 0 40 58 37 58 X X X X X X X X X X X X X

DEBW073 Neuenburg 7 34 5 47 49 15 23 14 19 14 X X X X X X X X X X X X

DEBW032 Pforzheim-Mitte 8 42 22 48 53 30 43 44 40 43 X X X X X X X X X X X X X

DEBW020 Rastatt 8 13 36 48 51 17 35 42 32 42 X X X X X X X X X X X X X

DEBW041 Rheinfelden 7 47 24 47 33 50 27 8 23 7 X

DEBW040 Waldshut 8 13 19 47 37 15 35 9 31 8 X

DEBW023 Weil am Rhein 7 38 2 47 35 20 24 8 20 7 X X X X X X X X X X X X X

DEBW010 Wiesloch 8 42 3 49 18 6 43 55 40 55 X X X X X X X X X X X X X

DEBW103 Odenwald 8 45 17 49 27 17 44 59 41 59 X

DEBW101 Heidelberg Schwimmbad 8 39 32 49 25 20 42 58 40 58 X

DEBW080 Karlsruhe-Straße 8 23 16 49 0 32 37 46 35 47 X X X X

DEBW097 Freiburg-Straße 7 51 13 47 59 57 28 19 24 19 X X X X

DEBW098 Mannheim-Straße 8 28 19 49 29 37 39 60 36 60 X X X X

2.3. Réseau des cantons de Bâle : LHA

Tableau 5 : Bilan des mesures chimiques du réseau LHA pendant les POIs

WGS84 MM5 CHIMERE Code station Station

lon lat i j i j

O3

CH034 Liestal 7,72741 47,484502 26 6 22 4 X CH032 St.Johann 7,581661 47,560328 23 8 19 7 X CH033 Chrischona 7,687 47,566081 25 8 21 7 X CH036 Dornach 7,612322 47,481529 24 6 20 4 X CH038 A2 Hard 7,644118 47,539038 25 7 20 6 X CH035 Brunnersberg 7,622692 47,33194 24 1 20 1 X


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2.4. Meteo-France

Tableau 6 : Bilan des paramètres mesurés par Météo France pendant les POIs

id_poste Nom_Station_Sol T ww N VV Pstat FF DD RR1 U Ins Rg

1 70061002 Belfahy X - - - - X X X X - - 2 90010001 Belfort X - - - X X X X X - - 3 67029001 Berg X - - - - X X X X X X 4 68066004 Colmar Houssen X - - - - X X - X - - 5 57163004 Dabo X - - - - X X X X - X 6 57168001 Danne et Quatre Vents X - - - - X X X X - - 7 88136001 Dogneville (Epinal) X - - - X X X X X X - 8 67124001 Entzheim X X X X X X X X X X X 9 68091001 Fessenheim X - - - - X X - X - - 10 90052002 Giromagny X - - - - - - X X - X 11 67186001 Hégeney X - - - - X X X X - - 12 67519001 La Wantzenau X - - - - X X X X - - 13 67210002 Le Hohwald X - - - - - - X - - - 14 68247003 Le Markstein (Oderen) X - - - - X X X X - - 15 90065003 Lepuix (Ballon d’Alsace) X - - - - - - - X - - 16 68190001 Lucelle X - - - - - - X - - - 17 68205001 Meyenheim X - - X X X X - X - - 18 25388002 Montbéliard X - - - - X X X X - - 19 68224006 Mulhouse X - - - - X X X X X X 20 68226005 Munster X - - - - X X X X - - 21 67335001 Nordheim X - - - - - - X X - - 22 88402002 Roville aux Chênes X - - - - X X X X - - 23 68297001 Saint-Louis X X X X X X X X X X - 24 57644001 Seingbouse X - - - - X X X X X X 25 67462004 Sélestat X - - - - X X X X - - 26 54481001 St Maurice X - - - - X X X X X X 27 70561002 Villersexel X - - - - X X X X - X 28 57732001 Volmunster X - - - - X X X X - -

T : température instantanée de l’air en °C U : Humidité relative instantanée en % RG : Rayonnement global cumulé sur l’heure précédente en J/cm² DD : Direction du vent en ° Ins : Durée d’insolation cumulée sur l’heure précédente en min FF : Force du vent en m/s P : Pression à la station en hPa VV : Observation de visibilité en m (WW : Observation humaine du temps présent) N : observation de nébulosité en octas

2.5. Camions de mesure

Tableau 7 : Bilan des mesures chimiques et météorologiques des camions pendant les POIs

Lieu Camion O3

NO

N

O2

NO

x SO

2 C

O

PM10

Be

nzèn

e To

luèn

e O

-xyl

ène

Vve

ct

Var

ith

Vd

ir T Hr

el

P Ray

Prec

ASCHBACH LM Atmo Auvergne X X X X X X X X X X X X WALBOURG LM Bourgogne X X X X X X X X X X X

MUTZENHOUSE LM Atmo Picardie X X X X X X X X X X X X HERRLISHEIM LM Atmo Champagne Ardennes X X X X X X X X X X X GREISHEIM LM Airbreizh X X X X X X X X X X X GERSTHEIM LM ASCOPARG X X X X X X X X X X X X X ZELLWILLER LM Arpam et Asqab X X X X X X X X X X X

BINDERNHEIM LM Airlor X X X X X X X X X X X X DUNDENHEIM LM ASPA 1 X X X X X X X X X X X X X

FREIAMT LM ASPA 2 X X X X X X X X X X X X X RHEINGRABEN LM Umeg 1 X X X X X BÜHLERHÖHE LM Umeg 2 X X X X X X X


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2.6. Ensemble des mesures au sol : exemple des directions de vent

Les champs de vent sont mesurés par les réseaux fixes de METEO FRANCE, de l’ASPA et de la LUBW. La Figure 8 montre les directions de vent mesurées et modélisées pour toutes les stations au sol durant la POI1 : la direction de vent dominante d’environ 200° (Sud Sud Ouest) en particulier pour les 4 et 5 juin 2003, qui correspond à la direction synoptique et à celle de la canalisation dans la vallée.

Directions de vent mesurées par l'ensemble des stations lors de la POI2 de la campagne INTERREG III Rhin Supérieur

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

340

360

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71

Heures du 3 au 5 juin 2003

Dire

ctio

n du

ven

t en

degr

és

Strasbourg CentreStrasbourg CRRNord Est AlsaceKehl HafenVosges NordStrasbourg SudVieux ThannMulhouse ASPATrois FrontiÃ¨resColmar SudVosges MoyennesBaden BadenEggensteinFreiburg MitteFreudenstadtHeidelbergKarlsruhe NordwestKarlsruhe WestSchwarzwald SudKehl SudMannheim MitteMannheim NordMannheim SudNeuenburgPforzheim MitteRastattWeil Am RheinWieslochBelfahyBelfortBergColmar HoussenEntzheimHegeneyWantzenauHohwaldMarksteinMulhouseMunsterRoville Aux ChenesSaint LouisSelestatBase StrasbourgAschbachWalbourgMutzenhouseHerrlisheimGreisheimZellwillerBinderheimDundenheimFreiamt

Directions de vent modélisées pour l'ensemble des stations lors de la POI2 de la campagne INTERREG III Rhin Supérieur

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

340

360

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71

Heures du 3 au 5 juin 2003

Dire

ctio

n du

ven

t en

degr

és

Strasbourg CentreStrasbourg CRRNord Est AlsaceKehl HafenVosges NordStrasbourg SudVieux ThannMulhouse ASPATrois FrontiÃ¨resColmar SudVosges MoyennesBaden BadenEggensteinFreiburg MitteFreudenstadtHeidelbergKarlsruhe NordwestKarlsruhe WestSchwarzwald SudKehl SudMannheim MitteMannheim NordMannheim SudNeuenburgPforzheim MitteRastattWeil Am RheinWieslochBelfahyBelfortBergColmar HoussenEntzheimHegeneyWantzenauHohwaldMarksteinMulhouseMunsterRoville Aux ChenesSaint LouisSelestatBase StrasbourgAschbachWalbourgMutzenhouseHerrlisheimGreisheimZellwillerBinderheimDundenheimFreiamt

1

Figure 8 : Directions de vent mesurées (en haut) et modélisées (en bas) pour toutes les stations au sol durant la POI1


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3. Mesures spécifiques de paramètres dynamiques

Les paramètres permettant la comparaison aux sorties de modèles dynamiques et à l’explication des phénomènes météorologiques étaient le vent (intensité et direction), la température absolue, l’humidité relative, la hauteur de précipitations, le rayonnement global. Durant la campagne de mesure, les trois premiers ont pu être appréhendés selon un profil vertical ou dans un cadre tri-dimensionnel. Ce paragraphe rapporte en particulier :

- les mesures de profils verticaux de vent de DEGREANE à Neuheausel - les mesures de profils verticaux de température de l’EPFL à Rossfeld - les mesures de profils verticaux de vent dans la couche limite urbaine du CORIA sur la

base centre de Strasbourg - les mesures de colonnes totales d’ozone du LOA à Rossfeld

3.1. Profils verticaux de vent : exemple des mesures DEGREANE

Un radar profileur de vent a été mis en oeuvre à Neuheausel par DEGREANE Météorologie de Toulon pour la mesure de l’intensité et de la direction du vent. Dans la vallée du Rhin supérieur, il y a eu pendant les deux périodes d’observation intensive une direction de vent dominante sud-ouest le jour, due à l’effet de canalisation dans la vallée.

Altitude (m)Höhe (m)

DegrésGrad

2500

2000

1500

1000

500

01:00 06:00 12:00 18:00 23:00

360

180

0

Profils verticaux de direction de vent le 5 juin 2003Vertikale Windrichtungsprofile am 5. Juni 2003

NeuhaeuselAltitude (m)Höhe (m)

DegrésGrad

2500

2000

1500

1000

500

01:00 06:00 12:00 18:00 23:00

360

180

0

Profils verticaux de direction de vent le 5 juin 2003Vertikale Windrichtungsprofile am 5. Juni 2003

Neuhaeusel

Figure 9 : Profils verticaux de direction de vent mesurés sur la base nord le 5 juin (d’après le rapport LPAS-EPFL)

Un changement de cette direction de vent a eu lieu les nuits en raison de la brise de vallée qui devient dominante par rapport à la canalisation de sud-ouest du couloir rhénan : les champs de vent horizontaux s’orientent alors vers le fond de la vallée et les mesures de profils verticaux font état d’un cisaillement des directions de vent synoptique la nuit au dessus de la vallée.


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3.2. Profils verticaux de température : exemple des mesures EPFL

Des mesures verticales de température ont été effectuées. La couche limite atmosphérique où se mélangent les polluants est très influencée par le sol et la position du soleil, les températures y sont plus faibles la nuit que le jour. Pendant la journée le haut rayonnement solaire échauffe le sol ce qui entraîne que les masses d’air inférieures se mélangent fortement. La hauteur de mélange peut atteindre pendant les mois d’été environ 2500 m d’altitude le jour.

Profils verticaux de température le 4 juin 2003

Vertikale Temperaturprofile am 4. Juni 2004Neuheausel

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

260 270 280 290 300 310Tem pérature - Tem peratur (K)

(m)

04:0810:0714:0117:0423:08

Couche lim ite atm osphérique Atm osphärische

Grenzschicht

Couche de surfaceOberflächenschicht

Troposphère libre Freie Troposphäre

Hauteur de m élange m axim ale

Maxim ale Mischungsschicht

Figure 10 : Profils verticaux de température sur la base nord le 4 Juin, d’après le rapport du LPAS (EPFL)

La nuit et particulièrement par ciel dégagé, le sol et les masses d’air inférieures se refroidissent. Dans la couche de surface se forme alors une couche stable interrompant le mélange des masses d’air. La troposphère libre au-dessus de la couche de mélange des polluants est très peu influencée par le sol, les températures y varient peu au cours d’une journée. Voir ► Simeonov V, Ristori P, Couach O. 2004. Swiss Federal Insitute of Technology in Lausanne (EPFL). Laboratory of Air and Soil Pollution (LPAS). Final Report on the Measurement Campaign INTERREG III in Neuhaeusel, 19th May – 16th June 2003. 37 p


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3.3. Profils de vent dans la couche limite de surface : mesures du CORIA

Le Complexe de Recherche Interprofessionnel en Aérothermochimie (CORIA) de Rouen a fait des mesures de profils de vent dans la couche limite de surface de la ville de Strasbourg ainsi que la vitesse de friction, afin d’améliorer les connaissances sur la couche rugueuse qui existe au dessus du toit des agglomérations : en effet plus une surface est rugueuse, plus les forces de friction vont générer de turbulences. La vitesse de friction est calculée à partir de ce flux turbulent de surface. Figure 11: Base spécifique à Strasbourg sur le toit des Galeries Lafayette avec le

mini-sodar et le mât de 10m

Les anémomètres Gill à 8,5m et Young à 10m ont mesuré u, v, w, la température sonique, la direction moyenne, l’intensité moyenne, la vitesse de friction u* et des paramètres statistiques (Figure 12).

Sonique Young: vitesse de friction u* (m/s)

00,5

11,5

2

10/6 11/6 12/6 13/6 14/6 15/6 16/6 17/6 18/6 19/6 20/6 21/6 22/6 Figure 12 : Vitesse de friction fournie par l’anémomètre Young pour la période du 10 au 21 Juin

Un hygromètre Kypton à 10m a aussi été exploité et c’est également en haut du mât que se trouvait l’équipement du LSIIT (voir partie 3.5). Le mini-sodar AEROENVIRONNEMENT a mesuré l’intensité, la direction et les fluctuations du vent de 15 à 200m (u, v, w, direction moyenne, intensité moyenne, variances).

Vitesse

0

50

100

150

200

250

0 5 10

vitesse (m/s)

haut

eur (

m/s

) 6 H9 H12 H15 H18 H

0

2

4

6

8

10

0 2 4 6 8 10

U sodar, h=30m (m/s)U Y

oung

son

ic, H

=10m

(m

/s)

Figure 13 : Profils verticaux de la vitesse horizontale du vent pour le 17 Juin (à gauche) et valeurs de U du mini-sodar

à 30m et comparées à celles l’anémomètre à 10m (à droite) Les valeurs de la vitesse observée par le mini-sodar à 30m ont été comparées aux valeurs obtenues par l’anémomètre sonique Young à 10m, pour savoir si l’appareil a fourni des données fiables, étant donné l’environnement bruité du mini-sodar (fond urbain, Figure 13).


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La corrélation est bonne, mais on constate que le mini-sodar fournie à 30 m de hauteur une valeur de vitesse qui est systématiquement supérieure à celle donnée par l’anémomètre, situé à 10m de hauteur, ce qui est logique (Figure 13). Voir ► Coppalle A, Talbaut M,. 2004. Participation du CORIA au programme d’observation de juin-juillet 2003 dans le cadre du projet INTERREG III : « Observation des profils de vent dans la couche de surface ». CORIA (Complexe de Recherche Interprofessionnel en Aerothermochimie). Rapport final. 16 p.

3.4. Colonnes totales d’ozone : mesures du LOA

Le Laboratoire d’Optique Atmosphérique (LOA) de Villeneuve d'Ascq a installé un spectroradiomètre UV et un radiomètre UV large bande sur le site de Rossfeld, pour caractériser le rayonnement UV reçu au sol et dans le but de restituer la colonne totale d'ozone. La colonne totale d'ozone, quantité d'ozone présente dans une colonne qui s’étend de l’instrument de mesure jusqu’au sommet de l'atmosphère, se mesure en unités Dobson (UD). L'unité Dobson est égale à un centième de millimètre d'ozone pur, à température et à pression normales.

Figure 14 : Colonne totale d’ozone suivant TOMS et colonne moyenne journalière déduite des spectres mesurés.

La colonne totale d’ozone variait de 320 à 400 UD du 15 mai au 15 juin. Bien que l’accord entre les deux jeux de données ne soit pas excellent, les colonnes totales d’ozone obtenues s’avèrent tout à fait réalistes. Voir ► Broniez C. 2004. Rapport final du Laboratoire d’Optique Atmosphérique concernant les mesures effectuées sur le site B de Rossfeld, Campagne Interreg III (15/05/03-16/06/03). Laboratoire d’Optique Atmosphérique (LOA). 5 p.


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3.5. Autres mesures météorologiques sur les bases spécifiques

Les autres équipes ayant effectué des mesures météorologiques sur les bases spécifiques sont : • Le Laboratoire des Sciences de l'Image, de l'Informatique, et de la Télédétection

(LSIIT) de la Faculté de Géographie de Strasbourg a fait des mesures de rayonnement sur le toit des Galeries Lafayette et un contrôle des données a été effectué. Le rayonnement global, réfléchi, les infra-rouges atmosphérique et terrestre, ainsi que le bilan radiatif, sont disponibles pour la période du 25 mai au 7 juillet 2003 sur le serveur FTP de la campagne.

• Le BTU (mesures de rayonnement) • Le CNRS-LCSR (mesures de rayonnement) • L’Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales (ONERA - DMR) de

Toulouse, avec un radiomètre pour la mesure des profils d’humidité et de température. • Le LaMP de Clermont-Ferrand, avec un radar profileur de vent pour la mesure de

l’intensité et de la direction du vent).


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4. Mesures spécifiques pour l’étude de la phase gazeuse

Les familles de composés chimiques suivantes ont fait l’objet de mesures :

- l’ozone (O3) - les oxydes d’azote (NO, NO2, NOy) - le dioxyde de soufre (SO2) - les Péroxy-Acethyl-Nitrate (PAN) - l’acide nitrique (HNO3) - l'acide nitreux (HONO) - l’ammoniaque (NH3) - des HydroCarbone non-Méthaniques (HCNM) - certains Composés Organiques Volatils (COV) - le formaldéhyde (HCHO) - des aldéhydes - l’hydrogène péroxydes (H2O2) - d’autres radicaux peroxydes (RO2) - le monoxyde de carbone (CO) - le dioxyde de carbone (CO2) - des constantes de photolyse (J_NO2, J_O1)

Les mesures spécifiques pour l’étude de la phase gazeuse concernaient essentiellement l’ozone et ses précurseurs : le monoxyde d’azote NO est oxydé notamment par l’ozone O3 formant ainsi du dioxyde d’azote NO2 et de l’oxygène O2 (destruction d’ozone, ①). Le dioxyde d’azote NO2 est détruit par la lumière solaire (hv) formant ainsi des atomes d’oxygène O et du monoxyde d’azote NO (photolyse de NO2, ②). Les atomes d’oxygène O réagissent avec l’oxygène de l’air formant ainsi de l’ozone O3 (formation d’ozone, ③). Les Composés Organiques Volatils RH (H=hydrogène, R=reste organique) réagissent avec des radicaux hydroxyles OH▪ et l’oxygène de l’air (④), formant ainsi des radicaux péroxyles RO2▪ et de l’eau H2O. NO réagit avec RO2▪ et forme de nouveau du NO2 (⑤).

Figure 15: Cycle simplifié de l'ozone


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Si la majorité des résultats de chimie gazeuse ont été exploités dans le cadre de la validation du modèle CHIMERE, certaines données sont restées spécifiques aux travaux de l’équipe de recherche ayant opéré la mesure.

4.1. Ozone (O3)

Il y a eu près de 50 points de mesure de l’ozone pendant la campagne dans l’ensemble du Rhin supérieur. Le plus souvent le panache d’ozone, qui se forme sous le vent d’une agglomération, a pour Strasbourg été localisé au nord nord-est. Des mesures verticales d’ozone ont été opérées à l’aide de LIDAR (Light Detection And Ranging) sur les bases de Rossfeld et de Neuhaeusel.

4.1.1. Profils verticaux d’O3 : mesures de l’INERIS sur la base Rossfeld

Le LIDAR est un PROFILER vertical d’ozone du constructeur ELIGHT LASER SYSTEM qui donne la mesure l’ozone pour trois intervalles de longueur d’onde : [284-304], [266-304] et [266-284]. Ces trois données sont moyennées et insérées dans le fichier de chimie. Elles couvrent les niveaux 4 à 8 de CHIMERE.

Figure 16 : Profils du LIDAR de l’INERIS et mesures au sol de LIG’AIR et du LCSR

On voit sur la Figure 16 que en période nocturne (zone 1) l’homogénéité verticale de l’atmosphère induit des concentrations identiques au sol et à 800m d’altitude. Lors de la mise en place de la stratification verticale (zone 2), la diminution constante de la concentration avec l’altitude montre l’influence des mouvements convectifs présents. La zone 3 correspond à un passage nuageux limitant les échanges convectifs (mesures de JNO2 du LCSR) : les concentrations au sol et celles du LIDAR ne sont plus corrélées. En fin de soirée (zone 4) la photochimie persiste au sol alors que la fin de la convection ne permet plus d’alimenter les niveaux en altitude avec des précurseurs.


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La fiabilité des mesures de ce LIDAR reste en question et les portées n’ont pas permis de mesures d’ozone au-dessous de certaines altitudes. Néanmoins les mesures disponibles ont montré la complémentarité des mesures LIDAR et des analyseurs pour la compréhension de la dynamique de l’ozone.

Figure 17 : LIDAR profiler d’ozone vertical utilisé par le LCSQA pendant

la campagne de mesure (Frejafon, 2003) Voir ► Campagne LIDAR INTERREG IIIµ - Rapport Final, Laboratoire Central de Surveillance de la Qualité de l’Air, Convention 115/2003, Emeric FREJAFON, Unité Qualité de l’Air – Direction des Risques Chroniques, Décembre 2003, INERIS DRC-03-45795-AIRE-923-EFr

4.1.2. Profils verticaux d’O3 : avec le LIDAR de l’EPFL – base Neuhausel

Un LIDAR de l’Ecole polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) a mesuré des profils verticaux d’ozone. Sur la Figure 18, les discontinuités sont dues à des pannes d’alimentation ou aux conditions météorologiques. Les profils montrent la formation d’une couche réservoir à 1000m au dessus du sol dans la nuit du 4 au 5 juin, et à cette altitude des niveaux plus élevés d’ozone sont mesurés pendant la journée qui suit. Les concentrations mesurées de nuit au dessus de la couche réservoir s’élèvent à environ 30ppb. Les mesures LIDAR de l’EPFL ont été comparées aux mesures LIDAR de l’INERIS et aux mesures aéroportées.

Figure 18 : Profils verticaux d'ozone mesurésavec un LIDAR par l'équipe de l'EPFL

Les données ont été transmises sous forme de fichier NETCDF. Pour la première POI les données étaient horaires et en altitude et correspondaient aux 4ème à 7ème niveaux verticaux de la configuration du modèle CHIMERE utilisée. Pour la deuxième POI, les données étaient quart-horaires, et vont du 5ème niveau à au delà du 8ème niveau de CHIMERE. Il n’y a donc eu aucune donnée de mesure d’ozone pour les 2ème et 3ème niveaux de CHIMERE.


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Les autres mesures de l’EPFL ont été les suivantes :

- Mesures d’O3, SO2, NO2 et HCHO avec un DOAS - Mesures d’O3, SO2, NO2 et NO avec des Dasibi - Mesures de paramètres météorologiques (Direction et vitesse du vent, Température,

Pression, Rayonnement solaire total) Voir ► Simeonov V, Ristori P, Couach O. 2004. Swiss Federal Insitute of Technology in Lausanne (EPFL). Laboratory of Air and Soil Pollution (LPAS). Final Report on the Measurement Campaign INTERREG III in Neuhaeusel, 19th May – 16th June 2003. 37 p

4.1.3. Intercomparaison de mesures d’ozone au sol

Les mesures des concentrations d’ozone et de NOx effectuées parallèlement par le LCSR, le BTU et Lig’air ont été intercomparées. On peut observer sur la Figure 19 un très bon accord entre les données de Lig’air et celles du BTU. En ce qui concerne, les données du LCSR, elles surestiment les valeurs d’ozone.

0

20

40

60

80

100

120

10/06 11/06 12/06 13/06

heures locales

[O3]

(ppb

v)

Lig'airLCSRBTU

Figure 19 : Comparaison des profils de concentrations d’ozone pour la POI 2


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4.2. Oxydes d’azote

4.2.1. Mesures du LCSR à Rossfeld

Lors de la campagne INTERREG III, le LCSR a mesuré à Rossfeld les concentrations de RO2, NO, NO2+NOz ( NOz =HONO+HNO3+PAN), O3 et les coefficients de photodissociation de NO2 (JNO2). Les concentrations de NOx (NOx=NO+NO2) étaient généralement assez faibles avec des maxima de 4 et 10 ppbv pour NO et NO2 respectivement. La moyenne des maxima d’ozone était de l’ordre de 65 ppbv.

0

2

4

6

8

10

12

00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00

heure locale

[NO

] et [

NO

2] +

[NO

z] (p

pbv)

0

10

20

30

40

50

60

70

[O3]

(ppb

v)

NOzNOO3

Figure 20 : Profils journaliers moyens des concentrations de NO, NOz et O3

Les concentrations sont caractéristiques d’un site rural. Elles sont en moyenne plus élevées la nuit que le jour, et cette différence est plus marquée pour le profil de NO2+NOz. Les profils moyens d’ozone et de NO2+NOz sont anti-corrélés. Ce comportement peut être expliqué par les différents régimes d’oxydations des COV. Voir ► LCSR (Laboratoire de Combustion et Systèmes Réactifs du CNRS Orléans), LCE (Laboratoire Chimie et Environnement de l’Université de Provence Marseille). 2004. Analyse des aldéhydes, peroxydes, radicaux peroxyles et espèces associées lors de la campagne INTERREG III dans la région de Strasbourg (mai-juin 2003).


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4.2.2. Mesures de la BUW à Rossfeld

La Bergische Universität Wuppertal a fait des mesures de NO, NO2, O3 et CO pendant toute la campagne, et pendant des périodes plus précises des mesures de HCHO (formaldéhyde) et COV. La Figure 21 concernant le 4 juin 2003 montre la bonne anti-corrélation entre l’ozone et sees précurseurs NOx.

Figure 21 : Mesures de la BUW pour le 4 juin 2003

Voir ► Kurtenbach R, Wiesen P, Bergische Universität Wuppertal (BUW). 2003. Report on the measurement campaign INTERREG III in Neuheausel. May 16 – June 16, 2003. 10 p.

4.2.3. Intercomparaison des mesures du LCSR, du BTU et de LIG’AIR

Les mesures des concentrations d’ozone et de NOx effectuées parallèlement par le LCSR, le BTU et Lig’air ont été intercomparées. Les mesures des NOx présentent des différences significatives en raison des concentrations relativement faibles observées pendant la campagne. Ainsi, les mesures de NOx du BTU effectuées avec un analyseur « bas niveau » ont été considérées comme plus fiables et utilisées dans le calcul des vitesses de production d’ozone.

0

1

2

3

4

5

10/06 11/06 12/06 13/06

heures locales

[NO

] (pp

bv)

Lig'airLCSRBTU

0

5

10

15

20

25

30

35

10/06 11/06 12/06 13/06heures locales

[NO

2+ N

Oz]

(ppb

v)

Lig'airLCSRBTU

Figure 22 : Comparaison des profils de concentrations de NO et de de NO2+NOz pour la POI 2


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4.3. Nitrates : mesures de la BTU

Les composés primaires NOx et COV génèrent sous l’action du rayonnement solaire de l’ozone et d’autres polluants secondaires présents en plus faibles quantités tels que le péroxyacétyl nitrate (PAN), l’acide nitrique HNO3, le formaldéhyde HCHO et l’acide formique HCOOH. Ces polluants secondaires sont donc générés selon un cycle diurne avec un maximum en milieu de journée. Le Brandenburgische Technische Universität (BTU) de Berlin a développé une technique d'échantillonnage et d'analyse pour détecter simultanément le HNO2, le HNO3 et d'autres substances acides, de même que des composés aérosols, avec une limite de détection jusqu'à 15ppt et une résolution temporelle d'environ 15min. Le BTU s'est spécialisé dans l'étude des variations diurnes de l’acide nitreux HONO et de ses contributions à une haute photochimie. Les résultats montrent des sources typiques nocturnes et hétérogènes de HONO, ainsi que la contribution du HONO à la formation de OH dans les heures du matin. Les variations diurnes du HONO ont pu montrer l’existence d’une source nouvelle de HONO probablement liée à une photochimie au niveau du sol et qui aurait une magnitude double de celle de la nuit. Cela pourrait jouer de façon non négligeable sur le budget du radical OH•, composé important des réactions photochimiques. Voir ► Möller D. 2004. Final report to the INTERREG III activities as cooperation partner of ASPA, Brandenburg Technical University Cottbus. Chair for Atmospheric Chemistry and Air Quality. Volmerstr. 13. D-12489 Berlin. 3 p.


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4.4. Composés Organiques Volatiles (COV)

4.4.1. Mesures du LIC à Rossfeld

Un poste de mesure du Laboratoire Interrégional de Chimie (LIC) basé à Rossfeld a effectué des mesures en moyennes journalières ou tri-horaires du 20 mai au 13 juin, pour les 29 composés organiques volatils précurseurs de la formation d’ozone listés dans la directive ozone du 12 février 2002 (sauf le i-Hexane remplacé par le 1-Hexène).

Figure 23 : Canisters du Laboratoire Interrégional de Chimie (LIC) Globalement les concentrations mesurées étaient faibles, probablement en raison de la photochimie intense de cette période estivale entraînant une consommation importante des COV le jour (ceux-ci présentent un maximum la nuit lorsque la couche de mélange a une faible épaisseur).

Tableau 8: Mesures de COV du LIC à Rossfeld

Mesures du LIC Présence de

l’espèce dans les sorties CHIMERE

Mesures du LIC Présence de

l’espèce dans les sorties CHIMERE

Ethane Oui cis-2- Pentène Non Ethylène Non Isoprène Oui Propane Non 1- Héxène Non Propène Oui n- Hexane Non i- Butane Non Benzène Non n- Butane Oui i- Octane Non Acétylène Non n- Heptane Non

trans-2-Butène Non Toluène Non 1-Butène Non n- Octane Non

cis-2-Butène Non Ethylbenzène Non i- Pentane Non mp - Xylène Non n- Pentane Non o - Xylène Oui

1.3-Butadiène Non 1.3.5 Triméthylbenzène Non trans-2-Pentène Non 1.2.4 Triméthylbenzène Non

1- Pentène Non 1.2.3 Triméthylbenzène Non

Sur la Figure 24, les mesures sont représentées en pondérant les concentrations avec le potentiel de création d’ozone photo-chimique de chaque COV (PCOP, d’après le décret du 11 mai 1998).


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On constate que l’éthène, le m-p-xylène, le toluène, l’isoprène, le propène, l’o-xylène et l’1,2,3–triméthylbenzène, représentent 62% du potentiel global de création d’ozone photochimique. Ces composés sont issus très largement du transport routier et de l’évaporation d’essence, mis à part le toluène, qui provient également de l’usage industriel de solvants, et l’isoprène, d’origine principalement naturelle. Les mesures mettent donc en évidence que, malgré l’implantation rurale du site de mesure, des traceurs de combustion automobile sont présents. Cependant l’origine locale (RN 83), régionale (panache de Strasbourg) voire continentale (similitude des concentrations avec d’autres stations de la région) de ces précurseurs n’a pu être déterminée.

Figure 24 : Mesures de COV du LIC représentées en

pondérant les concentrations avec le PCOP

Voir ► Etude des Composés Organiques Volatils (COV) mesurés par le LIC (Laboratoire Inter-Régional de Chimie du Grand Est). Campagne INTERREG III, mai-juin 2003. ASPA-05072101-ID, 42 p.

4.4.2. Mesures du BUW à Neuhaeusel

Un poste chimique mobile de l’Université Wuppertal était présent pour la mesure des paramètres HCNM C2-C9, HCHO, NOx et CO. Plus de 87 COV ont été identifiés, incluant 70 hydrocarbures non méthaniques (Tableau 9) et 17 hydrocarbures oxygénés (Tableau 10).

Tableau 9 : Hydrocarbures oxygénés détectés par la BUWà Neuheausel

ID No. OHC ID No. OHC

139 Acetone 168 Isobutylacetate 164 Methylacetate 160 Hexanone 165 Ethylacetete 215 2-Butanol 149 Methanol 152 1-Propanol 159 2-Butanone 167 Butylacetate 214 Isopropylacetate 216 2-Hexanone 151 2-Propanol 153 1-Butanol 150 Ethanol 161 Cyclohexanone 166 Propylacetate

Mesures de COV en terme de PCOP Messung der VOC nach POCP dargestellt

Rossfeld

0 20 40 60

i-Octane - i-Octan

trans-2-Pentène - trans-2-Penten

cis-2-Pentène - cis-2-Penten

n-Octane - n-Octan

1.3-Butadiène - 1.3-Butadien

n-Heptane - n-Heptane1-Pentène - 1-Penten1-Héxène - 1-Hexen

Acétylène - Akethylen

cis-2-Butène - cis-2-Buten

n-Hexane - n-Hexan Benzène - Benzen1-Butène - 1-Buten

Ethylbenzène -Äthylbenzen

i-Butane - i-Butane

1.3.5-Triméthylbenzène -1.3.5-Trimäthylbenzen

n-Pentane - n-PentanPropane - Propan

trans-2-Butène - trans-2-Buten


n-Butane - n-Butani-Pentane - i-Pentan

Ethane - Äthan


o-Xylène - o-XylolPropène - Propen

Isoprène - IsoprenToluène - Toluen

mp-Xylène - mp-XylolEthylène - Äthylen

ppb

Ethylène - Ethylenmp-Xylène - mp-Xylol

Toluène - ToluolIsoprène - IsoprenPropène - Propeno-Xylène - o-Xylol

1.2.3-Triméthylbenzène - 1.2.3-TrimethylbenzolEthane - Ethan

i-Pentane - i-Pentann-Butane - n-Butan

1.2.4-Triméthylbenzène - 1.2.4-Trimethylbenzoltrans-2-Butène - trans-2-Buten

Propane - Propann-Pentane - n-Pentan

1.3.5-Triméthylbenzène - 1.3.5-Trimethylbenzoli-Butane - i-Butan

Ethylbenzène -Ethylbenzen1-Butène - 1-Buten

Benzène - Benzoln-Hexane - n-Hexan

cis-2-Butène - cis-2-ButenAcétylène - Acethylen

1-Hexène - 1-Hexen1-Pentène - 1-Pentenn-Heptane - n-Heptan

1.3-Butadiène - 1.3-Butadienn-Octane - n-Octan

cis-2-Pentène - cis-2-Pententrans-2-Pentène - trans-2-Penten

i-Octane - i-Octan


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Tableau 10 : Hydrocarbures non méthaniques détectés par la BUWà Neuheausel

ID No. NMHC ID No. NMHC

2 Ethene 24, 44 Cyclopentane, 2,3-dimethylbutane 1 Ethyne 45 2-methylpentane 3 Ethane 46 3-Methylpentane 6 Propene 37 1-hexene 7 Propane 47, 204 n-hexane, 2-ethyl-1-butene 4 Propadiene 205 2,3-Dimethyl-1,3-butadiene 5 Propyne 41, 206 Methylcyclopentane, 1-methyl-1-cyclopentene 13 2-Methylpropane (iso-butane) 207 2,3-Dimethyl-2-butene

10, 11 1-Butene, 2-methylpropene (iso-butene) 28 Benzene 8 1,3-Butadiene 42, 58 Cyclohexane, 2,3-Dimethylpentane 14 n-butane 62 2-Methylhexane 9 trans-2-butene 30 Cyclohexene

203 1-Butine 209 1-Heptene 12 cis-2-butene 69 2,2,4-Trimethylpentane (iso-octane) 18 3-Methyl-1-butene 61 n-Heptane 25 2-Methylbutane (iso-pentane) 210 1,4-Cyclohexadiene 19 1-pentene 70 2,3,4-Trimethylpentane

20, 26 2-Methyl-1-butene, n-pentane 48, 80 Toluene 16 2-Methyl-1,3-butadiene (isoprene) 78 2-Methylheptane 21 trans-2-pentene 79 3-methylheptane 22 cis-2-pentene 80, 211 4-methylheptane, 1-methyl-cyclohexene 23 2-Methyl-2-butene (amylene) 212 1-octene 43 2,2-Dimethylbutane (neo-hexane) 81 n-Octane 17 Cyclopentene 64 Ethylbenzene

123 MTBE 66, 67 m-/p-Xylene 91 1-ethyl-4-methylbenzene (p-ethyltoluene) 145 Ethenylbenzene (styrene) 88 1,3,5-Trimethylbenzene (mesitylene) 65 o-Xylene

120 n-decane 124 a-Pinene 87, 213 1,2,4-Trimethylbenzene, tert-butylbenzene 85 n-Propylbenzene

86 1,2,3-Trimethylbenzene 124 �-Pinene 115 1,2,3,4-Tetramethylbenzene



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4.5. Aldéhydes et formaldéhyde (HCHO)

4.5.1. Mesures du Laboratoire de Météorologique Physique (LaMP)

Un poste de mesure de paramètres physico-chimique et une station de mesure météorologique ont été exploités par le Laboratoire de Météorologique Physique (LaMP) de Clermont-Ferrand durant la campagne. Des mesures de particules d’aérosols (granulométrie en masse et en taille, OC, EC) et de H2O2, HCHO, SO2 et CO ont été effectuées. Les mesures HCHO ne sont utilisables qu’à partir du 26 Mai.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

28/5 29/5 30/5 31/5 1/6 2/6 3/6 4/6 5/6 6/6 7/6 8/6 9/6 10/6 11/6 12/6

conc

entra

tion

[ppb

v]

4

6

8

10

12

14

heure UTC

conc

entr

atio

n [p

pbV]

Figure 25 : Concentration de HCHO durant la campagne INTERREG III (à gauche) et le 11 Juin 2003 (à droite)

On note une variation journalière de la concentration dont l’origine est certainement photochimique. Voir ► Laj, P. Rapport de Campagne INTERREG. Laboratoire de Météorologie Physique (LaMP) de Clermont-Ferrand (LaMP). 2004, 4p.


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4.5.2. Mesures du LCE

Lors de la campagne INTERREG III, le LCE a mesuré à Rossfeld en plus des concentrations de peroxydes des composés carbonylés. Les principaux aldéhydes détectés ont été le formaldéhyde et l’acétaldéhyde. Les concentrations de formaldéhyde étaient comprises entre quelques ppbv et 20 ppbv, et l’acétaldéhyde était trois à quatre fois moins concentré que le formaldéhyde. Ces deux composés ont eu des profils similaires avec des pics de concentrations plus élevés en mai qu'en juin. Les pics n'apparaissent pas forcément aux heures d'ensoleillement maximal et ne peuvent donc pas être considérés comme le résultat d'une activité photochimique intense. La réalité est plus complexe et les variations des concentrations peuvent être dues à différents phénomènes ou à la combinaison de plusieurs d'entre eux : évolution des émissions primaires, évolution des sources secondaires, évolution des conditions météorologiques tel que l'évolution de la hauteur de la couche limite.

Figure 26 : Evolution des concentrations de formaldéhyde et d'acétaldéhyde en fonction du temps (les

concentrations d'acétaldéhyde ont été multipliées par 3) Pour les autres composés carbonylés étudiés (acroléine, acétone, propionaldéhyde et crotonaldéhyde) les concentrations sont rarement supérieures à 0,2 ppbv. Contrairement au formaldéhyde et à l'acétaldéhyde, les pics de concentrations sont répartis sur l'ensemble de la période d'étude.

4.5.3. Mesures du BUW



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4.6. Mesures de peroxydes et radicaux peroxyles (H2O2, HO2, RO2, etc.)

Les peroxydes et radicaux peroxydes étudiés et mesurés durant la campagne de mesure sont listés dans le Tableau 11.

Tableau 11 : Noms des formules des peroxydes et radicaux peroxy étudiés

Nom du peroxyde Formule Nom du radical peroxy Formule

hydropéroxyde ou hydrogène peroxyde H2O2 ou HOOH radical hydroperoxy HO2

peroxydes (organiques) ROOH radicaux peroxy (organiques) RO2

méthyl-hydropéroxyde MHP CH3OOH radical méthyl-hydropéroxy CH3O2

hydroxyméthyl-hydropéroxyde HMHP HOCH2OOH

La Figure 27, extraite du rapport du MPI, montre le cycle de l’ozone représenté du point de vue des sources et puits de peroxydes.

Sinks

HCHO

Ozonolysis

Sinks

HCHO

Ozonolysis

Figure 27 : Cycle de l’ozone représenté du point de vue des sources et puits de peroxydes (rapport du MPI) L’hydropéroxyde H2O2 provient principalement de la recombinaison des radicaux hydropéroxyles HO2. Les radicaux peroxydes HO2 et CH3O2 (et autres RO2) sont produits par la photooxydation de OH par CO, CH4, des alcanes et d’autres hydrocarbones, ou par la photolyse d’aldéhydes et de cétones. La seule source de MHP CH3OOH est la réaction de HO2 avec des radicaux méthylpéroxy CH3O2. La source de HMHP HOCH2OOH ) est la réaction de l’O3 avec des alcènes R1C=CR1.


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4.6.1. Mesures de H2O2, MHP et HMHP du MPI à Neuheausel

Le Max Planck Institut (MPI) de chimie de Mainz a effectué à Neuheausel des mesures de péroxyde d’hydrogène H2O2, des peroxydes organiques (MHP et HMHP), afin de tester l’influence des activités anthropiques sur l’air ambiant à Neuheausel.

Ba se Nord: H2O 2 a nd Orga nic P e rox ide s(17.05.03-15.06.03)

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

17.Mai

19.Mai

21.Mai

23.Mai

25.Mai

27.Mai

29.Mai

31.Mai

02.Jun

04.Jun

06.Jun

08.Jun

10.Jun

12.Jun

14.Jun

16.Jun

UT C

Mix

ing

ratio

[ppb

]

H2O2 M HP HM HP

IOP I

IOP II

Base Nord: H2O2 and Organic Peroxides (10.06.03)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00

UTC

Con

cent

ratio

n [p

pb]

H2O2

MHP

HMHP

Figure 28 : Concentrations de H2O2, MHP et HMHP pendant la campagne et zoom sur le 10 juin

Les concentrations de H2O2, de MHP et HMHP, dépendent des conditions météorologiques. La concentration maximale de H2O2 de 2,1ppb a été mesurée le 12 juin. Les niveaux de MHP mesurés ont été très en général entre 100 et 200 ppt, avec un maximum de 300ppt le 8 juin. Les niveaux de HMHP mesurés ont été très bas (en dessous de 100ppt en général, avec un maximum élevé de 250ppt le 4 juin). Voir ► Moortgat GK. Max-Planck-Institute for Chemistry. Atmospheric Chemistry Department, Final Report on the Campaign, INTERREG III Cμ, 21st May – 17th June, Mainz. 7.03.2005, 29 p.

4.6.2. Mesures de radicaux HO2 et RO2 du LCSR à Rossfeld

Des mesures des concentrations de radicaux peroxyles (HO2 + RO2) ont été effectuées à Rossfeld par le LCSR. Les concentrations de RO2 correspondent en fait à la somme des concentrations de HO2 et de tous les RO2 présents dans la masse d’air. Cette concentration a été corrigée de l’influence de l’humidité relative (mesures de Lig’air). L’incertitude sur les mesures atmosphériques de RO2 est approximativement de ± 30%. Sur la Figure 29 le profil journalier moyen des concentrations de RO2 montre que le pic se situe à environ 13-14 heures locales (11-12 heures solaire). Le pic d’ozone lui se situe vers 15-19 heures locales, soit environ 2 à 5 heures après celui de RO2. La concentration maximale moyenne de RO2 est de 135 pptv et celle d’ozone de 65 ppbv. La concentration nocturne moyenne de RO2 s’étend de 20 à 60 pptv avec un minimum entre 5 et 7 heures du matin. La nuit, les RO2 sont formés par réaction des alcènes avec NO3 ou O3, la réaction avec NO3 étant spécifique de la chimie nocturne. La persistance de l’ozone la nuit permet en effet de telles réactions.


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0

20

40

60

80

100

120

140

160

00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00

heure locale

[RO

2] (p

ptv)

0

10

20

30

40

50

60

70

[O3]

(ppb

v)

RO2O3

Figure 29 : Profils journaliers moyens des concentrations d’ozone et de RO2

La concentration nocturne moyenne d’ozone s’étend de 20 à 30 ppbv avec un minimum également entre 5 et 7 heures. Cette concentration « élevée » d’ozone peut s’expliquer par une destruction faible de l’ozone par dépôt à la surface, ou plus probablement par un dépôt plus important mais compensé par un apport d’ozone advecté sur le site. Cependant, certaines journées, les concentrations nocturnes d’ozone sont parfois devenues quasi nulles. Sur la Figure 30 à gauche, le 1er juin, le ciel était très clair et il faisait très chaud. Par conséquent la photochimie était très active : ce qui explique les niveaux de concentrations diurnes d’ozone et de RO2 relativement importants. Le profil d’ozone est très habituel avec une augmentation de la concentration au lever du soleil et une diminution au coucher. L’augmentation de la concentration d’ozone est très rapide dès que le flux actinique augmente : elle passe de 20 à 90 ppbv en 4-5 heures.

1 juin 2003

0

50

100

150

200

250

300

350

400

00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00

heures locales

[RO

2] (p

ptv)

0

20

40

60

80

100

[O3]

(ppb

v)

[RO2][ozone]

2 juin 2003

020406080

100120140160180200

00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00

heures locales

[RO

2] (p

ptv)

0

20

40

60

80

100

[O3]

(ppb

v)

[RO2][ozone]tendance [RO2]

orage

Figure 30 : Profils de concentrations d’ozone et de RO2 le 1er juin (à gauche) et le 2 juin (à droite)

La quasi absence de vent au cours de cette journée a permis l’accumulation d’ozone sur ce site. La concentration maximale d’ozone est de 90 ppbv ce qui correspond au niveau 2 d’alerte c’est-à-dire au seuil d’information du public. Durant tout la campagne, la concentration d’ozone n’a pas dépassé ce seuil à part le 12 juin où un niveau de 110 ppbv a été atteint.


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Sur la Figure 30 à droite, le 2 juin, on observe une augmentation importante des concentrations d’ozone et de RO2 jusqu’à midi avec des maxima de 80 ppbv et 150 pptv, respectivement. A partir de midi où des nuages gris se sont formés, les concentrations ont diminué pour atteindre des minima durant l’orage de 50 ppbv pour l’ozone. Bien qu’il n’y ait pas de mesure de RO2 pendant l’orage, on pouvait s’attendre à des concentrations négligeables du fait que ces concentrations étaient faibles (≈ 10 ppbv) juste après l’orage. Une fois l’orage passé, le soleil est réapparu et les concentrations d’ozone et de RO2 ont augmenté pour diminuer à nouveau en fin de journée avec le coucher du soleil.

4.6.3. Mesures de H2O2 du LCE à Rossfeld

Un poste chimique du LCE mesurant les peroxydes organiques (spéciation H2O2 + autres peroxydes organiques) a été opéré à Rossfeld. Le LCE avait développé spécifiquement pour la campagne INTERREG un système de couplage entre le préleveur et l’analyseur, pour éviter les incertitudes sur la mesure dues à la durée de vie extrêmement courte des péroxydes. Mais aucun des quelques 600 prélèvements d'hydroperoxydes effectués au cours de la campagne de terrain n'étaient suffisamment concentrés pour atteindre la limite de détection du dispositif d'analyse. Il n’y a donc pas eu d’intercomparaison des résultats sur les deux bases. Voir ► LCSR (Laboratoire de Combustion et Systèmes Réactifs du CNRS Orléans), LCE (Laboratoire Chimie et Environnement de l’Université de Provence Marseille). 2004. Analyse des aldéhydes, peroxydes, radicaux peroxyles et espèces associées lors de la campagne INTERREG III dans la région de Strasbourg (mai-juin 2003).

4.6.4. Mesures de H2O2 du LaMP

Voir ► Laj, P. Rapport de Campagne INTERREG. Laboratoire de Météorologie Physique (LaMP) de Clermont-Ferrand (LaMP). 2004, 4p.


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4.7. Constantes de photolyse (JNO2, JO1)

Diverses mesures ont permis de calculer les constantes JNO2 et JO1 de dissociation de NO2, afin de caractériser l’activité photochimique. Le LOA a aussi calculé JO1, constante de dissociation O3. Les instruments de mesure étaient un filtre radiomètre (BTU et LCSR-LISA) et des spectroradiomètres (LOA). Le spectroradiomètre a mesuré l'irradiance solaire de 280 à 450nm avec un pas de longueur d'onde de 0,5nm.

4.7.1. Calcul de JNO2 par le LCSR-LISA

Le flux actinique a été mesuré par le LCSR au moyen d’un radiomètre prêté par le Laboratoire Inter-Universitaire des Systèmes Atmosphériques LISA ParisXII (Créteil). Ce flux a permis de calculer les JNO2 utilisés pour le calcul des vitesses de production d’ozone.

22 mai

0,0E+00

2,0E-03

4,0E-03

6,0E-03

8,0E-03

1,0E-02

1,2E-02

0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00heures locales

JNO

2 (s-1

)

27 mai

0,0E+00

2,0E-03

4,0E-03

6,0E-03

8,0E-03

1,0E-02

1,2E-02

0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00heures locales

JNO

2 (s-1

)

1 juin

0,0E+00

2,0E-03

4,0E-03

6,0E-03

8,0E-03

1,0E-02

1,2E-02

0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00heures locales

JNO

2 (s-1

)

2 juin

0,0E+00

2,0E-03

4,0E-03

6,0E-03

8,0E-03

1,0E-02

1,2E-02

0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00heures locales

JNO

2 (s-1

)

orage

Figure 31 : Dans le sens de la lecture, profils de JNO2 lors d’une journée de pluie (22 mai), lors d’une journée

nuageuse (27 mai), lors d’une journée très ensoleillée (1er juin) et lors d’une journée très ensoleillée avec un orage


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• Sur la Figure 31 en haut à gauche, lors d’une journée de pluie, le profil est très

irrégulier (avec des pics). Les valeurs de JNO2 sont faibles avec un maximum de l’ordre de 6.10-3 s-1.

• En haut à droite, lors d’une journée nuageuse, le profil est également irrégulier : il

présente plusieurs maxima et minima. Ceux-ci étant respectivement de l’ordre de 1.10-2 s-1 et de 6.10-3 s-1 entre 10h et 16h.

• En bas à gauche, lors d’une journée ensoleillée, le profil de JNO2 est très régulier

avec une augmentation rapide à partir de 5 heures locales et un maximum entre 12h et 15h de 1.10-2 s-1. Ce maximum est équivalent à celui d’une journée nuageuse entre deux passages de nuages.

• En bas à droite, le 2 juin, JNO2 a augmenté rapidement, puis des nuages se sont

installés et on a observé des pics correspondant au passage des nuages. Vers 13h30 un orage s’est déclenché ce qui a provoqué une diminution très rapide de JNO2 passant de 1.10-2 s-1 à 1,5.10-3 s-1. Une fois l’orage passé JNO2 a augmenté pour atteindre le même niveau qu’avant l’orage. On peut corréler ce profil de JNO2 à celui de RO2, ce qui indique que JNO2 est un bon indicateur de la photochimie générant les RO2.

Voir ► LCSR (Laboratoire de Combustion et Systèmes Réactifs du CNRS Orléans), LCE (Laboratoire Chimie et Environnement de l’Université de Provence Marseille). 2004. Analyse des aldéhydes, peroxydes, radicaux peroxyles et espèces associées lors de la campagne INTERREG III dans la région de Strasbourg (mai-juin 2003).

4.7.2. Calcul de JNO2 par le LOA et intercomparaison

Les mesures du LOA d’éclairement spectral UV, global et diffus, associées aux estimations des caractéristiques des aérosols (voir en amont et en aval du rapport), ont été employées pour la modélisation des flux actiniques. Le flux actinique est en effet déduit des mesures d'irradiance spectrale solaire : d'abord l'irradiance spectrale est partagée entre une part diffuse et une part directe, puis elle est convertie en une quantité de flux actinique. Enfin, le ratio entre irradiance diffuse et flux actinique diffus est calculé par un code de transfert qui tient compte de l'angle solaire zénithal, de l'albédo de surface et des propriétés des aérosols. Une fois les flux actiniques évalués, les taux de photolyse de NO2 ont pu être déduits. Les taux de photolyse de NO2 calculés ont été comparés à ceux du LCSR sur le site.

Figure 32 : JNO2 déduites des spectres mesurés

et celles délivrées par les radiomètres à filtre du LISA et du BTU pour les 1er et 3 juin.


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Figure 32, pour les deux journées les résultats déduits des mesures spectrales sont en assez bon accord (différence relative inférieure à 5 %) avec les mesures de l’un des radiomètres (celui du BTU) mais sont inférieurs de 15-20 % à ceux du second instrument (celui du LISA). Le LOA a également déterminé la vitesse de photolyse de l’ozone JO1D. Voir ► Broniez C. 2004. Rapport final du Laboratoire d’Optique Atmosphérique concernant les mesures effectuées sur le site B de Rossfeld, Campagne Interreg III (15/05/03-16/06/03). Laboratoire d’Optique Atmosphérique (LOA). 5 p.

4.7.3. Calcul de JNO2 par le JRC-ISPRA

Le JRC ISPRA a dérivé JNO2 des flux actiniques mesurés avec un spectroradiomètre. Les mesures de JNO2 sont disponibles, avec une erreur de 20%. JNO2 était particulièrement plus faible les 21-22 et 25-26 mai 2003.

Variations de JNO2 calculé par le JRC-ISPRA pour le site Rossfeld

0

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

0,009

20/0

5/20

03 1

2:00

21/0

5/20

03 1

2:00

22/0

5/20

03 1

2:00

23/0

5/20

03 1

2:00

24/0

5/20

03 1

2:00

25/0

5/20

03 1

2:00

26/0

5/20

03 1

2:00

27/0

5/20

03 1

2:00

28/0

5/20

03 1

2:00

29/0

5/20

03 1

2:00

30/0

5/20

03 1

2:00

31/0

5/20

03 1

2:00

01/0

6/20

03 1

2:00

02/0

6/20

03 1

2:00

03/0

6/20

03 1

2:00

04/0

6/20

03 1

2:00

05/0

6/20

03 1

2:00

06/0

6/20

03 1

2:00

07/0

6/20

03 1

2:00

08/0

6/20

03 1

2:00

09/0

6/20

03 1

2:00

10/0

6/20

03 1

2:00

11/0

6/20

03 1

2:00

12/0

6/20

03 1

2:00

13/0

6/20

03 1

2:00

14/0

6/20

03 1

2:00

Jour de la campagne

JNO

2 en

s-1

Figure 33: Variations de JNO2 calculé par le JRC-ISPRA pour le site Rossfeld (d’après les données brutes)

Voir ► Putaud JP, Gröbner J. 2004. High Rhine Valley Field Campaign, INTERREG III Cμ, 19/05/2003-16/06/2003. European Commission Directorate General Joint Research Centre. Final Report. Report EUR 21317 EN. European Communities. 22 p.

4.7.4. Mesures du BTU – Base Rossfeld

Voir ► Möller D. 2004. Final report to the INTERREG III activities as cooperation partner of ASPA, Brandenburg Technical University Cottbus. Chair for Atmospheric Chemistry and Air Quality. Volmerstr. 13. D-12489 Berlin. 3 p.


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4.8. Vitesse de production d’ozone (PO3)

Le calcul des vitesses de production d’ozone a été effectué par plusieurs équipes, indiquant une forte production photochimique locale. PO3 calculées par le LCSR : Les vitesses de production d’ozone (PO3), ont été calculées par le LCSR par les méthodes du bilan radicalaire et de l’état photostationnaire pour les 2 POI en utilisant les mesures de RO2, NOx et JNO2. Les mesures de NOx du BTU effectuées avec un analyseur « bas niveau » ont été considérées comme plus fiables et utilisées dans le calcul des vitesses de production d’ozone. Les valeurs maximales de PO3 ont été trouvées comprises entre 40 et 100 ppbv/h, ce qui indique une forte production photochimique locale d’ozone.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

02/06 03/06 04/06 05/06heures locales

PO3 (

ppbv

h-1

)

PO3 PSSPO3 BR

0

30

60

90

120

150

10/06 11/06 12/06 13/06heures locales

PO3 (

ppbv

h-1

)

PO3 PSSPO3 BR

Figure 34 : Vitesses de production d’ozone calculées par les méthodes BR et PSS pendant la POI 1 et pendant la POI2 Sur la Figure 34, on observe un relativement bon accord entre les vitesses de production d’ozone calculées par les deux méthodes. On note toutefois l’incertitude élevée sur les déterminations PSS qui résulte du fait que PO3 dans ce cas est une différence faible de deux termes élevés. Le maximum de PO3 se situe vers 10 heures locales et PO3 diminue fortement à partir de midi sauf pour le 10 juin où la diminution est plus tardive. Les maxima de vitesse de production d’ozone les jours de POI varient entre 40 et 100 ppbv/h atteignant même 130 ppbv/h le 12 juin. Ces valeurs élevées sont toutefois du même ordre de grandeur que celles observées lors des POI de la campagne ESCOMPTE dans la région d’Aix Marseille. On observe également parfois un deuxième maximum au cours de l’après midi, notamment pour les PO3 calculés par la méthode PSS, généralement corrélé avec un pic d’ozone ou de NO2.


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Evolution des mesures de PO3, O3 et NOx

Verlauf der PO3, O3 und NOx MessungenRossfeld

0

255075

100125

150

00 06 12 18 00 06 12 18 00 06 12 18Heures locales les 10, 11 et 12 juin 2003

Zeit in MESZ am 10., 11. und 12. Juni 2003

O3 [ppbv]

02468101214

NOx [ppbv]

O3 PO3NO NO2

PO3

NO2

, PO3 [ppbv/h]

Figure 35 : Evolution de PO3 et des concentrations d’ozone et de NOx pendant la période d’observation intensive 1

(d’après le rapport final du LCSR)

4.9. Programme de recherche connexe : mesures au Donon

La campagne de mesure a permis d’associer des programmes de recherche connexes tels que celui de l’INERIS intitulé « Modélisation de la qualité de l’air : l’impact des surfaces végétales : application à la région de Strasbourg». Les émissions issues de la végétation sont principalement constituées de l’isoprène C5H8 et des monoterpènes. Elles dépendent de la température foliaire et du rayonnement incident pour les isoprènes (algorithme de Guenther), et de la température foliaire pour les monoterpènes (algorithme de Tingey), combinés à des potentiels d’émissions propres à chaque essence. Pendant la campagne de mesure, des relevés ont été effectués pour affiner la connaissance des émissions du sapin pectiné, du hêtre commun et du douglas (Moukhtar, 2005). Ces mesures ont montré que les émissions de monoterpènes du hêtre commun étaient jusqu’à présent grandement sous-estimées dans le modèle CHIMERE, alors que c’est une des espèces prépondérantes de la zone d’étude. Au contraire, pour le sapin pectiné, l’étude le classe dans les faibles émetteurs de terpènes ce qui n’était pas le cas auparavant, et il s’agit également d’une des espèces majoritaires du domaine. Enfin pour le douglas, les résultats sont proches des valeurs initiales introduites dans le modèle CHIMERE.

Voir ► Moukhtar S. 2005. Impact des émissions naturelles sur les épisodes de pollution photochimique. Application à la région du fossé rhénan. Thèse de Doctorat de l’Institut National Polytechnique de Toulouse.

et ► Mise à jour des émissions biotiques dans la plate forme de modélisation transfrontalière Atmo-rhenA. ASPA-06072901-ID.


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5. Mesures spécifiques concernant la phase particulaire

Certains aérosols atmosphériques peuvent avoir un impact sur la formation des nuages et sur le comportement des polluants. C’est pourquoi la campagne INTERREG III s’est également intéressée à titre préliminaire à l’étude des aérosols. Les mesures spécifiques pour l’étude de la phase gazeuse concernaient :

- Particules fines (PM2.5, PM10) - Granulométrie des aérosols en nombre et en masse - Spéciation chimique des aérosols

De plus que la plate-forme de modélisation mise en place dans le cadre d’INTERREG III sur le Rhin Supérieur produit des champs de concentrations d’aérosols, utilisés aussi bien pour la prévision quotidienne que pour des simulations particulières. Les aérosols sont en effet représentés dans CHIMERE selon 6 classes granulométriques et 6 classes chimiques.

ENTREES

MODELE CHIMERE

SORTIES Concentrations de polluants

TRANSPORT

CHIMIE GAZEUSE

DEPOT

Données météorolo-

giques : MM5

Emissions anthropiques :

cadastre transfrontalier

Emissions biotiques : Données Rhin Sup. &

Pré-processeur PREPDOMAINS

Condit ions aux lim ites :

CHIMERE coarse

Données statiques :

occupation du sol, topographie

MODULE d’AEROSOLS

Représentation des aérosolsEquilibre thermo-

dynamique ISORROPIA

Processus microphysiques Chimie multiphasique

6 familles chimiques

6 sections (10nm à 40 μm)

Coagulation

Absorption d’espèces semi-volatiles

Nucléation

Chimie aqueuse du soufre

Chimie hétérogène de l’acide nitrique

Chimie des SOA

Aérosols

Sec HumideGaz

Parabolic P iecewise Method & Diffusion

verticale

Mécanisme chimique MELCHIOR 2

44 espèces,116 réactions

L’équilibre thermodynamique est calculé par le modèle ISORRPIA, les processus microphysiques inclus sont la nucléation, la condensation/absorption/adsorption, et la coagulation. La chimie multiphasique inclut les nitrates, les sulfates et les SOA. La partie biogène contient l’érosion, la resuspension et les sels marins, alors que pour la partie anthropique on utilise le cadastre transfrontalier INTERREG III.


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5.1. Mesures du JRC ISPRA – base Neuhaeusel puis Rossfeld

Un poste chimique mobile du Joint Research Center (JRC – Ispra en Italie) a été opéré pour la mesure des paramètres aérosols inorganiques, des gaz solubles dans l'eau, des aérosols carbonés (OC, EC, …), une distribution de tailles d’aérosols, ainsi que les constantes de photolyse JO1 et JNO2. Le Tableau 12 récapitule les mesures de l’équipe du JRC Ispra à Neuheausel et à Rossfeld durant INTERREG III.

Tableau 12 : Mesures de l’équipe du JRC Ispra durant INTERREG III

Appareil de mesure Paramètre mesuré

Sample Equilibration System - Tapered Element Oscillating Microbalance combination

(SES-TEOM)

PM10 mass concentration at T=30°C and RH< 30%

Condensation Particle Counter (CPC) particle number concentration

Aethalomètre équivalent black carbon (EBC)

Aerodynamic Particle Sizer (APS)

particle number size distribution (dN/dLogDp)

Differential Mobility Analyser and particle counter (heated-

DMPS)

particle number size distribution (dN/dLogDp) at 300 °C

Differential Mobility Analyser and particle counter (normal-

DMPS)

particle number size distribution (dN/dLogDp) at ambient temperature

and RH<20%

Optical Particle Counter (OPC) particle number size distribution (dN/dLogDp)

Impactor aerosol size segregated chemical composition

Quartz fiber filters with a virtual impactor (qrz-coarse and -fine)

aerosol chemical composition in two size classes (Dp < 1 µm and 1 < Dp <

10 µm)

Cellulose fiber filters with a virtual impactor(wht-coarse and

-fine)

aerosol chemical composition in two size classes (Dp < 1 µm and 1 < Dp <

10 µm)

Le JRC ISPRA a mesuré les PM10 et les Equivalents Black Carbon. Les PM10 ont été mesurées à Neuhaeusel du 21 mai au 13 juin 2003 avec un TEOM. Les moyennes sur 24h ont été comprises dans un intervalle allant de 8 µg/m3 le dimanche 25 mai, à 32 µg/m3 le vendredi 30 mai. Les concentrations de PM10 en µg/m3 et les concentrations volumiques en µm3/cm3 étaient bien corrélées. Les variations de la densité des aérosols montrent des changements de composition.


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Le coefficient d’absorption d’aérosols ou Equivalent Black Carbon (EBC) a été dérivé des mesures du aéthalomètre. Les concentrations semi-horaires ont varié de moins de 0,1 à plus de 4,3 µg/m3 les 9 et 3 juin respectivement. Les concentrations volumiques en aérosols et l’EBC co-varient ce qui suggère que les PM non volatiles proviennent en majorité de sources de combustion. Des mesures d’ammonium NH4, de calcium Ca, de nitrate NO3, de sulfate SO4 et d’oxalates (oxa) en phase particulaire ont également été réalisées (voir Figure 36), ainsi que des mesures de gaz solubles dans l’eau (NH3, HNO2, HNO3, SO2, et HONO).

Figure 36 : Des mesures de NH4, Ca, NO3, SO4 et oxalates par le JRC Ispra

De fortes concentrations d’ammoniac ont été mesurées (jusqu’à 40 µg/m3) après la première semaine de mesures, avec un pic en général la nuit. A l’inverse les concentrations d’acide nitrique les plus élevées (jusqu’à plus de 10 µg/m3) ont été observées vers 12h. Les plus hautes concentrations de HNO2 étaient observées pendant la nuit, ce qui est consistant avec la dissociation de HNO2 par la lumière solaire. Cependant la confrontation avec d’autres mesures est nécessaires pour évaluer les interférences possibles entre les NOx et les mesures de HNO2, surtout la journée. Les concentrations de SO2 ont montré quelques courts pics peut être dus au transport depuis quelques sources proches de Neuhaeusel. Voir ► Putaud JP, Gröbner J. 2004. High Rhine Valley Field Campaign, INTERREG III Cμ, 19/05/2003-16/06/2003. European Commission Directorate General Joint Research Centre. Final Report. Report EUR 21317 EN. European Communities. 22 p.


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5.2. Mesures dans la fraction organique des PM2.5 par le MPI

En plus des mesures de peroxydes, le Max Planck Institut (MPI) de chimie de Mainz a effectué à Neuheausel des mesures de composés solubles dans la fraction organique des aérosols PM2.5, afin de tester l’influence des activités anthropiques sur l’air ambiant à Neuheausel et à Rossfeld. Le MPI a déterminé la fraction organique et ses origines, afin de déterminer les impacts anthropiques et biogéniques dans la masse d’air étudiée. Les mesures présentent les mêmes tendances aux bases Nord et Sud. Parmi les acides dicarboxyliques linéaires identifiés (C5 à C12), les principaux composés solubles mesurés ont été l’acide adipique (C6) , l’acide azélaque (C9) et l’acide glutarique (C5), avec des concentrations maximales respectives de 35, 12 et 10 ng/m3. La corrélation des mesures sur les bases nord et sud est plus ou moins bonne. Ces acides dicarboxyliques proviennent proviennent d’acides gras (acide oléeux pour l’acide azélaque par exemple).

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

20-May

21-May

22-May

23-May

24-May

25-May

26-May

27-May

28-May

29-May

30-May

31-May

1-Jun

2-Jun

3-Jun

4-Jun

5-Jun

6-Jun

7-Jun

8-Jun

9-Jun

10-Jun

11-Jun

12-Jun

13-Jun

14-Jun

15-Jun

16-Jun

17-Jun

18-Jun

19-Jun

Adi

pic

acid

(ng/

m3)

Rossfeld

Neuhaeusel

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

20-May

21-May

22-May

23-May

24-May

25-May

26-May

27-May

28-May

29-May

30-May

31-May

1-Jun

2-Jun

3-Jun

4-Jun

5-Jun

6-Jun

7-Jun

8-Jun

9-Jun

10-Jun

11-Jun

12-Jun

13-Jun

14-Jun

15-Jun

16-Jun

17-Jun

18-Jun

19-Jun

Aze

laic

aci

d (n

g/m

3)

Rossfeld

Neuhaesel

Figure 37 : Séries d’acide adipique (C6, à gauche) et d’acide azélaique (C9, à droite)

Les acides biogéniques proviennent de l’oxydation des terpènes. Les acides biogéniques pinique et pinonique ont été observés avec de fortes teneurs, ce qui indiquait une forte activité biogénique durant cette période chaude. L’acide phthalique a été tracé comme marqueur d’activités strictement anthropiques (utilisé comme plastifiant). Enfin parmi les composés nitro-phénoliques, la présence de nitrophénol n’a pas été détectée mais le 4-nitrocathecol comme marqueur de combustion de biomasse l’a été. Voir ► Moortgat GK. Max-Planck-Institute for Chemistry. Atmospheric Chemistry Department, Final Report on the Campaign, INTERREG III Cμ, 21st May – 17th June, Mainz. 7.03.2005, 29 p.


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5.3. LaMP de Clermont-Ferrand

Des mesures de spectres dimensionnels de particules et de nombre (spectromètres SMPS + PCASP) de particules, de concentration en carbone-suie (aethalomètre), de masse et composition PM10/PM2.5/PM1, de HCHO, de distribution dimensionnelle de composition des particules (impacteurs), de volatilité des particules (VTDMA), ont été faites sur toute la durée de la campagne. Les mesures d’hygrosocopicité des particules (CCNC) ont été faites uniquement du 4 au 12 juin, mais n’étaient pas prévues dans le programme initial. Une intercomparaison des particules du groupe aérosol du LaMP avec le camion laboratoire du JRC-Ispra a été effectuée.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

0 100 200 300 400 500 600 700

Diamètre (nanometre)

Con

cent

ratio

n N

orm

alis

ée

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

jour de la campagne

conc

entr

atio

n (n

g/m

3)

Figure 38 : Concentration normalisée de particules durant la journée du 11 Juin (à gauche) et concentration de

carbone-suie durant la campagne (à droite) Pour la jounrée du 11 juin, on note la présence de 2 populations de particules (modes à 50 et 100 nm, respectivement). Concernant l’ensemble de la campagne, le pic initial est une pollution locale due à la présence des camions sur le site. L’analyse préliminaire des résultats de la campagne montrent une grande variabilité de concentration correspondant soit à un site typiquement rural, notamment en début de campagne soit à un site urbain. Voir ► Laj, P. Rapport de Campagne INTERREG. Laboratoire de Météorologie Physique (LaMP) de Clermont-Ferrand (LaMP). 2004, 4p.


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5.4. Mesures d’épaisseur optique des aérosols par le LOA à Rossfeld

Le LOA a effectué des mesures de l’épaisseur optique des aérosols à Rossfeld avec un photomètre solaire automatique (CIMEL du réseau PHOTONS/AERONET). L’analyse des mesures de spectres combinant les spectres globaux et diffus (voir en amont) a permis de calculer l’épaisseur optique des aérosols, et les valeurs ainsi obtenues ont été comparées à celle du photomètre pour validation.

Figure 39 : Epaisseur optique des aérosols à 440 nm suivant AERONET et suivant les mesures spectrales UV

Le bon accord moyen observé montre que les épaisseurs optiques déduites des spectres UV sont utilisables en cas d’absence de mesures du photomètre. Voir ► Broniez C. 2004. Rapport final du Laboratoire d’Optique Atmosphérique concernant les mesures effectuées sur le site B de Rossfeld, Campagne Interreg III (15/05/03-16/06/03). Laboratoire d’Optique Atmosphérique (LOA). 5 p.

5.5. Mesures d’ions organiques par le BTU à Rossfeld

Le BTU Cottbus a analysé les ions organiques des données mesurées à Rossfeld : l’acide nitreux HONO, l’acide nitrique HNO3 et le HCl en phase gazeuse, les nitrites NO2-, nitrates NO3, chlorides Cl+ et sulfates SO42- en phase aérosole. Une technique similaire a été utlisée à la base Neuheausel par le JRC ISPRA. Les mesures de HNO3 sont utilisées pour l’étude des régimes d’ozone avec le modèle (critère de Sillman). Voir ► Möller D. 2004. Final report to the INTERREG III activities as cooperation partner of ASPA, Brandenburg Technical University Cottbus. Chair for Atmospheric Chemistry and Air Quality. Volmerstr. 13. D-12489 Berlin. 3 p.


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5.6. Mesures d’extinction atmosphérique par l’INERIS

Le LIDAR opéré par l’INERIS a fourni une information qualitative sur les aérosols au travers de l’extinction atmosphérique. Celle-ci, exprimée en km-1, traduit la visibilité atmosphérique à une longueur d’onde donnée. Plus l’atmosphère est chargée plus l’extinction est importante : ce paramètre devient très faible au delà de la couche limite ce qui permet d’avoir une information sur sa hauteur et sa dynamique. Les mesures ont montré qu’il existe une stratification verticale de la charge en aérosols, avec des particules humides au dessous de 200m et des particules de type urbain au dessus de 400-500m. Le diamètre urbain des aérosols diminuerait avec l’altitude. Voir ► Campagne LIDAR INTERREG IIIµ - Rapport Final, Laboratoire Central de Surveillance de la Qualité de l’Air, Convention 115/2003, Emeric FREJAFON, Unité Qualité de l’Air – Direction des Risques Chroniques, Décembre 2003, INERIS DRC-03-45795-AIRE-923-EFr

5.7. Laboratoire Gestion des Risques et Environnement (GRE)

Le Laboratoire Gestion des Risques et Environnement de Mulhouse a fait des mesures d’aérosol atmosphérique (et en particulier de métaux lourds) sur la base sud de Rossfeld du 21 mai au 16 juin 2003, avec un impacteur électrique basse pression. En effet ce dernier permet d’obtenir en temps réel la concentration et le nombre de particules dans une plage granulométrique allant de 7 nm à 10 µm. Il possède douze plateaux d’impaction permettant de fractionner les distributions en nombre, en masse, en volume, en diamètre et en aire. Chaque plateau peut être équipé de supports (filtres) permettant la récupération de la matière particulaire prélevée pour une caractérisation chimique ultérieure. Dans le cadre de la campagne d’INTERRREG III, le laboratoire a cherché à quantifier les métaux lourds suivants : Cd, Ce, Cu, Fe, Ni, Pb, Pt, Rh, Si V, Zn, Zr. Voir ► Trouve, Laboratoire Gestion des Rsiques et Environnement.


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6. Mesures aéroportées : vols METAIR

Des mesures aéroportées ont été effectuées entre le 3 et le 13 juin 2003 entre Bâle et Karlsruhe avec des transects Est-Ouest au sud et au nord de Strasbourg. Elles ont permis de documenter la répartition tri-dimensionnelle de la pollution de l’air dans la vallée du Rhin Supérieur pendant les périodes d’observation.

Figure 40 : Vols de METAIR durant la campagne’INTERREG III

De nombreuses conditions doivent être réunies pour qu’un vol puisse avoir lieu : l’avion, l’équipage, le temps, la logistique doivent être prêts. Les vols d’INTERREG III ont été réalisés peu de temps après une rénovation complète du système de mesures de l’avion, et ont donc constitués un challenge, et sont considérés comme des réussites. Voir ► MetAir - Rapport Final Interreg-III (Strasbourg), Dr.sc.nat.ETH Bruno Neininger, MetAir, Dipl.chem.ETH Martin Bäumle, English Version 2, December 2004. et ► Neininger B. Bäumle M. 2004. - Rapport Final Interreg-III (Strasbourg). MetAir. 37 p.

6.1. Points forts et faibles des mesures aéroportées

Les mesures aéroportées ont de nombreux avantages. Elles permettent par exemple de mesurer de nombreux paramètres simultanément, ce qui est certes le cas aussi pour les stations de mesure au sol, mais pas pour les appareils de mesure à distance qui sont prévus pour certains paramètres fixes. Par ailleurs les mesures in-situ sont précises et permettent une comparaison avec ces mesures à distance. Enfin la localisation des mesures peut être choisie de manière assez flexible, et dans cette étude, des vols le long du Rhin avec des transects au niveau de 4 villes ont été choisis, de même que 2 vols verticaux au dessus de la couche de mélange.


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Parmi les points faibles on peut noter que les mesures ne sont pas possibles pendant la nuit, et pendant les premières heures du matin quand la couche de mélange n’a pas encore atteint les 300m au dessus du sol. Ces heures où les données manquent ont pu être comblées grâce à d’autres appareils de mesure utilisés pendant la campagne tels que des ballons.

Les mesures aéroportées ont affaire à diverses restrictions, telles qu’une altitude minimum, une visibilité suffisante, et à des restrictions légales telles que les espaces où les vols sont interdits ou trop compliqués. Il n’y avait pas de restrictions légales dans le cadre d’INTERREG III si bien que tous les vols souhaités ont pu être effectués. Figure 41 : Photo aérienne au dessus de la Vallée du Rhin Supérieur prise

par l’équipe METAIR

Au préalable il s’agissait de déterminer si la trajectoire était de type «lagrangien» ou «eulérien». Dans le premier cas on essaie de suivre une masse d’air en la coupant et la re-coupant pendant son transport par le vent. Dans le second cas, comme pendant la campagne Rhin Supérieur, on observe les mêmes lieux quelle que soit la direction du vent en amont, ceci afin de préparer l’utilisation de modèles eulériens dans Atmo-rhenA.

6.2. Comment analyser des mesures aéroportées ?

Les mesures aéroportées sont très spéciales à analyser : les vols de mesures sont des photographies de quelques heures, qui documentent une ligne fine en temps et en espace. Il est dangereux d’extrapoler ou d’interpoler trop les mesures sans modèle utilisant un principe reconnu. Cependant des cartes de concentration sont très compréhensibles et ont donc tout de même été dessinées. Pour minimiser les effets de l’instationarité de l’appareil, la trajectoire du vol doit être choisie stratégiquement. Par exemple, un trajet à différentes altitudes, ne doit pas être parcouru en entier à une altitude, puis en entier à une autre altitude, car dans le gradient vertical risque d’avoir changé dans le temps entre les deux parcours. C’est pourquoi les transects ont été parcourus en aller-retour plusieurs fois à la suite. Les mesures aéroportées ne combinent pas seulement le temps et l’espace, ce qui est déjà assez difficile à analyser, mais reflètent aussi différentes échelles de temps. La résolution temporelle va des données turbulentes (vent vertical et certaines concentrations à 10Hz), jusqu’aux structures plus larges (profils verticaux de vent), en passant par les moyennes sur 10 minutes du chromatographe. Chaque vol est unique, aucun n’est parfait, et deux vols ne sont jamais directement comparables.


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6.3. Etude du fond d’ozone grace aux mesures aéroportées

Enfin les mesures d’ozone aéroportées ont de nombreux avantages : la mesure de LLD (Luff Lee Difference effectuée par METAIR), c’est-à-dire l’augmentation de concentration entre l’amont et l’aval d’une source, ou la différence entre minima et maxima suivant l’altitude, permet de montrer les concentrations dues à une source ou au-dessus de la couche limite atmosphérique. Les profils verticaux permettent de détecter les couches réservoirs d’ozone. Ces mesures ont également chiffré à environ 120 μg/m3 la concentration d’ozone dans la troposphère libre et correspondant au fond d’ozone. Ceci correspond au fond d’ozone estimé à l’aide des stations au sol à 100 μg/m3 : 20 μg/m3 de moins à cause des phénomènes de déposition qui font légèrement diminuer les concentrations de polluant près du sol.

Tableau 13: Comparaison entre la production locale estimée par les mesures avion et les stations au sol (les

estimations de l’avion proviennent directement du Rapport Final Interreg-III de B. Neininger). Avion Stations Minimum

[ppb] Maximum [ppb]

Contributions locale [ppb]

Fond [ppb]

Maximum [ppb]

Contributions locale [ppb]

3 Juin 60 92 32 47 85 38 4 Juin 60 88 28 53 84 31 5 Juin 49 90 41 10 Juin 75 105 30 53 90 37 11 Juin 55 100 45 51 100 49 12 Juin 75 125 50 58 106 48 Moyennes 65 102 37 52 93 41

Les résultats du tableau 2.3.1 montre que la concentration d’ozone de fond et d’environ 50 ppb au sol et d’un peu plus que 60 ppb en altitude. Cette concentration est plutôt plus forte lors de la seconde POI. La contribution locale se situe entre 31 et 41 ppb lors de la première POI et augmente lors de la seconde pour presque atteindre 50 ppb. Il est intéressant de noter que : Les contributions locales mesurées les 4 et 10 Juin sont plutôt faibles (les plus faibles dans chaque POI respective) alors que les valeurs de fond sont plutôt fortes. Il est très probable que les vents relativement forts durant ces journées ont eu pour effet de pousser la pollution à l’extérieur du domaine d’étude. Des contributions locales importantes ont été générées les 3 et 11 Juin. Les vitesses de vents faibles sont propices à l’accumulation locale de pollution et moins favorables au transport de pollution de fond.


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Figure 42 : Reconstitution de champs d’ozone par METAIR d’après les mesures aéroportées

Enfin, les 5 et 12 Juin sont les journées montrant les valeurs d’ozone les plus élevées de chaque POI. Ces journées ont bénéficié de conditions les plus favorables en ce qui concerne l’apport de fond et la production locale.

6.4. Etude des concentrations de monoxyde de carbone (CO)

Les mesures aéroportées de METAIR montrent une très bonne corrélation entre le CO et l’ozone, ce qui indique que les panaches d’ozone sont d’origine locale (les valeurs de CO sont trop élevées pour être d’origine plus lointaine). De plus les mesures aéroportées montrent que les concentrations du fond d’ozone sont vraisemblablement réparties uniformément dans le domaine du Rhin supérieur.

Corrélation entre les mesures de CO et d'O3 de l'avion Korrelation zwischen CO und O3 Flugzeugmessungen

30405060708090

100110

90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290CO [ppb]

O3 [ppb]

12.06.2003

11.06.2003

10.06.2003

04.06.2003

03.06.2003

Figure 43 : Corrélation entre le CO et l’ozone mesurés par l’avion (Neininger, 2004)


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7. Mise à disposition des mesures

En 2004, l’intégralité des données a été mise à disposition des utilisateurs sur un serveur où les équipes pouvaient extraire les données nécessaires à leurs études et en 2005, des fichiers d’observation des données de la campagne de mesure ont été mis à disposition des partenaires de la campagne.

7.1. Mise à disposition des données par FTP

Les données brutes sont à disposition sur le serveur de l’ASPA dans le répertoire « /Campagne/Interreg_III/ ». L’adresse du serveur FTP de l’ASPA est « mail.atmo-alsace.net ». L’arborescence est la suivante :

...

Des paramètres de connexion ont été distribués à tous les participants de la campagne de mesure, et des comptes utilisateurs peuvent être par ailleurs créés sur demande à l’ASPA.


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7.2. Homogénéisation des mesures dans un format unique

Des fichiers d’observation de l’ensemble des données de la campagne de mesure ont été créés au format harmonisé NETCDF en vue de la comparaison des mesures avec les sorties des modèles. Ce format auto-documenté avait été choisi pour les sorties de la plate-forme en raison des possibilités de visualisation des données sous forme de cartes, de graphiques, de coupes ou de profils verticaux par exemple avec le logiciel FERRET. Pour comparer les résultats de CHIMERE et MM5 aux mesures, on a utilisé la moyenne des concentrations mesurées dans la maille. Un programme de post-traitement des sorties du modèle effectuait des comparaisons semi-automatiques.

Figure 44 : Maxima journaliers d’ozone mesurés le 12 juin en mg/m³

Le fichier de mesures chimiques est construit sur le modèle du fichier NETCDF de sortie de CHIMERE. Le programme générant ce fichier permet d’insérer ou non les sorties modèle d’une configuration données dans un but de comparaison modèle/mesures. Le fichier contient 72 pas de temps correspondant à 03/06/2003 00h locales à 05/06/2003 23h locales. Les données de modèle présentes dans le fichier sont listées dans le Tableau 14. Les mesures de types chimiques et météorologiques sont insérées dans l’un ou dans les deux fichiers. Des espèces présentes dans les mesures mais pas dans les résultats des modèles ont été insérées : NOX, PM10, HONO, H2O2, MHP, HMHP, C6H6, Toluène. Les données de modèle présentes dans le fichier de météorologie sont listées dans le Tableau 15.


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7.2.1. Bilan des données de modèle disponibles

Tableau 14 : Données de modèle dans le fichier de chimie

Données physiques LON, LAT, TIMES, HLAY, AIRM

Phase gazeuse O3, NO2, NO, HONO, PAN, HNO3, H2O2, SO2, CO, CH4, C2H6, nC4H10, C2H4, C3H6, OXYL, C5H8, APINEN, HCHO, CH3CHO, GLYOX, MGLYOX, CH3COE, NH3

Phase aérosol simple pPPM*

Espèces primaires d’origine anthropique (carbone élémentaire et organiques, poussières industrielles)

pDUST 6 classes de 10nm à 40microm (P1 à P6) + la phase aqueuse (AQ) pSOA Secondaires organiques anthropiques et biotiques, 6 classes de 10nm à 40microm (P1 à P6)

pH2SO4 Secondaires Sulfates, ensemble des espèces chimiques en solution (ions, molécules, précipités, etc.), 6 classes de 10nm à 40microm (P1 à P6) + la phase aqueuse (AQ)

pHNO3 Secondaires Nitrates, ensemble des espèces chimiques en solution (ions, molécules, précipités, etc.), 6 classes de 10nm à 40microm (P1 à P6) + la phase aqueuse (AQ)

pNH3 Ammonium primaire (provient de l’inventaire d’émissions), ensemble des espèces chimiques en solution (ions, molécules, précipités, etc.), 6 classes de 10nm à 40microm (P1 à P6) + la phase aqueuse (AQ)

WATER 6 classes de 10nm à 40microm (P1 à P6) PM10 : bins de (P1 à P5) PM25 : bins de (P1 à P4)

Phase aérosol 2 ou 3 En version 2 ou 3 de CHIMERE il y a aussi pNa (Sodium) et pCL (Chlore), sels de mer primaires calculés à partir des données du vent de surface, ensemble des espèces chimiques en solution (ions, molécules, précipités, etc.).

Tableau 15 : Données de modèle dans le fichier de météorologie Nom Description Nom Description

U Vent horizontal zonal SHFLUX Flux de chaleur sensible V Vent horizontal méridien LHFLUX Flux de chaleur latente T Température SOIL_T_1 Température du sol du niveau 1 Q Mixing ratio SOIL_T_2 Température du sol du niveau 2 CLW Cloud water mixing ratio SOIL_T_3 Température du sol du niveau 3 RNW Rain water mixing ratio SOIL_T_4 Température du sol du niveau 4 ICE Cloud ice mixing ratio SOIL_M_1 Humidité total du sol du niveau 1 SNOW Snow mixing ratio SOIL_M_2 Humidité total du sol du niveau 2 GRAUPEL Graupel mixing ratio SOIL_M_3 Humidité total du sol du niveau 3 RAD_TEND Atmospheric radiation tendency SOIL_M_4 Humidité total du sol du niveau 4 W Vent vertical SOIL_W_1 Soil liquid water in layer 1 PP Perturbation de pression SOIL_W_2 Soil liquid water in layer 2 PSTARCRS Pression de référence à la surface SOIL_W_3 Soil liquid water in layer 3 GROUND_T Temperature du sol SOIL_W_4 Soil liquid water in layer 4 RAIN_CON Précipitations convectives accumulées CANOPYM Canopy moisture content RAIN_NON Précipitations non convectives accumulées WEASD Water equivalent snow depth TERRAIN Elevation du sol SNOWH Physiscal snow depth MAPFACCR Map scale factor SNOWCOVR Fractional snow cover CORIOLIS Paramètre de Coriolis ALB Albédo RES_TEMP Infinite reservoir slab temperature SEAICE Sea ice flag LATITCRS Latitude SFCRNOFF Surface runoff LONGICRS Longitude UGDRNOFF Underground runoff LAND_USE Catégorie d’occupation du sol ALBD Surface albedo TSEASFC Température à la surface de la mer SLMO Surface moisture availability PBL_HGT Hauteur de couche limite planétaire SFEM Surface emissivity at 9microm REGIME Régime de couche limite planétaire SFZ0 Surface roughness length GRNFLX Ground heat flux THERIN Inertie thermique de la surface SWDOWN Radiations incidentes de surface de courte longueur d ‘onde SFHC Capacité thermique du sol LWDOWN Radiations incidentes de surface de grande longueur d ‘onde RAIN Précipitations pendant la période SWOUT Radiations émises au sommet de courte longueur d’onde UST Vitesse de friction LWOUT Radiations émises au sommet de grande longueur d’onde VEGFRC Couverture de vegetation


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7.2.2. Utilisation des fichiers de mesure

Voir ► Site web du format et des librairies NETCDF (installation et utilisation) : http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf/ Voir ► Site web du logiciel gratuit FERRET (installation et utilisation) : http://ferret.pmel.noaa.gov/Ferret/ferret_home.html


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Conclusion

Le projet « Système commun d’évaluation et d’information sur la qualité de l’air dans l’espace du Rhin Supérieur » mis en place dans le cadre programme européen INTERREG III entre la France, l’Allemagne et la Suisse, a permis la réalisation d’une importante campagne de mesure. Cette campagne s’est appuyée sur de nombreux moyens techniques. Des stations aux sols (fixes et mobiles) ont réalisés des mesures de paramètres météorologiques et des concentrations de polluants [vitesse et direction du vent, température, radiation solaire, ozone (O3), oxydes d’azotes (NO et NO2), monoxyde de carbone (CO), dioxyde de soufre (SO2)]. Trois bases de mesures spécifiques localisées au sud, au nord et au centre de Strasbourg ont été équipées de moyens supplémentaires pour fournir des mesures additionnelles [composés organiques volatiles (COV), NOy (NO, NO2, HNO3, PAN et NOz), H2O2, particules d’aérosols, constantes de photolyse (JO1, JNO2), radicaux peroxydes (RO2), formaldéhyde (HCHO)]. Un avion a fourni des mesures lors plusieurs vols effectués pendant deux périodes d’observations intensives (POI) [vitesse et direction de vent, température, humidité, différents polluants (NO, NO2, de NOy, HNO3, PAN, O3, CO et COV). Les performances de la plate-forme de modélisation ont été évaluées en mode simulation avec l’étude approfondie des données de la campagne et pour ceci une coopération a eu lieu avec le Laboratoire de pollution de l’air et des sols (LPAS) de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) qui a étudié la campagne avec les modèles METPHOMOD, FVM et TAPOM (Clappier, 2005). Une coopération a également eu lieu avec le Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA, unité mixte de recherche Université Paris 7, Université Paris 12 et CNRS).


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Annexe A : Création d’un fichier NETCDF de mesures

CHIMERE.nc d’un jour quelconque

extraction des caractéristiques d’auto documentation avec NCDUMP CHIMERE.cdl

écriture d’un fortran créant le même NETCDF mais vide de données avec NCGEN CHIMERE.f

codage de la lecture des mesures pour remplir le fichier CHIMERE.f

compilation avec f77 dans include CHIMERE.o

liaison avec les librairies avec f77 et « –L …| libnetcdf » CHIMERE.e

exécution avec ./CHIMERE toujours dans include CHIMIE_MES_POI1.nc fichier de mesures de la POI1

Annexe B : Changements d’unités

Les données ASPA sont en 3/ mgμ et sont transformées en ppb avec :

Certaines valeurs ont été calculées à partir des mesures pour pouvoir être comparées aux sorties des modèles :

- moyenne du NO2 sur la journée, maximum de NO2 et heure du maximum de NO2 - moyenne de O3 sur la journée, maximum de O3 et heure du maximum de O3 - coordonnées des vecteurs vent

Annexe C : Champs de vent

A partir de la direction du vent en degrés et de son module, les coordonnées sont :

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −×=

180.

23cos ππ DirectionNormeU et ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −×=

180.

23sin ππ DirectionNormeV

Annexe D : Humidité relative et humidité absolue

⇒ Calcul de pression de vapeur saturante à partir de la température de rosée La pression de vapeur saturante de la vapeur d’eau à la température de rosée τ est donnée dans l’abaque de conversion suivante :

τ [°C]

)(0 τeP

[mbar]

τ [°C]

)(0 τeP

[mbar]

τ [°C]

)(0 τeP

[mbar]

τ [°C]

)(0 τeP

[mbar] -30 0,3798 -11 2,376 8 10,73 27 36,67 -29 0,4213 -10 2,597 9 11,48 28 37,82 -28 0,4669 -9 2,837 10 12,28 29 40,08 -27 0,5170 -8 3,007 11 13,13 30 42,46 -26 0,5720 -7 3,379 12 14,03 31 44,95 -25 0,6323 -6 3,625 13 14,98 32 47,58 -24 0,6985 -5 4,015 14 15,99 33 50,34

Polluant Facteur de conversion NO 1.25 3/ mgμ 1 ppb

NO2 1.91 3/ mgμ 1 ppb

CO 1.16 3/ mgμ 1 ppb

O3 2.00 3/ mgμ 1 ppb

SO2 2.66 3/ mgμ 1 ppb

Benzène 3.24 3/ mgμ 1 ppb

Toluène 3.82 3/ mgμ 1 ppb


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-23 0,7709 -4 4,372 15 17,06 34 53,23 -22 0,8502 -3 4,757 16 18,19 35 56,27 -21 0,9370 -2 5,173 17 19,38 36 59,45 -20 1,032 -1 5,623 18 20,64 37 62,8 -19 1,135 0 6,108 19 21,98 38 66,3 -18 1,248 1 6,572 20 23,39 39 69,97 -17 1,371 2 7,001 21 24,88 40 73,81 -16 1,506 3 7,581 22 26,45 41 77,84 -15 1,652 4 8,136 23 28,1 42 82,05 -14 1,811 5 8,726 24 29,85 43 88,46 -13 1,984 6 9,354 25 31,69 44 91,08 -12 2,172 7 10,02 26 33,63 45 95,9

On peut utiliser des formules d’approximations donnant de très bons résultats :

TbTa

e TP +=.

0 10.1078,6)(

⎪⎩

⎪⎨

⎧

<==<==>==

glaceTbaeauTba

Tba

05,2655,907,2406,703,2375,7

Pe0 : pression de vapeur saturante de la vapeur d’eau à la température T donnée (voir courbe d’équilibre liquide-vapeur de l’eau) ⇒ Calcul de l’humidité relative à partir de la température de rosée ou de la pression de vapeur saturante

ττττ +

−+== b

aTbTa

e

e

TPPTr

..

0

0 10.100)()(100),(

⇒ Calcul de l’humidité spécifique en g/g :

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=

xTP

P

e

tot

622,01)(

100

0

ε

Ptot : pression totale, x : humidité spécifique, ε : humidité relative, 0,622 : rapport entre la masse molaire de l’eau (18g/mol) et la masse molaire de l’air sec (28,96g/mol).

Annexe E : Niveaux verticaux pour le fichier de chimie

Les niveaux sont identifiés par l’altitude et doivent être insérés dans un fichier de 6 niveaux de pression. Pour 2003, CHIMERE tourne avec les niveaux verticaux sigma suivants : Pk = ak105 + bkPsurf où les pressions sont en Pa Pour savoir à quelle altitude cela correspond environ, on utilise la formule suivante :

5,35 )110.3,3(25,1013 +−= − zP ou ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

−= 1

25,10133,310

5,35 Pz avec P en hPa et z en m

Sur 6 niveaux (CL PREVAIR 2003) : k ak (fichier

VCOORD) bk (fichier

VCOORD) P en hPa (formule)

z en m

1 0,000000 0,994000 1006,922 54 2 0,063000 0,904540 979,29902 294 3 0,151667 0,778633 940,422229 639 4 0,308000 0,556640 871,87632 1274 5 0,473667 0,321393 799,238109 1986 6 0,700100 0,000000 700,1 3038

Sur 8 niveaux (CL CHIMERE continental) : k ak (fichier

VCOORD) bk (fichier

VCOORD) P en hPa (formule)

z en m

1 0,00000 0,99500 1007,935 46 2 0,00861 0,97786 999,18218 121 3 0,02330 0,94863 984,26219 250 4 0,04835 0,89878 958,81414 474 5 0,09107 0,81378 915,42914 866 6 0,16391 0,66881 841,41453 1567 7 0,28814 0,42160 715,2208 2871 8 0,50000 0,00000 500 5538


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Annexe F : Niveaux verticaux pour le fichier de météorologie

Pour les mesures météorologiques la conversion est la suivante :

Niveaux MM5

P=913sigma+100 z (m) Niveau

inversé niveau

1 1013 2 26 1

0,998 1011,174 17 25 2

0,995 1008,435 41 24 3

0,99 1003,87 80 23 4

0,98 994,74 159 22 5

0,97 985,61 238 21 6

0,96 976,48 318 20 7

0,95 967,35 398 19 8

0,925 944,525 602 18 9

0,9 921,7 808 17 10

0,875 898,875 1019 16 11

0,85 876,05 1233 15 12

0,825 853,225 1452 14 13

0,8 830,4 1674 13 14

0,775 807,575 1902 12 15

0,75 784,75 2133 11 16

0,725 761,925 2370 10 17

0,7 739,1 2611 9 18

0,65 693,45 3111 8 19

0,6 647,8 3635 7 20

0,5 556,5 4768 6 21

0,4 465,2 6042 5 22

0,3 373,9 7511 4 23

0,2 282,6 9263 3 24

0,1 191,3 11482 2 25

0 100 14666 1 26

Annexe G : Format des fichiers de mesure

ASPA.txt et ASPA-LM.txt : Maille i de la station, maille j de la station, paramètre, date, heure locale, valeur X Y Mesure Jour Heure Valeur 22 36 XXSO2 19052003 00 0 ... LHA.txt : 1ère ligne : mailles j des 7 stations 2ème ligne : mailles i des 7 stations Puis : date, heure, ozone des 7 stations # global solar radiation (net radiation) Unit [W/m²] humidity Unit [ %] Photolysefrequency J(NO2) Unit [ 10E-6/s] Photolysefrequency J(NO2) Unit [ 10E-6/s] pressure Unit [hPa] reflected solar radiation (net radiation) Unit [W/m²] air temperature Unit [degree Celsius] #TCH d0520 d0521 d0522 d0523 d0524 d0525 d0526 d0527 d0528 d0529 d0530 ... 02 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ... ...

UMEG.txt : Station i , j Komponente Datum 0100 0200 0300 0400 0500 0600 0700 0800 0900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 34 47 XXRAY 19052003 0 0 0 0 1.5 3.5 13.5 16.5 33 47.5 101 71 49 44.5 61.5 38.5 46.5 54.5 14.5 7.5 1.5 0 0 0 ...


ASPA-06072902-ID page 62/62

BTU.txt : Concerne la maille i=20 j=28 # Brandenburg University of Technology Cottbus # INTERREG 2003 Base South Rossfeld Heures locales # global solar radiation (net radiation) Unit [W/m²] humidity Unit [ %] Photolysefrequency J(NO2) Unit [ 10E-6/s] Photolysefrequency J(NO2) Unit [ 10E-6/s] pressure Unit [hPa] reflected solar radiation (net radiation) Unit [W/m²] air temperature Unit [degree Celsius] #TCH d0520 d0521 d0522 d0523 d0524 d0525 d0526 d0527 d0528 d0529 d0530 d0531 d0601 d0602 d0603 d0604 d0605 d0606 d0607 d0608 d0609 d0610 d0611 d0612 d0613 d0614 d0615 d0520 d0521 d0522 d0523 d0524 d0525 d0526 d0527 d0528 d0529 d0530 d0531 d0601 d0602 d0603 d0604 d0605 d0606 d0607 d0608 d0609 d0610 d0611 d0612 d0613 d0614 d0615 d0520 d0521 d0522 d0523 ... 02 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 99.4 90 99.8 99.9 99.9 76.9 90 86.3 82.4 93.2 99.9 99.9 99.9 99.3 99.9 82.3 99.9 85.5 99.9 100 63.9 84.6 76.4 77.7 99.4 91.6 100 0 0 0 0 ... ...

Heure locale, radiation [W/m²] du premier au dernier jour (20 mai au 15 juin), humidité [ %] du premier au dernier jour, JNO2 [10E-6/s] du premier au dernier jour, autre JNO2 [10E-6/s] du premier au dernier jour, pression [hPa] du premier au dernier jour, radiation nette [W/m²] du premier au dernier jour, température [degree Celsius] du premier au dernier jour. EPFL-LIDAR1.txt et EPFL-LIDAR2.txt : Concerne la maille i=20 j=28 INERIS-266-284.txt, INERIS-266-304.txt et INERIS-284-284.txt : Concerne la maille i=29 j=42 jour heure 1 2 3 4 5 6 7 8 29052003 0 -999 -999 -999 18 17 15 10 3 ... METAIR.txt : date clock x y z x y z long lat stime za press temp0 dewp e rH mix IRH2O LIH2O LICO2 IRCO2 NO2 varNO2 NOx NOy NO HNO3 UVOx UVO3 CO aer03 aer05 Avel Adir w <!Avel Merr uverr vzerr TKE avw dw <frto yyyymmdd h ch ch ch m5 m5 m5 [°] [°] [s UTC] [m] [hPa] [°C] [°C] [hPa] [%] [g/kg] [g/kg] [g/kg] [ppm] [ppm] [ppb] [ppb] [ppb] [ppb] [ppb] [ppb] [ppb] [ppb] [ppb] [n/cm3] [n/cm3] [m/s] [°] [m/s] [code] [m/s] [m/s] [m/s] [m2/s2] [m/s] [m/s] [from.to] 03062003 14 20 16 3 24 17 -999 7.6175 47.8976 53925 200.4 988.71 29.712 11.89 13.914 33.368.894 8.97 -999 370.305 372.97 9.46 0.401 9.463 9.462 0.54 -999 73.14 63.7 147 -999 -999 4.45 59.7 -0.91 0 -999 0.39 0.084 1.61 -999 -999 1 ... MF.txt : Fichier mesures Meteo France des POIs 2003 Date Heure X Y WW N VV Pstat FF DD RR1 U T Ins RG 03062003 00 04 05 -999 -999 -999 -999 1 180 0 89 16.8 -999 –999 ... WUPPERTAL-CO.txt, WUPPERTAL-HCHO.txt et WUPPERTAL-NO-NO2-O3.txt : Wuppertal NO [ppbV] NO2 [ppbV] O3 [ppbV] 16052003 17 0.6 4.9 56 ...

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Bilan de la campagne de mesures d’INTERREG III en 2003 ... · PDF file5.3. lamp de clermont-ferrand ... 7.2. homogeneisation des mesures dans un format unique ... lubw, du lha, 12