Modélisation, étude de Dispersion et d’Impact

La modélisation de la dispersion des polluants atmosphériques est une méthode scientifique et technique utilisée pour simuler et prévoir la manière dont les polluants se dispersent dans l’atmosphère à partir de sources spécifiques, telles que les installations industrielles, les centrales électriques, ou les sites de gestion des déchets. Ces modèles sont des outils essentiels pour comprendre et prédire la concentration des polluants dans l’air, leur transport, leur transformation chimique, et leur dépôt sur le sol ou dans les cours d’eau.

La modélisation de la dispersion atmosphérique est largement utilisée dans le cadre des études d’impact environnemental, des plans de gestion de la qualité de l’air, et de la conformité réglementaire. Elle permet d’évaluer les risques pour la santé humaine et l’environnement, d’optimiser les stratégies de réduction des émissions, et de prendre des décisions éclairées pour la protection de l’air ambiant.

Principes Fondamentaux de la Modélisation de la Dispersion

La dispersion des polluants dans l’atmosphère est influencée par plusieurs facteurs, dont la nature et la quantité des polluants émis, les conditions météorologiques, la topographie locale, et les interactions chimiques dans l’air. Les modèles de dispersion intègrent ces variables pour simuler le comportement des polluants après leur émission dans l’atmosphère.

Sources de Polluants

Les sources de polluants peuvent être ponctuelles (comme une cheminée), linéaires (comme une autoroute), ou surfaciques (comme une zone industrielle). Chaque type de source nécessite une approche spécifique dans la modélisation pour représenter correctement la dispersion des polluants.

Conditions Météorologiques

Les conditions météorologiques jouent un rôle crucial dans la dispersion des polluants. La direction et la vitesse du vent déterminent la trajectoire des panaches de pollution, tandis que la température, l’humidité et la stabilité atmosphérique influencent la dilution et la transformation des polluants. Les modèles de dispersion intègrent des données météorologiques pour prédire avec précision la concentration des polluants à différentes distances de la source.

Topographie

La topographie, incluant la présence de collines, de vallées, de bâtiments et d’autres obstacles, affecte également la dispersion des polluants. Les modèles prennent en compte ces éléments pour ajuster les prévisions de dispersion en fonction du relief local.

Réactions Chimiques

Dans l’atmosphère, les polluants peuvent subir des transformations chimiques sous l’effet de la lumière solaire ou des interactions avec d’autres composés. Par exemple, les oxydes d’azote peuvent réagir pour former de l’ozone troposphérique, un polluant secondaire nocif. Les modèles avancés incluent ces réactions chimiques pour mieux estimer les concentrations de polluants secondaires.

Types de Modèles de Dispersion

Il existe plusieurs types de modèles de dispersion, chacun ayant des applications spécifiques selon la complexité de la situation étudiée et les objectifs de l’étude d’impact.

Modèles Gaussiens

Les modèles gaussiens sont parmi les plus couramment utilisés pour les sources ponctuelles comme les cheminées industrielles. Ils se basent sur la théorie de la dispersion gaussienne pour estimer la concentration des polluants à partir de la source en fonction du temps et de la distance. Ces modèles sont adaptés pour des scénarios simples et sont largement acceptés pour les évaluations réglementaires. OverLab utilise essentiellement AERMOD

Modèles Lagrangiens

Les modèles lagrangiens suivent le déplacement de particules dans l’air, ce qui permet de modéliser la dispersion de manière plus réaliste, surtout dans des environnements complexes. Ces modèles sont utiles pour les sources multiples et les zones avec des variations topographiques significatives.

Modèles Euler-Lagrange

Les modèles Euler-Lagrange combinent les approches eulériennes (basées sur la grille fixe) et lagrangiennes pour modéliser la dispersion à différentes échelles. Ils sont particulièrement efficaces pour simuler la dispersion des polluants dans les environnements urbains.

Réalisation d’une Étude d’Impact à l’Aide d’un Modèle de Dispersion

Une étude d’impact utilisant un modèle de dispersion est un processus rigoureux et méthodique visant à évaluer les conséquences environnementales des émissions de polluants dans l’atmosphère. Elle implique plusieurs étapes essentielles, de la collecte des données à l’analyse des résultats.

Collecte des Données

La première étape d’une étude d’impact consiste à rassembler les données nécessaires sur les sources d’émission (type, localisation, débit, etc.), les conditions météorologiques (données historiques ou en temps réel), et la topographie du site. Ces informations sont cruciales pour alimenter le modèle de dispersion et garantir la précision des prévisions.

Sélection du Modèle Approprié

Le choix du modèle de dispersion dépend des caractéristiques de l’étude. Pour des évaluations simples, un modèle gaussien pourrait suffire. Cependant, pour des études plus complexes ou des environnements urbains, des modèles avancés comme les modèles lagrangiens ou chimico-transport pourraient être nécessaires.

Paramétrage du Modèle

Une fois le modèle sélectionné, il est paramétré en fonction des données collectées. Cela inclut la définition des sources d’émission, l’intégration des données météorologiques, et l’ajustement des paramètres chimiques si des réactions atmosphériques sont impliquées. Le modèle est ensuite exécuté pour simuler la dispersion des polluants sur une période donnée.

Analyse des Résultats

Les résultats de la simulation fournissent une estimation des concentrations de polluants à différentes distances de la source, ainsi que leur répartition dans le temps. Ces données sont analysées pour identifier les zones où les concentrations dépassent les seuils réglementaires ou peuvent poser un risque pour la santé humaine ou l’environnement.

Évaluation de l’Impact

L’évaluation de l’impact consiste à comparer les concentrations modélisées avec les normes environnementales en vigueur et à évaluer les risques potentiels. Si des dépassements sont identifiés, des mesures correctives ou des stratégies de réduction des émissions peuvent être recommandées.

Communication et Documentation

Enfin, les résultats de l’étude d’impact sont documentés dans un rapport détaillé qui inclut la méthodologie, les résultats des simulations, l’analyse des impacts, et les recommandations. Ce rapport est souvent soumis aux autorités compétentes pour validation et peut être utilisé pour informer les parties prenantes, y compris les communautés locales.

La modélisation de la dispersion des polluants atmosphériques est un outil puissant pour comprendre et gérer les impacts environnementaux des émissions industrielles. En simulant la dispersion des polluants, ces modèles permettent d’anticiper les concentrations de polluants dans l’air, de protéger la santé publique, et de garantir le respect des normes environnementales. L’intégration de la modélisation dans les études d’impact environnemental est essentielle pour une gestion efficace de la qualité de l’air et une prise de décision éclairée en matière de protection de l’environnement

AERMOD est un modèle de dispersion permettant de calculer l’impact chronique d’émissions de polluants dans l’atmosphère. C’est un modèle de type gaussien hybride qui représente l’état de l’art de la modélisation dans cette catégorie de modèles.

Il a été développé par l’US-EPA. C’est le modèle de référence imposé aux États-Unis pour les études d’impact dont le domaine d’intérêt est de l’ordre de 10Km de côté.

Ce modèle est basé sur les hypothèses suivantes :

• Le relief est peu complexe (pentes inférieurs à 10%);
• La météorologie est considérée homogène et stationnaire sur tout le domaine de calcul pour chaque heure modélisée ;
• Les émissions sont ponctuelles (cheminées), linéiques, volumiques ou surfaciques;
• Pour une date donnée, le panache est assimilé à une forme gaussienne dont les dimensions (écarts-types gaussiens) horizontales et verticales évoluent en fonction de la distance à l’émission, de la turbulence et de la vitesse du vent ;
• Les vents calmes sont pris en compte.

Pour chaque échéance météorologique (8760 typiquement pour une année), le modèle calcule l’impact au sol du panache et effectue éventuellement les calculs statistiques comme les concentrations moyennes, les valeurs maximales sur la période de calcul.

Les données nécessaires au bon fonctionnement du modèle sont :

• La position, la géométrie et les caractéristiques physiques des sources émettrices ;
• Les débits associés et éventuellement leur évolution en fonction du temps ;
• Les caractéristiques des polluants notamment pour le calcul des dépôts au sol par frottement sec et par lessivage par la pluie et l’appauvrissement du panache associé ;
• Le relief s’il doit être pris en compte ;
• Les mesures horaires d’une station météorologique au sol ainsi que le profil de température au lever du soleil afin de calculer les paramètres turbulents ;
• La géométrie des bâtiments pouvant influencer la dispersion d’un panache de cheminée.

Il est d’usage d’utiliser le modèle avec ses préprocesseurs, AERMET et AERMAP :

• AERMET est le préprocesseur météorologique. Il calcule les données de turbulence nécessaires au modèle ;
• AERMAP est le préprocesseur de gestion du relief. Il détermine pour chaque point de calcul de la concentration et chaque source d’émission la hauteur du relief ainsi qu’une «hauteur d’influence» déduite du relief environnant chaque point de calcul.

Le calcul doit permettre d’estimer le centile 98. Le centile est une notion qui est particulièrement bien adaptée à la problématique des odeurs. En effet, ce paramètre associe à la fois la fréquence et le niveau d’odeur. La fréquence intervient du fait du temps durant lequel il est permis aux sources odorantes de dépasser un certain niveau d’odeur et cela sans limite. Dans le cas des entreprises assujetties à ce paramètre (centile 98), cette fréquence est fixée à 2% du temps, soit 175 heures au cours d’une année. Le niveau d’odeur en dessous duquel les sources ne devront pas dépasser la valeur prescrite dans l’arrêté correspond donc à 98% du temps. Ainsi pour toutes les entreprises ayant ces obligations, le niveau d’odeur « charnière », c’est-à-dire qui peut être dépassé 2% du temps mais en dessous duquel il faut se trouver le reste du temps, est de 5 unités d’odeur par mètre cube.

L’estimation de l’impact d’une usine, ISDND ou plateforme de compostage peut donc se faire avec le paramètre du centile 98 qui doit donc être inférieur à 5 u.o./m3. L’obtention de la valeur de ce paramètre est dépendante des modèles et hypothèses du paragraphe précédent ; sa valeur est attachée à un point de l’espace environnant le site, ce qui conduit à donner une représentation de celui-ci à l’aide d’une carte où des courbes d’iso-concentration figurent les niveaux atteints en chaque lieu.