POLLUTION ATMOSPHÉRIQUE URBAINE: CAMPAGNE DE TERRAIN MEGAPOLI EN RÉGION PARISIENNE

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1 POLLUTION ATMOSPHÉRIQUE URBAINE: CAMPAGNE DE TERRAIN MEGAPOLI EN RÉGION PARISIENNE Vincent Michoud, Aurélie Colomb et Jean-François Doussin

2 Plan de la présentation Introduction sur la chimie de l atmosphère Objectifs et dispositif de la campagne MEGAPOLI Résultats de la campagne Volet Sol Volet Aéroporté Conclusion

3 Plan de la présentation Introduction sur la chimie de l atmosphère Objectifs et dispositif de la campagne MEGAPOLI Résultats de la campagne Volet Sol Volet Aéroporté Conclusion

4 Introduction sur la chimie de l atmosphère Transformations Chimiques Polluants Primaires Oxydes d azote (NO+NO 2 ) Composés Organiques Volatiles (hydrocarbures ) Particules Transformations Chimiques Polluants Secondaires Ozone Nitrates Organiques (PAN, ) Aérosols Organiques Secondaires Emissions Emissions

5 introduction sur la chimie de l atmosphère Atmosphère : milieu multiphasique

6 Introduction sur la chimie de l atmosphère

7 Introduction sur la chimie de l atmosphère

8 Introduction sur la chimie de l atmosphère

9 Plan de la présentation Introduction sur la chimie de l atmosphère Objectifs et dispositif de la campagne MEGAPOLI Résultats de la campagne Volet Sol Volet Aéroporté Conclusion

10 Objectifs + Dispositif Campagne MEGAPOLI MEGAPOLI : Megacities: Emissions, urban, regional and Global Atmospheric POLlution and climate effects, and Integrated tools for assessment and mitigation Objectifs de la campagne: - Obtenir des données de terrain pour mieux quantifier les sources primaires et secondaires de l aérosol organique dans une agglomération urbaine et son panache Variabilité de la composition chimique et des propriétés physico-chimiques de l aérosol Attribution des sources du AO Quatre tâches majeures Quantification de la formation de l AOS à partir des COV Base de données intégrée pour l évaluation des modèles

11 Objectifs + Dispositif Campagne MEGAPOLI Participants initiaux au projet : CNRS (LISA, LSCE, GAME, LaMP, LGGE, SAFIRE), PSI, IfT, FORTH, Univ. Helsinki Participants supplémentaires UE : MPI, Univ. College Cork, FMI, Univ. Duisburg Participants supplémentaires Français: AIRPARIF, CEREA, Ecole de Mines, INERIS, LCME, LCP-IRA, LATMOS, LHVP, QUALAIR, SIRTA/LMD/IPSL

12 Objectifs + Dispositif Campagne MEGAPOLI Région Ile-de-France = 11.5 million habitants (20% de la population française) Densité (PARIS)= hab / km² (source: INSEE au 01/01/2006) Entourée par des régions agricoles Infrastructure Scientifique Dense

13 Objectifs + Dispositif Campagne MEGAPOLI Concentrations Annuelles de PM2.5 en 2007 et 2008 Vitry-sur-Seine Gennevilliers Stations Trafics Paris 1er les Halles Stations urbaines Bobigny Boulevard Périphérique Auteuil PM2.5 concentrations (µg/m3) US-EPA EU limit value (2020) Remerciements J. Sciare EU limit value (2015) EU target value (2010) EU limit value (2008)

14 Objectifs + Dispositif Campagne MEGAPOLI Dispositif de la campagne MEGAPOLI: 2 Campagnes de terrain (juillet 2009 et hiver 2010) Forest - Volet Sol : Trois principaux sites aux sols + trois sites secondaires + 4 plateformes mobiles 250 km - Volet Aéroporté : ATR-42 en Juillet 2009 et Piper Aztec en hiver 2010 tout 2 équipés d instruments de mesures de gaz et aérosols et basés à l aéroport de Cergy-Pontoise PARIS Forest

15 Objectifs + Dispositif Campagne MEGAPOLI Dispositif de la campagne MEGAPOLI: Forest PARIS Forest

16 Objectifs + Dispositif Campagne MEGAPOLI Dispositif de la campagne MEGAPOLI: - Trois principaux sites aux sols, 4 Plateformes mobiles Trois sites secondaires, Forest Tour Eiffel PARIS GOLF POUDRIERE Forest Jussieu 20km Créteil LHVP SIRTA

17 Objectifs + Dispositif Campagne MEGAPOLI Dispositif de la campagne MEGAPOLI: - Volet Aéroporté (ATR-42 en Juillet 2009 et Piper-Aztec en hiver 2010) ATR-42 (SAFIRE) Paris Piper-Aztec (SAFIRE) Exemple de plan de vol été

18 Objectifs + Dispositif Campagne MEGAPOLI Paris

19 Objectifs + Dispositif Campagne MEGAPOLI Dispositif Instrumental et paramètres mesurés In situ Gaz: - traceurs de pollution: CO, O 3, NOx, NOy, - précurseurs d aérosols: (O)VOC (cartouches, PTR-MS.),H 2 SO 4 - budget des radicaux : OH, HO 2, HONO, J Aérosols - masse, taille et nombre - propriétés physiques (volatilité, optique, hygroscopicité) - composition chimique: composants OA et, BC, poussières, ions, - AMS, PILS, MAAP, ECOC - detaillé (filtres avec ~100 composés) Dynamique (vent, T, flux turbulents, ) A distance - spectroscopique colonnes de gaz (NO 2, HCHO, CO, O 3,..) - profils de vent (sodar, lidar)

20 Objectifs + Dispositif Campagne MEGAPOLI

21 Objectifs + Dispositif Campagne MEGAPOLI

22 Plan de la présentation Introduction sur la chimie de l atmosphère Objectifs et dispositif de la campagne MEGAPOLI Résultats de la campagne Volet Sol Volet Aéroporté Conclusion

23 Résultats des Campagnes MEGAPOLI Résultats ETE/HIVER au SIRTA Paris

24 Résultats des Campagnes MEGAPOLI Résultats ETE/HIVER au SIRTA Paris

25 Résultats des Campagnes MEGAPOLI Résultats ETE/HIVER au SIRTA Paris

26 Résultats des Campagnes MEGAPOLI ETE Paris

27 Résultats des Campagnes MEGAPOLI HIVER Paris

28 Résultats des Campagnes MEGAPOLI ETE HIVER [CO] = 103 ± 94 ppbv [O 3 ] = 30 ± 15 ppbv [NO] = 2,2 ± 2,5 ppbv [NO 2 ] = 6,0 ± 5,0 ppbv [PAN] = 128 ± 123 pptv [CO] = 340 ± 225 ppbv [O3] = 20 ± 9 ppbv [NO] = 4,6 ± 9,6 ppbv [NO 2 ] = 21,4 ± 12,3 ppbv [PAN] = 150 ± 108 pptv Concentrations de polluants secondaires plus importantes en été (O 3, ) pollution secondaire dû à un ensoleillement plus fort Concentrations de polluants primaires plus importantes en hiver (NOx, CO ) moins de transformations chimiques, plus d émissions

29 Résultats des Campagnes MEGAPOLI Gradient de température négatif Altitude Si une masse d air, initialement en équilibre thermique avec son environnement, s élève à partir d un point donné, elle se retrouve dans un environnement plus froid qu elle-même (et donc plus dense) : elle continue à s élever. Il y a amplification du mouvement initial et Temperature Evolution typique des niveaux d ozone en amont et en aval des zones sources des COV, NOx et CO (les niveaux et les distances ne sont qu indicatifs) donc l atmosphère est dit instable

30 Résultats des Campagnes MEGAPOLI Gradient de température positif Altitude Si une masse d air, initialement en équilibre thermique avec son environnement, s élève à partir d un point donné, elle se retrouve dans un environnement plus chaud qu elle-même (et donc moins dense) : elle redescend. Il y a mitigation du Temperature mouvement initial et Evolution typique des niveaux d ozone en amont et en aval des zones sources des COV, NOx et CO (les niveaux et les distances ne sont qu indicatifs) donc l atmosphère est dit stable

31 Résultats des Campagnes MEGAPOLI Inversion de température Altitude La couche d inversion joue le rôle d un «couvercle» sur la masse d air (barrière dynamique). Temperature Le mélange vertical à travers la couche d inversion est très lent (zone de forte stabilité). Les polluants émis au sol restent confinés dans le volume sous la couche d inversion.

32 Résultats des Campagnes MEGAPOLI

33 Résultats des Campagnes MEGAPOLI ETE HIVER [CO] = 103 ± 94 ppbv [O 3 ] = 30 ± 15 ppbv [NO] = 2,2 ± 2,5 ppbv [NO 2 ] = 6,0 ± 5,0 ppbv [PAN] = 128 ± 123 pptv [CO] = 340 ± 225 ppbv [O3] = 20 ± 9 ppbv [NO] = 4,6 ± 9,6 ppbv [NO 2 ] = 21,4 ± 12,3 ppbv [PAN] = 150 ± 108 pptv Concentrations de polluants secondaires plus importantes en été (O 3, ) pollution secondaire dû à un ensoleillement plus fort Concentrations de polluants primaires plus importantes en hiver (NOx, CO ) moins de transformations chimiques, plus d émissions, dilution moindre

34 Résultats des Campagnes MEGAPOLI ETE Panache Parisien HIVER Peu de situations favorables au développement du panache parisien (vent provenant du Nord-Est): 13% en été et 21% en hiver La masse d air en provenance de Paris est caractérisée par: des pics de polluants primaires et secondaires en été, et par des pics de polluants primaires et une baisse des concentrations d ozone en hiver

35 Résultats des Campagnes MEGAPOLI Résultats ETE ATR-42

36 Résultats des Campagnes MEGAPOLI Résultats ETE ATR-42

37 Résultats des Campagnes MEGAPOLI Panache de pollution très bien marqué même à des niveaux de polluants faibles et jusqu à plusieurs centaines de Km NO Concentrations d ozone augmentent en s éloignant O 3 de Paris pour certains vols (ex: vol du 21/07/2009) Panache Parisien

38 Conclusion Deux campagnes ont été menées au sein de l agglomération Parisienne: une en été 2009 et l autre en hiver Le dispositif de ces campagnes comportait un volet sol comprenant plusieurs sites pour permettre d échantillonner la masse d air Parisienne à différents stades et des unités mobiles pour échantillonner dans le panache parisien. Afin d assurer la qualité de la base de données de ces campagnes, de nombreux tests et caractérisations ont été menés, avant et après les campagnes, sur les instruments déployés. Le site du SIRTA a connu peu de situations favorables avec le vent provenant de Paris, mais l influence de la région parisienne a été démontrée Le panache parisien était très bien défini, même pour des niveaux de pollution faibles et jusqu à des centaines de km de Paris. Acquisition d une importante base de données qui pourra être confronté aux modèles

39 Merci pour votre attention

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